(57)【要約】      （修正有）【課題】トランスデューサの共振周波数の変化に順応し得るトランスデューサコントローラを提供する。【解決手段】トランスデューサコントローラは、トランスデューサを駆動するための第１の周波数を有する駆動信号を形成するように構成される。この駆動信号は、周期及び半周期を有し、半周期の第１の部分の間、トランスデューサを駆動する。本トランスデューサコントローラは、半周期の第２の部分の間、トランスデューサによって形成された電圧を感知し、電圧の部分を測定し、第１の周波数とトランスデューサの共振周波数との間の位相誤差を推定し、第１の周波数を、位相誤差を低減する第２の周波数に調整するように構成される。【選択図】図１
2017122708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスデューサコントローラを形成する方法であって、
駆動周期及び駆動半周期を形成する第１の周波数で駆動信号を形成するようにトランスデューサコントローラを構成することと、
駆動半周期の第１の部分の間、前記駆動信号でトランスデューサを駆動するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記駆動半周期の第２の部分の間、前記トランスデューサによって形成される残響電圧を感知するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記残響電圧の部分を測定し、前記第１の周波数と前記トランスデューサの共振周波数との間の位相誤差を推定するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記第１の周波数を、前記位相誤差を低減する第２の周波数に調整するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、を含む、方法。
【請求項２】
トランスデューサコントローラを形成する方法であって、
駆動周期及び駆動半周期を形成する第１の周波数で駆動信号を形成するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
駆動半周期の第１の部分の間、前記駆動信号でトランスデューサを駆動するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記駆動信号に応答して前記トランスデューサによって形成された残響信号を前記駆動半周期の第２の部分において感知するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記第１の周波数と前記残響信号の周波数との間の位相誤差を決定するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記第１の周波数を、前記位相誤差を低減する第２の周波数に調整するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、を含む、方法。
【請求項３】
トランスデューサコントローラを形成する方法であって、
駆動周期及び駆動半周期を形成する第１の周波数で駆動信号を形成するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記駆動半周期の少なくとも第１の部分の間、前記駆動信号でトランスデューサを駆動するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記駆動信号に応答して前記トランスデューサによって形成された残響信号を前記駆動半周期の第２の部分において感知するように前記トランスデューサコントローラを構成することであって、前記トランスデューサコントローラが、前記駆動信号の遷移に応答して前記残響信号を無視するように構成されている、構成することと、
前記第１の周波数と前記残響信号の周波数との間の位相誤差を決定するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、
前記第１の周波数を、前記第１の周波数よりも前記トランスデューサの残響周波数に近い第２の周波数に調整するように前記トランスデューサコントローラを構成することと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【先行する仮出願に対する優先権主張】
【０００１】
本出願は、先行して出願され、「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＦＯＲＭＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ  ＡＮＤ  ＣＩＲＣＵＩＴ  ＴＨＥＲＥＦＯＲ」と題され、２０１５年１０月２１日に出願され、ＯＮＳ０２０８７の整理番号を有し、共通の発明者Ｋｕｔｅｊらを有する仮出願第６２／２４４，３９１号の優先権を主張し、同出願は、ここに参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、一般に、電子機器に関し、より具体的には、半導体、それらの構造、及び半導体デバイスを形成する方法に関する。
【０００３】
過去において、電子機器業界は、様々な方法及び回路を利用して、超音波トランスデューサ用のコントローラを形成してきた。いくつかの用途では、超音波トランスデューサは、距離測定システムの一部分として使用されたことがあった。距離測定システムは、駐車支援用途のために距離測定を提供する等、車両において距離を検出するために利用され得る。いくつかの超音波トランスデューサは、音響信号の送信及び反射した音響信号の受信に使用され得る狭い周波数帯域を有することがあった。このような周波数は、トランスデューサの共振周波数、すなわちトランスデューサ共振周波数と呼ばれ得る。典型的に、トランスデューサ共振周波数は、様々な環境条件によって影響されることがあった。例えば、トランスデューサ共振周波数は、周囲温度に依存することがあった。また、雨又は氷がトランスデューサ上に形成され得、トランスデューサ共振周波数にも影響を与えることがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、トランスデューサ１２の共振周波数の変化に順応し得るトランスデューサコントローラを有することは、有利であり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明による圧電性トランスデューサを有する音響測定システムの一部分の実施形態について、実施例を概略的に例示する。
【図２】本発明による図１のトランスデューサの単純化された等価回路モデルの実施形態について、実施例を概略的に例示する。
【図３】本発明による図１のコントローラの運転の結果として形成されるいくつかの信号の実施例の実施形態を例示するグラフである。
【図４Ａ】本発明による図１のコントローラの実施形態の動作中に形成されるいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフを含む。
【図４Ｂ】本発明による図１のコントローラの実施形態の動作中に形成されるいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフを含む。
【図４Ｃ】本発明による図１のコントローラの実施形態の動作中に形成されるいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフを含む。
【図５】本発明による図１のコントローラの実施形態の動作中に形成されるいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図６】本発明による図５のグラフの部分の拡大図の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図７】本発明による図５のグラフの部分の拡大図の実施形態について、別の非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図８】本発明による位相誤差と計算された比率（Ｒ）との間の依存関係の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図９】本発明による図１の回路の一部分であり得る回路の実施形態について、実施例の一部分を概略的に例示する。
【図１０】本発明による図１のコントローラの実施形態によって形成され得るいくつかの信号を例示するグラフである。
【図１１】本発明による図１のコントローラの少なくとも一部分の代替的な実施形態であり得るトランスデューサコントローラの一部分の実施形態について、実施例を概略的に例示する。
【図１２】本発明による図１１のコントローラの動作から発生するいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図１３】本発明による図１１のコントローラの動作から発生するいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図１４】本発明による図１又は図１１のコントローラの一部分の代替的な実施形態であり得る駆動回路の実施形態の一部分について、実施例を概略的に例示する。
【図１５】本発明による３端子型トランスデューサの実施形態の一部分について、実施例を概略的に例示する。
【図１６】本発明による駆動周期の実施形態の間のいくつかの信号の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。
【図１７】本発明による図１又は図１１のコントローラの実施形態を含む半導体デバイスの拡大平面図を例示する。
【０００６】
例示の単純化及び明確化のために、図中の構成要素は、必ずしも縮尺通りに描かれておらず、いくつかの構成要素は例示目的のために誇張されていることがあり、異なる図の中の同じ参照符号は、別段の記載がない限り、同じ構成要素を指す。更に、周知の工程及び構成要素の説明及び詳細は、説明の単純化のために省略されていることがある。本明細書で使用する場合、通電用構成要素又は通電用電極は、デバイスを通して通電させるデバイスの構成要素、例えば、ＭＯＳトランジスタのソース若しくはドレイン、バイポーラトランジスタのエミッタ若しくはコレクタ、又はダイオードのカソード若しくはアノードを意味し、制御構成要素又は制御電極は、デバイスを通して電流を制御するデバイスの構成要素、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート、又はバイポーラトランジスタのベースを意味する。更に、１つの通電用構成要素は、デバイスに入る電流を流す等、１つの方向にデバイスを通して通電させ得、第２の通電用構成要素は、デバイスから出る電流を流す等、逆の方向にデバイスを通して通電させ得る。デバイスは、本明細書においてある特定のＮチャネル若しくはＰチャネルデバイス、又はある特定のＮ型若しくはＰ型ドープ領域として説明され得るものの、当業者であれば、本発明によれば相補型デバイスもまた可能であることを理解するであろう。導電型は、例えば、正孔又は電子の伝導により導電が生じるメカニズムを意味し、したがって、導電型は、ドーピング濃度を意味するのではなく、ドーピング型、例えば、Ｐ型又はＮ型を意味することが、当業者であれば理解される。回路動作に関して本明細書で使用する場合、上記語は、開始動作基づいて、動作が直ちに起こることを意味する正確な用語ではなく、いくらか小さな合理的な遅延、例えば、初期動作により開始される応答間での種々の伝達遅延が存在する場合があることが、当業者により認識されるであろう。更に一方で、上記用語は、ある特定の動作が開始動作の持続期間の少なくともいくらかの部分において起こることを意味する。「約」又は「実質的に」の語の使用は、構成要素の値が、記載された値又は位置に近いと期待されるパラメータを有することを意味する。ただし、当分野において周知であるように、通常、正確に記載されている値又は位置を妨げる小さな分散が存在する。少なくとも最大１０パーセント（１０％）（及び、半導体ドーピング濃度を含むいくつかの構成要素については、最大２０パーセント（２０％））の分散は、正確に記載されている理想的な目標からの合理的な分散であることが、当分野において十分確立されている。信号の状態に関連して使用する場合、「アサートされる」という用語は、信号の活性状態を意味し、「ネゲートされる」という用語は、信号の不活性状態を意味する。信号の実際の電圧値又は論理状態（「１」又は「０」等）は、正論理又は負論理のどちらが使用されるかに依存する。このため、アサートされるのは、正論理又は負論理のどちらが使用されるかによって、高電圧若しくは高論理又は低電圧若しくは低論理であり得、ネゲートされるのは、正論理又は負論理のどちらが使用されるかによって、低電圧若しくは低状態又は高電圧若しくは高論理であり得る。本明細書では正論理の記法を使用するが、当業者であれば、負論理の記法も使用され得ることを理解する。特許請求の範囲又は／及び図面の詳細な説明において構成要素の名称の一部に使用される、第１の、第２の、第３の等の用語は、類似する構成要素間で区別するのに使用され、必ずしも、時間的、空間的、順序、又は任意の他の方法のいずれかで順番を説明するものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下において互換性を有しており、本明細に記載されている実施形態は、本明細書に記載され、又は、例示されているのとは異なる他の順番で動作可能であると理解されたい。「一実施形態」又は「ある実施形態」への言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特長、構造、又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。このため、本明細書を通じて様々な箇所で「一実施形態では」又は「ある実施形態では」という文言の登場は、必ずしも全てが同じ実施形態に言及しているわけではないが、いくつかの場合には、そうであることもある。更に、特定の特長、構造、又は特徴は、当業者には自明であろうが、１つ以上の実施形態において、任意の好適な方法で組み合わせられてもよい。図面の明確性のために、デバイス構造のドープ領域は、概ね真っ直ぐな線端部及び角のコーナーを有するように例示されている。ただし、ドーパントの拡散及び活性化により、ドープ領域の端部は、一般的には、直線ではない場合があり、コーナーは、正確な角でない場合があることが、当業者であれば理解される。
【０００７】
加えて、説明は、単一本体設計（本体領域が、細長いパターン、典型的には蛇行パターンで形成された単一の領域から構成される）の代わりに、セル設計（本体領域が複数のセル領域である）を例示している。しかしながら、説明は、セルの実装及び単一本体の実装の両方に当てはまることが意図される。
【０００８】
以下に好適として例示及び説明される実施形態は、本明細書に具体的に開示されていない実施形態を有し得、かつ／又は本明細書に具体的に開示されていないいずれかの要素の不在下で実施され得る。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、圧電性トランスデューサ（Ｐｚ）又は音響トランスデューサすなわちトランスデューサ１２を有する音響測定システム１０の一部分の実施形態について、実施例を概略的に例示する。トランスデューサ１２の実施形態は、信号端子１７及び第２の端子１８を有し得る。トランスデューサ１２の一実施形態では、端子１７は、トランスデューサ１２を勃起して振動させる駆動信号を受信するように構成されてもよく、反射又は残響を表す信号を形成するようにも構成されてもよい。いくつかの実施形態では、端子１８は、共通の基準電圧に接続され得、あるいはトランスデューサ１２からの信号を形成するのを支援する受信器に接続され得る。システム１０は、２端子型トランスデューサを使用して例示されている。以下に更に見られるように、他の種類のトランスデューサ、例えば、３端子型トランスデューサ等、も使用されてもよい。更に、トランスデューサ１２をコントローラ又は駆動回路に連結するために変圧器を使用していないため、システム１０は、時として無変圧器システムと呼ばれる。
【００１０】
図２は、トランスデューサ１２の単純化された等価回路モデルの実施形態について、実施例を概略的に例示する。いくつかの用途では、トランスデューサ１２は、インダクタ１４と直列接続され抵抗器１３と直列接続されたキャパシタ１５を有し、それら全てが寄生キャパシタ（Ｃｐ）１６と並列接続されている、直列共振回路網としてモデル化され得る。
【００１１】
図１に戻ると、システム１０はまた、トランスデューサ１２の共振周波数（トランスデューサ１２の共振周波数の変化を含む）に応答して形成された周波数及び／又は位相を有する駆動信号４５を形成するように構成され得るトランスデューサコントローラ２０を含む。本明細書で使用する場合、「共振周波数」は、共振周波数の変化を含むトランスデューサ１２の共振周波数を意味する。
【００１２】
コントローラ２０は、電圧入力２１と共通の戻り２２との間のコントローラ２０を動作させるための動力を受け取るように構成される。いくつかの実施形態では、戻り２２は、例えば接地基準電圧等の共通電圧に接続されてもよく、又は異なる電圧に接続されてもよい。システム１０は、トランスデューサ１２の端子１８が戻り２２に接続され得る実施形態を有し得る。コントローラ２０は、ある実施形態ではトランスデューサ１２から信号を受信するように構成され得る入力／出力端子２３及び２４を有する。コントローラ２０の受信器回路又はＲＸ又はＲＸ回路２８は、トランスデューサ１２から信号を受信するように構成されてもよい。端子２３及び２４、あるいは端子２３の実施形態は、駆動信号をトランスデューサ１２に提供するように構成されてもよい。コントローラ２０のＴｘ駆動回路又はＴｘ又はＴｘ回路又は駆動回路４１は、トランスデューサ１２を駆動又は勃起する駆動信号４５を形成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、端子２４は省略され得る。コントローラ２０の制御回路３２は、回路２８から信号（例えば信号３３等）を受信し、信号４５及び／又は回路４１の一部の動作を制御する信号（例えば信号３６〜３７等を提供するように構成され得る。いくつかの実施形態では、回路３２は、以下で更に説明される方法を形成するプログラムが内部に記憶され得る、非一時的コンピュータ可読媒体（例えば、ＲＯＭ又は他の構造等）を含むように形成され得る。
【００１３】
コントローラ２０の実施形態は、距離を測定するために、トランスデューサ１２を制御して測定サイクルを形成するように構成されてもよい。コントローラ２０は、駆動フェーズ又は送信フェーズ、及び後続の距離測定フェーズを含む測定サイクルを形成するように構成され得る実施形態を有し得、距離測定フェーズは、距離を測定するために使用され得る、反射した音響信号を表す信号すなわちエコーを受信することを含む。エコーは、送信フェーズによって形成された送信された音響信号から受信されたエコーである。いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、送信フェーズの後及び遠隔測定フェーズの前に能動制振フェーズを含む測定サイクルを形成することも含み得る。
【００１４】
送信フェーズは、１つ以上のサイクルを有する駆動信号４５によってトランスデューサ１２を駆動して、トランスデューサ１２を勃起させ、距離を測定するために使用される送信される音響信号を形成することを含み得る。駆動信号４５の値は、サイクルの間に変化し得る。駆動信号４５のサイクルは、送信される音響信号を形成する第１の周期又は駆動周期を含み得る。以下で更に見られるように、コントローラ２０の実施形態は、共振周波数と信号４５の周波数との間に差が存在するか決定し、その差に応答して信号４５の周波数を変更するように構成され得る。共振周波数と信号４５の周波数との差の存在は、本明細書で「周波数差」と呼ばれる。また、本明細書で使用する場合、距離を測定するための音響信号を送信するために使用される信号４５の周波数（その周波数に対するいずれの変更も含む）は、「駆動周波数」と呼ばれる。周波数差を決定すること及び駆動周波数を共振周波数と実質的に等しくなるように調整することは、測定の精度及び感度を改善するようにコントローラ２０を構成することを容易にし、いくつかの場合には、対象が検出され得る距離を増大させ得る。
【００１５】
図３は、距離を測定するために使用される送信フェーズの一部分として、コントローラ２０がトランスデューサ１２を駆動する結果として形成されるいくつかの信号の実施例の実施形態を例示するグラフである。図３のプロットは、トランスデューサ１２を制御する方法の実施形態の実施例のいくつかの条件の非限定的かつ例示的な実施形態を例示しており、その方法は、コントローラ２０によって遂行され得る。プロット５１は、スイッチ４６の状態を例示し、プロット５２は、スイッチ４７の状態を例示し得る。プロット５３は、トランスデューサ１２の両端に形成される電圧２５を例示する。プロット５４は、トランスデューサ１２内を流れる循環電流を例示する。この説明は、図１及び図３への参照を含む。
【００１６】
トランスデューサ１２を制御する方法の例示的な一実施形態では、コントローラ２０は、駆動周波数及び図３で「TX PER」とラベル付けされた対応する駆動周期５５を有する駆動信号４５を形成するように構成され得る。駆動周期５５は、「1/2 TX PER」とラベル付けされた２つの半周期４９及び５０を含む。一実施形態では、コントローラ２０は、駆動周期５５のある半周期中にある極性を有する信号４５を適用し、駆動周期５５の引き続く半周期中に逆の極性を有する信号４５を適用するように構成され得る。コントローラ２０の一実施形態は、送信フェーズが距離を測定するための送信音波を作製するようにトランスデューサ１２を駆動する信号４５を形成することを含む、トランスデューサ１２を制御する方法を形成するように構成され得る。信号４５は、トランスデューサ１２内で循環電流を誘発し得、これは、トランスデューサ１２の端子１７及び１８の間で残響信号を形成し得る。残響信号の周波数及び位相は、トランスデューサ１２の振動（例えば、トランスデューサ１２の共振回路の内部を循環するとみなされ得る循環電流から発生する振動）の位相及び周波数に依存する。トランスデューサ１２内の循環電流は、端子１７及び１８の間で電圧を形成し得る。一実施形態では、循環電流によって形成される電圧は、トランスデューサ１２の循環電流の積分値であり得る。このため、残響信号は、電圧又は電流であり得る。残響信号は、コントローラ２０によって受信され得、コントローラ２０は、周波数差を検出するように構成され得る。例えば、回路２８は、残響信号を電圧として受信し得、回路３２は、周波数差を検出するように構成され得る。他の実施形態では、コントローラ２０は、電流を表す信号を使用するように構成され得る。残響信号の位相及び周波数は、共振周波数の位相及び周波数を表し得る。
【００１７】
コントローラ２０の一実施形態は、信号４５の半周期の一部分又は一パーセンテージ（例えば、１つ以上の半周期４９又は５０等）に対して信号４５を適用するように構成され得る。コントローラ２０は、半周期の残部の少なくとも一部分において周波数差を検出するように構成され得る実施形態を含み得る。第１の半周期（例えば、半周期４９等）の間、スイッチ４６は、有効化すなわち閉鎖され得、スイッチ４７は、半周期の一部分又は一パーセンテージの間、開放され、すなわち信号４５をトランスデューサ１２に適用することを無効化され得る。例えば、プロット５２で駆動とラベル付けされている部分の間である。その同じ半周期の別の部分又は別のパーセンテージ、あるいはその半周期の残部の間、回路４１は、トランスデューサ１２を駆動しないように制御され得る。例えば、プロット５３でＨｉＺとラベル付けされている部分である。いくつかの実施形態では、回路４１の出力は、高インピーダンス状態に置かれ得る。例えば、スイッチ４６及び４７の両方は、開放すなわち無効化され得、コントローラ２０は、端子２３及び２４において、あるいは端子２３及び２４の間で交互に、高出力インピーダンスを形成し得る。いくつかの実施形態では、高インピーダンスは、１メグオームを超える値であり得る。回路４１の出力がトランスデューサ１２を駆動しておらず、コントローラ２０が高インピーダンスを有する駆動半周期の部分を、本明細書では「ＨｉＺ区間」と呼ばれ得る。実施形態は、コントローラ２０が信号４５内の他の場所にＨｉＺ区間を形成するようにも構成され得ることを含んでもよい。例えば、コントローラ２０は、駆動周期内に１回のみＨｉＺ区間を形成するように構成され得、又は半周期内の他の場所でＨｉＺ区間を形成するように構成され得る（半周期の終わりにではなく、例えば半周期の中間又は駆動周期のほぼ始まりに、あるいは中間付近で等）。コントローラ２０は、少なくともＨｉＺ区間の一部分の間、トランスデューサ１２の残響又は共振振動によって形成される残響信号を監視するように構成され得、コントローラ２０あるいは回路３２は、周波数差を検出するように構成され得る。第２の駆動半周期（例えば、半周期５０等）の間、スイッチ４７（図１）は、有効化すなわち閉鎖され得、スイッチ４６は、半周期の一部分又は一パーセンテージの間、開放され、すなわち逆の極性を有する信号４５をトランスデューサ１２に適用することを無効化され得る。同じ第２の駆動半周期の別の部分あるいは第２の駆動半周期の残部の間、回路４１は、トランスデューサ１２を駆動せずＨｉＺ区間を形成しない状態に再度置かれるか、あるいは高インピーダンス状態に置かれ得、コントローラ２０あるいは回路３２は、再度周波数差を決定し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２０あるいは回路３２は、半周期４９又は５０のうちの１つのみの周波数差を検出するように構成され得る。コントローラ２０は、第１の半周期中に受信した残響信号から周波数差を検出し、その後駆動周波数を共振周波数により近くなるように調整し、かつ／または第２の半周期中に受信した残響信号から周波数差を検出し、その後駆動周波数を共振周波数により近くなるように調整するように構成され得る。
【００１８】
コントローラ２０は、測定サイクルの送信フェーズを完了する前に駆動周期５５をある特定のサイクル数繰り返すように構成され得る。当業者であれば、一部の実施形態では、トランスデューサ１２が残響するのに十分なエネルギーを蓄える前に、したがって一連の駆動周期５５を形成し始める前に、若干数のサイクルの間トランスデューサ１２を駆動する必要があり得ることを理解するであろう。
【００１９】
図４は、共振周波数の例示的な実施形態について、信号４５のフェーズ及び異なる駆動信号周波数の残響信号のフェーズの実施形態の非限定的な実施例を例示するグラフを含む。プロット５６は、信号２５を例示し、プロット５７は、トランスデューサ１２内の循環電流を例示している。横座標は、時間を表し、縦座標は、例示される信号の増大する値を表す。横座標は、サイクルの時間間隔が周期の１００パーセントであることが例示されるように正規化されている。
【００２０】
図４Ａのグラフは、駆動周波数が共振周波数に実質的に等しい実施例を例示している。例示されているように、２つの信号間の位相シフトは、実質的にゼロである。
【００２１】
図４Ｂのグラフは、駆動周波数が共振周波数よりも大きい実施例を例示している。駆動周波数が共振周波数よりも大きいため、循環電流は、信号４５より遅れる。電流信号が信号４５の後に発生するため、これは、正の位相シフト又は正の位相誤差と言われる。例示されている実施例は、約４０度（４０°）の正の位相誤差を示している。
【００２２】
図４Ｃのグラフは、駆動周波数が共振周波数よりも低い実施例を例示している。駆動周波数が共振周波数よりも低いため、電流信号が信号４５に先行し、結果として負の位相シフト又は負の位相誤差が生じる。図４Ｃに例示されている実施例は、約４０度（−４０°）の負の位相誤差を例示している。
【００２３】
一実施形態では、コントローラ２０は、循環電流と信号４５との間の位相差、すなわち位相誤差を推定するように構成され得る。コントローラ２０は、次に位相誤差を使用して、共振周波数により近づけるには駆動周波数をどちらの方向に（増大又は減少）調整すべきか推定するように構成され得る。一実施形態には、コントローラ２０が駆動周波数を共振周波数に実質的に等しく、あるいは共振周波数により近くなるように調整するように構成され得ることが含まれ得る。いくつかの実施形態では、駆動周波数を共振周波数に実質的に等しく調整するために、２つ以上のサイクル５５がかかり得る。
【００２４】
一実施形態には、コントローラ２０が信号４５の各半周期について、信号４５と循環電流との間の位相誤差を計算、若しくは決定、若しくは推定するように構成され得るか、又は駆動周期のうちのいくつかあるいは信号４５の半周期のうちのいくつかのみについて、位相誤差を計算、若しくは決定、若しくは推定するように構成され得ることが含まれ得る。コントローラ２０あるいは回路３２は、ＨｉＺ区間の少なくとも一部分の間トランスデューサ１２の残響信号を受信するように構成され得る実施形態を有し得る。回路３２の一実施形態は、１つ以上のＨｉＺ区間の少なくとも一部分の間、位相誤差を計算、又は決定、又は推定するようにも構成され得る。
【００２５】
図５は、コントローラ２０の一実施形態の動作中に形成される信号のうちのいくつかについて、非限定的な実施例を例示するグラフである。プロット７５〜７７は、信号４５の３つの異なる周波数の電圧２５を例示しており、各々の対応する位相誤差が特定されている。プロット７５は、共振周波数に実質的に整合した駆動周波数を有する信号４５の一実施形態を例示している。プロット７６及び７７は、それぞれ共振周波数よりも高い、又は低い駆動周波数を有する信号４５の一実施形態を例示している。横座標は、時間を表し、縦座標は、例示される信号の増大する値を表す。当業者であれば、コントローラ２０がトランスデューサ１２を駆動している駆動周期又は半周期の部分については、電圧２５が駆動信号４５を表すこと、及び駆動周期又は半周期のＨｉＺ区間又は部分については、電圧２５は残響信号を表すことを理解するであろう。プロット７５〜７７では、ＨｉＺ区間は、破線によって一般的な方法で特定されている。
【００２６】
図６は、図５の破線円のうちの１つによってハイライトされる図５の部分の拡大図の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。周波数差を検出し、かつ／又は位相誤差を推定する方法の例示的な一実施形態は、トランスデューサ１２内の信号４５と循環電流との間の位相誤差を表すものとして、残響信号の曲率を測定又は推定することであり得る。位相誤差を使用して、２つの周波数間の差の量に加えて、周波数差を検出することができる。この説明は、図５〜７への参照を含む。
【００２７】
周波数差を検出する方法には、例えば、ＨｉＺ区間の一部分の間、残響信号の曲率を推定することが含まれ得る。一実施形態では、この方法を使用して、位相誤差を推定することもできる。例えば、ＨｉＺ区間内の異なる点で残響信号の値を測定すること。それらの異なる点間の時間間隔及び信号の振幅を使用して、位相誤差を決定、又は推定、又は計算することができる。コントローラ２０は、駆動周波数と共振周波数との間の位相誤差を表し得る信号の波形の形状を計算するように構成され得る。例えば、信号４５と循環電流との間の位相誤差である。
【００２８】
例示的な実施形態では、コントローラ２０は、残響電圧、例えば電圧２５の波形の一部分の形状を計算及び推定し、推定された形状を使用して位相誤差を推定するように構成され得る。コントローラ２０は、ＨｉＺ区間の異なる時点残響信号の値間の比率（Ｒ）を決定するように構成され得る。例示的な一実施形態では、３つの異なる点が使用され得る。この方法には、コントローラ２０の出力が高インピーダンス状態になる時間又はその付近における残響信号の値として第１の点を測定することと、次にＨｉＺ区間中の２つの追加的な点で残響信号の値を測定することとが含まれ得る。例えば、第１の時点又は初期時点は、信号の値がＭ０の値であり得る時間ＴＩによって例示され得る。２つの追加的な点の実施形態の実施例は、時間Ｔ１における値Ｍ１及び異なる時点における信号の値として（例えば、値Ｍ２としての時間Ｔ２等）図６に表示され例示されている。値Ｍ１及びＭ２は、信号の各実施形態について、矢印によって一般的な方法で例示されている。プロット７５〜７７の各々のＭ０の値は、それらが初期点ＴＩ又はその付近で発生するため、実質的に類似してあり得る。各プロット７５〜７７のＭ１及びＭ２の値は、各プロットが異なる位相誤差を表し、したがって点Ｔ１及びＴ２において湾曲部の異なる部分を有するため、異なる。例示的な一実施形態では、２つの追加的な点のうちの第１の点は、ＨｉＺ区間のほぼ中点又はその付近で測定され得、２つの追加的な点のうちの第２の点は、ＨｉＺ区間の終端、又はそのほぼ付近、又は少なくともその手前で測定され得る。一実施形態には、第１の測定点とＨｉＺ区間の終端のほぼ付近又はほぼ終端との間のＨｉＺ区間にわたって均等に広がった２つの追加的な点を測定することが含まれ得る。３つの点における信号の振幅は、対応する振幅Ｍ０〜Ｍ２として例示されている。測定値間の比率（Ｒ）は、以下のように計算され得る。
Ｒ＝ＡＢＳ（Ｖ２／Ｖ１）
【００２９】
一実施形態では、比率Ｒは、以下のように計算され得る。
Ｒ＝ＡＢＳ［（Ｍ２−Ｍ０）／（Ｍ１−Ｍ０）］
式中、
ＡＢＳ＝絶対値、
Ｖ１＝Ｍ１−Ｍ０、
Ｖ２＝Ｍ２−Ｍ０、
Ｍ０＝初期点ＴＩにおける振幅、
Ｍ１、Ｍ２＝対応する点Ｔ１、Ｔ２における振幅
【００３０】
比率Ｒは、測定された残響信号の曲率の指標として使用され得る。一実施形態では、値Ｍ０〜Ｍ１は、時間間隔にわたっての値の変化を表し得、値Ｍ０〜Ｍ２は、異なる時間間隔にわたっての値の変化を表し得、したがって、これら２つの間の比率は、測定された信号の波形の曲率を表し得る。曲率は、位相誤差の大きさの指標であり得、位相誤差の符号は、図６の凡例中の記号によって表される方向等、位相誤差の方向（プラス又はマイナス）の指標であり得る。例えば、信号の値が正になることを測定値が表す場合、位相誤差は、負になり得、駆動周波数は、増大される必要があり得、又は信号の値が負になる場合、位相誤差は、正になり得、駆動周波数は、減少される必要があり得、又は信号の値がゼロ付近にとどまる場合、位相誤差は、実質的にゼロになり得、駆動周波数は、実質的に一定にとどまる必要があり得る。
【００３１】
Ｒの好ましい値があり得る実施形態があり得る。比率（Ｒ）の好ましい値は、通常、理論的に計算される。それは、電圧（Ｍ０〜Ｍ２）の正確なタイミング、測定点（ＴＩ〜Ｔ２）の位置、及び駆動周期全体の一部分としてのＨｉＺ区間の持続期間に依存し得る。いくつかの実施形態では、比率（Ｒ）の値を使用して、位相誤差を推定することができる。
【００３２】
例示的な一実施形態では、図６の３つの測定点の例示されている例示的な実施形態について、比率（Ｒ）の理論的に計算された好ましい値は、約１．６１８である。コントローラ２０によって決定されたＲの値が１．６１８より大きい場合、位相誤差は、正であり得、駆動周波数は、減少される必要があり得る。逆に、コントローラ２０によって決定された値が１．６１８より低い場合、位相誤差は、負であり得、駆動周波数は、増大される必要があり得る。いくつかの実施形態では、比率（Ｒ）が理論値から逸脱している量は、位相誤差及び駆動周波数と共振周波数との間の差の大きさの指標であり得る。このため、比率の値は、駆動周波数が変更される必要のある量及び変更の方向（増大又は減少）を表し得る。いくつかの実施形態では、駆動周波数を減少させることは、信号４５の次の半周期を若干遅らせることを含み得、周波数を増大させることは、次の半周期の幅又は時間を低減することを含み得る。
【００３３】
図７は、図５の破線円のうちの１つによってハイライトされる図５の部分の拡大図の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。位相シフト及び／又は信号の波形の曲率は、ＨｉＺ区間のより多くの点で信号の値を測定することによって推定され得る。例えば、図７は、ＨｉＺ区間中の５つの異なる点を使用する方法を例示している。例示的な一実施形態では、信号の曲率は、５つの測定点の値から決定され得る。
【００３４】
この方法は、駆動体の出力が高インピーダンス状態になる時間又はその付近で、例えばＨｉＺ区間の開始時又はその付近で、残響信号の値を測定すること、並びに次にＨｉＺ区間中の他の４つの追加的な点で残響信号の値を測定することを含み得る。位相誤差を決定する方法の例示的な一実施形態は、ＨｉＺ区間中の５つの異なる時点で残響信号をサンプリングすることを含み得る。
【００３５】
この方法は、この方法には、駆動体の出力がＨｉＺ状態になる時間又はその付近における残響信号の値として第１の点を測定することと、次にＨｉＺ区間中の４つの追加的な点で残響信号の値を測定することとが含まれ得る。例えば、第１の時点又は初期時点は、信号の値がＭ０の値であり得る時間ＴＩによって例示され得る。一実施形態には、第１の測定点とＨｉＺ区間の終端のほぼ付近又は終端との間のＨｉＺ区間にわたって均等に広がった４つの追加的な点を測定することが含まれ得る。５つの点（Ｔ０〜Ｔ４）における信号の振幅は、対応する振幅Ｍ０〜Ｍ４として例示されている。４つの追加的な点の実施形態の実施例は、時間Ｔ１における値Ｍ１、時間Ｔ２における値Ｍ２、時間Ｔ３における値Ｍ３、及び時間Ｔ４における値Ｍ４として図７に表示され例示されている。値Ｍ１〜Ｍ４は、矢印によって一般的な方法で例示されている。測定値間の比率（Ｒ）は、以下のように計算され得る。
Ｒ＝ＡＢＳ［（Ｖ４＋Ｖ３）／（Ｖ２＋Ｖ１）］
【００３６】
一実施形態では、比率Ｒは、以下のように計算され得る。
Ｒ＝ＡＢＳ［（Ｍ４＋Ｍ３−２＊Ｍ０）／（Ｍ２＋Ｍ１−２＊Ｍ０）］
式中、
ＡＢＳ＝絶対値、
Ｖ１＝Ｍ１−Ｍ０、
Ｖ２＝Ｍ２−Ｍ０、
Ｖ３＝Ｍ３−Ｍ０、
Ｖ４＝Ｍ４−Ｍ０、
Ｍ０＝初期点における振幅、
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４＝対応する点Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４における振幅
【００３７】
いくつかの実施形態では、ＨｉＺ区間中の４つ以上の点で信号の振幅を測定することは、信号の位相誤差及び／又は曲率のより正確な計算を提供し得ると考えられる。４つ以上の点を使用することは、トランスデューサ１２の他のパラメータ（例えば、トランスデューサ１２の並列静電容量又は直列インピーダンス等）を測定する上でも助けになり得る。
【００３８】
コントローラ２０は、周波数差を検出する方法を形成するように構成され得る。この方法の一実施形態には、駆動フェーズ中に第１の数の駆動周期の間、周波数差を検出することなくトランスデューサ１２を固定送信周波数で駆動してトランスデューサ１２内に循環電流を形成することが含まれ得る。いくつかの実施形態では、この方法は、第１の数の駆動周期の間、信号４５が全駆動半周期に適用され得、又は所望によりＨｉＺ区間である他の部分を有する駆動半周期の部分のみに適用され得ることを含み得る。いくつかの実施形態では、この方法は、第１の数が、約３〜５（３〜５）の範囲又は約２〜５以上（２〜５＋）のサイクルの範囲であり得ることを含み得る。
【００３９】
第１の数の駆動周期後、コントローラ２０は、ＨｉＺ区間を含み、周波数差を検出するかあるいは位相誤差を推定し、駆動周波数が残響周波数に実質的に等しくなるように調整する、信号４５を制御する方法を形成するように構成され得る。駆動半周期の一部分の間、信号４５は、送信される音響信号を形成するようにトランスデューサ１２を駆動し得、ＨｉＺ区間中、コントローラ２０は、位相誤差を決定又は推定するように構成され得るか、又は信号の波形の曲率を推定するように構成され得る。コントローラ２０は、位相誤差を低減するか、あるいは位相誤差を実質的にゼロにするために、次の駆動信号の周波数を調整するように構成された実施形態を含み得る。一実施形態は、コントローラ２０が次の駆動信号の周波数を共振周波数にほぼ等しくなるように調整するように構成され得ることを含み得る。コントローラ２０は、位相誤差を例えばＨｉＺ区間中等に１ステップで低減するように駆動周波数を調整するように、又はいくつかの駆動信号周期又は半周期にわたってより小さなステップで駆動周波数を調整するように、構成された実施形態を有し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、周波数差のより大きなパーセンテージである駆動周波数の第１の調整を形成し、信号４５の後続サイクルには駆動周波数のより小さい変化を使用するように構成され得る。
【００４０】
図８は、位相誤差と計算された比率（Ｒ）との間の依存関係の実施形態について、非限定的な実施例を例示するグラフである。比率Ｒは、測定された残響信号の曲率の指標として、あるいは位相誤差の指標として、使用され得る。Ｒの好ましい値がある実施形態があり得る。比率（Ｒ）の好ましい値は、通常、理論的に計算される。それは、電圧測定点（Ｍ０〜Ｍ４）の正確なタイミング、及び駆動周期全体あるいは半周期の一部分としてのＨｉＺ区間の持続期間に依存し得る。
【００４１】
例えば図８に関して説明される例示的な実施形態等の、例示的な一実施形態では、比率（Ｒ）の理論的に計算された好ましい値は、約１．９６３であった。コントローラ２０によって測定又は決定されたＲの値が１．９６３より大きかった場合、駆動周波数を減少させる必要があり得る。逆に、コントローラ２０によって測定又は決定された値が１．９６３より低い場合、駆動周波数を増大させ得る。理論的に計算される好ましい値は、いくつかの点、それらの間の距離、点の位置、及びいくつかの実施形態では、使用される配合に依存するため、図７の実施例の比率（Ｒ）の理論的に計算された好ましい値は、図６の例示的な実施形態のために計算された理論的に計算された好ましい値とは異なり得る。
【００４２】
図９は、ＨｉＺ区間中に残響信号を測定するために、あるいは周波数差を検出するために、あるいは残響信号の曲率を決定するために、あるいは位相誤差を推定若しくは決定するために利用され得る回路８０の実施形態の非限定的な実施例を概略的に例示する。回路８０はまた、駆動周波数を残響周波数に実質的に等しく、あるいはより近くなるように調整するように構成され得る。回路８０は、受信器又はＲｅｃ又は受信器回路８１、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）８２、及び制御回路８３を含み得る。いくつかの実施形態では、回路８１は、回路２８又はその一部分（例えば、入力増幅器２９等）を含み得、ＨｉＺ区間中に残響信号を受信し、残響信号を表す信号を形成するために使用され得る。回路８１は、受信又は増幅された信号を使用可能な値に調整する減衰器を含む実施形態を有し得る。いくつかの実施形態では、減衰器は、省略され得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、回路８３は、デジタル信号プロセッサ及び他のプロセッサ又は回路を含み得る。回路８３は、回路８２を含み得る実施形態を有し得る。回路８３は、ＨｉＺの時間間隔、残響信号の振幅等のパラメータを測定点で決定するように構成され得、ＨｉＺ区間を形成する信号４５を形成するように構成され得、かつ、周波数差を検出し、かつ／又は位相誤差を決定し、駆動周波数を実質的に共振周波数になるように調整し、かつ／又は残響信号の曲率を推定するアルゴリズムで情報を処理するように構成され得る。一実施形態では、回路８０は、回路３２（図１）の一部分であり得る。
【００４４】
一実施形態では、回路３２（図１）及び／又は回路８０は、測定点で情報を形成する残響信号の曲率を決定する方法を形成し、残響信号の点の比率を決定し、駆動周波数を実質的に共振周波数になるように調整するように構成され得る。例えば、一実施形態は、回路３２（図１）又は回路８０が、受信した残響信号を統合し、かつ／又は測定点から内挿して循環電流の振幅、周波数、及び位相誤差を決定するように構成され得ることを含み得る。
【００４５】
当業者であれば、ＨｉＺ区間の様々な点で受信した信号の値を測定し、比率（Ｒ）を決定する方法は、位相誤差あるいは信号の曲率を推定し、駆動周波数を変更する方法を決定する１つの例示的な方法を説明するための単なる手段であることを理解するであろう。当業者であれば、他の方法もまた使用され得ることを理解するであろう。例えば、コントローラは、ＨｉＺ区間の開始と閾値を超える信号との間の時間間隔を計数するように構成され得る。信号が閾値を超えるのにかかる時間は、位相誤差の指標である。長い時間間隔は、大きな負の位相誤差を表し得、短い時間間隔は、正の位相誤差を表し得る。
【００４６】
図１０は、コントローラ２０の実施形態を使用すること、及び駆動周波数を調整する方法の実施形態をトランスデューサ１２の実施形態に適用することによって得られた幾つかの結果の実施形態の非限定的な実施例を例示するグラフである。プロット１２０は、電圧２５の実施例を例示し、プロット１２１は、トランスデューサ１２内の循環電流の実施例を例示し、プロット１２２は、駆動周波数を例示する。例示的な実施形態では、駆動周波数は、５２ｋＨｚ付近で始まり、実際のトランスデューサ共振周波数は、約５０ｋＨｚである。プロット１２２によって例示されるように、この方法は、駆動周波数をいくつかの駆動周期にわたって調整して、共振周波数にほぼ等しい駆動周波数を達成する。
【００４７】
図１１は、コントローラ２０の代替的な実施形態である実施形態を有し得るトランスデューサコントローラ６０の一部分の実施形態の非限定的な実施例を概略的に例示する。コントローラ６０の実施形態は、コントローラ６０が回路４１の代替的な実施形態であり得る駆動回路６６を有することを除き、コントローラ２０と実質的に同じであり得る。コントローラ６０は、位相誤差を決定し、共振周波数に応答して形成される周波数及び／又は位相を有する駆動信号６８を適応的に形成するように構成され得る。コントローラ６０は、コントローラ２０（図１）の駆動信号４５について説明された２つの値又は状態の代わりに、３つの値又は状態を有する駆動信号６８を形成するように構成され得る。駆動回路６６は、信号６８の３つの値を形成するスイッチ４６、４７、及び６７を含む。
【００４８】
図１２は、トランスデューサ１２を駆動し、信号６８の周波数を共振周波数と実質的に等しく、又はそれに近くなるように調整する、コントローラ６０から発生するいくつかの信号の実施形態の非限定的な実施例を示すグラフである。プロット６９は、スイッチ４６の状態を例示し、プロット７０は、スイッチ４７の状態を例示する。プロット７１は、スイッチ６７の状態を例示する。プロット７２は、電圧２５を例示する。横座標は、時間を表し、縦座標は、例示される信号の増大する値を表す。この説明は、図１２〜１３への参照を含む。
【００４９】
駆動半周期の一部分の間ほぼ戻り２２の値である値を有する信号６８を形成するために、駆動半周期の一部分の間コントローラ６０がスイッチ６７を有効化するように構成され得ることを除き、コントローラ６０は、コントローラ２０と実質的に同様に動作する。例えば、コントローラ６０は、半周期の始まりに、あるいは駆動半周期の終わりに、あるいは駆動半周期中いかなるときでも、スイッチ６７を有効化し、スイッチ４６〜４７を無効化するように構成され得る。駆動半周期の別の部分の間、コントローラ６０は、スイッチ６７を無効化し、スイッチ４６又は４７のうちの１つを有効化して、駆動半周期の一部分又は一パーセンテージの間トランスデューサ１２をある電圧で駆動するように構成され得る。駆動半周期の一部分又は一パーセンテージの満了後、コントローラ６０は、スイッチ４６、４７、及び６７の全てを無効化し、ＨｉＺ区間を形成し、かつ、コントローラ２０及び図５〜１１の説明において説明されているように位相誤差を決定するように構成され得る。
【００５０】
図５〜１１の説明において説明されたグラフ及び動作を参照すると、コントローラ６０がプロット７５〜７７及び図１２に例示されるように電圧２５のゼロ値を追加するであろうことを除き、コントローラ６０が電圧２５のために同様の信号を形成するであろうことを当業者であれば理解するであろう。
【００５１】
図１３は、トランスデューサ１２を駆動し、信号６８の周波数を共振周波数と実質的に等しく、又はそれに近くなるように調整する、コントローラ６０から発生するいくつかの信号の実施形態の非限定的な実施例を示すグラフであり、ＨｉＺ区間は、スイッチ６７がある時間間隔の間、閉鎖すなわち有効化された直後に形成される。プロット１２５は、スイッチ４６の状態を例示し、プロット１２６は、スイッチ４７の状態を例示する。プロット１２７は、スイッチ６７の状態を例示する。プロット１２８は、電圧２５を例示する。横座標は、時間を表し、縦座標は、例示される信号の増大する値を表す。この説明は、図１１〜１３への参照を含む。
【００５２】
一実施形態の実施例では、コントローラ６０は、半周期の始端部分で、あるいは駆動半周期の終わりにスイッチ４６を有効化し、スイッチ４７及び６７を無効化して、トランスデューサ１２を第１の値で駆動し、その後、半周期の後続部分の間スイッチ４７を有効化し、スイッチ４６及び６７を無効化して、トランスデューサ１２を第１の値で駆動するように構成され得る。コントローラ６０は、その後スイッチ６７を有効化し、スイッチ４６〜４７を無効化して、駆動半周期の別の一部分の間ほぼ戻り２２の値である値を有するように信号６８を形成するように構成され得る。コントローラ６０は、スイッチ６７を閉鎖した後でＨｉＺ区間を形成し、ＨｉＺ区間の一部分の間、コントローラ２０及び図５〜１１の説明において説明されるように位相誤差を決定し、あるいは周波数差を検出するように構成された実施形態を有し得る。
【００５３】
図５〜１１の説明において説明されているグラフ及び操作を参照すると、当業者であれば、図１３のプロット１２８によって例示されるようにコントローラ６０が電圧２５のゼロ値をプロット７５〜７７に追加するであろうことを除き、ＨｉＺ区間中コントローラ６０が電圧２５のための類似の信号を形成するであろうことを理解するであろう。
【００５４】
図１４は、駆動回路４１及び／又は６６の代替的な実施形態であり得る駆動回路９０の一実施形態の一部分の実施例の実施形態の非限定的な実施例を概略的に例示する。回路９０は、トーテムポールまたは直列接続において相互接続されたトランジスタ９１及び９３を含む。駆動回路はまた、トランジスタ９４、トランジスタ９５、及びトランジスタ９２を含む。トランジスタ９１〜９２は、Ｐチャネル、トランジスタ９３〜９５は、Ｎチャネルトランジスタである。トランジスタ９１は、ＤＣ電圧を受け取るために接続されたソースと、トランジスタ９３のドレイン、トランジスタ９２のソース、及び任意追加的なポンプキャパシタ９７の第１の端子に共通に接続されたドレインとを有する。トランジスタ９３のソースは、トランジスタ９４のドレインにも接続されている戻り２２に接続される。トランジスタ９４のソースは、トランジスタ９５のソース及び任意追加的なキャパシタ９７の第２の端子に共通に接続される。トランジスタ９２のドレインは、トランジスタ９５のドレイン及び端子２３に共通に接続される。
【００５５】
回路９０は、キャパシタ９７を含み得る負のチャージポンプを含む実施形態を有し得る。チャージポンプは、入力２１に対する電圧にほぼ等しくあり得る大きさと、反対の符号（例えば、負の符号）とを有し得る負の電圧（−Ｖｉ）を生成するように構成され得る。回路９０のこのような実施形態は、ほぼゼロの値あるいは戻り２２の値での駆動が可能であるため、図１１の回路６６の代替的な実施形態であり得る。
【００５６】
回路９０の一実施形態は、トランジスタ９１、９２、及び９４がＯＮすなわち有効である場合（他の全てのトランジスタがＯＦＦすなわち無効）、回路９０は、有効化すなわち閉鎖されているスイッチ４６（図１１）と同様に機能し得、キャパシタ９７は、ほぼ入力２１の値に充電されることを含み得る。トランジスタ９３及び９５がＯＮすなわち有効であり（他の全てのトランジスタがＯＦＦすなわち無効）、かつキャパシタ９７が入力２１の値に充電されていた場合、回路９０は、有効化すなわち閉鎖されているスイッチ４７と同様に機能し得、出力電圧は入力２１の値のマイナスの値に近い。回路９０は、駆動回路として機能することに加えて、負のチャージポンプと同様にはたらき得る一実施形態を含み得る。
【００５７】
トランジスタ９１及び９４がＯＮすなわち有効である場合（他の全てのトランジスタがＯＦＦ）、キャパシタ９７は、ほぼ入力２１上の値に充電され、回路９０の出力は、高インピーダンス状態（ＨｉＺ）にある。
【００５８】
回路は、他の実施形態を有し得る。例えば、トランジスタ９１及び９２がＯＮすなわち有効である場合（他の全てのトランジスタがＯＦＦすなわち無効）、回路９０は、キャパシタ９７に充電することなく、閉鎖すなわち有効化されているスイッチ４６（図１１）と同様に機能し得る。また、トランジスタ９４及び９２がＯＮすなわち有効であり（他の全てのトランジスタがＯＦＦすなわち無効）、かつキャパシタ９７が充電されている場合、回路９０は、閉鎖すなわち有効化されているスイッチ４６（図１１）と同様に機能し得る。全てのトランジスタがＯＦＦの場合、回路９０の出力は、高インピーダンス状態（ＨｉＺ）にある。
【００５９】
図１５は、３端子型トランスデューサ１００の一実施形態の一部分の非限定的な実施例を概略的に例示する。トランスデューサ１００は、トランスデューサ１００を駆動するための駆動信号が適用され得る端子１７を含み得、またトランスデューサ１００内の循環電流を感知又は監視するために使用され得る感知端子１０１も含み得る。
【００６０】
図１６は、トランスデューサ１００に適用される信号４５の駆動周期の実施形態中の信号のうちのいくつかの実施形態の非限定的な実施例を例示するプロットを有するグラフである。トランスデューサ１００は、循環電流を感知するための感知信号を提供する感知端子１０１を含み得る。いくつかの実施形態では、トランスデューサ１００内に信号４５と感知信号との間の連結があり得る。このため、いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、信号４５の縁部付近で発生する感知信号の値を使用しないように構成され得る。例えば、コントローラ２０は、信号４５の縁部付近で発生する感知信号の値をブランクにするか、又は覆い隠すように構成され得る。例えば、感知信号は、遷移の１パーセント以内の半周期の部分、例えば各遷移の前後の周期の約５〜１０パーセント（５％〜１０％）の間、無視され得るか、又はブランクにされ得る。コントローラ２０の一実施形態は、遷移から離れた半周期の一部分の間にＨｉＺ区間を形成し、ＨｉＺ区間中に位相誤差を決定するように構成され得る。
【００６１】
トランスデューサ１００を制御する別の例示的な実施形態では、コントローラ２０又は６０の実施形態は、駆動半周期の実質的に全体の間、又は駆動周期の実質的に全体の間、信号４５又は６８を形成し、ＨｉＺ区間を形成しないように構成され得る。コントローラ２０又は６０は、駆動半周期又は駆動周期５５の間の感知信号を受信又は監視し、信号４５又は６８の遷移の付近又はその間の感知信号をブランクにするか、又は覆い隠すように構成され得る。コントローラ２０又は６０はまた、周波数差を検出するか、あるいは感知信号から位相誤差を決定するように構成され得る。
【００６２】
一実施形態は、コントローラ２０又は６０が、感知信号を使用して、送信フェーズ中に送信される音響信号を形成するために使用される駆動信号の間に循環電流を感知するように、かつ／又は能動制振フェーズ中に循環電流を感知するように、構成され得ることを含み得る。
【００６３】
図１７は、半導体ダイ１３３上に形成された半導体デバイス又は集積回路１３２の一実施形態の一部分の拡大平面図を例示している。一実施形態では、コントローラ２０又は６０のうちの任意の１つがダイ１３３上に形成され得る。ダイ１３３は、図面の単純さのために図１７に示されていない他の回路も含み得る。コントローラ及びデバイス又は集積回路１３２は、当業者によく知られている半導体製造技術によってダイ１３３上に形成され得る。
【００６４】
上記の全てのことから、トランスデューサコントローラを形成する方法の実施形態が、
駆動周期及び駆動半周期を形成する第１の周波数で駆動信号（例えば、信号４５又は６８等）を形成するようにトランスデューサコントローラ（例えば、コントローラ２０又は６０等）を構成することと、
駆動半周期の第１の部分の間、該駆動信号でトランスデューサを駆動するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該駆動半周期の第２の部分の間、該トランスデューサによって形成される残響電圧を感知するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該残響電圧の部分を測定し、該第１の周波数と該トランスデューサの共振周波数との間の位相誤差を推定するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該第１の周波数を、該位相誤差を低減する第２の周波数に調整するように該トランスデューサコントローラを構成することと、を含むことを当業者であれば理解するであろう。
【００６５】
この方法の別の実施形態は、第１の数の後続の駆動周期の間、該第１の周波数を該第２の周波数に漸次調整するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００６６】
この方法は、該電圧の波形の曲率を計算し、該曲率から該位相誤差を推定するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る実施形態を有し得る。
【００６７】
一実施形態は、該第１の周波数を、該トランスデューサの該共振周波数に実質的に等しい該第２の周波数に調整するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００６８】
別の実施形態は、該駆動半周期の該第１の部分の間のみ、該トランスデューサを駆動する該駆動信号を形成するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００６９】
この方法は、該第２の半周期の間にＨｉＺ区間を形成し、該ＨｉＺ区間の間に該残響電圧を感知するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る実施形態を有する。
【００７０】
一実施形態は、該第２の半周期の間に１つ以上の時間間隔で該残響の値を測定し、該１つ以上の値の比率を決定するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００７１】
一実施形態は、該比率を理論的に計算された値と比較し、該比率と該理論的に計算された値との間の差を決定することと、該差を使用して、該第１の周波数をどの程度まで調整すべきかを決定することと、を含み得る。
【００７２】
この方法の一実施形態は、該半周期の第３の部分の間、実質的にゼロの値を有する該駆動信号を形成するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得、該第３の部分は、該第１の部分の後であり、かつ該第２の部分の前又は前記第２の部分の後のうちの１つに形成される。
【００７３】
トランスデューサコントローラを形成する方法の実施形態が、
駆動周期及び駆動半周期を形成する第１の周波数で駆動信号を形成するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
駆動半周期の第１の部分の間、該駆動信号でトランスデューサを駆動するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該駆動信号に応答して該トランスデューサによって形成された残響信号を該駆動半周期の第２の部分において感知するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該第１の周波数と該残響信号の周波数との間の位相誤差を決定するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該第１の周波数を、該位相誤差を低減する第２の周波数に調整するように該トランスデューサコントローラを構成することと、を含み得ることを、当業者であれば理解するであろう。
【００７４】
この方法の一実施形態は、プログラムを内部に記憶させた非一時的コンピュータ可読媒体を含むように該トランスデューサコントローラを形成することを含み得る。
【００７５】
別の実施形態は、該プログラムに従って動作するように該トランスデューサコントローラを形成することを含み得る。
【００７６】
一実施形態は、該駆動信号のすぐ後続の第２の周期を形成するように該トランスデューサコントローラを構成することを更に含み得、該第２の周期は、該第２の持続期間を有する。
【００７７】
一実施形態では、方法は、該駆動半周期の該第２の部分の間に複数の回数で該残響信号の値を測定するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００７８】
この方法の一実施形態は、該値のうちの２つ以上の比率を形成し、該比率を理論的な比率値と比較するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００７９】
別の実施形態は、該残響信号の値が閾値を実質的に超える時間を決定し、該時間を理論的に決定された時間と比較するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００８０】
一実施形態は、該駆動半周期の該第２の部分の間、該トランスデューサコントローラの出力を高インピーダンス状態に置き、該高インピーダンス状態の間、該残響電圧を感知するように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００８１】
当業者であれば、トランスデューサコントローラを形成する方法の実施形態が、
駆動周期及び駆動半周期を形成する第１の周波数で駆動信号を形成するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該駆動半周期の第１の部分の間、該駆動信号でトランスデューサを駆動するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該駆動信号に応答して該トランスデューサによって形成された残響信号を該駆動半周期の第２の部分において感知するように該トランスデューサコントローラを構成することであって、該トランスデューサコントローラは、該駆動信号の遷移に応答して該残響信号を無視するように構成されている、構成することと、
該第１の周波数と該残響信号の周波数との間の位相誤差を決定するように該トランスデューサコントローラを構成することと、
該第１の周波数を、該第１の周波数よりも該トランスデューサの残響周波数に近い第２の周波数に調整するように該トランスデューサコントローラを構成することと、を含むことを理解するであろう。
【００８２】
この方法の一実施形態は、ほぼ該駆動信号の遷移において該残響信号を覆い隠すように該トランスデューサコントローラを構成することを含み得る。
【００８３】
別の実施形態は、該第２の周波数を該残響周波数に実質的に等しくなるように形成することを含み得る。
【００８４】
上記の全てのことからみて、新規なデバイス及び方法が開示されていることは明らかである。他の特長に加えて、該トランスデューサから測定信号を送信するサイクルの間、駆動周波数と共振周波数との間の差（あるいは、該駆動信号の位相とトランスデューサ共振周波数の位相との間の差）を定期的に検出するように制御回路又はコントローラを形成すること、及び位相誤差を低減するために駆動信号の周波数を調整すること、又は代替的な実施形態では、送信サイクルの間にトランスデューサ１２共振周波に実質的に等しくなるように信号４５の周波数を調整することが含まれる。送信サイクルの間、例えば半周期の間に信号４５の周波数を調整することは、トランスデューサ１２の感度を改善し、トランスデューサ１２を使用してより長距離を測定することを容易化する。それはまた、トランスデューサが使用され得るより広範な検出可能範囲を形成することを容易化し得る。
【００８５】
説明の主題は、具体的な好ましい実施形態及び例示的な実施形態と共に説明されているものの、上記のそれらの図面及び説明は、本主題の実施形態の典型的かつ非限定的な実施例のみを叙述しており、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、当業者にとっては多数の代替物及び変化形が自明であろうことは、明らかである。当業者であれば理解するであろうように、測定システム及び関連するコントローラの例示形態は、位相誤差を決定若しくは推定し、かつ／又は周波数差を検出し、かつ駆動周波数を調整する操作方法を説明するための手段として使用される。
【００８６】
特許請求の範囲が以下で反映しているように、発明の態様は、前述で開示された単独の実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴にある場合がある。このため、以下に表現されている特許請求の範囲は、この図面の詳細な説明内に明確に組み込まれており、各請求項は、発明の別々の実施形態として互いに独立している。更に、本明細書に記載された一部の実施形態は、他の実施形態に含まれる他の特徴をいくらか含むが、当業者には理解されるであろうように、種々の実施形態の特徴の組み合わせは、本発明の範囲内であることを意味し、かつ種々の実施形態を形成する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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