[发明专利]针对超声换能器阵列的集成电路布置

说明书

本发明涉及一种集成电路布置，所述集成电路布置包括：‑多个电容式微机械超声换能器(CMUT)单元(40)，其被布置在六边形阵列中，其中，所述六边形阵列包括平行于列方向(y)的CMUT单元(40)的多个交替的偶数列和奇数列(56、56')，其中，所述奇数列(56')被布置为与所述偶数列(56)偏移CMUT单元(40)在所述列方向(y)上的尺寸的一半，‑专用集成电路(ASIC)(52)，其包括多个发射‑接收(TR)单元(54)，其中，每个CMUT单元(40)一一对应地覆盖各自的TR单元(54)，其中，所述ASIC(52)还包括偏移调节器(60)，所述偏移调节器用于将不同的射束形成延迟提供给CMUT单元(40)的所述六边形阵列的偶数列和奇数列(56、56')以考虑在所述列方向(y)上的所述偏移。

技术领域

本发明涉及针对超声换能器阵列的集成电路布置。具体地，本发明涉及包括电容式微机械超声换能器(CMUT)的集合的集成电路布置。本发明还涉及包括这样的集成电路的超声换能器以及具有该超声换能器的超声成像系统。

背景技术

任何超声成像系统的核心是将电能转换成声能并且将声能转换成电能的换能器。传统上，这些换能器由被布置在线性(1D)换能器阵列中的压电晶体制成，并且以高达10MHz的频率工作。然而，朝矩阵(2D)换能器阵列的趋势和朝将超声成像功能集成到导管和引导线中的小型化的驱使已经引起所谓的电容式微机械超声换能器(CMUT)的发展。CMUT包括膜(或隔膜)、膜下面的空腔以及形成电容器的电极。为了接收超声波，超声波引起膜移动或振动，其中，能够检测到在电极之间的电容的变化。由此，超声波被转变为对应的电信号。相反地，被施加到电极的电信号引起膜移动或振动，并且由此发射超声波。

当前，CMUT正在被调查以用于在医学诊断和治疗性超声中使用。特别感兴趣的是对CMUT和专用集成电路(ASIC)的集成，因为其能够将CMUT直接制造在ASIC的表面上以通过单片全硅工艺来提供完整换能器功能。

另外，尽可能完全地利用有源CMUT填充这样的设备的可利用区域是有利的。这导致最佳整体性能。设备已经被制造具有CMUT的方形以及六边形样式，其中，CMUT本身是圆形的或六边形的。从利用CMUT对区域进行最佳填充的视角，六边形样式是最高效的。这样的六边形CMUT单元的典型单元尺寸在六边形上从直边到直边是25-50微米。

US 2005/0148132 A1公开了CMUT单元的这样的六边形样式的范例。其中提供的集成电路包括基底，所述基底包括CMOS单元的六边形布置，其中，所述CMOS单元的每隔一列在所述列方向上与相邻列偏移等于单元尺寸的一半的距离，并且每个单元的宽度被选择使得CMOS单元与各自的微机械元件排成行。CMUT单元的六边形布置覆盖基底，其中，CMUT和CMOS单元一一对应地被布置。

US 2005/0148132 A1主要涉及在基底的顶部上对CMUT单元的这样的微机械六边形阵列的制造。然而，关于在这样的六边形阵列上执行射束形成的方式是无记载的。因此，仍然具有改进的空间。对CMUT和ASIC电路的集成的感兴趣的实施方案是其中ASIC执行声射束形成功能的部分或全部的情况。具体地，ASIC包括执行发射、接收、延迟和加和的功能的电路。需要的是实施具有适合于微射束形成器的高效ASIC布局的CMUT的六边形样式的方式。

US 2005/0094490 A1公开了一种用于对马赛克传感器阵列的子元件进行重新配置以形成元件的集成开关矩阵。开关矩阵的配置是完全可编程的。所述开关矩阵包括将子元件连接到总线线路的接入开关和将子元件连接到子元件的矩阵开关。每个子元件具有单元开关单元，其包括至少一个接入开关、至少一个矩阵开关、用于存储每个开关的未来状态的各自的存储元件以及针对每个开关的各自的控制电路。接入开关和矩阵开关是具有存储表示开关的当前开关状态的控制数据的能力的类型，所述控制数据包括用于打开/关闭并入控制电路中的电路的数据位输入。

发明内容