[发明专利]一种用于控制超声相控阵连续波发射的控制方法及系统

权利要求书

1.一种用于控制超声相控阵连续波发射的控制方法，其特征在于：通过对输入基准时钟(9)和通道输出信号(11)的采样进行相位比较(49),输出信号的平均幅度正比于相位差(50)；相位差(50)和相位控制信号(15)进行求差(51)处理，并利用得到的差值(52)去控制振荡频率产生振荡信号(54)；反馈环路锁定时，相位差(50)就和相位控制信号(15)的幅值一一对应；通过相位控制信号的幅值控制通道输出信号(11)和输入基准时钟(9)之间的相位差。

2.根据权利要求1所述的用于控制超声相控阵连续波发射的控制方法，其特征在于：所述振荡信号(54)用于驱动开关产生放大信号，并激励阵元；幅度控制信号(14)直接控制压控电压源产生放大信号所需要的电压激励开关；开关输出的信号通过滤波网络(57)消除高频分量后激励阵元，同时滤波后信号反馈至相位比较部分，滤波导致的相关相位偏差将会被整个相位控制环路自动补偿。

3.一种用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，包括：数据控制单元(8)、多个通道单元(7)、换能器(5)和数据总线(10)；所述数据控制单元(8)控制多个通道单元(7)，每个通道单元(7)对应一个换能器(5)的一个阵元；所述数据控制单元(8)产生全局的基准时钟信号(9)，同时通过数据总线(10)将每个通道单元(7)所须的相位和幅度控制信息发送给通道单元(7)。

4.根据权利要求3所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，所述基准时钟信号(9)的频率等于超声换能器发射信号频率。

5.根据权利要求3所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，所述通道单元(7)根据数据总线(10)下发的相位控制信息和幅度控制信息，对基准时钟信号(9)进行相应的相移和功率驱动并控制基准时钟信号(9)幅度，产生通道输出信号(11)，通过连接电缆(6)驱动换能器(5)的对应阵元。

6.根据权利要求5所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，每个通道单元(7)采用基于锁相环的高精度相移产生，利用开关放大驱动方式进行功率放大，利用锁相环组成闭环补偿驱动附加相位。

7.根据权利要求3所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，所述通道单元(7)包括锁相环(20)、减法器(24)、第一数模转换器(13)、第二数模转换器(12)、程控电压源(23)、E类放大器(16)、低通滤波器(25)；所述减法器(24)的正相端连接锁相环(20)，所述减法器(24)反相端连接第一数模转换器(13)，所述减法器(24)的输出端连接回锁相环(20)中；所述第一数模转换器(13)和第二数模转换器(12)的输入端同时连接至数据总线；所述第二数模转换器(12)的输出端连接至程控电压源(23)的输入端；程控电压源(23)的输出端连接至E类放大器(16)的电源；锁相环(20)的输出端连接至E类放大器(16)的输入端；所述E类放大器(16)的输出端连接低通滤波器(25)的输入端；所述低通滤波器(25)的输出得到一个通道的输出信号(11)驱动换能器(5)的一个阵元。

8.根据权利要求7所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，所述低通滤波器(25)是阻容构成的无源低通滤波器。

9.根据权利要求7所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于，所述锁相环(20)由鉴相器(22)、压控振荡器(18)和环路滤波器(21)组成；所述鉴相器(22)的输入端连接全局时钟信号(9)，鉴相器(22)的另一个输入连接输出信号(11)，鉴相器(22)的输出端连接减法器(24)的正相端；减法器(24)的输出通过环路滤波器(21)连接锁相环中的压控振荡器(18)；压控振荡器(18)的输出连接E类放大器(16)的输入端。

10.一种根据权利要求3-9任意一项所述的用于控制超声相控阵连续波发射的系统，其特征在于：

利用数据控制单元(8)，控制多个通道单元(7)，数据控制单元(8)产生全局的基准时钟信号(9)，同时通过数据总线(10)将每个通道单元(7)所须的相位和幅度控制信息发送给通道单元(7)；

通道单元(7)负责根据数据总线(10)下发的相位控制信息和幅度控制信息，对基准时钟信号(9)进行相应的相移和功率驱动并控制基准时钟信号(9)幅度，产生通道输出信号(11)，通过连接电缆(6)驱动换能器(5)的对应阵元；

数据总线(10)根据不同的地址寻址控制第一数模转换器(13)和第二数模转换器(12)，产生相位控制信号(15)和幅度控制信号(14)，输入的数字量和第一数模转换器(13)和第二数模转换器(12)的输出值之间保持线性关系，相位控制信号(15)独立控制通道输出信号(11)相对于基准时钟信号(9)在-180°～180°范围内产生相移，幅度控制信号(14)直接作用于程控电压源(23)；程控电压源(23)的输出直接作用于E类放大器(16)的漏级；使E类放大器(16)的输出幅度由E类放大器(16)的漏级电压决定，即：幅度控制数字量借助于幅度控制信号(14)线性的控制通道输出信号(11)的幅度，实现输出信号的幅度控制；所述程控电压源(23)的输出与幅度控制信号(14)呈线性关系。