CN117784143A - 探测电路及其探测方法、探测装置 - Google Patents

Abstract

探测电路及其探测方法、探测装置，涉及检测技术领域。探测电路包括：超声波传感器、第一采集电路、第二采集电路和转换处理模块；其中，超声波传感器，包括第一电极和第二电极，被配置为将接收到的超声波信号转换为电信号；第一采集电路，与第一电极以及转换处理模块连接，被配置为采集第一电极上的电信号，并输出第一电信号至转换处理模块；第二采集电路，与第二电极以及转换处理模块连接，被配置为采集第二电极上的电信号，并输出第二电信号至转换处理模块；转换处理模块，被配置为对第一电信号和第二电信号的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

Description

探测电路及其探测方法、探测装置

技术领域

本公开涉及检测技术领域，特别是涉及一种探测电路及其探测方法、探测装置。

背景技术

超声波广泛应用于工业上的无损探伤、测距和测厚，农业上的超声育种、超声培苗和超声催产，生物医学上的诊断和手术，以及消费电子产品中的指纹识别等领域。

发明内容

本公开提供了一种探测电路，包括：超声波传感器、第一采集电路、第二采集电路和转换处理模块；

其中，所述超声波传感器，包括第一电极和第二电极，被配置为将接收到的超声波信号转换为电信号；

所述第一采集电路，与所述第一电极以及所述转换处理模块连接，被配置为采集所述第一电极上的电信号，并输出第一电信号至所述转换处理模块；

所述第二采集电路，与所述第二电极以及所述转换处理模块连接，被配置为采集所述第二电极上的电信号，并输出第二电信号至所述转换处理模块；

所述转换处理模块，被配置为对所述第一电信号和所述第二电信号的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

在一些可选的实施方式中，所述第一采集电路与所述第二采集电路具有相同的电路结构。

在一些可选的实施方式中，所述转换处理模块包括差分放大电路和模数转换电路；

其中，所述差分放大电路的正相输入端与所述第一采集电路连接，所述差分放大电路的负相输入端与所述第二采集电路连接，所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路连接。

在一些可选的实施方式中，所述模数转换电路包括差分模数转换器，所述差分模数转换器的两个输入端分别连接所述差分放大电路的不同输出端。

在一些可选的实施方式中，所述第一采集电路和所述第二采集电路均包括：

复位模块，分别与第一电压端、第一节点以及所述超声波传感器的电极连接，被配置为将所述第一电压端输入的第一电压信号写入所述第一节点以及所述超声波传感器的电极；以及

输出模块，分别与所述第一节点、第一控制端、第二电压端以及所述转换处理模块连接，被配置为响应于所述第一控制端输入的第一控制信号，根据所述第一节点的电压信号以及所述第二电压端输入的第二电压信号，产生电流信号，并将所述电流信号输出至所述转换处理模块，所述电流信号为所述第一电信号或所述第二电信号。

在一些可选的实施方式中，所述复位模块包括：

二极管，第一极与所述第一电压端连接，第二极与所述第一节点以及所述超声波传感器的电极连接。

在一些可选的实施方式中，所述复位模块包括：

第一晶体管，控制极与第二控制端连接，第一极与所述第一电压端连接，第二极与所述第一节点以及所述超声波传感器的电极连接；其中，所述第二控制端用于输入第二控制信号。

在一些可选的实施方式中，所述输出模块包括第二晶体管和第三晶体管；

其中，所述第二晶体管，控制极与所述第一节点连接，第一极与所述第二电压端连接，第二极与所述第三晶体管的第一极连接；

所述第三晶体管，控制极与所述第一控制端连接，第二极与所述转换处理模块连接。

在一些可选的实施方式中，所述输出模块还包括：

电容，第一极板与所述第二晶体管的栅极连接，第二极板与固定电压端连接。

在一些可选的实施方式中，所述第一采集电路和所述第二采集电路还包括：

阻隔模块，分别与第三控制端、所述超声波传感器的电极以及所述第一节点连接，被配置为响应于所述第三控制端输入的第三控制信号，导通或断开所述超声波传感器的电极与所述第一节点之间的连接。

在一些可选的实施方式中，所述阻隔模块包括：

第四晶体管，控制极与所述第三控制端连接，第一极与所述超声波传感器的电极连接，第二极与所述第一节点连接。

本公开提供了一种探测装置，包括如任一实施方式所述的探测电路。

在一些可选的实施方式中，所述探测装置包括探测基板，所述探测基板包括：

衬底；

晶体管层，设置在所述衬底的一侧，包括所述第一采集电路、所述第二采集电路以及所述转换处理模块中的至少一个；

第一电极层，设置在所述晶体管层背离所述衬底的一侧，包括相互分隔开的多个第一电极；

压电材料层，设置在所述第一电极层背离所述衬底的一侧；以及

第二电极层，设置在所述压电材料层背离所述衬底的一侧，包括相互分隔开的多个第二电极；

其中，所述第一电极层、所述压电材料层以及所述第二电极层分别在所述衬底上的正投影至少部分交叠。

在一些可选的实施方式中，所述探测装置包括：探测基板，以及与所述探测基板连接的驱动芯片；

其中，所述超声波传感器、所述第一采集电路以及所述第二采集电路设置在所述探测基板中，所述转换处理模块设置在所述探测基板和/或所述驱动芯片中。

在一些可选的实施方式中，所述探测装置包括多个探测单元；

多个所述探测单元各自独立地包括所述探测电路；或者，

多个所述探测单元各自独立地包括所述超声波传感器、所述第一采集电路以及所述第二采集电路，共用所述转换处理模块。

在一些可选的实施方式中，所述探测装置还包括以下至少之一：

声源装置，被配置为发射超声波信号；

成像装置，被配置为根据所述探测信号，生成超声图像；以及

显示装置，被配置为显示所述超声图像。

本公开提供了一种探测方法，应用于如任一实施方式所述的探测电路，所述探测方法包括：

向目标物发射超声波信号，以使所述超声波传感器接收所述目标物反射的超声波信号；

向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供控制信号，以使所述第一采集电路采集所述第一电极上的电信号，并输出第一电信号至所述转换处理模块，所述第二采集电路采集所述第二电极上的电信号，并输出第二电信号至所述转换处理模块，所述转换处理模块对所述第一电信号和所述第二电信号的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

在一些可选的实施方式中，当所述第一采集电路与所述第二采集电路具有相同的电路结构时，向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供的控制信号相同。

在一些可选的实施方式中，当所述第一采集电路和所述第二采集电路均包括所述复位模块和所述输出模块，且所述复位模块分别与第一电压端、第一节点以及所述超声波传感器的电极连接，所述输出模块分别与所述第一节点、第一控制端、第二电压端以及所述转换处理模块连接时，所述向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供控制信号的步骤，包括：

在复位阶段，控制所述复位模块开启，以将所述第一电压端输入的第一电压信号写入所述第一节点以及所述超声波传感器的电极；

在采样阶段，控制所述复位模块关闭，以使所述超声波传感器的电极产生的电信号写入所述第一节点；

在输出阶段，向所述第一控制端提供能够开启所述输出模块的第一控制信号，以使所述输出模块根据所述第一节点的电压信号以及所述第二电压端输入的第二电压信号，产生电流信号，并将所述电流信号输出至所述转换处理模块，所述电流信号为所述第一电信号或所述第二电信号。

在一些可选的实施方式中，当所述第一采集电路和所述第二采集电路还包括阻隔模块，且所述阻隔模块分别与第三控制端、所述超声波传感器的电极以及所述第一节点连接时，所述向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供控制信号的步骤，还包括：

在所述复位阶段以及所述采样阶段，向所述第三控制端提供能够开启所述阻隔模块的第三控制信号，以使所述阻隔模块导通所述超声波传感器的电极与所述第一节点之间的连接；

在所述采样阶段之后，向所述第三控制端提供能够关闭所述阻隔模块的第三控制信号，以使所述阻隔模块断开所述超声波传感器的电极与所述第一节点之间的连接。

上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能够更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本公开的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本公开的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。需要说明的是，附图中的比例仅作为示意并不代表实际比例。

图1示意性地示出了一种探测电路的结构示意图；

图2示意性地示出了一种超声波传感器接收超声波信号的结构示意图；

图3示意性地示出了第一个探测电路示例的结构示意图；

图4示意性地示出了向第一个探测电路示例提供的信号时序图；

图5示意性地示出了第二个探测电路示例的结构示意图；

图6示意性地示出了向第二个探测电路示例提供的信号时序图；

图7示意性地示出了第三个探测电路示例的结构示意图；

图8示意性地示出了向第三个探测电路示例提供的信号时序图；

图9示意性地示出了一种探测装置的应用场景示意图；

图10示意性地示出了一种探测基板的剖面结构示意图；

图11示意性地示出了一种探测装置的结构示意图；

图12示意性地示出了一种超声波传感器发射超声波信号的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本公开提供了一种探测电路，参照图1示意性地示出了本公开提供的一种探测电路的结构示意图，如图1所示，该探测电路包括：超声波传感器11、第一采集电路12、第二采集电路13和转换处理模块14。

其中，超声波传感器11，包括第一电极111和第二电极112，被配置为将接收到的超声波信号转换为电信号。

第一采集电路12，与第一电极111以及转换处理模块14连接，被配置为采集第一电极111上的电信号，并输出第一电信号i1至转换处理模块14。

第二采集电路13，与第二电极112以及转换处理模块14连接，被配置为采集第二电极112上的电信号，并输出第二电信号i2至转换处理模块14。

转换处理模块14，被配置为对第一电信号i1和第二电信号i2的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

其中，超声波传感器11可以为压电薄膜超声波传感器(如图2所示出的)，也可以是电容C式微机械超声换能器(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducers，CMUT)，还可以是其他类型的超声波传感器，本公开对此不作限定。

参照图2示出了一种压电薄膜超声波传感器接收超声波信号的原理结构示意图。如图2所示，超声波传感器11包括相对设置的第一电极111、第二电极112，以及层叠设置在第一电极111与第二电极112之间的压电材料层113。

在实际探测过程中，参照图2，可以首先向目标物发射超声波信号，超声波信号在目标物的表面发生反射，反射至超声波传感器11。当超声波传感器11接收到超声波信号时，其中的压电材料层113能够将接收到的超声波信号转换为电信号，并通过第一电极111和第二电极112输出。之后，参照图1，可以控制第一采集电路12采集第一电极111上的电信号并输出第一电信号i1，第二采集电路13采集第二电极112上的电信号并输出第二电信号i2。

由于第一采集电路12与第二采集电路13受到的外界干扰基本相同，因此可以认为第一电信号i1和第二电信号i2中叠加了共模干扰信号(即频率相同、幅值相同、相位相同的干扰信号)。另外，由于转换处理模块14是对第一电信号i1和第二电信号i2的差值进行放大，而第一电信号i1和第二电信号i2的差值可以消除共模干扰信号，因此本公开提供的探测电路可以抑制共模干扰，具有较强的的抗干扰(如电磁干扰等)能力，能够提升探测信号的信噪比。

由于根据探测信号可以确定手指的谷和脊的信息，因此本公开提供的探测电路可以应用于指纹检测。

另外，由于根据探测信号还可以生成医疗超声图像，因此本公开提供的探测电路还可以应用于医疗超声检测。

在一些实施方式中，如图1所示，转换处理模块14包括差分放大电路OP和模数转换电路ADC。差分放大电路OP的正相输入端与第一采集电路12连接，差分放大电路OP的负相输入端与第二采集电路13连接，差分放大电路OP的输出端与模数转换电路ADC连接。

如图1所示，第一采集电路12输出的第一电信号i1输入至差分放大电路OP的正相输入端，第二采集电路13输出的第二电信号i2输入至差分放大电路OP的负相输入端。由于差分放大电路OP可以对双端(即正相输入端和负相输入端)输入信号的差值进行放大，因此，第一电信号i1和第二电信号i2中的共模干扰信号可以通过双端输入抵消，从而达到抑制共模干扰的效果。

在一些实施方式中，如图1所示，模数转换电路ADC包括差分模数转换器，差分模数转换器的两个输入端分别连接差分放大电路OP的不同输出端。

如图1所示，差分放大电路OP包括两个输出端，分别是OUT1和OUT2，差分模数转换器包括两个输入端，分别是IN1和IN2，其中，差分放大电路的输出端OUT1与差分模数转换器的输入端IN1连接，差分放大电路的输出端OUT2与差分模数转换器的输入端IN2连接。

采用全差分放大电路OP和差分模数转换器对第一电信号i1和第二电信号i2进行后端处理，可以实现整个链路信号均以差分方式进行传输，有效提高探测电路的噪声抑制能力和抗干扰能力。

在一些实施方式中，如图3、图5或图7所示，第一采集电路12与第二采集电路13具有相同的电路结构。在实际探测时，可以向第一采集电路12和第二采集电路13提供相同的控制信号，从而可以简化电路设计，减少探测基板中的走线数量，简化工艺。

在一些实施方式中，如图3或图5所示，第一采集电路12和第二采集电路13均包括复位模块31和输出模块32。

复位模块31，分别与第一电压端Vbias、第一节点N1以及超声波传感器11的电极连接，被配置为将第一电压端Vbias输入的第一电压信号写入第一节点N1以及超声波传感器11的电极。

其中，超声波传感器11的电极为第一电极111或第二电极112。如图3或图5所示，与第一采集电路12中的复位模块31连接的超声波传感器电极为第一电极111，与第二采集电路13中的复位模块31连接的超声波传感器电极为第二电极112。

输出模块32，分别与第一节点N1、第一控制端Gate、第二电压端AP以及转换处理模块14连接，被配置为响应于第一控制端Gate输入的第一控制信号，根据第一节点N1的电压信号以及第二电压端AP输入的第二电压信号，产生电流信号，并将电流信号输出至转换处理模块14。

其中，电流信号为第一电信号i1或第二电信号i2。如图3或图5所示，第一采集电路12中的输出模块32输出的电流信号为第一电信号i1，第二采集电路13中的输出模块32输出的电流信号为第二电信号i2。

在实际探测过程中，对探测电路的控制可以分为复位阶段、采样阶段和输出阶段。在复位阶段，可以控制复位模块31开启，以将第一电压端Vbias输入的第一电压信号写入第一节点N1以及超声波传感器11的电极；在采样阶段，可以控制复位模块31关闭，以使超声波传感器11的电极产生的电信号写入第一节点N1；在输出阶段，可以向第一控制端Gate提供能够开启输出模块32的第一控制信号，以使输出模块32根据第一节点N1的电压信号以及第二电压端AP输入的第二电压信号，产生电流信号，并将电流信号输出至转换处理模块14。

在一些实施方式中，如图3所示，复位模块31包括第一晶体管M1，第一晶体管M1的控制极与第二控制端Vrst连接，第一晶体管M1的第一极与第一电压端Vbias连接，第一晶体管M1的第二极与第一节点N1以及超声波传感器11的电极连接。其中，第二控制端Vrst用于输入第二控制信号。

在一些实施方式中，如图5所示，复位模块31包括二极管D，二极管D的第一极与第一电压端Vbias连接，二极管D的第二极与第一节点N1以及超声波传感器11的电极连接。

在一些实施方式中，如图3或图5所示，输出模块32包括第二晶体管M2和第三晶体管M3。第二晶体管M2的控制极与第一节点N1连接，第二晶体管M2的第一极与第二电压端AP连接，第二晶体管M2的第二极与第三晶体管M3的第一极连接。第三晶体管M3的控制极与第一控制端Gate连接，第三晶体管M3的第二极与转换处理模块14连接。

在一些实施方式中，如图3或图5所示，输出模块32还包括电容C，电容C的第一极板与第二晶体管M2的栅极连接，电容C的第二极板与固定电压端GND连接。该电容C用于存储第二晶体管M2的栅极或者第一节点N1的电压信号。示例性地，如图3或图5所示，固定电压端GND为地电位。

下面结合图4所示的时序图，对图3所示探测电路的探测过程进行说明，假设图3中的第一晶体管M1、第二晶体管M2以及第三晶体管M3均为N型晶体管。图4中的RX表示反射到超声波传感器11上的超声波信号，Vrst表示第二控制端Vrst输入的第二控制信号，Vbias表示第一电压端Vbias输入的第一电压信号，AP表示第二电压端AP输入的第二电压信号，Gate表示第一控制端Gate输入的第一控制信号。

在复位阶段(即图4中的t0-t1阶段)，第一控制信号Gate为低电平，第二控制信号Vrst为高电平，因此，第一晶体管M1开启，第二晶体管M2和第三晶体管M3关闭，高电平的第一电压信号Vbias写入第一节点N1、第一电极111和第二电极112。

在采样阶段(即图4中的t1-t2阶段)，第一控制信号Gate和第二控制信号Vrst均为低电平，因此，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3关闭，第一电极111产生的电信号写入第一采集电路12中的第一节点N1，第二电极112产生的电信号写入第二采集电路13中的第一节点N1。

在保持阶段(即图4中的t2-t3阶段)，第一控制信号Gate和第二控制信号Vrst均为低电平，因此，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3关闭，以降低漏电流。

在输出阶段(即图4中的t3-t4阶段)，第一控制信号Gate为高电平，第二控制信号Vrst为低电平，因此，第一晶体管M1关闭，第二晶体管M2和第三晶体管M3开启，第一节点N1的电压信号变换为电流信号，输出至转换处理模块14。其中，第一采集电路12输出的电流信号为第一电信号i1，第二采集电路13输出的电流信号为第二电信号i2。

下面结合图6所示的时序图，对图5所示的探测电路的探测过程进行说明，假设图5中的第二晶体管M2以及第三晶体管M3均为N型晶体管。图6中的RX表示反射到超声波传感器11上的超声波信号，Vbias表示第一电压端Vbias输入的第一电压信号，AP表示第二电压端AP输入的第二电压信号，Gate表示第一控制端Gate输入的第一控制信号。

在复位阶段(即图6中的t0-t1阶段)，第一控制信号Gate为低电平，第一电压信号Vbias为高电平，因此，二极管D导通，第二晶体管M2和第三晶体管M3关闭，高电平的第一电压信号Vbias写入第一节点N1、第一电极111和第二电极112。

在采样阶段(即图6中的t1-t2阶段)，第一控制信号Gate为低电平，第一电压信号Vbias为低电平，因此，二极管D、第二晶体管M2以及第三晶体管M3关闭，第一电极111产生的电信号写入第一采集电路12中的第一节点N1，第二电极112产生的电信号写入第二采集电路13中的第一节点N1。

在保持阶段(即图6中的t2-t3阶段)，第一控制信号Gate为低电平，第一电压信号Vbias为低电平，因此，二极管D、第二晶体管M2以及第三晶体管M3关闭，以降低漏电流。

在输出阶段(即图6中的t3-t4阶段)，第一控制信号Gate为高电平，第一电压信号Vbias为低电平，因此，二极管D关闭，第二晶体管M2和第三晶体管M3开启，第一节点N1的电压信号变换为电流信号，输出至转换处理模块14。其中，第一采集电路12输出的电流信号为第一电信号i1，第二采集电路13输出的电流信号为第二电信号i2。

在一些实施方式中，如图7所示，第一采集电路12和第二采集电路13还包括阻隔模块71，阻隔模块71分别与第三控制端Vclose、超声波传感器11的电极以及第一节点N1连接，被配置为响应于第三控制端Vclose输入的第三控制信号，导通或断开超声波传感器11的电极与第一节点N1之间的连接。

如图7所示，与第一采集电路12中的阻隔模块71连接的超声波传感器电极为第一电极111，与第二采集电路13中的阻隔模块71连接的超声波传感器电极为第二电极112。

在实际探测过程中，可以在复位阶段以及采样阶段，向第三控制端Vclose提供能够开启阻隔模块71的第三控制信号，从而导通超声波传感器11的电极与第一节点N1之间的连接；在采样阶段之后，向第三控制端Vclose提供能够关闭阻隔模块71的第三控制信号，从而断开超声波传感器11的电极与第一节点N1之间的连接。这样，可以避免超声波传感器11在采样阶段之后产生的电信号对第一节点N1的电压造成影响，使第一节点N1的电压保持稳定，提高探测信号的精准性。

在图3和图5所示的探测电路，由于没有设置阻隔模块71，因此第一节点N1的电压保持性能相对较差，适用于保持时间较短的小型传感器阵列，可以节省电路占用面积。

在一些实施方式中，如图7所示，阻隔模块71包括第四晶体管M4，第四晶体管M4的控制极与第三控制端Vclose连接，第四晶体管M4的第一极与超声波传感器11的电极连接，第四晶体管M4的第二极与第一节点N1连接。

下面结合图8所示的时序图，对图7所示的探测电路的探测过程进行说明，假设图7中的第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4均为N型晶体管。图8中的RX表示反射到超声波传感器11上的超声波信号，Vclose表示第三控制端Vclose输入的第三控制信号，Vrst表示第二控制端Vrst输入的第二控制信号，Vbias表示第一电压端Vbias输入的第一电压信号，AP表示第二电压端AP输入的第二电压信号，Gate表示第一控制端Gate输入的第一控制信号。

在复位阶段(即图8中的t0-t1阶段)，第一控制信号Gate为低电平，第二控制信号Vrst为高电平，第三控制信号Vclose为高电平，因此，第一晶体管M1和第四晶体管M4开启，第二晶体管M2和第三晶体管M3关闭，高电平的第一电压信号Vbias写入第一节点N1、第一电极111和第二电极112。

在采样阶段(即图8中的t1-t2阶段)，第一控制信号Gate和第二控制信号Vrst均为低电平，第三控制端Vclose输入的第三控制信号Vclose为高电平，因此，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第三晶体管M3关闭，第四晶体管M4开启，第一电极111产生的电信号写入第一采集电路12中的第一节点N1，第二电极112产生的电信号写入第二采集电路13中的第一节点N1。

在保持阶段(即图8中的t2-t3阶段)，第一控制信号Gate、第二控制信号Vrst和第三控制信号Vclose均为低电平，因此，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3和第四晶体管M4关闭，以降低漏电流。

在输出阶段(即图8中的t3-t4阶段)，第一控制信号Gate为高电平，第二控制信号Vrst和第三控制信号Vclose均为低电平，因此，第一晶体管M1和第四晶体管M4关闭，第二晶体管M2和第三晶体管M3开启，第一节点N1的电压信号变换为电流信号，输出至转换处理模块14。其中，第一采集电路12输出的电流信号为第一电信号i1，第二采集电路13输出的电流信号为第二电信号i2。

需要说明的是，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4中的任一晶体管可以为N型晶体管或者P型晶体管。其中，N型晶体管在高电平信号作用下导通，在低电平信号作用下截止。P型晶体管在高电平信号作用下截止，在低电平信号作用下导通。

需要说明的是，第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4中的任一晶体管可以是薄膜晶体管(TFT，Thin Film Transistor)，也可以是金属-氧化物-半导体场效应管(MOS，Metal-Oxide-Semiconductor)等，本公开对此不作限定。

在具体实施中，可以根据晶体管的类型以及控制极的信号，将晶体管的第一极作为其源极，第二极作为其漏极；或者，将开关晶体管的第一极作为其漏极，第二极作为其源极，本公开对此不作限定。

本公开提供了一种探测装置，包括如任一实施方式提供的探测电路。

本领域技术人员可以理解，该探测装置具有前面探测电路的优点。

本公开提供的探测装置可以包括B超检测仪等医疗检测设备，或者手机、笔记本电脑、指纹锁等具有指纹识别功能的产品或部件等。

本公开提供的探测装置可以包括探测基板100，参照图9，该探测基板100可以为柔性的一体结构，从而可以整个覆盖在人体组织表面，例如肚子、胳膊、大腿等区域，实现高精度、大面积、多维实时成像。

在一些实施方式中，如图10所示，探测基板100包括：衬底101；晶体管层102，设置在衬底101的一侧，包括第一采集电路12、第二采集电路13以及转换处理模块14中的至少一个；第一电极111层，设置在晶体管层102背离衬底101的一侧，包括相互分隔开的多个第一电极111；压电材料层113，设置在第一电极111层背离衬底101的一侧；以及第二电极112层，设置在压电材料层113背离衬底101的一侧，包括相互分隔开的多个第二电极112。

其中，第一电极111与第一采集电路12连接，第二电极112与第二采集电路13连接。参照图10，当第二采集电路13位于晶体管层102时，第二电极112与第二采集电路13之间可以通过过孔H连接。

如图10所示，第一电极111层、压电材料层113以及第二电极112层分别在衬底101上的正投影至少部分交叠。层叠设置的第一电极111、压电材料层113以及第二电极112构成超声波传感器11。

示例性地，如图10所示，第一电极111层与第二电极112层分别在衬底101上的正投影完全交叠。

如图10所示，压电材料层113在衬底101上的正投影覆盖第一电极111层或第二电极112层在衬底101上的正投影。压电材料层113可以为一体结构(如图10所示出的)，也可以包括多个相互分隔开的压电图案，本公开对此不作限定。

在一些实施方式中，探测装置包括：探测基板100(如图10所示出的)以及与探测基板100连接的驱动芯片。

其中，超声波传感器11、第一采集电路12以及第二采集电路13设置在探测基板100中。

转换处理模块14可以设置在探测基板100和/或驱动芯片中，即转换处理模块14可以设置在探测基板100中，或者驱动芯片中，或者部分设置在探测基板100中，部分设置在驱动芯片中，本公开对此不作限定。

本公开中，探测装置可以包括多个探测单元。其中，多个探测单元可以各自独立地包括探测电路，即多个探测单元各自独立地包括超声波传感器11、第一采集电路12、第二采集电路13以及转换处理模块14。或者，多个探测单元可以各自独立地包括超声波传感器11、第一采集电路12以及第二采集电路13，共用转换处理模块14。示例性地，多个探测单元可以分时复用转换处理模块14。

在一些实施方式中，参照图11，探测装置还可以包括声源装置200，声源装置200被配置为发射超声波信号。声源装置200可以独立于探测基板100设置(如图11所示出的)，或者内置在探测基板100中，本公开对此不作限定。

在一些实施方式中，由于锆钛酸铅压电陶瓷(lead zirconate titanatepiezoelectric ceramics，PZT)声源发射能量较大，因此声源装置200可以采用PZT压电陶瓷声源发射超声波信号，如图11所示。

在另一些实施方式中，上述超声波传感器11也可以复用为声源装置200。参照图12示出了一种压电薄膜超声波传感器发射超声波信号的原理结构示意图。如图12所示，在第一电极111和第二电极112上施加电信号，位于第一电极111和第二电极112之间的压电材料层113会发生形变，从而产生超声波传递出去。

在具体实施时，还可以在超声波传感器11的一侧(如第二电极112背离第一电极111的一侧)设置空气腔，这样有利于超声波的加强和传播。

本公开中，压电材料层113例如可以包括聚偏二氟乙烯(polyvinylidenedifluoride，PVDF)膜式压电材料，或者包括氮化铝、PZT以及氧化锌等无机或有机压电材料。

在一些实施方式中，探测装置还可以包括成像装置，成像装置被配置为根据探测信号，生成超声图像。

在一些实施方式中，探测装置还可以包括显示装置，显示装置被配置为显示超声图像。示例性地，显示装置可以包括手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

本公开提供了一种探测方法，应用于如任一实施方式提供的探测电路，参照图1至图8，该探测方法包括：

步骤S01：向目标物发射超声波信号，以使超声波传感器11接收目标物反射的超声波信号。

步骤S02：向第一采集电路12以及第二采集电路13提供控制信号，以使第一采集电路12采集第一电极111上的电信号，并输出第一电信号i1至转换处理模块14，第二采集电路13采集第二电极112上的电信号，并输出第二电信号i2至转换处理模块14，转换处理模块14对第一电信号i1和第二电信号i2的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

在一些实施方式中，如图3、图5或图7所示，当第一采集电路12与第二采集电路13具有相同的电路结构时，向第一采集电路12以及第二采集电路13提供的控制信号相同。控制信号相同是指控制信号具有相同的电平和时序。

在一些实施方式中，如图3或图5所示，当第一采集电路12和第二采集电路13均包括复位模块31和输出模块32，且复位模块31分别与第一电压端Vbias、第一节点N1以及超声波传感器11的电极连接，输出模块32分别与第一节点N1、第一控制端Gate、第二电压端AP以及转换处理模块14连接时，在步骤S02中，向第一采集电路12以及第二采集电路13提供控制信号的步骤，包括：

步骤S11：在复位阶段(即图4或图6中的t0-t1阶段)，控制复位模块31开启，以将第一电压端Vbias输入的第一电压信号写入第一节点N1以及超声波传感器11的电极。

步骤S12：在采样阶段(即图4或图6中的t1-t2阶段)，控制复位模块31关闭，以使超声波传感器11的电极产生的电信号写入第一节点N1。

步骤S13：在输出阶段(即图4或图6中的t3-t4阶段)，向第一控制端Gate提供能够开启输出模块32的第一控制信号，以使输出模块32根据第一节点N1的电压信号以及第二电压端AP输入的第二电压信号，产生电流信号，并将电流信号输出至转换处理模块14，电流信号为第一电信号i1或第二电信号i2。

在一些实施方式中，如图7所示，当第一采集电路12和第二采集电路13还包括阻隔模块71，且阻隔模块71分别与第三控制端Vclose、超声波传感器11的电极以及第一节点N1连接时，在步骤S02中，向第一采集电路12以及第二采集电路13提供控制信号的步骤，还包括：

步骤S21：在复位阶段(即图8中的t0-t1阶段)以及采样阶段(即图8中的t1-t2阶段)，向第三控制端Vclose提供能够开启阻隔模块71的第三控制信号，以使阻隔模块71导通超声波传感器11的电极与第一节点N1之间的连接。

步骤S22：在采样阶段之后(即图8中的t2-t4阶段)，向第三控制端Vclose提供能够关闭阻隔模块71的第三控制信号，以使阻隔模块71断开超声波传感器11的电极与第一节点N1之间的连接。

需要说明的是，该探测方法还可以包括更多的步骤，这可以根据实际需求而定，本公开对此不作限制。关于探测方法的详细说明和技术效果可以参考上文中关于探测电路的描述，此处不再赘述。

本公开中，“多个”的含义是两个或两个以上，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

本公开中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是被配置为帮助理解本公开的方法及其核心思想。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本文中所称的“一个实施例”、“实施例”或者“一个或者多个实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本公开的至少一个实施例中。此外，请注意，这里“在一个实施例中”的词语例子不一定全指同一个实施例。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本公开的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (20)

1.一种探测电路，包括：超声波传感器、第一采集电路、第二采集电路和转换处理模块；

其中，所述超声波传感器，包括第一电极和第二电极，被配置为将接收到的超声波信号转换为电信号；

所述第一采集电路，与所述第一电极以及所述转换处理模块连接，被配置为采集所述第一电极上的电信号，并输出第一电信号至所述转换处理模块；

所述第二采集电路，与所述第二电极以及所述转换处理模块连接，被配置为采集所述第二电极上的电信号，并输出第二电信号至所述转换处理模块；

所述转换处理模块，被配置为对所述第一电信号和所述第二电信号的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

2.根据权利要求1所述的探测电路，其中，所述第一采集电路与所述第二采集电路具有相同的电路结构。

3.根据权利要求1所述的探测电路，其中，所述转换处理模块包括差分放大电路和模数转换电路；

其中，所述差分放大电路的正相输入端与所述第一采集电路连接，所述差分放大电路的负相输入端与所述第二采集电路连接，所述差分放大电路的输出端与所述模数转换电路连接。

4.根据权利要求3所述的探测电路，其中，所述模数转换电路包括差分模数转换器，所述差分模数转换器的两个输入端分别连接所述差分放大电路的不同输出端。

5.根据权利要求1至4任一项所述的探测电路，其中，所述第一采集电路和所述第二采集电路均包括：

复位模块，分别与第一电压端、第一节点以及所述超声波传感器的电极连接，被配置为将所述第一电压端输入的第一电压信号写入所述第一节点以及所述超声波传感器的电极；以及

输出模块，分别与所述第一节点、第一控制端、第二电压端以及所述转换处理模块连接，被配置为响应于所述第一控制端输入的第一控制信号，根据所述第一节点的电压信号以及所述第二电压端输入的第二电压信号，产生电流信号，并将所述电流信号输出至所述转换处理模块，所述电流信号为所述第一电信号或所述第二电信号。

6.根据权利要求5所述的探测电路，其中，所述复位模块包括：

二极管，第一极与所述第一电压端连接，第二极与所述第一节点以及所述超声波传感器的电极连接。

7.根据权利要求5所述的探测电路，其中，所述复位模块包括：

第一晶体管，控制极与第二控制端连接，第一极与所述第一电压端连接，第二极与所述第一节点以及所述超声波传感器的电极连接；其中，所述第二控制端用于输入第二控制信号。

8.根据权利要求5所述的探测电路，其中，所述输出模块包括第二晶体管和第三晶体管；

其中，所述第二晶体管，控制极与所述第一节点连接，第一极与所述第二电压端连接，第二极与所述第三晶体管的第一极连接；

所述第三晶体管，控制极与所述第一控制端连接，第二极与所述转换处理模块连接。

9.根据权利要求8所述的探测电路，其中，所述输出模块还包括：

电容，第一极板与所述第二晶体管的栅极连接，第二极板与固定电压端连接。

10.根据权利要求5所述的探测电路，其中，所述第一采集电路和所述第二采集电路还包括：

阻隔模块，分别与第三控制端、所述超声波传感器的电极以及所述第一节点连接，被配置为响应于所述第三控制端输入的第三控制信号，导通或断开所述超声波传感器的电极与所述第一节点之间的连接。

11.根据权利要求10所述的探测电路，其中，所述阻隔模块包括：

第四晶体管，控制极与所述第三控制端连接，第一极与所述超声波传感器的电极连接，第二极与所述第一节点连接。

12.一种探测装置，包括如权利要求1至11任一项所述的探测电路。

13.根据权利要求12所述的探测装置，其中，所述探测装置包括探测基板，所述探测基板包括：

衬底；

晶体管层，设置在所述衬底的一侧，包括所述第一采集电路、所述第二采集电路以及所述转换处理模块中的至少一个；

第一电极层，设置在所述晶体管层背离所述衬底的一侧，包括相互分隔开的多个第一电极；

压电材料层，设置在所述第一电极层背离所述衬底的一侧；以及

第二电极层，设置在所述压电材料层背离所述衬底的一侧，包括相互分隔开的多个第二电极；

其中，所述第一电极层、所述压电材料层以及所述第二电极层分别在所述衬底上的正投影至少部分交叠。

14.根据权利要求12所述的探测装置，其中，所述探测装置包括：探测基板，以及与所述探测基板连接的驱动芯片；

其中，所述超声波传感器、所述第一采集电路以及所述第二采集电路设置在所述探测基板中，所述转换处理模块设置在所述探测基板和/或所述驱动芯片中。

15.根据权利要求12所述的探测装置，其中，所述探测装置包括多个探测单元；

多个所述探测单元各自独立地包括所述探测电路；或者，

多个所述探测单元各自独立地包括所述超声波传感器、所述第一采集电路以及所述第二采集电路，共用所述转换处理模块。

16.根据权利要求12至15任一项所述的探测装置，其中，所述探测装置还包括以下至少之一：

声源装置，被配置为发射超声波信号；

成像装置，被配置为根据所述探测信号，生成超声图像；以及

显示装置，被配置为显示所述超声图像。

17.一种探测方法，应用于如权利要求1至11任一项所述的探测电路，所述探测方法包括：

向目标物发射超声波信号，以使所述超声波传感器接收所述目标物反射的超声波信号；

向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供控制信号，以使所述第一采集电路采集所述第一电极上的电信号，并输出第一电信号至所述转换处理模块，所述第二采集电路采集所述第二电极上的电信号，并输出第二电信号至所述转换处理模块，所述转换处理模块对所述第一电信号和所述第二电信号的差值进行放大，并对放大结果进行模数转换处理，以输出探测信号。

18.根据权利要求17所述的探测方法，其中，当所述第一采集电路与所述第二采集电路具有相同的电路结构时，向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供的控制信号相同。

19.根据权利要求17或18所述的探测方法，其中，当所述第一采集电路和所述第二采集电路均包括所述复位模块和所述输出模块，且所述复位模块分别与第一电压端、第一节点以及所述超声波传感器的电极连接，所述输出模块分别与所述第一节点、第一控制端、第二电压端以及所述转换处理模块连接时，所述向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供控制信号的步骤，包括：

在复位阶段，控制所述复位模块开启，以将所述第一电压端输入的第一电压信号写入所述第一节点以及所述超声波传感器的电极；

在采样阶段，控制所述复位模块关闭，以使所述超声波传感器的电极产生的电信号写入所述第一节点；

在输出阶段，向所述第一控制端提供能够开启所述输出模块的第一控制信号，以使所述输出模块根据所述第一节点的电压信号以及所述第二电压端输入的第二电压信号，产生电流信号，并将所述电流信号输出至所述转换处理模块，所述电流信号为所述第一电信号或所述第二电信号。

20.根据权利要求19所述的探测方法，其中，当所述第一采集电路和所述第二采集电路还包括阻隔模块，且所述阻隔模块分别与第三控制端、所述超声波传感器的电极以及所述第一节点连接时，所述向所述第一采集电路以及所述第二采集电路提供控制信号的步骤，还包括：

在所述复位阶段以及所述采样阶段，向所述第三控制端提供能够开启所述阻隔模块的第三控制信号，以使所述阻隔模块导通所述超声波传感器的电极与所述第一节点之间的连接；

在所述采样阶段之后，向所述第三控制端提供能够关闭所述阻隔模块的第三控制信号，以使所述阻隔模块断开所述超声波传感器的电极与所述第一节点之间的连接。