專利名稱：超聲波接收波束形成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及超聲波圖像處理。更具體地，本發(fā)明的實施例 涉及對接收到的超聲波波束進(jìn)行聚焦的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
使用超聲波成像時，使用換能器將超聲波波束發(fā)送入待檢査的介 質(zhì)，例如人體。超聲波波束在人體內(nèi)的某部位中的各種斷面產(chǎn)生反射。 將接收到的超聲波回聲轉(zhuǎn)換為電信號，該電信號經(jīng)過多個處理步驟， 最終轉(zhuǎn)換成可顯示或打印用于檢査的圖像。
換能器超聲波換能器是小矩形壓電元件的陣列。陣列中的一個子 集的元件用于發(fā)送或接收超聲波波束，分別稱為發(fā)送或接收孔徑?？?徑內(nèi)每個元件所接收到的信號經(jīng)過放大和濾波，被輸入到多信道接收 波束形成器的信道。
波束形成器為來自孔徑中每個元件的信號分配不同的延遲(dday) 和切趾權(quán)重(apodizationweight),以形成沿線性方向聚焦的波束(beam)。 為加速圖像形成過程，最好是由相同組的接收信號同時形成沿不同方 向聚焦的多個波束(平行波束)。直接實施要求不同的信道為每個孔 徑元件和每個平行波束所用，這使得波束形成器的成本、尺寸和功耗 與換能器陣列中的元件數(shù)和平行波束數(shù)的乘積成比例增加。由于期望 增加孔徑中的元件數(shù)和平行波束數(shù)，因此波束形成器的復(fù)雜性成為超 聲波成像系統(tǒng)的限制因素。
為了減少波束形成器的成本、尺寸和功耗，眾所周知的是共享信 道的硬件或部分信道以形成兩個或多個平行波束。但是，這樣仍然要 為孔徑中每個換能器元件增加一組信道硬件組件。
為了降低波束形成器的復(fù)雜性，使用合成孔徑技術(shù)。合成孔徑為 每個接收孔徑使用多發(fā)送進(jìn)程，每次發(fā)送后，信號為不同子集的接收 孔徑的元件所接收。由多發(fā)送/接收進(jìn)程中接收的信號重構(gòu)波束。這樣會減少接收信道數(shù)，卻增加了輔助電路。這種方法還會遇到運(yùn)動偽差， 運(yùn)動偽差的校正會使得波束形成器電路更加復(fù)雜。
通過對來自關(guān)于孔徑中心對稱的元件的信號進(jìn)行求和，并且對來 自兩個元件的信號的每個和使用一個信道，信道的數(shù)量可以減少兩倍。 然而，這種方法只在波束未被操縱時工作，而不適用于平行波束。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，人們期望有一種系統(tǒng)和方法能夠降低超聲波接收波 束形成器的硬件復(fù)雜度。每個接收波束形成器的信道復(fù)用來自兩個或 多個孔徑元件的信號采樣，并將它們存儲在存儲器的不同區(qū)域。以時 分復(fù)用方式延遲和切趾該信號，在輸出口進(jìn)行解復(fù)用，并在不同的求
和單元中以提高采樣頻率(upsameped rate)單獨地進(jìn)行求和。之后作時 間對位并輸出該部分和，并求和以生成波束總數(shù)，在插值濾波器中濾 波并抽取該波束和以生成波束形成信號。
本發(fā)明的一個方面是接收波束形成器。根據(jù)此方面，接收波束形
成器包含一個或多個波束形成器信道A ，此處將全部數(shù)量的換能器元
TV
件E的信號采樣耦合到多個波束形成器的輸入N;每個波束形成器信
道包括多個波束形成器輸入N，用于以預(yù)定采樣頻率,接收源自多個 換能器元件E的信號采樣，每個信道波束形成器輸入N與唯一的換能 器元件E相關(guān)聯(lián)；復(fù)用器，具有與多個波束形成器輸入信道N相對應(yīng) 并被耦合到多個波束形成器輸入信道N的多個輸入，以及輸出；復(fù)用 器被配置用于以頻率N/，，復(fù)用來自多個波束形成器輸入信道N接收 到的換能器元件的信號采樣；延遲存儲器，具有耦合到復(fù)用器輸出的 輸入、延遲控制輸入、以及輸出，延遲存儲器被配置用于以頻率A^存 儲接收到的換能器元件信號采樣；切趾乘法器，具有耦合到延遲存儲 器輸出的輸入，切趾控制輸入以及輸出，該切趾乘法器被配置用于接 收來自切趾控制輸入的切趾權(quán)重，該切趾控制輸入與由該延遲存儲器 輸出的每個換能器元件的信號采樣相對應(yīng)，并以切趾權(quán)重，來切趾(相 乘)該換能器元件的信號采樣，多個解復(fù)用器寄存器對應(yīng)多個信道波 束形成器輸入N，同時每個解復(fù)用器寄存器與換能器元件相關(guān)聯(lián)；解復(fù)用寄存器，具有耦合到切趾乘法器輸出的輸入，以及輸出，每個解
復(fù)用器寄存器被配置用于存儲換能器元件的切趾的信號采樣；與多個
解復(fù)用器寄存器相對應(yīng)的多個求和控制器，每個求和控制器具有耦合 到解復(fù)用器寄存器輸出的輸入、延遲控制輸入、以及輸出，每個求和 控制器被配置用于通過在每對輸入到求和控制器的信號采樣之間插入
L-l零值采樣來提高每個切趾的換能器元件的信號采樣的采樣頻率，此 處L為內(nèi)插系數(shù)，存儲全部延時的延時控制輸入的二次采樣部分，并 根據(jù)二次采樣部分輸出換能器元件的切趾的信號采樣，或零值采樣； 與多個求和控制器相對應(yīng)的一個或多個子求和器，每個子求和器具有
多個與信道數(shù)工相對應(yīng)的輸入，以及輸出，每個耦合到有相同延遲的
信道求和控制器的輸出的輸入，每個子求和器被配置用于對來自具有 相同時間延遲的信道求和控制器的已延遲、已切趾、以及提高采樣頻
率的換能器元件信號采樣一起進(jìn)行求和；與一個或多個子求和器相對 應(yīng)的一個或多個延遲器，每個延遲器有耦合到子求和器輸出的輸入， 以及輸出，每個延遲器被配置用于對其已延遲、已切趾、提高采樣頻 率、已求和的換能器元件信號采樣，與在多個延遲中的所有其余已延 遲、已切趾、提高采樣頻率、已求和的換能器元件信號采樣進(jìn)行時間 對位；求和器，具有一個或多個與多個延遲器相應(yīng)的輸入，每個輸入 耦合到延遲器輸出，以及輸出，該求和器被配置用于對所有的該多個 己延遲、已切趾、提高采樣頻率、己求和以及并且己進(jìn)行時間對位的 換能器元件信號采樣進(jìn)行求和；插值濾波器，具有耦合到求和器輸出 的輸入以及接收波束形成器輸出，插值濾波器被配置用于以預(yù)定采樣 頻率/,對已求和的信號采樣進(jìn)行濾波，并輸出波束形成信號；切趾控
制器，具有耦合到一個或多個形成器信道的切趾乘法器的切趾控制輸 出，該切趾控制器被配置用于輸出切趾權(quán)重給每個波束形成器信道的 切趾乘法器，用于每個從延遲存儲器輸出的每個已延遲換能器元件的 信號采樣；延遲控制器，具有延遲控制輸出，輸出耦合到一個或多個 波束形成器信道的延遲存儲器和求和控制器，該延遲控制器被配置用 于以頻率w/;，并以預(yù)定的延遲，輸出來自屬于每個換能器元件的每個
波束形成器信道的延遲存儲器的信號采樣，并利用二次采樣部分控制每個波束形成器信道的求和控制器，以生成部分和，其中以頻率iy/;操 作切趾乘法器、解復(fù)用寄存器和求，以及求和控制器。
本發(fā)明的另一方面為波束形成方法。根據(jù)此方面，波束形成方法
包括以預(yù)定采樣頻率/、從相應(yīng)數(shù)量的換能器元件N接收若干信號采
樣；在延遲存儲器的預(yù)定部分以頻率ivy;存儲接收到的與每個換能器元
件相對應(yīng)的信號采樣；在預(yù)定延遲之后以預(yù)定的次序輸出所存儲的與 每個換能器元件相對應(yīng)的信號采樣；通過將與換能器元件相對應(yīng)的每
個延遲信號采樣與權(quán)重相乘，切趾自延遲存儲器輸出的每個延遲的信
號采樣；對已切趾、已延遲的信號采樣進(jìn)行內(nèi)插，通過在每對己延遲 與己切趾的信號采樣之間插入L-l的零值采樣，來提高與每個換能器 元件相對應(yīng)的已延遲并且已切趾信號采樣的采樣頻率，此處L為內(nèi)插 系數(shù)；對與每個換能器元件相對應(yīng)的每個已延遲、已切趾、以及提高 采樣頻率的信號采樣進(jìn)行時間對位；對與每個換能器元件相對應(yīng)的所 有的已進(jìn)行時間對位、已延遲、已切趾、和提高采樣頻率的信號采樣 進(jìn)行求和；以及對該已求和信號采樣進(jìn)行濾波以形成波束形成信號。 本發(fā)明的另一方面為波束形成方法。根據(jù)此方面，該波束形成方
法包括以預(yù)定采樣頻率y;.接收從相應(yīng)數(shù)量的換能器元件獲取的多個信
號采樣流E;將信號采樣流E劃分到多個信道，每個信道N占有多個 信號流；對每個信道，在延遲存儲器的預(yù)定部分以頻率iV/,存儲接收到 的與每個換能器元件相對應(yīng)的信號采樣；以預(yù)定的次序在預(yù)定的延遲 之后，輸出所存儲的與每個換能器元件相對應(yīng)的信號采樣；通過將與 換能器元件相對應(yīng)的每個延遲信號采樣與權(quán)重相乘，來切趾自延遲存 儲器輸出的每個已延遲的信號采樣；通過在每對已延遲與已切趾的信 號采樣之間，插入L-l的零值信號采樣，來提高與每個換能器元件相 對應(yīng)的該已延遲與已切趾信號采樣的采樣頻率，其中，L為內(nèi)插系數(shù); 在每個信道中，將每個己延遲、己切趾以及提高采樣頻率的信號采樣 流與來自另一個信道的已延遲、已切趾、以及提高采樣頻率的信號采 樣流進(jìn)行求和；對每個已延遲、己切趾以及提高采樣頻率的信號采樣 流進(jìn)行時間對位；對所有的已時間對位、已延遲、已切趾和提高采樣頻率的信號采樣進(jìn)行求和；以及對已求和信號進(jìn)行濾波以形成波束形
成信號。
本發(fā)明的一個方面為輸出平行波束的接收波束形成器。根據(jù)此方 面，接收波束形成器包含一個或多個波束形成器信道"l，此處將換能
器元件e的信號采樣總數(shù)耦合到多個波束形成器輸入信道n;每個波
束形成器信道包括多個用于以采樣頻率y;接收源自多個換能器元件e
的信號采樣的波束形成器輸入n，每個波束形成器的輸入n與唯一的 換能器元件e相關(guān)聯(lián)；復(fù)用器，具有與多個波束形成器輸入信道n相 應(yīng)并被耦合到多個波束形成器輸入信道n的多個輸入，以及輸出，復(fù) 用器被配置用于復(fù)用在多個波束形成器輸入信道n以頻率n,接收到
的換能器元件的信號采樣，此處^ = |， L是內(nèi)插系數(shù)，并且P是平行 波束輸出數(shù)；延遲存儲器，具有耦合到復(fù)用器輸出、延遲控制輸入，
以及輸出，該延遲存儲器被配置用于以頻率ivy;存儲接收到的換能器元
件的信號采樣，并以頻率L/,輸出每個換能器元件的信號采樣P次(每 次在預(yù)定延遲之后輸出)；切趾乘法器，具有耦合到延遲存儲器輸出 的輸入、切趾控制輸入、以及輸出，該切趾乘法器被配置用于接收來 自與由延遲存儲器輸出的每個換能器元件的信號采樣相對應(yīng)的切趾控 制輸入的切趾權(quán)重，并利用切趾權(quán)重，切趾(相乘)該換能器元件的 信號采樣；對每個平行波束P，有與多個波束形成輸入信道n相對應(yīng) 多個解復(fù)用寄存器，同時與換能器元件相對應(yīng)的每個解復(fù)用寄存器， 每個解復(fù)用寄存器具有耦合到切趾乘法器輸出的輸入，以及輸出，用 于存儲換能器元件的切趾的信號采樣的每個解復(fù)用器寄存器，與多個 解復(fù)用寄存器對應(yīng)的多個求和控制器，每個求和控制器具有耦合到解 復(fù)用器寄存器輸出的輸入、延遲控制輸入、以及輸出。通過在每對輸 入到求和控制器的信號采樣之間插入L-l的零值采樣，每個求和控制 器被配置用來提高每個已切趾換能器元件的信號采樣頻率，此處L為 內(nèi)插系數(shù)，根據(jù)二次采樣延遲部分，存儲來自于全部延遲的延遲控制 輸入的專用于每個波束P的二次采樣部分，并輸出換能器元件的切趾 信號采樣或零值信號采樣。每個信道中多個子求和器對應(yīng)多個求和控制器，每個子求和器具有多個與信道數(shù)^相對應(yīng)的輸入，每個被耦合
到來自具有相同時間延遲的信道求和控制器的輸出的輸入以及輸出， 每個子求和器用于對來自具有相同延遲的信道求和控制器的已延遲、
已切趾、提高采樣頻率的換能器元件信號采樣一起進(jìn)行求和；與多個 求和控制器相對應(yīng)的多個延遲器，每個延遲器具有耦合到求和控制器 輸出的輸入以及輸出。配置每個延遲來將其已延遲、已切趾、提高采 樣頻率的換能器元件信號采樣與多個延遲中的其余全部已延遲、己切 趾、提高采樣頻率的換能器元件信號采樣進(jìn)行時間對位；求和器具有 與多個延遲相對應(yīng)的輸入以及輸出，每個輸入耦合到一個延遲器輸出。 求和器用于對已延遲、己切趾、提高采樣頻率以及時間對位的所有換 能器元件信號采樣進(jìn)行求和；插值濾波器，具有耦合到求和器輸出的 輸入，以及接收波束形成器的輸出，插值濾波器被配置用于對己求和 的信號采樣進(jìn)行濾波和釆樣，并以預(yù)定的頻率為夂輸出波束形成信號； 切趾控制器，具有耦合到切趾乘法器的切趾控制輸出，切趾控制器被 配置用來將切趾權(quán)重輸出到切趾乘法器，用于自針對每個波束P輸出 的延遲存儲器的每個已延遲的換能器元件的信號采樣；延遲控制器， 具有耦合到延遲存儲器以及每個求和控制器的延遲控制輸出，延遲控 制器被配置用來根據(jù)預(yù)定的延遲以專用于每個波束P的頻率M輸出來
自于屬于每個換能器元件的延遲存儲器的信號采樣，并用二次采樣部 分來控制每個求和控制器，以生成具體到每個波束P的部分和，其中
以頻率丄y;操作切趾乘法器、解復(fù)用寄存器與求和控制器。
本發(fā)明的另一個方面是平行波束的形成方法。根據(jù)此方面，該平 行波束形成方法包括以預(yù)定的采樣頻率X接收源自于相應(yīng)數(shù)量的換能 器元件E的多個信號采樣，確定待形成的平行波束P的數(shù)量，確定每
個信道A^I輸入信號的數(shù)量，此處L是內(nèi)插系數(shù)，將信號采樣流E劃
分到多個信道，每個信道N占有多個信號流；對于每個信道，在延遲 存儲器的預(yù)定部分N以頻率iV/;存儲所接收的與每個換能器元件相對 應(yīng)的信號采樣，輸出與每個換能器元件相對應(yīng)的已存儲的信號采樣P 次，每次對應(yīng)不同的波束P，并根據(jù)預(yù)定的數(shù)量進(jìn)行延遲；通過為每個換能器元件將與換能器元件相對應(yīng)的每個已延遲信號采樣與每個換能 器元件的權(quán)重相乘，對自延遲存儲器輸出的每個已延遲信號采樣進(jìn)行 切趾，通過在每對屬于同樣換能器元件的已延遲以及已切趾的信號采 樣之間插入L-l零值采樣，來提高與每個換能器元件相對應(yīng)的已延遲 以及已切趾的信號采樣的采樣頻率P次，每次對應(yīng)不同的波束P，此處 L為內(nèi)插系數(shù)，對每個波束P，對所有信道對應(yīng)的已延遲、已切趾和提 高采樣頻率的信號采樣流求和，以形成子和，對每個已延遲、已切趾 和提高采樣頻率的信號采樣流的每個子和進(jìn)行時間對位，對已延遲、 己切趾的信號采樣的所有己進(jìn)行時間對位的子和進(jìn)行求和；以及對已 求和信號采樣進(jìn)行濾波以形成波束形成信號。
在附圖以及以下的說明書中將詳細(xì)地描述本發(fā)明的一個或多個實 施例，根據(jù)說明書和附圖，以及權(quán)利要求，本發(fā)明的其它特征、目的、 以及優(yōu)點將是顯而易見的。


圖1顯示了傳統(tǒng)的數(shù)字接收波束形成器架構(gòu)。
圖2顯示了另一種數(shù)字接收波束形成器架構(gòu)。 圖3顯示了本發(fā)明的示意性的數(shù)字接收波束形成器架構(gòu)。 圖4是圖3所示的波束形成器的輸入操作的時序圖。 圖5是圖3所示的波束形成器的輸出操作的時序圖。 圖6顯示了本發(fā)明的輸出P個平行波束形成信號的示意性數(shù)字接 收波束形成器架構(gòu)。
具體實施例方式
以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，其中全部附圖中相同 的附圖標(biāo)記表示相同的元件。在詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例之前，應(yīng)但 理解，本發(fā)明在其應(yīng)用中不限于下面的描述或附圖所示的示例中闡述 的細(xì)節(jié)。本發(fā)明還能夠以各種應(yīng)用或各種方式實施或執(zhí)行其他的實施 例。此外，應(yīng)但理解，本文所使用的措辭和術(shù)語僅出于說明的目的， 并不應(yīng)當(dāng)視為限制。本文所用的"包括"、"包含"或"具有"及其它變體， 意味著包含隨后所列出的項及其等價物以及附加的項。"安裝"、"連接"和"耦合"等術(shù)語被廣泛使用，包含了直接和間接的安裝、連接和耦合。 另外，"連接"和"耦合"也不限于物理或機(jī)械連接或耦合。
還應(yīng)理解，某些組件和項如果他們是硬件元件，則被示意說明和 描述成與本領(lǐng)域中共同實踐的一樣。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在閱 讀該詳細(xì)說明的基礎(chǔ)上將了解，在至少一個實施例中，方法和系統(tǒng)中 的組件可以用軟件或硬件方式來實現(xiàn)。
圖1顯示了傳統(tǒng)的數(shù)字接收波束形成器架構(gòu)101的方框圖。波束
形成器101包含多個(E個)信道103-1、 103-2、 103-3、…、103-E (統(tǒng) 稱為103)和信道求和單元105。每個信道103接收作為輸入的經(jīng)放大、 濾波和數(shù)字化(離散時間)的信號107-1、 107-2、 107-3、…、107匿E， 這些信號來自超聲波換能器陣列的元件(圖中未表示出來)。每個信 道103包括雙端口延遲存儲器109、內(nèi)插器lll、切趾乘法器113、延 遲控制器115和切趾控制器117。在實際的實施中，可以使用通常在 32到1024范圍內(nèi)的大的信道數(shù)E。
雙端口延遲存儲器109提供可編程的延遲，通過增加采樣周期或
間隔 ;，其中r,-^，以及x是采樣頻率或采樣率，為每秒所獲取的樣
本數(shù)。采樣頻率X通常是換能器中心頻率/。的4倍。延遲存儲器109 的時間分辨率為A/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換器的采樣周期，這是眾所周知的整 數(shù)延遲，采用數(shù)字延遲線來實施，此處該延遲為采樣的整數(shù)倍。數(shù)字 延遲線通常采用循環(huán)緩沖來實施，并且通過在存儲器中以從地址0開 始的連續(xù)地址，將輸入采樣寫入存儲器來實現(xiàn)，并且在其后從地址與 期望的(整數(shù)倍)延遲相對應(yīng)的存儲器中讀出取樣。
延遲存儲器109的容量M取決于所要求的最大延遲。在大部分醫(yī) 學(xué)應(yīng)用中，當(dāng)輸入信號采樣頻率接近換能器中心頻率4倍時，存儲容 量為M=256的采樣是足夠充分的。每個波束的信號采樣總數(shù)遠(yuǎn)大于 256，而以循環(huán)的方式使用該存儲器。當(dāng)被寫入的存儲地址超過255時， 寫地址指針會循環(huán)歸O。為了實現(xiàn)精確的波束形成，要求延遲精度等于
或好于;，表示延遲增加了采用周期z;的四分之一。更一般地，所要求的延遲精度為+，此處L為整數(shù)，表示內(nèi)插系數(shù)，在本發(fā)明中，常
用L:4。
內(nèi)插器ill提供的延遲增長小于采樣周期z;，即眾所周知的二次采 樣延遲。內(nèi)插器在采樣點或在兩次采樣之間L-l個等份分隔點中的一 個，提供采樣值，這取決于延遲控制器115提供的二次采樣控制信號 121。每個信道一組連續(xù)的采樣，通常為4個，由起始地址對應(yīng)于整數(shù) 延遲減一的存儲器109進(jìn)行讀取，耦合到兩次取樣之間的時間內(nèi)對信 號進(jìn)行計算或內(nèi)插的內(nèi)插器lll。延遲分兩步實現(xiàn)，首先是整數(shù)采樣延 遲，其次是二次采樣延遲。延遲控制器115提供包括，表示整數(shù)采樣 延遲(通常為0到255)的讀地址信號119，以及表示二次采樣延遲(當(dāng) L=4時通常為0到3)的控制信號121的延遲信號。
切趾控制器117根據(jù)孔徑中每個元件的位置生成時變切趾權(quán)重。 通常通過切趾控制器117，由系統(tǒng)控制單元提供的少量參數(shù)開始計算該 權(quán)重。通常使用分段線形擬合電路(piecewise linear approximation circuit)來生成時變權(quán)重，但也可使用其它方法，例如，元件的切趾權(quán) 重從起始至某個波深(beamdepth)可以是0，以后直到該波深結(jié)束取 非零值。
求和單元105對所有信道103的輸出進(jìn)行求和，以生成波束形成 信號的輸出123。求和單元105由樹形排列、直線形排列或其它本領(lǐng)域 己知的另一個多輸出加法器結(jié)構(gòu)的加法器和寄存器組成。
由此可見，用于醫(yī)療的超聲波成像中的超聲波形成器架構(gòu)101需 要大量的硬件資源。如果內(nèi)插器111使用4抽頭(tap)插值內(nèi)核，并 且以高于輸入采樣頻率/、4倍操作，并具有4個內(nèi)插系數(shù)L，則內(nèi)插器
lll要求一個乘法器。由于乘法器消耗了大片硅面積，這使得實施它們 是很昂貴的，為經(jīng)濟(jì)起見，應(yīng)該最小量地使用乘法器。
圖2顯示了另一種傳統(tǒng)數(shù)字接收波束形成器架構(gòu)201。該形成器 201為圖1中波束形成器101的改進(jìn)，基于數(shù)字信號處理的內(nèi)插譯碼， 此處內(nèi)插可看作為依據(jù)緊隨低通濾波的系數(shù)L(在每對內(nèi)插輸入采樣之 間插入L-1的零值采樣，此處通常L-4)提高采樣頻率的序列。因為濾 波操作的線性，在信道求和之前或之后執(zhí)行濾波，具有同樣的結(jié)果。波束形成器架構(gòu)201包括多個信道203-1、 203-2、 203-3、 ...、 203-E (通稱為203)，求和單元205以及插值濾波器(低通濾波器)225。 每個信道203接收作為輸入的來自超聲波換能器陣列的元件(圖中未 表示出來)的已放大、己濾波并且已數(shù)字化(離散時間)的信號107-1、 107-2、 107-3、 ...、 107-E。每個信道203包括雙端口延遲存儲器209、 求和控制器211、切趾乘法器213、延遲控制器215和切趾控制器217。
波束形成器架構(gòu)201中的求和單元205以采樣頻率義的L倍進(jìn)行 操作，即L,，與采樣頻率的系數(shù)提高到L相一致。對于每個輸入信 號采樣，有L個信道輸出采樣，因而允許延遲解析比采樣頻率乂大L 倍。然而可以使用任意整數(shù)采樣系數(shù)L，以使用L-4為例。
在每個信道203,整數(shù)延遲是通過延遲控制器215從延遲存儲器 209中選取合適的信號采樣來實現(xiàn)的。而二次采樣延遲則是通過從延遲 存儲器209讀取延遲信號采樣來創(chuàng)建的，利用切趾控制器217選取的 權(quán)重對信號采樣213進(jìn)行切趾，并將已延遲、加權(quán)的信號采樣加到提 高采樣頻率信道輸出223中的L采樣中的一個。至于該已延遲、加權(quán) 的信號采樣要加到L采樣中的哪一個輸出，是由求和控制單元211在 由延遲控制器215產(chǎn)生的二次采樣延遲信號221的控制下實施該選擇。 求和控制單元211由門裝置，如與(AND)門，和控制電路組成(可 選擇地，可以將門裝置集成在求和單元205，而求和控制單元211中僅 保留控制電路)?？刂齐娐穼⒍尾蓸友舆t信號221同切趾信號流中 代表當(dāng)前采樣位置(0到L-1)的信號進(jìn)行比較，并允許在切趾信號流 里，將已延遲、切趾的信號僅加在正確的信號采樣中，而在其它信號 采樣中插入0。執(zhí)行控制電路的一個簡單實現(xiàn)方法是利用查找表，例如， 如果1^=4，則可用16字長的査找表。
插值濾波器225可以是(4xL)抽頭的以提高的采樣頻率"乂操 作的有限脈沖響應(yīng)(finite impulse response, FIR)的低通濾波器，減少 (抽取)提高采樣頻率的加法器205輸出中的信號采樣的數(shù)量，采樣 頻率回退到/;。插值濾波器225僅需要計算求和單元205的每個Z"輸 出，執(zhí)行濾波器225所需要的乘法器/加法器數(shù)量減少到4 (未圖示)。在加法器205之后，在每個信道103中波束形成器201的架構(gòu)使 用單個值濾波器225取代內(nèi)插器111，從而減少了硬件資源的數(shù)量。只 需從每個信道203的延遲存儲器209的輸出取樣中讀取一個取樣。用 如果提高到4倍采樣頻率，通常要求4個乘法器的后求和 (post-summation)插值濾波器225，來取代每一個都要求一個乘法器 的插值濾波器lll，減少了電路中乘法器的總數(shù)。例如，對于32信道 的波束架構(gòu)201，相對于圖1所示的波束形成器架構(gòu)101，將減少28 個乘法器(32-4=28個乘法器)。然而，每個孔徑元件需要一個切趾乘 法器213。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字接收波束形成器架構(gòu)301，其將切趾 乘法器的數(shù)量減少為原來的l。如果用于實現(xiàn)架構(gòu)301的電路技術(shù)能
夠比輸入采樣頻率乂.快N倍操作(此處N可以是L的整數(shù)倍)，擁有 iVxM字的雙端口延遲存儲器是可用的(此處M是換能器元件所需的 最大尺寸，通常為256)，那么N個換能器孔徑元件就可以共享一個
信道，而信道數(shù)量可以從E減少到且(此處E是孔徑中元件的數(shù)量)， 因而切趾乘法器的數(shù)量減少為原來的l。
波束形成器301包含多個信道303-1、 ...、 303-且(通稱303，圖
中只顯示了第一個303-1和最后一個303-^兩個信道)，求和單元305，
子求和加法器335-1、 335-2、 335-3、 ...、 335-N (通稱335)，延遲單 元325-1、 325-2、 325-3、…、325-N以及插值濾波器322。波束形成器 301—共有E個輸入(圖3中只示出了前N個輸入)，與孔徑元件相 關(guān)聯(lián)的每個輸入107-1、 107-2、 107-3、 ...、 107-N。每個信道單元303 從超聲波感應(yīng)陣列(未圖示)的E個孔徑元件接收作為輸入的N個經(jīng)
放大、濾波并數(shù)字化的信號107-1、 107-2..... 107-N，并且包括復(fù)用
器308、雙端口延遲存儲器309、求和控制器311-1、 311-2、 311-3、...、 311-N (通稱311)、切趾乘法器313、延遲控制器315、切趾控制器 317以及解復(fù)用寄存器312-1、 312-2、 312-3、…、312-N (通稱312)。每個信道303的雙端口延遲存儲器309被均分成N個大小相等的 區(qū)域，分別分配給N個輸入107中的一個。
波束形成器301中的每個信道303，以時分復(fù)用方式復(fù)用308，并 延遲309以及切趾313輸入信號107。之后在輸出端該復(fù)用信號被解復(fù) 用312，被選通311，并被耦合到N個子求和加法器335-1、 335-2、 335-3、…、335-N。通過延遲單元325-1、 325-2、 325-3、…、325-N 對該子求和加法器335的輸出進(jìn)行時間對位(例如使用移位寄存器來 實現(xiàn))，并進(jìn)行求和305。該求和信號被耦合到計算該輸出波束形成信 號323的插值濾波器322濾波。
信道303的時分復(fù)用操作是基于比輸入信號采樣的采樣頻率X高 N倍的時鐘電路(未圖示)。圖4顯示了N:4的情況下的信道輸入時 序，以及1024字的延遲存儲器309。來自超聲波換能器元件的信號的 采樣107-1、 107-2、 107-3、 ...、 107-N以采樣時鐘頻率/5到達(dá)輸入端， 被復(fù)用308，并在輸入控制器(未圖示)生成的寫地址指針401的控制 下，被寫入雙端口延遲存儲器309的不同部分。所有信道都需要單獨 的一組輸入控制信號(寫地址)。允許給每個信號采樣107分配一個
電路時鐘周期T^ (采樣時鐘的丄)，用于寫入到存儲器309。
寫地址指針401(如果M=256則為[9:8]比特)的兩個最高有效位 (Most Significant Bits, MSB)用于控制復(fù)用器308，其不斷從一次寫 入改變到下一次寫入，以為代表不同孔徑元件的信號采樣選擇存儲器 309的不同區(qū)域。最低有效位([7:0])在每個采樣周期僅增長一次，每 N個電路時鐘增長一次，以將每個元件的輸入取樣寫入分配給每個元 件的存儲器分區(qū)(例如四等分)的連續(xù)地址。
應(yīng)該理解到，由于電路時鐘的原因，可能要在本發(fā)明框圖的不同 位置插入寄存器，在此情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，需要相應(yīng)地調(diào) 整時序圖。對時序圖做修改例如寄存器的插入，以及時序圖相應(yīng)的調(diào) 整不會影響本發(fā)明的實質(zhì)。
信道的輸出操作是在每個信道的延遲315與切趾控制器317的控 制下進(jìn)行的。根據(jù)每個超聲波換能器的探針與操作模式，信道315與 切趾控制器317可以用系統(tǒng)控制器(未圖示)生成的參數(shù)進(jìn)行編程。延遲315和切趾控制器317在主時鐘控制器(未圖示)生成"開始"信
號的時候，開始他們的每個發(fā)送/接收事件的操作，之后他們自動操作 直到發(fā)送/接收事件結(jié)束。
與輸入一樣，輸出操作也是時分復(fù)用的。在每一個采樣周期，延
遲控制器315和切趾控制器317為換能器元件生成延遲和切趾控制信 號319、 321， N個電路時鐘的每一個都會在采樣時鐘周期內(nèi)出現(xiàn)，。 在N-4的例子中，主時鐘控制器(未畫出)生成的2-位(bit)信號識 別出四個換能器元件107-1、 107-2、 107-3以及107-4中哪一個在每個 電路時鐘周期內(nèi)都被處理，并且也用作為雙端口存儲器讀地址指針401 中的兩個最高有效位。為了擴(kuò)展，例如，如果E=128，主時鐘控制器 (未畫出)生成的信號將是7位而不是2位。從各個由延遲控制器315 的整數(shù)延遲319指示的存儲器309的四等分中的地址，讀取屬于各個 時鐘周期內(nèi)被處理的元件的信號，乘上由切趾控制器317生成的各個 切趾權(quán)重，并存儲在四個輸出解復(fù)用寄存器312-1、 312-2、 312-3、 312-4 其中的一個。延遲的二次采樣部分被存儲在每個元件的不同求和控制 單元311-1、 311-2、 311-3、 311-4中，之后所存儲的值被用于選取四個 采樣中的一個，按照延遲采樣被添加到其中的提高采樣頻率的求和序 列。
求和控制單元311可以是2位的寄存器，以存儲二次采樣延遲， 以及用查找表可以實現(xiàn)的比較器(未圖示)。該查找表將存儲于寄存 器中的二次采樣延遲與當(dāng)前提高采樣頻率的采樣數(shù)(例如4個內(nèi)插值 系數(shù)L為0， 1， 2， 3)進(jìn)行比較；當(dāng)比較器探測到四個信號中一個， 按照該采樣求和，接著同樣地添加二次采樣延遲，就將使得已解復(fù)用、 已延遲和已切趾的信號被加入到各自的子求和加法器335。執(zhí)行求和的 門裝置可以在求和控制單元311中或子求和加法器335中。
圖5顯示了N二I^4時的信道輸出操作的時序圖。為便于理解，只 示出了一個輸出信號的波形轉(zhuǎn)換。
由于時分復(fù)用，元件0到1、 1到2和2到3之間有一個電路時鐘 延遲，因而出現(xiàn)在子求和加法器335-l輸出的元件l， 5， 9，...的求和 信號會比出現(xiàn)在子求和加法器335-2等的輸出的元件的求和信號2， 6， 10，...早一個電路時鐘。作為補(bǔ)償，子求和加法器335-1的輸出被延遲N-l個電路時鐘周期325-1，子求和加法器335-2的輸出做N-2個電路 時鐘周期延遲325-2等等，以致當(dāng)N個子求和被添加到一起的時候，
他們都是時間對位的。
可以根據(jù)現(xiàn)有的延遲生成算法來設(shè)計延遲控制器315，例如分段線
性擬合或中值算法或者其它。多重延遲生成器可以是時分復(fù)用的，來 為多種元件生成延遲，或者優(yōu)選地，增強(qiáng)延遲生成器來依次地為所有 元件生成延遲。切趾控制器317通常為分段線性擬合型，并且對于延 遲控制器315，可使用多種復(fù)用延遲切趾生成器或增強(qiáng)切趾生成器。很 多情況下，可以配置該設(shè)計，以致在信道輸入端復(fù)用的元件在幾何上 相鄰；然而對于一個信道的所有多路復(fù)用元件，使用相同切趾但是不 同延遲是可接受的，結(jié)果是更簡單的切趾控制器317。
圖3中的波束形成器也可以生成P個平行波束。第一種情況下， 當(dāng)電路運(yùn)行以PxZ倍采樣頻率/運(yùn)行時，此處P為平行波束數(shù)量，L 為內(nèi)插系數(shù)，僅當(dāng)N-L時，元件被復(fù)用到每個信道，然而可以以時分 復(fù)用方式生成P個平行波束。例如，如果期望的平行波束數(shù)量為2 (P=2)，并且波束形成器的輸入數(shù)N二4，則該架構(gòu)必須運(yùn)行8倍的采 樣頻率乂。采樣周期7;期間的前4個電路時鐘周期(1-4)被用于處理
來自使用第一組延遲的四個換能器元件，并切趾權(quán)重以形成第一個波 束，而同樣的時間周期7;內(nèi)的接下來4個電路時鐘周期(5-8)被用于
處理使用第二組延遲的四個換能器元件，并切趾權(quán)重來形成第二個波 束。求和單元305、子求和加法器335以及插值濾波器322則會交替處
理第一波束一個信號和第二波束的一個信號。
如果必須生成P個平行波束，而電路只以采樣頻率的L倍運(yùn)行， 然而必須在每信道所處理的換能器元件數(shù)與平行波束數(shù)之間進(jìn)行權(quán)
衡，即一個信道只能處理A^,個元件。
圖6示出了本發(fā)明的另一種實施例601，在此修改波束形成器架構(gòu)
301以處理每個信道的A^I個孔徑元件，來生成P個平行波束。波束
形成器601包含多個信道603-1，…，(通稱603，圖中只示出 了第一個和最后一個信道)，P個求和單元605-l， ...， 605-P, L= (P)(N)個子求和加法器635-1，…，635-N,和635-(PN-N+1)，…635-PN， 以及延遲單元625-1， ...， 625-N和625- (PN-N+1) ， ...， 625-PN和 P個插值濾波器622-1，…，622-P。
每個信道603接收作為輸入的A^I個來自超聲波換能器陣列(未
畫出)的E個孔徑元件的子集的經(jīng)放大、濾波以及數(shù)字化的信號 107-1，…，107-N，并包括復(fù)用器608，雙端口延遲存儲器609，求和 控制器611-1，…，611-N和611- (PN-N+1)，…，611-PN，切趾乘 法器613，延遲控制器615，切趾控制器617和解復(fù)用寄存器612-1，...， 612-N和612- (PN-N+1)，…，612-PN。
每個信道603的雙端口延遲存儲器609被分成N個區(qū)域，每個分 別分配給N個輸入107中的一個。
被束形成器601的每個信道603以時分復(fù)用方式復(fù)用608，并延遲 609以及切趾613N個輸入信號107。然后在輸出端該復(fù)用信號被解復(fù) 用612，被選通611，并被耦合到N個子求和加法器635-1， ...， 635-N 和635-(PN-N+1) ， ...， 635-PN。由各自的信道603處理該N個信號 107中的每一個P次，每次對應(yīng)P個輸出平行波束的一個。圖6示出了 PxW個解復(fù)用寄存器612，以及被組合成每組N個單元共P組的求和 控制器611每組處理一個平行波束的信號。通過遲延單元625-1，...， 625-N和625- (PN-N+1)，…，625-PN (如采用移位寄存器)來對子 求和加法器635的輸出作時間對位，并一起求和605。該P(yáng)xiV個子求 和加法器635和延遲單元625也被組合成PxiV組，同時每P組耦合到 一個求和單元605。每個求和信號被耦合到P個插值濾波器622-1，...，
622- P中的一個，在他們的輸出端分別生成波形形成信號623-1，...，
623- P。
如果用于構(gòu)造圖6所示架構(gòu)的電路元件能以大于工x,的操作頻率 運(yùn)行，可采用時分復(fù)用方式操作該架構(gòu)來生成為P個求和組中的每一 個生成兩個或多個平行波束。
圖3和圖6所示本發(fā)明的實施例描述為最有效的情形，其電路時
鐘頻率是內(nèi)插系數(shù)L乘以采樣頻率乂的整數(shù)倍(A=《xZx,)，并且 所有電路時鐘周期都得到了利用。如果可用的電路時鐘頻率大于最小需要，或不是內(nèi)插系數(shù)L的整數(shù)倍，通過在額外時鐘周期內(nèi)保持電路 處于空閑狀態(tài)，仍可應(yīng)用本發(fā)明的架構(gòu)。如果延遲存儲器和復(fù)用器的
運(yùn)行頻率為采樣頻率的整數(shù)倍但小于Zx^ ，然而本發(fā)明架構(gòu)依然可以 應(yīng)用，只是每個信道輸入數(shù)N要進(jìn)行相應(yīng)減少。
前述己對本發(fā)明的一個或多個實施例進(jìn)行了描述，然而，應(yīng)該能 夠理解，在不背離本發(fā)明的精神與范疇的情況下，可對本發(fā)明進(jìn)行各 種變更。相應(yīng)地，其它實施例也在后述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種接收波束形成器，包括一個或多個波束形成器信道此處總數(shù)量的換能器元件E的信號采樣被耦合到多個信道波束形成器輸入N，每個波束形成器信道的包括多個信道波束形成器輸入N，被配置用來以預(yù)定的采樣頻率fs接收來自多個換能器元件E的信號采樣，每個信道形成器輸入N與唯一的換能器元件E相關(guān)聯(lián)；復(fù)用器，具有與多個信道波束形成器輸入N相對應(yīng)的并且耦合到多個信道波束形成器輸入N的多個輸入，以及一個輸出，該復(fù)用器被配置用于復(fù)用在多個信道波束形成器輸入N以頻率Nfs接收到的換能器元件信號采樣；延遲存儲器，具有耦合到復(fù)用器輸出的輸入、延遲控制輸入以及輸出，該延遲存儲器被配置用來以頻率Nfs存儲接收到的換能器元件信號采樣；切趾乘法器，具有耦合到延遲存儲器輸出的輸入、切趾控制輸入以及輸出，切趾乘法器被配置用于從與延遲存儲器輸出的每個換能器元件的信號采樣相對應(yīng)的切趾控制輸入接收切趾權(quán)重，并利用切趾權(quán)重來切趾(相乘)對該換能器元件的信號采樣；與多個信道波束形成器輸入N相對應(yīng)多個解復(fù)用寄存器，每個解復(fù)用寄存器與換能器元件相關(guān)聯(lián)，每個解復(fù)用寄存器具有耦合到切趾乘法器輸出的輸入以及輸出，每個解復(fù)用寄存器被配置用于存儲換能器元件的切趾信號采樣；與多個解復(fù)用寄存器相對的多個求和控制器，每個求和控制器具有耦合到解復(fù)用寄存器輸出的輸入、延遲控制輸入以及輸出，通過在每對輸入到求和控制器的信號采樣之間插入L-1的零值采樣，此處L為內(nèi)插系數(shù)，每個求和控制器被配置以提高每個已切趾的換能器元件信號采樣的采樣頻率，并根據(jù)二次采樣部分，存儲來自全部延遲的延遲控制輸入的二次采樣部分，輸出換能器元件的切趾信號采樣或零值采樣；以及與多個求和控制器相對應(yīng)一個或多個子求和器，每個子求和器具有與信道的數(shù)量相對應(yīng)的多個輸入，以及輸出，每個輸入被耦合到具有相同時間延遲的信道求和控制器的輸出，每個子求和器被配置用于對來自具有相同時間延遲的信道求和控制器的已延遲、已切趾、以及提高采樣頻率的換能器元件信號采樣一起進(jìn)行求和；與一個或多個子求和器相對應(yīng)的一個或多個延遲器，每個延遲器具有耦合到子求和器輸出的輸入，以及輸出，每個延遲被配置用于將其已切趾、高采樣頻率、求和的換能器元件信號采樣與多個延遲器中的所有其它已延遲、已切趾、提高采樣頻率、求和的換能器元件信號采樣作時間對位；求和器，具有一個或多個與多個延遲器相對應(yīng)的輸入，每個輸入被耦合到延遲器輸出，以及輸出，求和器被配置用于對全部已延遲、已切趾、提高采樣頻率、求和以及時間對位的換能器元件信號采樣進(jìn)行求和；插值濾波器，具有耦合到求和器輸出的輸入，以及接收波束形成器輸出，該插值濾波器被配置用于以預(yù)定的采樣頻率fs，對已求和的信號采樣進(jìn)行濾波并輸出波束形成信號；切趾控制器，具有耦合到一個或多個信道波束形成器的切趾乘法器的切趾控制輸出，切趾控制器用于將切趾權(quán)重輸出到每個波束形成器信道的切趾乘法器，用于從延遲存儲器輸出的每一已延遲的換能器元件信號采樣；以及延遲控制器，具有耦合到一個或多個波束形成器信道的延遲存儲器與求和控制器的延遲控制輸出，該延遲控制器被配置用于以預(yù)定的延遲，并以頻率Nfs從屬于每個換能器元件的每個波束形成器信道的延遲存儲器輸出信號采樣，并用二次采樣部分來控制每個波束形成器信道的求和控制器，以生成部分和，其中以頻率Nfs操作切趾乘法器、解復(fù)用器寄存器和求和控制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收波束形成器，其中，每個波束形成 器信道的延遲存儲器，進(jìn)一步包括與信道波束形成器輸入N的數(shù)量相 應(yīng)的多個預(yù)定存儲區(qū)域。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的接收波束形成器，其中，預(yù)定存儲區(qū)域 被配置為循環(huán)存儲器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收波束形成器，其中，插值濾波器被 配置為低通濾波器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收波束形成器，其中預(yù)定延遲是可編 程的。
6、 一種波束形成方法，包括接收以預(yù)定的采樣頻率,從相應(yīng)數(shù)量的換能器元件N獲取的多個 信號采樣；在延遲存儲器的預(yù)定區(qū)域中以頻率^^存儲與每個換能器元件相 對應(yīng)的接收的信號采樣；以預(yù)定的次序，在預(yù)定的延遲之后輸出所存儲的與每個換能器元 件相對應(yīng)的信號采樣；通過將與換能器元件相對應(yīng)的每個已延遲的信號采樣與權(quán)重相 乘，切趾自延遲存儲器輸出的每個已延遲的信號采樣；通過在每對己延遲和已切趾的信號采樣之間插入L-1的零值采樣， 此處L為內(nèi)插系數(shù)，提高與每個換能器元件相對應(yīng)的已延遲和已切趾 信號采樣的采樣頻率；對與每個換能器元件相對應(yīng)的已延遲、已切趾以及提高采樣頻率 的信號采樣進(jìn)行時間對位；對與每個換能器元件相對應(yīng)的全部已進(jìn)行時間對位、已延遲、已切趾、以及提高采樣頻率的信號采樣進(jìn)行求和；以及 過濾已求和的信號采樣以形成波束形成信號。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的波束形成方法，其中，利用低通濾波器 來進(jìn)行濾波。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的波束形成方法，其中，預(yù)定延遲是可編 程的。
9、 一種波束形成方法，包括接收以預(yù)定的采樣頻率《從相應(yīng)數(shù)量的換能器元件獲取的多個信號采樣流E;將信號采樣流E劃分到多個信道，每個信道N占有多個信號流； 對于每個信道在延遲存儲器的預(yù)定部分以頻率W乂存儲與每個換能器元件 相對應(yīng)的接收到的信號采樣；以預(yù)定的次序在預(yù)定的延遲之后，輸出所存儲的與每個換能器元件相對應(yīng)的信號采樣；通過將與換能器元件相對應(yīng)的每個延遲的信號采樣與權(quán)重相 乘，來切趾自延遲存儲器輸出的每個已延遲的信號采樣；通過在每對已延遲和已切趾的信號采樣之間插入L-l的零值 采樣，來提高與每個換能器元件相對應(yīng)的已延遲和已切趾的信號 采樣的采樣頻率，其中，L為內(nèi)插系數(shù)；在每個信道中，將每個已延遲、已切趾以及提高采樣頻率的信號 采樣流與來自另一個信道的已延遲、已切趾、以及提高采樣頻率的信 號采樣流進(jìn)行求和；對每個已延遲、已切趾以及提高采樣頻率和已求和的信號采樣流 進(jìn)行時間對位；對所有的已時間對位、已延遲、己切趾和提高采樣頻率的信號采 樣進(jìn)行求和；以及以及對已求和的信號采樣進(jìn)行濾波以形成波束形成信號。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的波束形成方法，其中，利用低通濾波 器進(jìn)行過濾。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的波束形成方法，其中，預(yù)定延遲是可 編程的。
12、 一種輸出平行波束的接收波形成器，包括 一個或多個波束形成器信道工，此處全部數(shù)量的換能器元件E信號采樣被耦合到多個信道波束形成器輸入N;每個波束形成器信道包 括多個波束形成器輸入N，被配置用于以預(yù)定的采樣頻率/、接收來自多個換能器元件E的信號采樣，每個波束形成器的輸入N與唯一的換能器元件E相關(guān)聯(lián)；復(fù)用器，具有與多個波束形成器輸入N相應(yīng)并被耦合到多個 波束形成器輸入N的多個輸入，以及一個輸出，復(fù)用器被配置用 于復(fù)用在多個波束形成器輸入N以頻率N/,接收到的換能器元件信號采樣，此處^ = |， L是內(nèi)插系數(shù)，并且P是平行波束輸出的 數(shù)量；延遲存儲器，具有耦合到復(fù)用器輸出的輸入、延遲控制輸入以及輸出，該延遲存儲器被配置用于以頻率iy/;存儲接收到的換能 器元件信號采樣，并以頻率L,輸出每個換能器元件信號采樣p次，每次在預(yù)定延遲之后輸出；切趾乘法器，具有耦合到延遲存儲器輸出的輸入、切趾控制 輸入、以及輸出，該乘法器被配置用于接收來自與由延遲存儲器 輸出的每個換能器元件的信號采樣相對應(yīng)的切趾控制輸入的切趾 權(quán)重，并利用切趾權(quán)重，來切趾(相乘)該換能器元件的信號采 樣；對每個平行波束p:與多個信道波束形成輸入N相對應(yīng)多個解復(fù)用寄存器， 每個解復(fù)用寄存器與換能器元件相對應(yīng)，每個解復(fù)用寄存器具有 耦合到切趾乘法器輸出的輸入，以及輸出，每個解復(fù)用器寄存器 被配置用于存儲換能器元件的切趾的信號采樣；與多個解復(fù)用寄存器對應(yīng)的多個求和控制器，每個求和 控制器具有耦合到解復(fù)用器寄存器輸出的輸入、延遲控制輸入、以及輸出，通過在每對輸入到求和控制器的信號采樣之間插入L-l的零值采樣，每個求和控制器被配置用來提高每個己切趾的換能器元件的信號采樣頻率，此處L為內(nèi)插系數(shù)，根據(jù)二次采樣延遲 部分，存儲專用于來自全部延遲的延遲控制輸入的每個波束P的 二次采樣部分，并輸出換能器元件的切趾的信號采樣或零值信號 采樣；每個信道中與多個求和控制器對應(yīng)的多個子求和器，每個子 求和器具有多個與信道數(shù)A相對應(yīng)的輸入以及一個輸出，每個輸入被耦合到來自具有相同時間延遲的信道求和控制器的輸出，每 個子求和器用于對來自具有相同延遲的信道求和控制器的已延 遲、已切趾、提高采樣頻率的換能器元件信號采樣一起進(jìn)行求和；與多個求和控制器相對應(yīng)的多個延遲器，每個延遲器具有耦 合到求和控制器輸出的輸入，以及一個輸出，每個延遲器被配置 用于將其已延遲、已切趾、提高采樣頻率的換能器元件信號采樣 與多個延遲器中的其余全部己延遲、已切趾、提高采樣頻率的換 能器元件信號采樣進(jìn)行時間對位；求和器，具有與多個延遲器相對應(yīng)的輸入以及一個輸出，將 每個輸入耦合到延遲輸出，求和器用于對己延遲、已切趾、提高 采樣頻率以及時間對位的所有換能器元件信號采樣進(jìn)行求和；插值濾波器，具有耦合到求和器輸出的輸入，以及接收波束 形成器輸出，插值濾波器被配置用于對已求和的信號采樣進(jìn)行濾波和抽取，并以預(yù)定的采樣頻率為y;輸出波束形成信號；切趾控制器，具有耦合到切趾乘法器的切趾控制輸出，切趾控制 器被配置用于將切趾權(quán)重輸出到切趾乘法器，用于自專用于每個波束P 的延遲存儲器輸出的每個已延遲的換能器元件信號采樣；以及延遲控制器，具有耦合到延遲存儲器以及每個求和控制器的延遲 控制輸出，配置延遲控制器來根據(jù)預(yù)定的延遲以專用于每個波束P的 頻率仏從屬于每個換能器元件的延遲存儲器輸出信號采樣，并用二次采樣部分來控制每個求和控制器，以生成專用于每個波束p的部分和， 其中以頻率W.操作切趾乘法器、解復(fù)用寄存器與求和控制器。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收波束形成器，其中，每一個波束 形成器信道的延遲存儲器進(jìn)一步包括與信道波束形成器輸入n的數(shù)量 相應(yīng)的多個預(yù)定的存儲區(qū)域。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的接收波束形成器，其中，預(yù)定的存儲 區(qū)域被配置為循環(huán)存儲器。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收波束形成器，其中，插值濾波器 被配置為低通濾波器。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的接收波束形成器，其中，預(yù)定延遲是 可編程的。
17、 一種平行波束形成方法，包括以預(yù)定的采樣頻率,接收來自于相應(yīng)數(shù)量的換能器元件e的多個信號采樣；確定待形成的平行波束p的數(shù)量；確定每個信道a^I輸入信號的數(shù)量，此處l是內(nèi)插系數(shù)；將信號采樣流e劃分到多個信道，每個信道n占有多個信號流； 對每個信道-在延遲存儲器的預(yù)定部分n以頻率ivy;存儲所接收的與每個換能器元件相對應(yīng)的信號采樣；輸出與每個換能器元件相對應(yīng)的已存儲的信號采樣p次，每 次對應(yīng)不同的波束p，并根據(jù)預(yù)定的數(shù)量進(jìn)行延遲；通過將與換能器元件相對應(yīng)的每個己延遲采樣與每個換能器 元件的預(yù)定權(quán)重相乘，切趾自延遲存儲器輸出的每個已延遲的信 號采樣；通過在每對屬于相同換能器元件的已延遲以及已切趾的信號 采樣之間插入L-l零值采樣，來提高與每個換能器元件相對應(yīng)的 已延遲以及已切趾的信號采樣的采樣頻率P次，每次對應(yīng)不同的 波束P，此處L為內(nèi)插系數(shù)； 對每個波束P:對所有信道對應(yīng)的已延遲、已切趾以及提高采樣頻率的信號 采樣流求和，以形成子和；對每個已延遲、已切趾以及提高采樣頻率的信號采樣流的每 個子和進(jìn)行時間對位；對已延遲、已切趾的信號采樣流的所有已進(jìn)行時間對位的子 和進(jìn)行求和；以及對已求和的信號采樣進(jìn)行濾波以形成波束形成信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超聲波接收波束形成器，其中在每個波束形成器信道的輸入端復(fù)用來自兩個或更多個孔徑元件的信號，在延遲存儲器的不同分區(qū)進(jìn)行存儲，以時分復(fù)用方式延遲以及切趾，在信道輸出端進(jìn)行解復(fù)用，并在以提高的采樣頻率運(yùn)行的不同求和單元進(jìn)行求和。然后對該部分和進(jìn)行時間對位，進(jìn)行求和以生成全部的提高采樣頻率的波束總數(shù)，在插值濾波器中進(jìn)行濾波、抽取以生成波束形成信號。
文檔編號A61B8/00GK101427928SQ20081017555
公開日2009年5月13日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者R·亞歷山德魯 申請人:阿洛卡株式會社