電容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路以及脈沖激發(fā)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露一種電容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路以及脈沖激發(fā)裝置。驅(qū)動(dòng)電路用以驅(qū)動(dòng)一電容性負(fù)載，包括：信號(hào)源，產(chǎn)生輸入信號(hào)；線性電源裝置，耦接于該信號(hào)源與輸出節(jié)點(diǎn)之間，接收輸入信號(hào)以輸出第一脈沖信號(hào)至輸出節(jié)點(diǎn)，其中輸出節(jié)點(diǎn)耦接電容性負(fù)載；回饋單元，耦接輸出節(jié)點(diǎn)，擷取對應(yīng)于輸出節(jié)點(diǎn)的電性信號(hào)而產(chǎn)生回饋信號(hào)；前饋單元，耦接信號(hào)源，以產(chǎn)生一前饋信號(hào)；控制單元，耦接回饋單元及前饋單元，用以根據(jù)回饋信號(hào)及前饋信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及可變電源裝置，耦接于控制單元與線性電源裝置之間，依據(jù)控制信號(hào)而輸出第二脈沖信號(hào)至線性電源裝置的電源端，以輔助第一脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載。
【專利說明】電容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路以及脈沖激發(fā)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明是有關(guān)于驅(qū)動(dòng)電路，特別是關(guān)于用于驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電傳感器(piezoelectronic transducer)利用壓電效應(yīng)測量物理性變化,被廣泛應(yīng)用于超聲波，工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等【技術(shù)領(lǐng)域】。壓電傳感器需要高電壓的脈沖激發(fā)設(shè)備，以超聲波探頭所需的驅(qū)動(dòng)電路為例，必須有操作于百萬赫茲的頻率范圍內(nèi)的能力。傳統(tǒng)產(chǎn)生此脈沖的驅(qū)動(dòng)電路采用高壓簡單脈沖波或步階波來驅(qū)動(dòng)傳輸，對系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的高階諧波；而使用線性放大器作為驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，可降低高頻諧波以改善基頻諧波信號(hào)的線性度，但不可避免的消耗大量靜態(tài)功率。因此，在提升超聲波成像對比度與高次諧波成像等需求上，需要一種驅(qū)動(dòng)電路可以提供壓電傳感器干凈的基頻傳輸諧波，并能夠?qū)⒐β氏目刂圃诶硐氲姆秶畠?nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種電容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路以及脈沖激發(fā)裝置。
[0004]有鑒于此，本發(fā)明的一實(shí)施范例揭露了一種驅(qū)動(dòng)電路，用以驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載，上述驅(qū)動(dòng)電路包括:線性電源裝置，耦接于信號(hào)源與輸出節(jié)點(diǎn)之間，并接收該信號(hào)源的發(fā)出的輸入信號(hào)，據(jù)以輸出第一脈沖信號(hào)至該輸出節(jié)點(diǎn)，其中該輸出節(jié)點(diǎn)耦接該電容性負(fù)載；回饋單元，耦接該輸出節(jié)點(diǎn)，擷取對應(yīng)于該輸出節(jié)點(diǎn)的電性信號(hào)而產(chǎn)生回饋信號(hào)；前饋單元，耦接該信號(hào)源，產(chǎn)生前饋信號(hào)；控制單元，耦接該回饋單元及該前饋單元，使用該前饋信號(hào)對該回饋信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償以產(chǎn)生控制信號(hào)；以及可變電源裝置，耦接于該控制單元與該線性電源裝置之間，依據(jù)該控制信號(hào)而輸出第二脈沖信號(hào)至線性電源裝置的電源端，以驅(qū)動(dòng)該線性電源裝置對該電容性負(fù)載輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0005]本發(fā)明的另一實(shí)施范例揭露了一種脈沖激發(fā)裝置，包括:波束形成單元，具有激發(fā)信號(hào)源；電容性負(fù)載；以及，前述實(shí)施范例的驅(qū)動(dòng)電路，耦接該波束形成單元以接收該激發(fā)信號(hào)源輸出的該輸入信號(hào)，用以輸出該驅(qū)動(dòng)信號(hào)至該電容性負(fù)載。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]本發(fā)明所揭露的說明書內(nèi)容可搭配以下附圖閱讀以使更容易理解。須注意的是附圖的部分特征并未根據(jù)業(yè)界的實(shí)際產(chǎn)品比例所規(guī)劃。事實(shí)上，這些特征的長寬比例都可以任意增減，并不影響發(fā)明的本質(zhì)。本發(fā)明中相同的特征皆以相同的標(biāo)號(hào)表示。
[0007]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路10的結(jié)構(gòu)方塊圖；
[0008]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路100的結(jié)構(gòu)方塊圖；
[0009]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路200的結(jié)構(gòu)方塊圖；
[0010]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例中，使用本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的脈沖激發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)方塊圖；[0011]圖5顯示傳統(tǒng)的二階脈沖驅(qū)動(dòng)電路的輸出仿真結(jié)果；
[0012]圖6顯示傳統(tǒng)的多階脈沖驅(qū)動(dòng)電路的輸出仿真結(jié)果；
[0013]圖7顯示本發(fā)明的脈沖驅(qū)動(dòng)電路的輸出仿真結(jié)果。
[0014]【主要組件符號(hào)說明】
[0015]10~驅(qū)動(dòng)電路；
[0016]100~驅(qū)動(dòng)電路；
[0017]110~信號(hào)源；
[0018]120~線性電源裝置；
[0019]140~回饋單元；
[0020]150~控制單元；
[0021]150a~第一控制單元；
[0022]150b~第二控制單元；
[0023]152a~第一比較單元；
[0024]152b~第二比較單元；
[0025]155a~第一信號(hào)處理單元；
[0026]155b~第二信號(hào)處理單元；
[0027]160~前饋單元；
[0028]170~可變電源裝置；
[0029]170a~第一可變電源裝置；
[0030]170b~第二可變電源裝置；
[0031]180~電容性負(fù)載；
[0032]200~驅(qū)動(dòng)電路；
[0033]210~信號(hào)源；
[0034]220~線性電源裝置；
[0035]240a~第一回饋單元；
[0036]240b~第二回饋單元；
[0037]250a~第一控制單元；
[0038]250b~第二控制單元；
[0039]252a~第一比較單元；
[0040]252b~第二比較單元；
[0041 ]255a~第一信號(hào)處理單元；
[0042]255b~第二信號(hào)處理單元；
[0043]260~前饋單元；
[0044]270a~第一可變電源裝置；
[0045]270b~第二可變電源裝置；
[0046]280~電容性負(fù)載；
[0047]400~脈沖激發(fā)裝置；
[0048]402~波束形成單元；
[0049]404~電容性負(fù)載；[0050]CS?控制信號(hào)；
[0051]CSa?第一控制信號(hào)；
[0052]CSb?第二控制信號(hào)；
[0053]Ia?第一脈沖信號(hào)；
[0054]Id?驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0055]Iin?前饋電流信號(hào)；
[0056]Ip、In?脈沖信號(hào)；
[0057]Ipl_Ip4?電流(電壓)源；
[0058]Inl_In4?電流(電壓)源；
[0059]Is?第二脈沖信號(hào)；
[0060]IFB+、IFB_?回饋電流信號(hào)；
[0061]nQUt?輸出節(jié)點(diǎn)；
[0062]Ra?第一比較結(jié)果；
[0063]Rb?第二比較結(jié)果；
[0064]Sfb?回饋信號(hào)；
[0065]Sff?前饋信號(hào)；
[0066]Snl_Sn4 ?開關(guān)；
[0067]Spl_Sp4 ?開關(guān)；
[0068]Vin?輸入信號(hào)；
[0069]Vfb?回饋電壓信號(hào)；
[0070]Vff?前饋電壓信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0071]以下揭露的內(nèi)容可與附圖對照，其中相對應(yīng)的部件大致以相同的標(biāo)號(hào)注明于附圖上。且其中等效電路的示意圖僅揭示組件之間的連接關(guān)系，并未限制組件的相對位置。于以下敘述中，為使易于理解，加入了許多特定的設(shè)置細(xì)節(jié)。然而，具有一般技術(shù)知識(shí)的人應(yīng)可理解僅需參考本發(fā)明所揭示的部分范例內(nèi)容便可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。于部分范例中，已知的結(jié)構(gòu)與組件以方塊圖的方式呈現(xiàn)，以使內(nèi)容簡明易懂。
[0072]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中，用以驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路10的結(jié)構(gòu)方塊圖。該驅(qū)動(dòng)電路10包括一信號(hào)源110，產(chǎn)生一輸入信號(hào)Vin ;該輸入信號(hào)Vin可以是任何形式的交流電信號(hào)或脈沖電信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)電路10亦包括一線性電源裝置120耦接于該信號(hào)源110與一輸出節(jié)點(diǎn)之間；該線性電源裝置120接收該輸入信號(hào)Vin，并根據(jù)該輸入信號(hào)Vin而形成一第一脈沖信號(hào)Ia,該第一脈沖信號(hào)Ia經(jīng)由該輸出節(jié)點(diǎn)Iitjut輸出至一電容性負(fù)載180。該線性電源裝置120可包括一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(transconductance amplifier),接收該輸入信號(hào)Vin而產(chǎn)生電流形式的該第一脈沖信號(hào)Ia，并保持信號(hào)的線性度。
[0073]該驅(qū)動(dòng)電路10還包括一回饋單元140以及一前饋單元160。該回饋單元140率禹接于輸出節(jié)點(diǎn)η_，擷取對應(yīng)于輸出節(jié)點(diǎn)的電性信號(hào)而產(chǎn)生一回饋信號(hào)Sfb ;該前饋單元160，耦接于該信號(hào)源110，擷取該輸入信號(hào)Vin并將之轉(zhuǎn)換為一相對應(yīng)的前饋信號(hào)SFF。該回饋單元140可以直接擷取(如圖1所示)該輸出節(jié)點(diǎn)上的電性信號(hào)；或是透過檢測該線性電源裝置120的電源端(輸入端)的電性信號(hào)，而產(chǎn)生對應(yīng)于該輸出節(jié)點(diǎn)的電性信號(hào)的該回饋信號(hào)SF。
[0074]該驅(qū)動(dòng)電路10還包括一控制單元150,與回饋單元140以及前饋單元160 f禹接?？刂茊卧?50接收該回饋信號(hào)Sfb以及該前饋信號(hào)SFF，并根據(jù)該前饋信號(hào)Sff對該回饋信號(hào)Sfb進(jìn)行相位補(bǔ)償以產(chǎn)生一控制信號(hào)CS。于部分實(shí)施例中，控制單元150可為一減法器或比較單元，接收該前饋信號(hào)Sff與該回饋信號(hào)Sfb以取得兩者間的差異值，作為該控制信號(hào)CS。
[0075]該驅(qū)動(dòng)電路10還包括一可變電源裝置170，耦接于該控制單元150與線性電源裝置120之間。該可變電源裝置170依據(jù)該控制信號(hào)CS而輸出一第二脈沖信號(hào)Is至線性電源裝置120的電源端，進(jìn)而輔助該線性電源裝置120輸出該第一脈沖信號(hào)la。以該第一脈沖信號(hào)Ia作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id，經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)輸出以驅(qū)動(dòng)該電容性負(fù)載180。于部分實(shí)施例中，該可變電源裝置170可為一可變電流或電壓源，依控制信號(hào)CS輸出電流或電壓形式的該第二脈沖信號(hào)Is，用以供給該線性電源裝置120運(yùn)作所需電源。
[0076]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例中，用以驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路100的結(jié)構(gòu)方塊圖。該驅(qū)動(dòng)電路100包括一信號(hào)源110，產(chǎn)生一輸入信號(hào)Vin。于本實(shí)施例中，信號(hào)源110例如為一波束形成單元(beam former)，具有一激發(fā)信號(hào)源；該信號(hào)源110 (波束形成單元)所產(chǎn)生的輸入信號(hào)Vin可以是具有任意振幅及頻率的交流電信號(hào)或脈沖電信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)電路100還包括線性電源裝置120，耦接于信號(hào)源110與一電容負(fù)載180之間。于本實(shí)施例中，該線性電源裝置120為一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(transconductance amplifier),接收該輸入信號(hào)Vin,并根據(jù)該輸入信號(hào)Vin形成電流形式的第一脈沖信號(hào)Ia,并保持該第一脈沖信號(hào)Ia對應(yīng)于該輸入信號(hào)Vin的線性度。該第一脈沖信號(hào)Ia則耦接至輸出節(jié)點(diǎn)η_。
[0077]該驅(qū)動(dòng)電路100還包括一回饋單元140,以及一前饋單元160。該回饋單元140率禹接于輸出節(jié)點(diǎn)η—,擷取對應(yīng)于輸出節(jié)點(diǎn)Iitjut的一電壓信號(hào)，并根據(jù)該電壓信號(hào)產(chǎn)生一回饋電壓信號(hào)VFB。該回饋單元140亦可包括一線性調(diào)變器(linear modulator)先將回饋信號(hào)Vfb調(diào)變后再輸出給第一、第二比較單元(152a、152b)。該前饋單元160，耦接于信號(hào)源110，前饋單元160擷取該輸入信號(hào)Vin并將之轉(zhuǎn)換為一相對應(yīng)的前饋電壓信號(hào)VFF。于部分實(shí)施例中，為了利用前饋電壓信號(hào)Vff對回饋電壓信號(hào)Vfb進(jìn)行相位補(bǔ)償，回饋單元140以及前饋單元160還包括進(jìn)一步將該回饋電壓信號(hào)Vfb以及該前饋電壓信號(hào)Vff的振幅分別做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使兩者可以于相同的基準(zhǔn)下比較。于部分實(shí)施例中，該前饋單元160還可包括一調(diào)變器(modulator)，線性調(diào)變該前饋電壓信號(hào)Vff后再予以輸出，以于下一階段進(jìn)行比較。于部分其它實(shí)施例中，前饋單元160亦可以僅是一導(dǎo)線。
[0078]該回饋單元140，亦可以直接擷取該線性電源裝置120的電源輸入端所接收的電流信號(hào)，而產(chǎn)生該回饋電壓信號(hào)VFB。
[0079]該驅(qū)動(dòng)電路100還包括一第一控制單元150a以及一第二控制單元150b。該第一、第二控制單元150a、150b，分別包括該第一比較單元152a以及該第二比較單元152b，皆與該回饋單元140以及該前饋單元160稱接。于本實(shí)施例中，該第一比較單元152a例如為一減法器電路，接收回饋電壓信號(hào)Vfb以及前饋電壓信號(hào)Vff，并根據(jù)回饋電壓信號(hào)Vfb以及前饋電壓信號(hào)Vff的差值產(chǎn)生一第一比較結(jié)果Ra，即Ra=(VFF-VFB);該第二比較單元152b亦例如為一減法器電路，接收該回饋電壓信號(hào)Vfb以及該前饋電壓信號(hào)VFF，并根據(jù)該回饋電壓信號(hào)Vfb以及該前饋電壓信號(hào)Vff的差值產(chǎn)生一第二比較結(jié)果Rb，即Rb= (Vff-Vfb)。[0080]該第一控制單元150a還包括第一信號(hào)處理單元155a，耦接于該第一比較單元152a。該第一信號(hào)處理單元155a接收來自該第一比較單元152a的第一比較結(jié)果Ra，并根據(jù)第一比較結(jié)果Ra進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一相對應(yīng)的第一控制信號(hào)CSa。
[0081]需注意的是，該第一比較單元152a和該第二比較單元152b可使用單一個(gè)比較單元進(jìn)行實(shí)作(未圖示)。例如，在實(shí)施上僅使用該第一比較單元152a的情況下，該第一比較單元152a則為該第一及第二控制單元150a、150b的共同部分，而該第一比較單元152a的比較結(jié)果Ra分別提供給該第一及第二信號(hào)處單元155a、155b，亦能獲得如圖2架構(gòu)所示的功能。同理，在實(shí)施上僅使用該第二比較單元152a的情況下，該第二比較單元152b的比較結(jié)果Rb分別提供給該第一及第二信號(hào)處單元155a、155b亦能獲得如圖2架構(gòu)所示的功能。
[0082]該驅(qū)動(dòng)電路100還包括第一可變電源裝置170a，耦接于該第一信號(hào)處理單元155a。該第一可變電源裝置170a根據(jù)該第一控制信號(hào)CSa而調(diào)整輸出的信號(hào)。于圖2的實(shí)施例中，該第一可變電源裝置170a例如可為一多階脈沖產(chǎn)生器，包括多個(gè)開關(guān)Spl至Sp4，分別耦接于多個(gè)電流源或電壓源Ipl至Ip4，其中電流源或電壓源Ipl至Ip4所產(chǎn)生的電流為第一方向。在此實(shí)施例中，Ipl至Ip4是使用電流源，但是并非限定于此。該第一可變電源裝置170a根據(jù)第一控制信號(hào)CSa，控制所述多個(gè)開關(guān)Spl至Sp4的導(dǎo)通-關(guān)閉組態(tài)，而產(chǎn)生一對應(yīng)于該第一比較結(jié)果Ra的脈沖信號(hào)Ip，脈沖信號(hào)Ip進(jìn)而輸出至線性電源裝置120的第一電源端，作為該驅(qū)動(dòng)線性電源裝置120的電源之一。
[0083]于一實(shí)施例中，第一信號(hào)處理單元155a包括多個(gè)滯后(Hysteresis)單元，分別接收來自該第一比較單元152a的該第一比較結(jié)果Ra，并根據(jù)該第一比較結(jié)果Ra產(chǎn)生一相對應(yīng)的控制信號(hào)，分別控制開關(guān)Spl至Sp4。舉例而言，以第一至第四滯后單元(H1~H4，未圖示)分別控制開關(guān)Spl至Sp4進(jìn)行說明，但是并非限定于此。該第k滯后單元(Hk，k=l~
4)被設(shè)定為當(dāng)?shù)谝槐容^結(jié)果Ra大于一第k臨界值THk_a時(shí)，輸出一第一邏輯狀態(tài)的控制信號(hào)至開關(guān)Spk (k=l~4)，使開關(guān)導(dǎo)通；而當(dāng)?shù)趉比較結(jié)果Ra小于一第二臨界值THk_b時(shí)，輸出一第二邏輯狀態(tài)的控制信號(hào)至開關(guān)Spk，使開關(guān)關(guān)閉，其中該第二臨界值THk_b小于或等于該第一臨界值THk_a。該第一臨界值THk_a與該第二臨界值THk_b的值可根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用而自行設(shè)定不同的數(shù)值。在此例如設(shè)定為以及TH1JKTHlb〈TH3_b〈TH4_b，但是并非限定于此。
[0084]于另一實(shí)施例中，該第一信號(hào)處理單元155a可根據(jù)該第一比較結(jié)果Ra產(chǎn)生一組N位的第一控制信號(hào)CSa，其中該位數(shù)N是對應(yīng)于開關(guān)的數(shù)量，例如于圖2的實(shí)施例中，該第一控制信號(hào)CSa為四位；而第一可變電源裝置170a根據(jù)第一控制信號(hào)CSa，控制所述多個(gè)開關(guān)Spl至Sp4的導(dǎo)通-關(guān)閉組態(tài)，而產(chǎn)生一對應(yīng)的該脈沖信號(hào)Ip。例如第一信號(hào)處理單元155a被設(shè)定為當(dāng)?shù)谝槐容^結(jié)果Ra大于一第三臨界值1^_(:時(shí)，輸出四位的第一控制信號(hào)CSa至第一可變電源裝置170a，該第一控制信號(hào)CSa例如為“0101” ；而第一可變電源裝置170a進(jìn)而根據(jù)第一控制信號(hào)CSa，關(guān)閉開關(guān)Sp2及Sp4并導(dǎo)通開關(guān)Spl及Sp3，使電流源Ipl與Ip3連接至第一可變電源裝置170a，以輸出一第一方向的脈沖信號(hào)Ip，其中Ip=Ipl+Ip3。
[0085]該第二控制單元150b則還包括第二信號(hào)處理單元155b則耦接于該第二比較單元152b。其中，該第二信號(hào)處理單元155b接收來自該第二比較單元152b的第二比較結(jié)果Rb，并根據(jù)第二比較結(jié)果Rb進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一相對應(yīng)的第二控制信號(hào)CSb以控制相對應(yīng)的多階脈沖產(chǎn)生器。[0086]于一實(shí)施例中，該第二信號(hào)處理單元155b包括多個(gè)滯后(Hysteresis)單元，分別接收來自第二比較單元152b的第二比較結(jié)果Rb，并根據(jù)第二比較結(jié)果Rb產(chǎn)生相對應(yīng)的控制信號(hào)，分別控制開關(guān)Snl至Sn4。以第一至第四滯后單元(G1-G4，未圖示)分別控制開關(guān)Snl至Sn4進(jìn)行說明，但是并非限定于此。該第m滯后單元(Gm，p=l~4)被設(shè)定為當(dāng)?shù)诙容^結(jié)果Ra大于一第P臨界值VHm_a時(shí),輸出一第一邏輯狀態(tài)的控制信號(hào)至開關(guān)Spm(m=l~
4)，使開關(guān)導(dǎo)通；而當(dāng)?shù)趍比較結(jié)果Ra小于一第二臨界值V!i_b時(shí)，輸出一第二邏輯狀態(tài)的控制信號(hào)至開關(guān)Spm，使開關(guān)關(guān)閉，其中第二臨界值VHm_b小于或等于第一臨界值VHm_a。第一臨界值VHm_a與第二臨界值VHm_b的值可根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用而自行設(shè)定不同的數(shù)值。在此例如設(shè)定為以及VhiJkvh2JKVH3JKVH4J3,但是并非限定于此。
[0087]于部分實(shí)施例中，該第一信號(hào)處理單元155a及該第二信號(hào)處理單元155b可以為脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制器、脈沖寬度/期間調(diào)變(PDM)控制器或脈沖頻率調(diào)變(PFM)控制器。 [0088]當(dāng)上述信號(hào)處理單元(155a或155b)使用前述PWM控制器時(shí)，是將前述比較結(jié)果(Ra或Rb)與三角波信號(hào)進(jìn)行比較而產(chǎn)生一脈寬調(diào)變信號(hào)，再將該脈寬調(diào)變信號(hào)輸入至一計(jì)數(shù)器以產(chǎn)生對應(yīng)于脈寬的開關(guān)信號(hào)作為該控制信號(hào)(CSa或CSb)以控制開關(guān)(Spl-Sp4或Snl-Sn4)的導(dǎo)通組合狀態(tài)。
[0089]當(dāng)上述信號(hào)處理單元(155a或155b)使用前述PDM控制器時(shí)，是將前述比較結(jié)果(Ra或Rb)與三角波信號(hào)進(jìn)行比較而產(chǎn)生一脈沖寬度/期間調(diào)變調(diào)變信號(hào)，再將該脈寬調(diào)變信號(hào)輸入至一計(jì)數(shù)器以產(chǎn)生對應(yīng)于脈沖期間的開關(guān)信號(hào)作為該控制信號(hào)(CSa或CSb)以控制開關(guān)(Spl-Sp4或Snl-Sn4)的導(dǎo)通組合狀態(tài)。
[0090]當(dāng)上述信號(hào)處理單元(155a或155b)使用前述PFM控制器時(shí)，是將前述比較結(jié)果(Ra或Rb)與一參考信號(hào)進(jìn)行比較，而產(chǎn)生PFM信號(hào)。之后將該P(yáng)FM信號(hào)進(jìn)行溫度計(jì)碼(Thermal-meter code)、格雷碼(Gray code)、二元碼(Binary code)等的編碼,而作為該控制信號(hào)(CSa或CSb)以控制開關(guān)(Spl-Sp4或Snl-Sn4)的導(dǎo)通組合狀態(tài)。
[0091]該驅(qū)動(dòng)電路100還包括第二可變電源裝置170b，耦接于第二信號(hào)處理單元155b。該第二信號(hào)處理單元155b、該第二可變電源裝置170b的結(jié)構(gòu)特征與該第一信號(hào)處理單元155a、該第一可變電源裝置170a類似，差異之處在于第一可變電源裝置170a中的電流源或電壓源Ipl至Ip4所產(chǎn)生的電流為第一方向，其中該第二可變電源裝置170b例如可為一多階脈沖產(chǎn)生器。因此，第一可變電源裝置170a所輸出的脈沖信號(hào)Ip為第一方向的電流；第二可變電源裝置170b中的電流源或電壓源Inl至In4所產(chǎn)生的電流為第二方向，因此，第二可變電源裝置170b輸出的脈沖信號(hào)In為第二方向的電流。在此實(shí)施例中，Inl至In4是使用電流源，但是并非限定于此。脈沖信號(hào)In進(jìn)而輸出至線性電源裝置120的第二電源端，作為驅(qū)動(dòng)線性電源裝置120的電源之一。
[0092]在此實(shí)施例中，以該信號(hào)源110的該輸出信號(hào)Vin為弦波為例，該轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(線性電源裝置120)輸出弦波電流Ia，而該脈沖信號(hào)Ip是對應(yīng)于該弦波電流的一半周期(例如正半周)而輸出的脈沖信號(hào)；而該脈沖信號(hào)In是對應(yīng)于該弦波電流的另一半周期(例如負(fù)半周)而輸出的脈沖信號(hào)。
[0093]脈沖信號(hào)Ip及In共同提供驅(qū)動(dòng)線性電源裝置120的電源，使線性電源裝置120(轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器)能夠?qū)⒃撔盘?hào)Vin放大輸出而產(chǎn)生該第一脈沖信號(hào)Ia。該第一脈沖信號(hào)Ia經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)，作為一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id，輸出至電容性負(fù)載180。本發(fā)明的一實(shí)施例的特征在于比較該回饋電壓信號(hào)Vfb以及該前饋電壓信號(hào)Vff并根據(jù)比較結(jié)果修正該驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id。一般而言，線性電源裝置的功率消耗大于多階脈沖產(chǎn)生器；因此，當(dāng)線性電源裝置輸出的功率過大時(shí)，可透過第一及/或第二信號(hào)處理單元155a、155b分別控制該第一及/或第二可變電源裝置170a、170b動(dòng)態(tài)地提供所需電源，以將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id輸出至電容性負(fù)載180，相較于提供固定電源給該線性電源裝置的方式，更可降低驅(qū)動(dòng)電路的整體功率消耗。
[0094]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例中，用以驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路200的結(jié)構(gòu)方塊圖。該驅(qū)動(dòng)電路200包括一信號(hào)源210,產(chǎn)生一輸入信號(hào)Vin。于本實(shí)施例中，該信號(hào)源210例如為一波束形成單元，所產(chǎn)生的該輸入信號(hào)Vin可以是具有任意振幅及頻率的交流電信號(hào)或脈沖電信號(hào)。
[0095]該驅(qū)動(dòng)電路200還包括線性電源裝置220，耦接于信號(hào)源210與一輸出節(jié)點(diǎn)之間。于本實(shí)施例中，線性電源裝置220為一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器(transconductance amplifier),接收該輸入信號(hào)Vin，根據(jù)該輸入信號(hào)Vin形成電流形式的第一脈沖信號(hào)Ia，并保持該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的線性度。該第一脈沖信號(hào)Ia經(jīng)由該輸出節(jié)點(diǎn)輸出，以驅(qū)動(dòng)一電容性負(fù)載280。
[0096]該驅(qū)動(dòng)電路200還包括第一及第二回饋單元240a、240b所構(gòu)成。第一及第二回饋單元240a、240b例如可以是第一及第二電流取樣單元，分別耦接于該線性電源裝置220的第一及第二電源端，以分別擷取該線性電源裝置220的第一及第二電源端的供應(yīng)電流，并分別根據(jù)該供應(yīng)電流產(chǎn)生回饋電流信號(hào)Ifb+與IFB_。該驅(qū)動(dòng)電路200還包括前饋單元260，耦接于該信號(hào)源210。前饋單元260可以是一轉(zhuǎn)導(dǎo)單元，擷取該輸入信號(hào)Vin并將之轉(zhuǎn)換為一相對應(yīng)的輸入電流信號(hào)Iin。于本實(shí)施例中，為了利用前饋電流信號(hào)Iin對回饋電流信號(hào)Ifb+以及Ifb-分別進(jìn)行相位補(bǔ)償，該第一及第二回饋單元240a、240b以及該前饋單元260還包括分別將該回饋電流信號(hào)Ifb+與Ifb-以及該前饋電流信號(hào)Iin的振幅做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使所述多個(gè)信號(hào)可以于相同的基準(zhǔn)下進(jìn)行比較。于部分實(shí)施例中，該前饋單元260還可包括一低頻濾波器(low-pass filter),用以降低該前饋電流信號(hào)Iin的噪聲。
[0097]該驅(qū)動(dòng)電路200還包括一第一控制單元250a以及一第二控制單元250b，而第一控制單元250a還包括第一比較單元252a，第二控制單元250b還包括第二比較單元252b。該第一比較單元252a與該第一回饋單元240a以及該前饋單元260耦接；該第二比較單元252b與該第二回饋單元240b以及該前饋單元260耦接。于本實(shí)施例中，該第一控制單元250a例如為一減法器電路，接收回饋電流信號(hào)Ifb+以及前饋電流信號(hào)Iin，并根據(jù)回饋電流信號(hào)Ifb+以及前饋電流信號(hào)Iin的差值產(chǎn)生一第一比較結(jié)果Ra，即Ra=Iin_IFB+ ;第二比較單元250b例如亦為一減法器電路，接收回饋電流信號(hào)IFB_以及前饋電流信號(hào)Iin，并根據(jù)該回饋電流信號(hào)Ifb-以及前饋電流信號(hào)Iin的差值產(chǎn)生一第二比較結(jié)果Rb，即Rb=Iin-1FB_。
[0098]該第一控制單元250a還包括第一信號(hào)處理單元255a，耦接于第一比較單元252a。該第一信號(hào)處理單元255a接收來自該第一比較單元252a的該第一比較結(jié)果Ra，并根據(jù)該第一比較結(jié)果Ra產(chǎn)生一相對應(yīng)的第一控制信號(hào)CSa。
[0099]該驅(qū)動(dòng)電路200還包括第一可變電源裝置270a，耦接于該第一信號(hào)處理單元255a。于圖3的實(shí)施例中，第一可變電源裝置270a可以是一多階脈沖產(chǎn)生器，包括多個(gè)開關(guān)Spl至Sp4，分別耦接于多個(gè)電流源或電壓源Ipl至Ip4之間，其中電流源或電壓源Ipl至Ip4所產(chǎn)生的電流為第一方向。其中第一可變電源裝置270a根據(jù)第一控制信號(hào)CSa，控制所述多個(gè)開關(guān)Spl至Sp4的導(dǎo)通-關(guān)閉組態(tài)，而產(chǎn)生一對應(yīng)的具有第一方向的脈沖信號(hào)Ip，脈沖信號(hào)IP進(jìn)而輸出至該線性電源裝置220的第一電源端，作為驅(qū)動(dòng)該線性電源裝置220的電源之一。
[0100]該第二控制單元250b則還包括第二信號(hào)處理單元255b，耦接于第二比較單元252b。該第二信號(hào)處理單元255b接收來自該第二比較單元252b的該第二比較結(jié)果Rb，并根據(jù)該第二比較結(jié)果Rb產(chǎn)生一相對應(yīng)的第二控制信號(hào)CSb。
[0101]于一實(shí)施例中，該第一及第二信號(hào)處理單元255a、255b可分別包括多個(gè)滯后(Hysteresis)單元,分別接收來自第一及第二比較單元252a、252b的第一及第二比較結(jié)果Ra、Rb，并分別根據(jù)該第一及第二比較結(jié)果Ra、Rb，分別產(chǎn)生相對應(yīng)的控制信號(hào)，分別控制開關(guān)Spl?Sp4和Snl?Sn4。在此，該第一及第二信號(hào)處理單元255a、255b是采用與圖2中該第一及第二信號(hào)處理單元155a、155b相同的架構(gòu)，故不再予以贅述。
[0102]此外，于部分實(shí)施例中，該第一及第二信號(hào)處理單元255a、255b可為脈沖寬度調(diào)變(PWM)控制器、脈沖寬度/期間調(diào)變(PDM)控制器或脈沖頻率調(diào)變(PFM)控制器。
[0103]該驅(qū)動(dòng)電路200還包括第二可變電源裝置270b，耦接于第二信號(hào)處理單元255b。該第一信號(hào)處理單兀255a、該第一可變電源裝置270a、該第二信號(hào)處理單兀255b、及該第二可變電源裝置270b的結(jié)構(gòu)特征與圖2的實(shí)施例實(shí)質(zhì)上相同。該第二可變電源裝置270b輸出的脈沖信號(hào)In為第二方向的電流。脈沖信號(hào)In進(jìn)而輸出至該線性電源裝置220的第二電源端,作為驅(qū)動(dòng)線性電源裝置220的電源之一。
[0104]該脈沖信號(hào)Ip及In輸入至該線性電源裝置220，以驅(qū)動(dòng)線性電源裝置220產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)Ia。該第一脈沖信號(hào)Ia作為一驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id，經(jīng)由輸出節(jié)點(diǎn)nwt輸出至電容性負(fù)載280。本發(fā)明一實(shí)施例的特征在于比較該回饋電流信號(hào)IFB+、IFB_以及該前饋電流信號(hào)Iin并根據(jù)結(jié)果修正驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id。一般而言，線性電源裝置的功率消耗大于多階脈沖產(chǎn)生器；因此，當(dāng)線性電源裝置輸出的功率過大時(shí)，可透過第一及/或第二信號(hào)處理單元255a、255b分別控制第一及/或第二可變電源裝置270a、270b動(dòng)態(tài)地提供所需電源，以將該驅(qū)動(dòng)信號(hào)Id輸出至電容性負(fù)載280，相較于提供固定電源給線性電源裝置的方式，更可降低驅(qū)動(dòng)電路的整體功率消耗。
[0105]根據(jù)圖5所示的模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，傳統(tǒng)的二階脈沖驅(qū)動(dòng)電路，在振幅90V，頻率IOMHz的設(shè)定下，傳統(tǒng)的二階脈沖驅(qū)動(dòng)電路所輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基頻波(IOMHz)與頻率3OMHz的三次諧波(third harmonic distortion)之間僅相差I(lǐng)ldB ;此外，根據(jù)圖6所示的模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，傳統(tǒng)的多階脈沖驅(qū)動(dòng)電路，在振幅90V，頻率IOMHz的設(shè)定下，傳統(tǒng)的多階脈沖驅(qū)動(dòng)電路所輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基頻波(IOMHz)與頻率30MHz的三次諧波(thirdharmonic distortion)之間僅相差22dB。根據(jù)圖7所示的模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,本發(fā)明實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)電路在振幅90V，頻率IOMHz的設(shè)定下，驅(qū)動(dòng)電路所輸出信號(hào)的基頻波與三次諧波之間相差超過51dB，相對于圖5至少改善40dB，相對于圖6至少改善了 30dB，故顯著的降低了諧波所造成的失真。而傳統(tǒng)的線性放大器驅(qū)動(dòng)電路在振幅90V，頻率IOMHz的設(shè)定下，交流功率的消耗為15W ;本發(fā)明實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)電路在振幅90V，頻率IOMHz的設(shè)定下，交流功率的消耗為6.5W。因此，本發(fā)明一實(shí)施例所提供的驅(qū)動(dòng)電路不但改善了傳統(tǒng)步階脈沖驅(qū)動(dòng)電路的諧波失真，功耗更低于傳統(tǒng)的線性放大器驅(qū)動(dòng)電路。[0106]請參照圖4，本發(fā)明另揭露了一種脈沖激發(fā)裝置400，包括:一波束形成單元402，用以產(chǎn)生例如上述實(shí)施例中的輸入信號(hào)Vin ;—電容性負(fù)載404 ;以及，如上實(shí)施例所述的該驅(qū)動(dòng)電路10、100或200，耦接該波束形成單元402。該驅(qū)動(dòng)電路10、100或200接收該輸入信號(hào)Vin，用以輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)至該電容性負(fù)載404 ;其中，該電容性負(fù)載404例如為壓電組件或超聲波探頭。在此實(shí)例中，該脈沖激發(fā)裝置400例如是超聲波換能器，該電容性負(fù)載404是超音探頭，但是并非限定于此。該驅(qū)動(dòng)電路10、100或200已詳述如前，在此不再予以贅述。
[0107]以上描述揭露了本發(fā)明的概念。應(yīng)可理解于相關(guān)領(lǐng)域具有一般知識(shí)技術(shù)的人可以根據(jù)上述內(nèi)容做各種修改，而并未悖離本發(fā)明的精神與范疇。再者，所有的實(shí)例與敘述僅作為范例之用，讓閱讀的人可以更容易理解本發(fā)明，并未限制專利保護(hù)的范圍。所有在此描述的準(zhǔn)則，情境，以及實(shí)施例，亦僅作為范例之用，等同于任何結(jié)構(gòu)上或功能上相同的替代物，包括現(xiàn)有的或尚未被發(fā)明的。
[0108]上述內(nèi)容僅為示范之用，實(shí)際的專利保護(hù)范圍請參考所附的權(quán)利要求書。
【權(quán)利要求】
1.一種驅(qū)動(dòng)電路，用以驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)電路包括: 線性電源裝置，與輸出節(jié)點(diǎn)耦接，該線性電源裝置接收信號(hào)源發(fā)出的輸入信號(hào)，并根據(jù)該輸入信號(hào)產(chǎn)生第一脈沖信號(hào)至該輸出節(jié)點(diǎn)，其中該輸出節(jié)點(diǎn)耦接該電容性負(fù)載； 回饋單元，耦接該輸出節(jié)點(diǎn)，擷取對應(yīng)于該輸出節(jié)點(diǎn)的電性信號(hào)而產(chǎn)生回饋信號(hào)； 前饋單元，耦接該信號(hào)源，以產(chǎn)生前饋信號(hào)； 控制單元，耦接該回饋單元及該前饋單元，使用該前饋信號(hào)對該回饋信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償以產(chǎn)生控制信號(hào)；以及 可變電源裝置，耦接于該控制單元與該線性電源裝置之間，依據(jù)該控制信號(hào)而輸出第二脈沖信號(hào)至線性電源裝置的電源端，以驅(qū)動(dòng)該線性電源裝置對該電容性負(fù)載輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該線性電源裝置包括一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器，接收該輸入信號(hào)并產(chǎn)生該第一脈沖信號(hào)，以保持該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的線性度，其中該第一脈沖信號(hào)為電流信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該可變電源裝置為可變電流或電壓源，依該控制信號(hào)而改變所輸出的該第二脈沖信號(hào)的電流值或電壓值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該可變電源還包括: 多個(gè)電流或電壓源；以及 多個(gè)開關(guān)，分別耦接所述多個(gè)電流或電壓源與該輸出節(jié)點(diǎn)之間；` 其中該控制信號(hào)控制所述多個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通-關(guān)閉組態(tài)而改變該第二脈沖信號(hào)的電流值或電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)電路,其特征在于,該控制單元包括比較單元,該比較單元接收該前饋信號(hào)與該回饋信號(hào)以取得兩者間的比較結(jié)果，作為該控制信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該控制單元還包括信號(hào)處理單元，耦接于該比較單元及該可變電源之間，將該控制信號(hào)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以符合控制該可變電源的信號(hào)格式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該信號(hào)處理單元是線性調(diào)變裝置或非線性調(diào)變裝置；該線性調(diào)變裝置是脈沖寬度調(diào)變控制器、脈沖寬度/期間調(diào)變控制器、或脈沖頻率調(diào)變控制器；該非線性調(diào)變裝置包括一至多個(gè)滯后裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該回饋單元是擷取對應(yīng)于該輸出節(jié)點(diǎn)上的電壓、或?qū)?yīng)于流經(jīng)該輸出節(jié)點(diǎn)的電流而得到該回饋信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，該轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器具有用以接收電源供給的電源輸入端，該回饋單元擷取供給至該電源輸入端的電流或電壓而得到該回饋信號(hào)。
10.一種脈沖激發(fā)裝置，其特征在于，包括: 波束形成單元，具有激發(fā)信號(hào)源； 電容性負(fù)載；以及 一如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)電路，耦接該波束形成單元以接收該激發(fā)信號(hào)源輸出的該輸入信號(hào)，用以輸出該驅(qū)動(dòng)信號(hào)至該電容性負(fù)載。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的脈沖激發(fā)裝置，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)電路中的該線性電源裝置包括一轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器，接收該輸入信號(hào)而產(chǎn)生該第一脈沖信號(hào)，以保持該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的線性度；該第一脈沖信號(hào)為電流信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的脈沖激發(fā)裝置，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)電路中的可變電源裝置為可變電流或電壓源，依該控制信號(hào)而改變所輸出的該第二脈沖信號(hào)的電流值或電壓值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的脈沖激發(fā)裝置，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)電路中的該可變電源裝置還包括: 多個(gè)電流或電壓源；以及 多個(gè)開關(guān)，分別耦接所述多個(gè)電流或電壓源與該輸出節(jié)點(diǎn)之間； 其中該控制信號(hào)控制所述多個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通-關(guān)閉組態(tài)而改變該第二脈沖信號(hào)的電流值或電壓值。
14.根據(jù)權(quán) 利要求10所述的脈沖激發(fā)裝置，其特征在于，該電容性負(fù)載為壓電組件或超聲波探頭。
【文檔編號(hào)】H03K3/03GK103780229SQ201310158446
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月17日
【發(fā)明者】夏勤 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院