(57)【要約】  アナログ超音波トランスデューサ出力信号が、デジタル信号に直接変換される超音波デバイスが記載されている。超音波デバイスは、いくつかの実例では、シグマデルタアナログ−デジタル変換器に直接結合された、微細化された超音波トランスデューサを含む。直接デジタル変換することにより、超音波回路チェーン内の望ましくないアナログ処理段を省略できる場合がある。いくつかの状況では、ＡＤＣは、超音波トランスデューサと同じ基板上に集積することができる。
2020524428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ上の超音波デバイスであって、アナログ処理回路を介在させずに超音波トランスデューサに結合され、前記超音波トランスデューサのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するように構成された、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備えるチップ上の超音波デバイス。
【請求項２】
半導体基板をさらに備え、前記ＡＤＣ及び前記超音波トランスデューサが前記半導体基板上に集積されている、請求項１に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項３】
前記超音波トランスデューサが、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）である、請求項１に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項４】
前記超音波トランスデューサのうちの第１の超音波トランスデューサが、微細加工超音波トランスデューサ（ＭＵＴ）である、請求項１に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項５】
前記ＭＵＴが、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）である、請求項４に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項６】
前記ＭＵＴが、圧電性微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）である、請求項４に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項７】
前記ＡＤＣのうちの第１のＡＤＣが、スイッチを通して前記ＭＵＴに結合されている、請求項４に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項８】
前記ＡＤＣのうちの第１のＡＤＣが、前記ＭＵＴに結合され、前記ＭＵＴによって発生した電気信号の時間利得補償を実行するように構成されている、請求項４に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項９】
前記第１のＡＤＣが、制御可能な基準電流を有するデジタル−アナログ（ＤＡＣ）変換器を備える、請求項８に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項１０】
前記ＡＤＣのうちの第１のＡＤＣが、前記ＭＵＴに結合され、制御可能な基準電流を含む、請求項４に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項１１】
前記第１のＡＤＣが、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を備える、請求項１０に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項１２】
前記ＤＡＣが、前記制御可能な基準電流を使用する、請求項１１に記載のチップ上の超音波デバイス。
【請求項１３】
超音波デバイスであって、
複数の微細加工超音波トランスデューサがその上に集積された第１の基板と、
アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、アナログ処理回路を介在させずに前記複数の超音波トランスデューサのうちの超音波トランスデューサの出力に結合されている前記ＡＤＣがその上に集積された第２の基板と、
前記第２の基板上に集積された送信回路であって、前記複数の超音波トランスデューサに結合され、前記複数の超音波トランスデューサによる超音波信号の送信を制御するように構成された送信回路と、
を備える超音波デバイス。
【請求項１４】
前記第１の基板上に集積された送信回路であって、電気的に前記複数の超音波トランスデューサと、前記第２の基板上に集積された前記送信回路との間に結合された送信回路をさらに備える、請求項１３に記載の超音波デバイス。
【請求項１５】
前記超音波トランスデューサと、前記ＡＤＣとの間に結合されたスイッチをさらに備える、請求項１３に記載の超音波デバイス。
【請求項１６】
前記第２の基板上に集積されたデジタル処理回路をさらに備える、請求項１３に記載の超音波デバイス。
【請求項１７】
超音波デバイスであって、
複数の微細加工超音波トランスデューサを有し、送信回路であって、前記複数の超音波トランスデューサに結合され、前記複数の超音波トランスデューサによる超音波信号の送信を制御するように構成された前記送信回路がその上に集積された第１の基板と、
アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、アナログ処理回路を介在させずに前記複数の超音波トランスデューサのうちの超音波トランスデューサの出力に結合されている前記ＡＤＣがその上に集積された第２の基板と、
を備える超音波デバイス。
【請求項１８】
前記ＡＤＣが、別個の時間利得補償回路を介在させることなしに前記超音波トランスデューサの出力に結合された、請求項１７に記載の超音波デバイス。
【請求項１９】
前記ＡＤＣが、別個の増幅器を介在させることなしに前記超音波トランスデューサの出力に結合された、請求項１７に記載の超音波デバイス。
【請求項２０】
請求項１７に記載の超音波デバイスであって、前記複数の超音波トランスデューサの出力信号を受信するために結合された平均化回路を欠いている、超音波デバイス。
【請求項２１】
超音波デバイスを動作させる方法であって、微細化された超音波トランスデューサによって出力されたアナログ電気信号を、デジタル信号に直接変換することを含む方法。
【請求項２２】
前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換することが、シグマデルタ連続時間型アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して前記アナログ電気信号を変換することを含む、請求項２１に記載の超音波デバイスを動作させる方法。
【請求項２３】
前記デジタル信号にデジタル処理を実行することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記アナログ電気信号を前記デジタル信号に変換することが、前記アナログ電気信号に時間利得補償を実行することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記アナログ電気信号に時間利得補償を実行することが、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）の基準電流を動的に調節することを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
超音波デバイスを動作させる方法であって、微細化された超音波トランスデューサによって出力されたアナログ電気信号を、アナログドメインで前記アナログ電気信号の処理を最初に実行せずにデジタル信号に変換することを含む方法。
【請求項２７】
前記アナログ電気信号をデジタル信号に変換することの一部として、前記アナログ電気信号に時間利得補償を実行することをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記アナログ電気信号が電流信号である、請求項２６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
[0001]  本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、代理人整理番号Ｂ１３４８．７００４９ＵＳ００の下で２０１７年６月２０日に出願され、「ANALOG TO DIGITAL SIGNAL CONVERSION IN ULTRASOUND DEVICE」と題された米国仮特許出願第６２／５２２，６２５号の利益を主張し、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【０００２】
背景
分野
[0002]  本出願は、超音波デバイス、及びアナログ超音波トランスデューサ信号のデジタル信号への変換に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術
[0003]  超音波プローブは、超音波信号を感知し、対応する電気信号を発生させる、１つ又は複数の超音波センサを含んでいる場合が多い。電気信号は、アナログ又はデジタルドメインで処理される。時として、処理された電気信号から超音波イメージが生成される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
[0004]  本出願の一態様に従って、超音波センサと、この超音波センサに直接結合されて、センサのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ：analog-to-digital converter）と、を備える超音波装置が提供される。超音波デバイスは、電気的に超音波センサとＡＤＣとの間にあるアナログ処理回路を欠いている場合がある。
【０００５】
[0005]  本出願の一態様に従って、超音波デバイスを動作させる方法であって、微細化された超音波トランスデューサによって出力されたアナログ電気的信号を、デジタル信号に直接変換することを含む方法が提供される。
【０００６】
[0006]  本出願の一態様に従って、超音波トランスデューサに直接結合され、超音波トランスデューサのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を備えるチップ上の超音波デバイスが提供される。
【０００７】
[0007]  本出願の一態様に従って、微細加工超音波トランスデューサ（ＭＵＴ：micromachined ultrasonic transducer）と、アナログ処理回路を介在させずにこのＭＵＴに結合されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）と、を備えるチップ上の超音波デバイスが提供される。
【０００８】
[0008]  本出願の一態様に従って、超音波デバイスであって、複数の微細加工超音波トランスデューサがその上に集積された第１の基板と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、アナログ処理回路を介在させずに複数の超音波トランスデューサのうちの超音波トランスデューサの出力に結合されているＡＤＣがその上に集積された第２の基板と、第２の基板上に集積された送信回路であって、複数の超音波トランスデューサに結合され、複数の超音波トランスデューサによる超音波信号の送信を制御するように構成された送信回路と、を備える超音波デバイスが提供される。
【０００９】
[0009]  本出願の一態様に従って、超音波デバイスであって、複数の微細加工超音波トランスデューサを有し、送信回路であって、複数の超音波トランスデューサに結合され、複数の超音波トランスデューサによる超音波信号の送信を制御するように構成された送信回路がその上に集積された第１の基板と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）であって、アナログ処理回路を介在させずに複数の超音波トランスデューサのうちの超音波トランスデューサの出力に結合されているＡＤＣがその上に集積された第２の基板と、を備える超音波デバイスが提供される。
【００１０】
[0010]  本出願の一態様に従って、超音波デバイスを動作させる方法であって、微細化された超音波トランスデューサによって出力されたアナログ電気信号を、アナログドメインでアナログ電気信号の処理を最初に実行せずにデジタル信号に変換することを含む方法が提供される。
【００１１】
図面の簡単な説明
[0011]  本出願の様々な態様及び実施形態を以下の図面を参照しながら説明する。図面は必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。複数の図面に現れる項目は、それらが現れるすべての図面において同じ参照番号によって表示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】[0012]単一の基板上に超音波トランスデューサと、送信回路と、受信回路と、を含む超音波デバイスのブロック図である。
【図１Ｂ】[0013]本出願の非限定的な実施形態による、図１Ａの超音波デバイスの代替的選択肢を図示し、送信回路及び受信回路が、複数の基板間に分割されている。
【図２】[0014]本出願の非限定的な実施形態による、超音波トランスデューサと、送信回路と、アナログ処理回路を介在させずに超音波トランスデューサに結合されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を有する受信回路と、を含む超音波デバイスの非限定的な例を図示する。
【図３】[0015]アナログ−デジタル変換器が超音波トランスデューサに直接結合されている超音波信号チェーンを図示する。
【図４】[0016]本出願の態様に従って実装し得るようなＡＤＣと結合された、超音波トランスデューサの一例を図示する。
【図５】[0017]基準電流が制御可能なデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ：digital-to-analog converter）の非限定的な例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
詳細な説明
[0018]  本出願の態様は、出力（電流又は電圧）信号を発生させるように構成された超音波トランスデューサと、この超音波トランスデューサに直接結合され、超音波トランスデューサからのアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換器と、を含む超音波回路に関する。いくつかの実施形態では、トランスデューサは電流出力信号を発生させ、一方、他の実施形態では、トランスデューサは電圧出力信号を発生させる。ＡＤＣは、アナログ処理回路を介在させずに超音波トランスデューサに結合させることができ、したがって、増幅及びフィルタリングなどのアナログ処理に関連した電力をなくすことによって電力の節約が可能になる。例えば、回路は、別個の増幅器（例えば、トランスインピーダンス増幅器すなわち「ＴＩＡ：trans-impedance amplifier」）、時間利得補償（ＴＧＣ：time gain compensation）回路、及びアナログ−デジタル変換器ドライバを欠いている場合がある。それでも、ＡＤＣは、少なくともいくつかの実施形態では時間利得補償を提供することができ、したがって、超音波トランスデューサによって供給されたアナログ信号を表す、増幅されたデジタル信号を供給することができる。
【００１４】
[0019]  本出願の一態様に従って、超音波トランスデューサによって発生した電気信号を処理する方法が提供される。この方法は、超音波トランスデューサによって出力されたアナログ電気信号を、アナログドメインで信号処理を最初に実行せずにデジタル信号に直接変換することを含む。アナログ信号をデジタル信号に変換することは、時間利得補償を実行することを含むことができる。電気信号をデジタル信号に変換することの後に続いて、さらなるデジタル信号処理を任意に実行してもよい。
【００１５】
[0020]  本出願の一態様によれば、超音波回路は、時間利得補償（ＴＧＣ）機能が内蔵されたＡＤＣを含む。ＡＤＣは、基準電流が制御可能なデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を含むことができる。基準電流は、超音波トランスデューサが超音波信号を受信する受信期間中に動的に調節することができ、したがって、ＡＤＣから可変利得出力を供給することができる。その結果、別個のアナログＴＧＣ回路は、超音波回路から省略することができる。
【００１６】
[0021]  本出願の態様は、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサによって発生したアナログ電気信号をデジタル化するように構成されたＡＤＣと、を備えるチップ上の超音波デバイスを提供する。超音波トランスデューサは、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ：capacitive micromachined ultrasonic transducer）のような、微細化されたトランスデューサとすることができ、また、ＡＤＣのような回路は、集積回路とすることができる。トランスデューサ及び回路は、同じ基板上、異なる基板上、又は組み合わせで集積することができる。例えば、回路のうちのいくつかは、トランスデューサとともに基板上に集積することができるが、他の回路は別々の基板上にあってもよい。
【００１７】
[0022]  上述の態様及び実施形態だけでなく、追加の態様及び実施形態についても、以下でさらに説明する。これらの態様及び／又は実施形態は、本出願はこの点に関して限定されないため、個々に、すべて一緒に、又は２つ以上の任意の組み合わせで使用することができる。
【００１８】
[0023]  図１Ａは、非限定的な実施形態による、単一の基板上に超音波トランスデューサと、送信回路と、受信回路と、を含む超音波デバイスのブロック図である。示されているように、超音波デバイス１００は、基板１０２と、超音波トランスデューサ配置１０４と、送信回路１０６と、受信回路１０８と、を備える。
【００１９】
[0024]  基板１０２は、半導体基板、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ：complementary metal oxide semiconductor）基板（本明細書では単に「ＭＯＳ」基板と呼ばれることもある）、又は、図示されている構成要素をその上に製造することができる他の基板とすることができる。一例として、基板１０２は、シリコン基板、又はＭＯＳ基板と接合されたＭＥＭＳ基板を含む複合基板とすることができる。
【００２０】
[0025]  超音波トランスデューサ１０２は、少なくともいくつかの実施形態では、微細化された超音波トランスデューサとすることができる。例えば、ＣＭＵＴ、圧電性微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ：piezoelectric micromachined ultrasonic transducer）又は他の微細化された超音波トランスデューサを使用することができる。本出願の様々な態様は、この点に関して限定されないため、任意の適切な数、及び配置の超音波トランスデューサを使用することができる。例えば、超音波トランスデューサの配置は、数百個、数千個、数万個、又は数十万個の超音波トランスデューサを含むことができる。トランスデューサは、アレイ状、又は任意の他の適切な配置で配置することができる。
【００２１】
[0026]  送信回路１０６は、超音波トランスデューサからの超音波信号の送信を制御するためのアナログ回路及び／又はデジタル回路を含むことができる。適切な送信回路の例が図２に図示されており、これについては後述する。例えば、送信回路はデコーダ回路と、波形発生器と、パルサと、を含むことができる。しかしながら、本出願のいくつかの態様は、受信した超音波信号を処理するための受信回路を有する超音波受信機向けであるため、本出願のすべての態様が送信回路を含んでいるわけではない。
【００２２】
[0027]  受信回路１０８は、超音波トランスデューサが受信した超音波信号を処理するためのアナログ回路及び／又はデジタル回路を含むことができる。本出願の一実施形態によれば、受信回路は、ＡＤＣと、ＡＤＣによって発生したデジタル信号を処理するように構成されたデジタル処理回路と、を含む。さらなる例を図２〜図４に関連して以下で説明する。
【００２３】
[0028]  図１Ｂは、本出願の非限定的な実施形態による、図１Ａの超音波デバイス１００の代替的な超音波デバイス１２０を図示し、送信回路及び受信回路が、複数の基板間に分割されている。超音波デバイス１２０は、２つの基板１２２ａ及び１２２ｂを含み、それらのうちの１つ又は両方は、基板１０２に関連して前述したタイプの基板のうちのいずれか、又は、任意の他の適切な基板とすることができる。基板１２２ａ及び１２２ｂは、互いに同じタイプの基板である必要はない。
【００２４】
[0029]  様々な実装形態が実現可能であるため、複数の基板にわたって送信回路及び受信回路を分割することに限定するものではない。例えば、アナログ送信回路が超音波トランスデューサとともに基板１２２ａ上にあってもよいし、一方で、デジタル送信回路が基板１２２ｂ上にあってもよい。受信スイッチが基板１２２ａ上にあってもよいし、一方で、デジタル受信回路が基板１２２ｂ上にあってもよい。いくつかの実施形態では、すべての受信回路１０８が基板１２２ａ上又は１２２ｂ上のいずれかにあってもよいし、また、送信回路が基板１２２ａ〜１２２ｂにわたって分割されていてもよい。或いは、送信回路が全部、基板１２２ａ〜１２２ｂのいずれか一方の上にあってもよいし、また、受信回路は基板間に分割されていてもよい。したがって、様々な組み合わせが実現可能である。
【００２５】
[0030]  図２は、本出願の非限定的な実施形態による、超音波トランスデューサと、送信回路と、アナログ処理回路を介在させずに超音波トランスデューサに結合されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を有する受信回路と、を含む超音波デバイスの非限定的な例を図示する。超音波デバイス２００は、Ｎ個の超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎを含み、ここでのＮは整数である。超音波トランスデューサは、いくつかの実施形態では、受信した超音波信号を表す電気信号を発生させるセンサである。超音波トランスデューサは、いくつかの実施形態では、超音波信号を送信してもまたよい。超音波トランスデューサは、いくつかの実施形態では、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）とすることができる。超音波トランスデューサは、いくつかの実施形態では、圧電性微細加工超音波トランスデューサ（ＰＭＵＴ）とすることができる。他の実施形態では代替的なタイプの超音波トランスデューサを使用することができる。
【００２６】
[0031]  超音波デバイス２００は、Ｎ個の回路チャネル２０４ａ．．．２０４ｎをさらに備える。回路チャネルは、それぞれの超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎに対応することができる。例えば、８個の超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎ、及び８個の対応する回路チャネル２０４ａ．．．２０４ｎが存在してもよい。いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎの数は、回路チャネルの数よりも多くてもよい。
【００２７】
[0032]  回路チャネル２０４ａ．．．２０４ｎは、送信回路、受信回路、又はこの両方を含むことができる。送信回路は、それぞれのパルサ２０８ａ．．．２０８ｎに結合された送信デコーダ２０６ａ．．．２０６ｎを含むことができる。パルサ２０８ａ．．．２０８ｎは、それぞれの超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎを制御して超音波信号を発することができる。
【００２８】
[0033]  回路チャネル２０４ａ．．．２０４ｎの受信回路は、それぞれの超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎから出力された（アナログ）電気信号を受信することができる。図示されている例では、回路チャネル２０４ａ．．．２０４ｎそれぞれが、それぞれの受信回路２１０ａ．．．２１０ｎと、ＡＤＣ２１２ａ．．．２１２ｎと、を含む。受信回路２１０ａ．．．２１０ｎを制御して、所与の超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎからの電気信号の読み出しを有効／無効にすることができる。適切な受信回路２１０ａ．．．２１０ｎの一例がスイッチである。すなわち、一実施形態では、受信回路は、送信モードの間に受信回路から超音波トランスデューサを切断するように切り替えられ、また、受信モードの間に受信回路に超音波トランスデューサを接続するように切り替えられる制御可能なスイッチである。スイッチの代替物を用いて同じ機能を実行してもよい。したがって、受信回路２１０ａ〜２１０ｎは、それぞれの超音波トランスデューサによって発生したアナログ信号を処理するアナログ処理回路を欠いている場合があることを理解されたい。むしろ、受信回路２１０ａ〜２１０ｎは、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサによって発生したアナログ電気信号の、受信回路の残りの部分への供給を単に制御するだけであってもよい。
【００２９】
[0034]  示されているように、受信回路はＡＤＣ  ２１２ａ〜２１２ｎをさらに備える。適切なＡＤＣの一例が図４に図示されており、これについては後述する。ただし、概して、ＡＤＣは、超音波トランスデューサによって発生した、少なくともいくつかの実施形態では電流信号であるアナログ電気信号を、デジタル信号に変換することができる。任意に、ＡＤＣは、ＴＧＣ機能が内蔵されている場合があり、したがって、いくつかの実施形態では、ＡＤＣ及びＴＧＣを組み合わせた回路と見なすことができる。前述したように、受信回路２１０ａ〜２１０ｎはアナログ処理回路を欠いている場合があるため、超音波デバイス２００は、ＡＤＣがアナログ処理回路を介在させずに超音波トランスデューサに結合されているデバイスの一例を表す。したがって、超音波トランスデューサのアナログ出力信号は、少なくともいくつかの実施形態では、アナログ処理（アナログドメインでの処理）を実行せずにデジタル化することができる。
【００３０】
[0035]  超音波トランスデューサによって発生したアナログ信号を、アナログ処理を介在させずにデジタル信号に変換することにより、様々な利益を提供することができる。例えば、アナログ増幅及びフィルタリングなどの典型的なアナログ処理段を省略することによって、電力を削減することができる。さらにまた、チップ又は他の基板上のスペースは、アナログ処理構成要素を省略することにより大切に使うことができ、アナログ処理回路を実装する代替的選択肢に比べて、超音波デバイスのサイズを縮小することが可能になる。
【００３１】
[0036]  超音波デバイス２００は、任意の適切な形態をした、任意の望ましいデジタル処理機能を実行するデジタル処理回路２１４をさらに備えることができる。デジタル処理回路は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：digital signal processor）、論理回路、又は任意の他の適切なデジタル処理構成要素を含むことができる。図２の非限定的な例では、デジタル処理回路２１４は、様々な回路チャネルによって共有されているように図示されている。しかしながら、代替的選択肢が実現可能であるため、この図示の例は非限定的なものである。例えば、デジタル処理回路２１４のさらなるデジタル処理段は、回路チャネルのうちの１つ又は複数に固有のものとすることができる。
【００３２】
[0037]  少なくともいくつかの実施形態では、デジタル処理回路２１４は、アナログドメインでの信号処理がないため、デシメーションフィルタリングを実行することができる。したがって、デシメーションフィルタ２１５が含まれている場合があり、ＡＤＣ  ２１２ａ〜２１２ｎの出力で結合されている場合がある。デジタル処理回路２１４の一部として示されているが、デシメーションフィルタ２１５は、代替的に、電気的にＡＤＣとデジタル処理回路２１４との間にあると見なすことができる。すなわち、いくつかの実施形態では、デシメーションフィルタは、デジタル処理回路２１４とは別々の構成要素と見なすことができる。いくつかの実施形態では、デシメーションフィルタ２１５によるデシメーションの前に、ＡＤＣ  ２１２ａ〜２１２ｎの出力信号にビーム形成を実行することができる。
【００３３】
[0038]  いくつかの実施形態では、デジタルドメインでの追加の処理を実行して、回路のアナログ特性を明らかにすることができる。例えば、デジタル化信号の電圧へのマッピングを時間の関数として実行して、周波数応答又は回路の他のアナログ特性を明らかにすることができる。
【００３４】
[0039]  図２は、超音波デバイスの回路の一部として複数の構成要素を図示しているが、本明細書で説明される様々な態様は、図示されている正確な構成要素又は構成要素の構成に限定されないことを理解されたい。例えば、本出願の態様は、送信回路、受信回路２１０ａ〜２１０ｎ、又はその他の構成要素を欠いている場合がある。
【００３５】
[0040]  図２の構成要素は、単一の基板上、又は異なる基板上に配置することができる。例えば、図示されているように、超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎは、第１の基板２１６ａ上にあってもよいし、残りの図示されている構成要素は、第２の基板２１６ｂ上にあってもよい。第１の基板及び／又は第２の基板は、シリコン基板などの半導体基板、又は図１Ａ〜図１Ｂに関連して前述したタイプの基板のいずれかとすることができる。代替的な実施形態では、図２の構成要素は、単一の基板上にあってもよい。例えば、超音波トランスデューサ２０２ａ．．．２０２ｎ及び図示されている回路は、同一のダイ（例えば、シリコンなどの半導体ダイ）上にモノリシックに集積することができる。このような集積は、超音波トランスデューサとしてＣＭＵＴを使用することによってやり易くすることができる。
【００３６】
[0041]  一実施形態によれば、図１Ａ、図１Ｂ、又は図２の構成要素は、超音波プローブの一部を形成する。超音波プローブは、ハンドヘルド型とすることができる。いくつかの実施形態では、図１Ａ、図１Ｂ、又は図２の構成要素は、患者によって着用されるように構成された超音波パッチの一部、又は患者によって嚥下される超音波丸薬の一部を形成する。
【００３７】
[0042]  説明したように、本出願の一態様は、超音波トランスデューサによって発生したアナログ電気信号をデジタル信号に変換する超音波トランスデューサに直接結合されたＡＤＣを有する超音波デバイスを提供する。図３は非限定的な例を図示する。図３は、図２の超音波デバイスの構成要素、すなわち超音波トランスデューサ、ＡＤＣ、及びさらなるデジタル処理回路（例えば、図２のデジタル処理回路２１４）のサブセットを表す場合があることを理解されたい。
【００３８】
[0043]  図３の超音波信号処理チェーン３００は、超音波トランスデューサ３０２と、ＡＤＣ３０４と、デジタル処理回路３０６と、を含む。ＡＤＣは、アナログ処理回路を介在させずに、超音波トランスデューサに直接結合されている場合がある。
【００３９】
[0044]  超音波トランスデューサ３０２は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に関連して本明細書で前述したタイプのうちのいずれかとすることができる。ＡＤＣ  ３０４は、シグマデルタ連続時間型ＡＤＣのような、シグマデルタＡＤＣとすることができる。非限定的な例が図４に図示されており、これについては後述する。ＡＤＣ  ３０４は、任意にＴＧＣ機能が内蔵されている場合があり、これにより、ＡＤＣ  ３０４はＡＤＣ及びＴＧＣを組み合わせた回路と見なすことができる。図３に示されているような、いくつかの実施形態では、それぞれの超音波トランスデューサごとにＡＤＣを設けることができる。代替的な実施形態では、ＡＤＣは、複数（２個以上）の超音波トランスデューサ間で共有することができる。
【００４０】
[0045]  デジタル処理回路３０６は、図２のデジタル処理回路２１４に関連して前述したタイプのうちのいずれかを含む任意の適切なデジタル処理回路とすることができる。
【００４１】
[0046]  図４は、本出願の非限定的な実施形態による、超音波トランスデューサに直接結合された、適切なＡＤＣ  ４００の非限定的な例を図示する。ＡＤＣ  ４００は、ＡＤＣ  ２１２ａ〜２１２ｎのうちのいずれか１つの実装形態の一例を表す。超音波トランスデューサ４０２は、キャパシタＣ及び電流源Ｉ１として概略的に表現されている。超音波トランスデューサは、例えば、電流源によって表される電流出力信号を発生させるＣＭＵＴとすることができる。
【００４２】
[0047]  図４のＡＤＣは、加算器（又は、より一般的には、コンバイナ）４０４と、ループフィルタ４０６と、量子化器４０８と、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４１０と、を含むことができる。ＡＤＣは、超音波トランスデューサ４０２からのアナログ電流信号を受信し、信号をフィルタ４０６でフィルタリングし、信号を量子化器４０８でデジタル化し、デジタル信号４１２を出力することができる。ＤＡＣ  ４１０を介してデジタル信号を加算器４０４にフィードバックして、超音波トランスデューサからのアナログ信号と組み合わせてもまたよい。
【００４３】
[0048]  加算器４０４は、任意の適切なタイプのコンバイナ構成要素とすることができる。少なくともいくつかの実施形態では、加算器４０４は、超音波トランスデューサ４０２によって出力された電流から、ＤＡＣ  ４１０によって出力された電流を減算する。したがって、このような減算を実行するための任意の適切な回路を実装することができる。トランスデューサの出力は電流とすることができ、また、ＡＤＣ  ４００の出力もまた電流とすることができるため、加算器４０４の一実装形態は単なるノードである。すなわち、いくつかの実施形態では、加算器４０４は別個の構成要素でなくてもよく、むしろ、ＤＡＣ  ４１０の出力は、超音波トランスデューサ４０２の出力に結束させるだけであってもよい。
【００４４】
[0049]  ループフィルタ４０６は、任意の適切なタイプのループフィルタとすることができる。例えば、一次フィルタ、二次フィルタ、又は三次フィルタを実装することができる。ループフィルタは、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：low pass filter）又は帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：bandpass filter）とすることができ、１つ又は複数の演算増幅器（ＯＰアンプ）、電圧制御発振器（ＶＣＯ：voltage controlled oscillator）、又はそれらの組み合わせを使用して実装することができる。いくつかの実施形態では、ループフィルタ４０６は、アンチエイリアス保護という利益を提供し得る連続時間型フィルタとすることができる。まださらなる代替的選択肢が実現可能である。
【００４５】
[0050]  量子化器４０８は、１ビット量子化器又は２ビット量子化器などの、任意の適切な量子化器とすることができる。完全を期すために、スイッチ４０９が図示されている。なぜなら、このようなスイッチは、量子化器４０８の量子化プロセスの一部として実装される場合があるからである。スイッチは、クロック信号ＣＬＫによって制御することができ、これは、任意の適切な周波数の任意の適切なクロック信号とすることができる。
【００４６】
[0051]  ＤＡＣ  ４１０は、量子化器４０８によって出力されたデジタル信号を、超音波トランスデューサ４０２からのアナログ信号と比較するためにアナログ信号に変換するのに適切な任意のＤＡＣとすることができる。前述したように、本発明者らは、いくつかの実施形態では、超音波トランスデューサの出力信号に時間利得補償を提供することが望ましい場合があることを理解している。通常、超音波信号は時間とともに減衰し、このため、時間利得補償を実行して、受信した超音波信号の処理及び分析を容易にすることができる。別個のＴＧＣ回路を使用するのではなく、通常アナログ形式で、本出願の態様は、制御可能なＤＡＣを利用して、可変利得を提供する。ＤＡＣ  ４１０は、制御可能な（すなわち「調節可能な」、又は「プログラム可能な」）基準電流を有することができる。電流が制御可能な適切なＤＡＣの非限定的な例が図５に図示されており、これについては後述する。基準電流を増加させると、ＤＡＣからの出力信号が大きくなる場合がある。したがって、本出願の態様は、超音波トランスデューサ４０２による超音波信号の受信に対応する期間中に、ＤＡＣの基準電流を調節又は変える。このように、ＤＡＣの利得、したがって、ＡＤＣの利得を経時的に増加させ、別個のＴＧＣ回路なしでＴＧＣ機能を提供することができる。ＤＡＣの基準電流を変更すると、結果として得られるビット出力の意味が変わる可能性があるため、いくつかの実施形態では、ＤＡＣ出力信号のさらなる処理を行って、ＡＤＣの出力デジタルコードを所与の基準電流値に適切な値にマッピングする。
【００４７】
[0052]  図５は、基準電流が制御可能なＤＡＣ  ５００の非限定的な例を図示する。この非限定的な例では、ＤＡＣは１ビットＤＡＣであるが、他の実施形態は、マルチビットＤＡＣを用いる場合がある。ＤＡＣ  ５００は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２．．．ＳＷｎと、電流源Ｉ１、Ｉ２．．．Ｉｎと、スイッチＳ１及びＳ２と、スイッチＳｄ１、Ｓｄ２．．．Ｓｄｎと、電流源Ｉｄ１、Ｉｄ２．．．Ｉｄｎと、を含む。電源がノード５０２で提供される。出力は、ノード５０４から得られる。ＤＡＣ  ４１０に関連して上述したように、適切な制御信号をスイッチＳＷ１〜ＳＷｎ及びＳｄ１〜Ｓｄｎに供給して、所望の基準電流（+Iref又は-Iref）を供給することができる。例えば、Ｓ１がONであれば、+Irefを発生し、Ｓ２がONであれば、-Irefを発生する。このように、ＴＧＣ機能を実現することができる。ただし、ここでもまた、代替的な実施形態では、マルチビットＤＡＣを含む他のＤＡＣを用いることができる。
【００４８】
[0053]  図４の非限定的な例から分かるように、超音波トランスデューサからのアナログ（電流）信号を、（H (s)ループフィルタ４０６を介して）フィルタリングし、増幅し、デジタル化するＡＤＣを提供することができる。したがって、アナログ増幅及びフィルタリング段を省略することができ、ＡＤＣは、超音波トランスデューサに直接（又はスイッチ若しくは他の非処理構成要素を通して）結合することができる。したがって、少なくともいくつかの実施形態では、アナログ処理構成要素に関連した電力及びスペースをなくすことができる。
【００４９】
[0054]  本出願の技術のいくつかの態様及び実施形態をこのように説明してきたが、当業者であれば様々な変更、修正、及び改良を容易に思い付くであろうことを理解されたい。このような変更、修正、及び改良は、本出願に記載する技術の趣旨及び範囲内にあることが意図されている。したがって、前述の実施形態は例としてのみ提示されたものであり、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内において、本発明の実施形態は、具体的に記載されたもの以外の方法で実践し得ることを理解されたい。
【００５０】
[0055]  説明したように、いくつかの態様は、１つ又は複数の方法として具体化することができる。方法の一部として実行される行為は、任意の適したやり方で順序付けることができる。したがって、行為が図示されているのとは異なる順序で実行される実施形態を構成することができ、それは、たとえ図示した実施形態では逐次的な行為として示されていたとしても、いくつかの行為を同時に実行することを含んでもよい。
【００５１】
[0056]  本明細書で定義し、使用するすべての定義は、辞書的定義、参照によって援用される文書中の定義、及び／又は定義された用語の通常の意味を対象とすることを理解されたい。
【００５２】
[0057]  本明細書及び特許請求の範囲で使用する場合、「及び／又は」という語句は、結合された要素のうちの「いずれか又は両方」、すなわち、結合的に存在する場合もあれば、離接的に存在する場合もある要素を意味することを理解されたい。
【００５３】
[0058]  本明細書及び特許請求の範囲で使用する場合、１つ又は複数の要素の列挙に言及する際の「少なくとも１つ」という語句は、要素の列挙内の要素のうちのいずれか１つ又は複数から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素の列挙内に具体的に列挙されたありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含まず、また、要素の列挙内の要素の任意の組み合わせを排除するものではないことを理解されたい。
【００５４】
[0059]  本明細書で使用する場合、数値に関連して使用される「の間（between）」という用語は、特段の記載がない限り両端の値を含むものとする。例えば、「ＡとＢとの間」は、特段の記載がない限り、ＡとＢとを含む。
【００５５】
[0060]  特許請求の範囲において、及び上記明細書においても、「備える（comprising）」、「含む（including）」、「所持する（carrying）」、「有する（having）」、「含有する（containing）」、「伴う（involving）」、「保持する（holding）」、「から構成される（composed of）」などといったような移行句はすべて、オープンエンドであること、すなわち、含むがそれに限定されないことを意味することを理解されたい。「からなる（consisting of）」及び「から本質的になる（consisting essentially of）」という移行句のみが、それぞれクローズド又は半クローズドの移行句であるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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