CN104350679B - 阻抗匹配装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阻抗匹配装置，包括：匹配元件阵列部，由***输出的传送脉冲和所述传送脉冲的反射接收脉冲通过；提取/计算部，从所述传送脉冲提取脉冲信息，计算与所述脉冲信息相应的阻抗值，进而计算成接收脉冲的响应特性最好的匹配阻抗值；阵列控制部，根据所述匹配阻抗值路由所述匹配元件阵列部；第一转换部，将所述传送脉冲的频率转换成载波频率后输出到所述匹配元件阵列部；第二转换部，将由所述匹配元件阵列部输出的载波频率转换成低频；转换控制部，输出对所述第一转换部和第二转换部的频率转换实施控制的信号。

Description

阻抗匹配装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体装置的数据输出领域，具体是位于半导体装置的数据输出端而给外部提供内部数据的离线驱动调整线路的可变阻抗控制器。
背景技术
随着电气产品动作速度的高速化，诸多半导体装置之间连接的信号的摆幅逐渐减少，以最大限度地减少传递信号所用的延迟时间。但，信号的摆幅越减少，对外部噪声的影响会越大，因接口端无法取得阻抗匹配(miss matching，失配)而输出信号的反射也会被紧急告警(critical)。
所述阻抗无法匹配是因外部噪声或电源电压出现变动、运行温度变化、制造工艺发生变化等而发生。发生阻抗无法匹配，则无法高速传送数据，作为从半导体装置的数据输出端输出的输出信号的数据会失真。进而接收方的半导体装置由输入端接收所述失真的输出信号时会频繁发生Setup(建立)/hold fail(保持失效)或输入电平无法判断等问题。
适用自动阻抗匹配***则需要一种可以将R-L-C有效集成的技术。但超声波装备使用的是20-40Mhz的低频带，对于集成R-L-C值而言，无源元件的值大而在半导体中占据面积较大。但由于集成技术有限，无法将各信道的可变元件值在On-board上实现。
但随着***的小型化发展，R-L-C匹配所需的诸多元件值也相对趋于小型化。因此，将各元件值实施小型化，使所需的阻抗匹配功能在***或者各节点之间有机状态下决定值即可大幅提升***性能。
发明内容
技术问题
本发明提供一种在阻抗匹配装置的输入或输出端增加频率转换部而有效集成R-L-C的阻抗匹配装置及方法。
技术方案
本发明提供一种阻抗匹配装置，包括：匹配元件阵列部，由***输出的传送脉冲和所述传送脉冲被输出到外部后反射的接收脉冲通过的匹配元件阵列组成；提取/计算部，从所述传送脉冲和所述接收脉冲提取所述脉冲信息，对于所述传送脉冲和所述接收脉冲分别计算与所述脉冲信息相应的阻抗值，将所述接收脉冲的对于所述传送脉冲的响应特性最好的阻抗值计算成匹配阻抗值；阵列控制部，根据所述匹配阻抗值路由所述匹配元件阵列部；第一转换部，将所述传送脉冲的频率转换成载波频率后输出到所述匹配元件阵列部；第二转换部，将由所述匹配元件阵列部输出的载波频率转换成低频；转换控制部，输出对所述第一转换部和第二转换部的频率转换实施控制的信号。
本发明提供一种匹配阻抗的方法，该实施步骤包括：将被输入的传送脉冲转换预先设定的载波频率后输入到匹配元件阵列的步骤；从通过所述匹配元件阵列的传送脉冲提取脉冲信息的步骤；将通过所述匹配元件阵列的传送脉冲由载波频率转换成原来的频率后输出到外部的步骤；接收对所述传送脉冲的接收脉冲的步骤；将所述接收脉冲输入到转换成载波频率的所述匹配元件阵列的步骤；从通过所述匹配元件阵列的接收脉冲提取脉冲信息的步骤；利用所述传送脉冲和所述接收脉冲的脉冲信息计算匹配阻抗值的步骤；以及，根据所述匹配阻抗值路由所述传送脉冲和所述接收脉冲通过的匹配元件阵列的步骤。
有益效果
本发明的有益效果是，为降低实施阻抗匹配所必需的R-L-C元件值，在源(Source)的输入端或输出端增加频率转换部，以有效集成R-L-C而可以实现PLD(ProgrammableLogic Device)。
本发明可以克服在现有超声波采样频率范围内运行的探头和***之间阻抗匹配所用R-L-C集成技术的极限。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的阻抗匹配装置的组成图；
图2是图示根据本发明的阻抗匹配装置适用于超声波***上的一个例子的组成图；
图3是为说明根据本发明一个实施例的阻抗匹配方法的顺序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。
说明本发明时如果对有关公知技术的具体说明会使本发明宗旨变得模糊，则省略该说明。本说明书的说明过程中使用的数字只不过是将一个组件与其它组件进行区分的识别符号而已。
本说明书中，描述某一个构件“连接于”或“联接于”其它构件，有可能直接连接于或联接于该其它构件，但在没有特别相反的叙述的前提下表示中间还可能通过其它构件来实施连接或联接。
下面结合附图详述本发明的实施例。本发明在进行说明时为整体的理解更加容易，对于同一个装置，不管图中编号，均使用同一个参照编号。
图1是根据本发明一个实施例的阻抗匹配装置的组成图。
图2是图示根据本发明的阻抗匹配装置适用于超声波***的一个例子的组成图。
根据图1，阻抗匹配装置(100)位于***(1)和输入输出部(2)之间，利用传送到输入输出部(2)的传送信号和从输入输出部(2)接收的接收信号实施阻抗匹配。
***(1)是可以以图2中图示的超声波***的脉冲发生装置(10)作为一个例子，根据介质(例如，需要诊断或治疗的身体部位)发生诊断用或治疗用传送脉冲(Tx Pulse)或信号。
相当于输入输出部(2)的探针是内部和外部信号或信息的收发装置。作为一例，如图2所示，从超声波而言，相当于探头，向介质发送超声波和从介质接收回波(echo)信号。此时，超声波探头由将电信号转换成超声波所用元件(element：压电元件、声波发生元件)的排列组成，元件组成RF信道。MRI是由线圈和接收部电路部组成。此时，探针包括第一转换部(150)，根据电路的组成，探针所包含的电路区即连接器位置是可变的。
探头(20)装配在内部，包括将超声波信号和电信号相互转换的传感器(transducer)，一般传感器可以具备多个超声波振子的集合体。例如，探头(20)将脉冲发生装置(10)发生的传送脉冲转换成超声波信号，向人体的诊断或治疗部位放射超声波后，将该反射的超声波信号转换成电信号后传送到图片处理装置(无图示)，图片处理装置则利用接收的信号可以生成图像。此时，探头(20)的各信道的特性阻抗值取决于制造规格。或者输入输出部(2)可以是MRI的线圈和接收部。
在本发明中提出的图1的阻抗匹配***结构图上，超声波是脉冲发生装置和第二转换部可以在探针内部组成，为提升阻抗匹配特性，各功能块的组成位置可以分别位于***或探头端。
本发明中被输入到阻抗匹配装置(100)的脉冲频率为低频时，L的值会变大。因此，本发明中增加高频载波传送端而提升***(1)和输入/输出部(2)的阻抗匹配效率。所述载波传送端可以实施将输入到阻抗匹配装置(100)的频率转换为高频的功能。因此根据本发明，如图1所示，在阻抗匹配装置(100)的输入/输出端上分别还包括转换部(110，150)。
阻抗匹配装置(100)是具体包括第一转换部(110)、匹配元件阵列部(120)、阵列控制部(130)、提出/计算部(140)、第二转换部(150)和转换控制部(160)。
转换部(110，120)分为第一转换部(110)和第二转换部(120)，分别根据Tx/Rx状态实施调制或解调功能、载波可变功能、信道组的设定和解除功能。
第一转换部(110)实施Tx功能时，根据转换部控制部(160)信息(为实施转换部功能所需的控制信息和信道组信息，如载波频率、调制和解调控制信息等)，为将***(1)提供的脉冲(或信号)信息或***特性信息(包括探针信息)载到载波频率而实施载波频率可变功能和调制功能。此时，Tx信号被载到第一转换部(110)的载波频率，通过匹配元件阵列部(120)，重新在第二转换部(150)将传送到该载波频率的Tx信息复原后再传送到输入输出(2)(探针)部。第一转换部(110)和第二转换部(150)实施发送/接收(Tx/Rx)功能时，为减少匹配元件阵列部(120)的R-L-C元件的使用数量，也可以设定信道组，将信号载到载波频率之后传送到阻抗匹配元件阵列部(120)。
所述第一转换部(110)在匹配元件阵列部(120)实施接收(Rx)动作时实施根据在转换控制部(160)设定的信道组设定信息恢复被载波频率接收的信息，然后传递给***(1)的功能。
所述第一转换部(110)和第二转换部(150)是可以用载波传送端标记，载波传送端是可以根据转换控制部(160)的控制信息设定输入输出部(2)(探针)的信道组。此时根据设定的诸信道的组数量，阻抗匹配元件的使用数量会得以变更。信道组是根据传送带和传送率以及阻抗特性乃至***性能改善需求受到转换控制部(160)的控制。
所述转换控制部(160)是根据诊断和治疗装备的资源(超声波、电磁场等)和该***的特性，需要固定或变化载波频率时，会实施控制为分别控制将第一转换部(110)、第二转换部(150)的功能，并会实施控制功能使得独立传送探针(probe)信道信息，或者组的设定来实施传送。
如上所述，第一转换部(110)连接于***(1)的输出端，将由***(1)输出的脉冲信号转换成载波频率后输出，则匹配元件阵列(120)的L值减少。
所述匹配元件阵列部(120)由R-L-C的阻抗匹配元件阵列(array)组成，通过矩阵转换，根据阵列控制部(130)输入信息实施对输入输出部(2)(探针)和***(1)进行匹配的功能。此时，阻抗匹配元件阵列部(120)根据载波传送端即第一转换部(110)和第二转换部(150)的信道组设定信息相应地实施阻抗匹配功能。阵列信息部(130)是将第一转换部(110)和第二转换部(150)的状态信息和发送/接收信息，从提取/计算部(140)接收匹配阻抗值，根据匹配阻抗值路由匹配元件阵列部(120)的匹配元件阵列。例如，阵列控制部(130)根据匹配阻抗值决定RLC元件的组成和连接关系，进而生成矩阵码(Matrix Code)。随之，阵列控制部(130)将生成的矩阵码下载到匹配元件阵列部(120)而使匹配元件阵列部(120)根据匹配阻抗值路由匹配元件阵列。
在超声波一般R-C是固定的，使L值可变而匹配阻抗值。而且一般阻抗匹配是根据电力传递和电力输出的方向分别进行匹配，但在超声波是传送脉冲线路和接收脉冲线路同一，因此不但重视各信道脉冲回波信息的效率，而且全部信道的无差异(uniformity：均衡各信道的脉冲回波特性)会对图像特性产生较大影响。
阵列控制部(130)是在***(1)发生传送脉冲之前可以使匹配元件阵列部(120)初始化。例如，阵列控制部(130)根据预先设定的固定阻抗值路由匹配元件阵列部(120)的匹配元件阵列。或者阵列控制部(130)可以根据提取/计算部(140)被确认的脉冲信息实施控制而算出阻抗值，根据算出的阻抗值实施控制而使匹配元件阵列被路由。
提取/计算部(140)是从传送脉冲和接收脉冲提取脉冲信息。例如，提取/计算部(140)可以测定通过匹配元件阵列部(120)的传送脉冲和接收脉冲的振幅，相位，以及频率，从此可以提取包含各个信道的频率响应特性和灵敏度(Sensitivity)以及动态范围(Dynamic Range)的脉冲信息。
并且，提取/计算部(140)是接收所述提取的传送脉冲和接收脉冲的脉冲信息计算匹配阻抗值。例如，提取/计算部(140)对于传送脉冲和接收脉冲分别计算与振幅信息、相位信息和频率信息相应的阻抗值，将对于传送脉冲接收脉冲的响应特性最好的阻抗值计算成匹配阻抗值。一般在超声波，在灵敏度高、动态范围广且以中心频率(center frequency)为中心的宽带中的频率响应特性较好。
第二转换部(150)是将由匹配元件阵列部(120)输出的载波频率恢复成原来的传送脉冲后输出到输入输出部(2)，将从输入输出部(2)接收的信号转换成载波频率。
第二转换部(150)实施Tx功能时，将由匹配元件阵列部(120)接收的信息根据转换控制部(160)的信道组信息和控制信息由载波信息恢复成Tx信号(或信息)，将恢复的Tx信号传递给输入输出部(2)(探针)。
第二转换部(150)实施Rx功能时，根据转换控制部(160)的控制信息(载波频率、组设定等)，将从输入输出部(2)(探针)接收的信息转换后传递给阻抗匹配元件阵列部(120)。
转换控制部(160)是控制第一转换部(110)和第二转换部(150)的控制部，根据***(超声波/MRI，或者介质特性、损失率等)(1)的特性控制第一转换部(110)和第二转换部(150)的载波频率，并设定信道组。
图3是说明本发明一个实施例的阻抗匹配方法的顺序图。
在310步骤，阻抗匹配装置(100)被输入从***(1)发生的传送脉冲。发生的传送脉冲通过阻抗匹配装置(100)的匹配元件阵列部(120)传递到输入输出部(2)，该传送脉冲被反射到介质而通过输入输出部(2)后，接收脉冲从输入输出部(2)被传递而通过匹配元件阵列部(120)被接收。
此时，在320步骤，阻抗匹配装置(100)将由***(1)输出的传送脉冲转换成载波频率，使之通过匹配元件阵列部(120)。
在330步骤，阻抗匹配装置(100)提取通过匹配元件阵列部(120)的传送脉冲的脉冲信息。就是说，可以测定传送脉冲的振幅、相位和频率。
在340步骤转换成由载波频率被转换成可向输入输出部(2)输出的频率的传送脉冲，在350步骤输出传送脉冲。
随后，输入输出部(2)将传送脉冲输出到介质，接收由介质反射的接收脉冲后输出。
在360步骤，阻抗匹配装置(100)接收由输入输出部(2)输出的接收脉冲，在370步骤将接收脉冲的频率转换成载波频率而使之通过匹配元件阵列部(120)。
在380步骤，阻抗匹配装置(100)提取通过匹配元件阵列部(120)的接收脉冲的脉冲信息。就是说，可以测定接收脉冲的振幅、相位和频率。
在390步骤，阻抗匹配装置(100)利用所述提取的传送脉冲和接收脉冲的脉冲信息计算匹配阻抗值。例如，阻抗匹配装置(100)对传送脉冲和接收脉冲分别计算与振幅信息、相位信息和频率信息相应的阻抗值，对于传送脉冲将接收脉冲的响应特性最好的阻抗值计算成匹配阻抗值。
在400步骤，阻抗匹配装置(100)根据算出的匹配阻抗值路由匹配元件阵列部(120)的匹配元件阵列。
例如，阻抗匹配装置(100)根据匹配阻抗值决定RLC元件的组成和连接关系，进而生成矩阵码(Matrix Code)。随后，阻抗匹配装置(100)将生成的短阵码下载到匹配元件阵列部(120)而根据匹配阻抗值路由匹配元件阵列部(120)的匹配元件阵列。
根据本发明实施例的阻抗匹配方法是可以以通过各种对信息实施电子化处理的装置实施的程序指令形态实现后记录到存储介质。存储介质可以将程序指令、数据文件、数据结构等单独或组合包括。
所述介质上记录的程序指令可以是为本发明特别设计组成的或者是软件领域技术人员公知的使用指令。存储介质可以包括硬盘、软盘和磁盘等磁性介质(magneticmedia)、如CD-ROM、DVD等光介质(optical media)、光盘(floptical disk)等磁-光介质(magneto-optical media)、以及只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、闪存等为存储程序指令加以执行而特殊组成的硬件装置。上述介质可以是传送指定程序指令、数据结构等的信号的包括载波的光或金属线、波导等传送介质。程序指令包括由编译程序编制的机器语言码乃至利用解释器等电子化处理信息装置如通过计算机运行的高级语言代码。所述硬件装置是为实施本发明的运行，可以组成一个以上的程序模块运行，且其域也相同。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离本发明所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种阻抗匹配装置，其特征在于，包括：
第一转换部，将传送脉冲的频率转换成载波频率后输出到匹配元件阵列部；
第二转换部，将通过所述匹配元件阵列部的所述传送脉冲的载波频率转换成原来的频率，将所述传送脉冲输出到外部后反射的接收脉冲的频率转换成载波频率后，输出到所述匹配元件阵列部；
匹配元件阵列部，用于供所述传送脉冲和所述接收脉冲通过；及
提取/计算部，从通过所述匹配元件阵列部的所述传送脉冲和所述接收脉冲提取脉冲信息，利用所述脉冲信息计算匹配阻抗值。
2.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，还包括：转换控制部，控制所述第一转换部和第二转换部，并设定信道组信息。
3.根据权利要求2所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述第一转换部和第二转换部根据所述信道组信息将所述传送脉冲和所述接收脉冲的频率转换。
4.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述脉冲信息包括所述传送脉冲和所述接收脉冲的振幅、相位以及频率。
5.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述提取/计算部，对于所述传送脉冲和所述接收脉冲分别计算与所述脉冲信息相应的阻抗值，将所述接收脉冲的对于所述传送脉冲的响应特性最好的阻抗值计算成匹配阻抗值。
6.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述匹配元件阵列部是匹配元件阵列被集成的可编程装置。
7.根据权利要求1所述的阻抗匹配装置，其特征在于，还包括：阵列控制部，根据所述匹配阻抗值路由所述匹配元件阵列部的匹配元件阵列。
8.根据权利要求7所述的阻抗匹配装置，其特征在于，所述阵列控制部是根据所述匹配阻抗值决定匹配元件的组成和连接关系，进而根据所述组成和连接关系生成矩阵码，将所述矩阵码下载到所述匹配元件阵列部而路由所述匹配元件阵列部。
9.一种匹配阻抗的方法，其特征在于，该方法的实施步骤包括：
将传送脉冲的频率转换成载波频率的步骤；
将所述传送脉冲输出到匹配元件阵列部的步骤；
从通过所述匹配元件阵列部的所述传送脉冲提取脉冲信息的步骤；
将通过所述匹配元件阵列部的所述传送脉冲的载波频率转换成原来的频率后输出到外部的步骤；
从所述外部接收与所述传送脉冲相对应的接收脉冲的步骤；
将所述接收脉冲的频率转换成载波频率的步骤；
将所述接收脉冲输出到所述匹配元件阵列部的步骤；
从通过所述匹配元件阵列部的所述接收脉冲提取脉冲信息的步骤；以及
利用所述传送脉冲和所述接收脉冲的脉冲信息，计算匹配阻抗值的步骤。
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