KR20160146868A - 단일 기판 초음파 촬영 디바이스들, 관련된 장치들, 및 방법들의 아키텍처 - Google Patents

단일 기판 초음파 촬영 디바이스들, 관련된 장치들, 및 방법들의 아키텍처 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서 설명된 기술의 양태들은, 통합된 초음파 전송 유닛들, 기판과 통합되고 복수의 초음파 전송 유닛의 입력들에 결합되며 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로를 갖는 단일 기판 초음파 디바이스의 일부를 형성할 수 있는, 초음파 디바이스 회로에 관한 것이다.

Description

단일 기판 초음파 촬영 디바이스들, 관련된 장치들, 및 방법들의 아키텍처{ARCHITECTURE OF SINGLE SUBSTRATE ULTRASONIC IMAGING DEVICES, RELATED APPARATUSES, AND METHODS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은, 그 전체를 참조로 본 명세서에 포함하는, 대리인 사건 번호 B1348.70011US00 하에서 2014년 4월 18일 출원된 발명의 명칭이 "ARCHITECTURE OF SINGLE SUBSTRATE ULTRASONIC IMAGING DEVICES, RELATED APPARATUSES, AND METHODS"인 미국 가출원 제61/981,469호의 35 U.S.C. §119(e) 하에서 혜택을 주장한다.
분야
본 명세서에서 설명된 기술의 양태는, 단일 기판 초음파 촬영 디바이스들, 관련된 장치들, 및 방법들의 아키텍처에 관한 것이다.
초음파 촬영 산업을 장악하고 있는 종래의 초음파 스캐너는 이산 트랜스듀서 및 제어 전자회로를 가진다. 트랜스듀서들은 종종 압전형이다. 그 결과, 스캐너는, 개개의 압전 요소들이 절단된 다음 기판 상에 개별적으로 배치되어 트랜스듀서 프로브를 형성하는 "다이스 및 채움(dice and fill)" 제조 프로세스를 이용하여 형성된다. 이러한 프로세스들은, 비용, 불균일성, 머신작업 및 와이어링의 비확장성에 노출되어 있다. 제어 전자회로는 통상적으로 트랜스듀서와 통합되지 않고, 오히려 별개로 형성되고 하우징된다.
의료 응용에 이용되는 초음파 트랜스듀서 프로브는 통상적으로 많은 초음파 요소들을 포함하고, 이들 요소들 각각은 의료 응용을 위한 초음파 이미지들을 생성하는데 이용되는 의료 관련 초음파 장(ultrasound field)을 집합적으로 생성하는 초음파 신호들을 방출하도록 구성된다. 통상적으로, 각각의 초음파 트랜스듀서는 대응하는 파형 생성기에 의해 생성된 초음파 파형을 방출하도록 구성된다. 따라서, 많은 초음파 요소들을 갖는 종래의 초음파 트랜스듀서 프로브로 초음파 장을 생성하기 위해 많은 파형 생성기들이 필요하다.
여기서 설명되는 본 기술의 양태는, 단일 반도체 기판 상의 초음파 촬영 시스템의 상당한 부분의 또는 심지어 전체의 통합을 가능케할 수 있는 아키텍처 및 기술들을 포함한다. 따라서, 여기서 설명되는 많은 피쳐들 및 방법론들은, 초음파 촬영 시스템의 적어도 상당한 부분이 단일 칩 상에 제공되는 단일-칩 초음파 촬영 솔루션, 또는 디바이스 및 시스템에 관한 것이다.
본 기술의 양태에 따르면, 단일 기판 초음파 촬영 시스템은, 파형 생성기, 지연 메시 회로, 및 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 이들 모두는 기판과 통합된다. 지연 메시 회로는, 파형 생성기에 의해 생성된 파형을 초음파 트랜스듀서에 제공하도록 구성될 수 있고 시스템이 초음파 트랜스듀서보다 적은 수의 파형 생성기를 갖는 것을 허용하여, 단일 칩 상의 촬영 시스템의 제공을 가능케할 수 있다. 이 목적을 위해, 지연 메시 회로는 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 입력 신호를 수신하고, 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하며, 결과 신호를 복수의 초음파 트랜스듀서에 제공할 수 있다.
일부 실시예는, 기판; 기판과 통합된 제1 초음파 전송 유닛; 및 기판과 통합되고, 제1 초음파 전송 유닛의 입력에 결합되며, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 시간-지연된 버전을 제1 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
일부 실시예는, 기판; 기판과 통합된 복수의 초음파 전송 유닛; 및 기판과 통합되고, 복수의 초음파 전송 유닛의 입력에 결합되며, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
일부 실시예는, 기판; 기판과 통합된 복수의 초음파 전송 유닛; 및 기판과 통합되고, 복수의 초음파 전송 유닛의 입력에 결합되며, 제1 지연 메시 제어 신호의 입력에 응답하여, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 제1 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하고, 제1 지연 메시 제어 신호와는 상이한 제2 지연 메시 제어 신호의 입력에 응답하여, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 제2 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로를 포함하는 장치에 관한 것으로서, 여기서, 지연 메시 회로 입력 신호의 제1 복수의 시간-지연된 버전은 지연 메시 회로 입력 신호의 제2 복수의 시간-지연된 버전과는 상이하다.
일부 실시예는, 기판; 기판과 통합된 복수의 파형 생성기; 기판과 통합된 복수의 초음파 전송 유닛; 및 기판과 통합되고, 복수의 초음파 전송 유닛의 입력에 결합되며, 복수의 파형 생성기에 의해 생성된 복수의 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
일부 실시예는, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 기판; CMOS 기판과 통합되고 적어도 하나의 초기 파형을 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 파형 생성기; CMOS 기판과 통합되고, 적어도 하나의 파형 생성기의 적어도 하나의 출력에 결합되며, 적어도 하나의 초기 파형을 인코딩해 적어도 하나의 인코딩된 파형을 생성하도록 구성되는 인코딩 회로; CMOS 기판과 통합되고, 인코딩 회로의 적어도 하나의 출력에 결합되며, 적어도 하나의 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하도록 구성되는 지연 메시 회로; 및 CMOS 기판과 통합되고, 지연 메시 회로의 복수의 출력에 결합되는 복수의 초음파 전송 유닛을 포함하는 장치에 관한 것이며, 복수의 초음파 전송 유닛은 적어도 하나의 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩해 복수의 디코딩된 파형을 생성하도록 구성되는 디코딩 회로; 및 적어도 부분적으로, 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 동시에 전송함으로써 초음파 장(ultrasound field)을 생성하도록 구성되는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함한다.
일부 실시예는, 단일 기판 초음파 디바이스를 이용해서: 파형 생성기에 의해 생성된 파형을 인코딩하여 인코딩된 파형을 획득하는 단계; 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하는 단계; 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 획득하는 단계; 및 적어도 부분적으로, 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 복수의 초음파 요소를 이용하여 병렬로 전송함으로써 초음파 장을 생성하는 단계를 수행하기 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.
본 기술의 다양한 양태 및 실시예들이 이하의 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들은 축척비율대로 그려진 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다. 복수의 도면들 내에 나타나는 항목들은 이들이 나타나는 모든 도면들에서 동일한 참조 번호로 표시된다.
도 1은 본 명세서에서 설명된 기술의 다양한 양태를 구현하는 예시적 단일 기판 초음파 디바이스를 도시한다.
도 2는 여기서 설명된 일부 실시예에 따른, 단일 기판 초음파 디바이스를 이용한 초음파 장을 생성 및 전송하기 위한 예시적 프로세스의 플로차트이다.
도 3은 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 단일 기판 초음파 디바이스의 기판과 통합된 초음파 트랜스듀서의 예시적 배열을 도시한다.
도 4는 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 복수의 지연 메시 유닛을 포함하는 지연 메시 회로를 나타낸다.
도 5a는 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 지연 메시의 예시적 지연 메시 유닛의 입력 및 출력을 나타낸다.
도 5b는 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 예시적 지연 메시 유닛의 아키텍처를 나타낸다.
도 6은 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 지연 메시 유닛을 포함하는 지연 메시 회로의 예시적 구성을 도시한다.
도 7은 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 단일 기판 초음파 디바이스의 회로의 일부일 수 있는 인코딩 및 디코딩 회로의 동작을 나타낸다.
도 8a는 인코딩 회로의 한 실시예의 동작을 나타내는 유한 상태 머신도(finite state machine diagram)이다.
도 8b는 그 동작이 도 8a에 나타나 있는 인코딩 회로에 의해 인코딩된 신호를 디코딩하도록 구성되는 디코딩 회로의 한 실시예의 동작을 나타내는 유한 상태 머신도이다.
도 8c는 인코딩 회로의 또 다른 실시예의 동작을 나타내는 유한 상태 머신도이다.
도 8d는 그 동작이 도 8c에 나타나 있는 인코딩 회로에 의해 인코딩된 신호를 디코딩하도록 구성되는 디코딩 회로의 또 다른 실시예의 동작을 나타내는 유한 상태 머신도이다.
본 명세서에서 설명된 기술의 양태는, 통합된 초음파 트랜스듀서들, 예를 들어, 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 초음파 트랜스듀서들을 갖는 단일 기판 초음파 디바이스의 일부를 형성할 수 있는, 초음파 디바이스 회로 아키텍처에 관한 것이다. 따라서, 회로 아키텍처는 일부 실시예에서 반도체 기판 등의 기판과 통합된(예를 들어, 기판에 형성된, 또는 기판과 모놀리식 통합된) 초음파 트랜스듀서들 및 통합된 회로를 갖는 초음파 시스템 온 칩(SoC)(ultrasound system-on-a-chip (SoC))의 일부를 형성할 수 있다.
이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 기술의 양태는 전력- 및 데이터-효율적인 방식으로 통합된 초음파 트랜스듀서 배열을 이용하여 의료 관련 초음파 파형의 생성을 가능케하는 지연 및 인코딩/디코딩 회로 구성을 제공한다.
출원인들은, CMOS 기판 등의 단일 기판 상에 통합된 회로 및 통합된 초음파 트랜스듀서들을 갖는 초음파 디바이스를 구현하는 것이 이러한 디바이스의 복잡성 때문에 여전히 어렵다는 것을 이해했다. 초음파 촬영에서의 이용을 위해 복합 및 의료 관련 초음파 파형들을 생성하는 것은 일반적으로 많은 양의 데이터를 요구하므로, 파형 파라미터들을 저장하기 위한 큰 가용 메모리 스토리지를 요구한다. 동시에, 예를 들어, 이용될 수 있는 메모리, 데이터, 및 전력량의 관점에서, 단일 기판 초음파 디바이스의 구성과 동작에는 실제적인 제한이 있다.
하나의 이러한 실제적 제한은, 기판과 통합된 초음파 트랜스듀서들의 배열(예를 들어, 어레이)에 의해 방출될 파형을 생성하는데 이용되는 파형 생성기의 수이다. 각각의 초음파 트랜스듀서에 대해 하나의 파형 생성기를 제공하는 것은 일부 정황에서 유익할 수 있지만, 이렇게 하는 것은, 파형 생성기들이 초음파 트랜스듀서들과 함께 기판 상에 통합되는 시나리오에서는 공간 및 전력 요건으로 인해 비실용적이다. 따라서, 출원인들은, 일부 시나리오에서 원하는 파형이 제공될 초음파 트랜스듀서들보다 적은 수의 파형 생성기들을 통합한 단일 기판 초음파 디바이스를 제공하는 것이 바람직하다는 것을 이해했다.
본 기술의 양태에 따르면, 초음파 디바이스의 회로 아키텍처는, 파형 생성기에 의해 제공된 단일의 파형으로부터, 초음파 트랜스듀서 배열의 복수의 초음파 트랜스듀서들에 제공될 수 있는 파형의 복수의 버전을 생성하여 원하는 초음파 장을 생성하도록 구성되는 회로를 포함할 수 있다. 파형의 복수의 버전은 파형의 시간-지연된 및/또는 반전된 버전을 포함할 수 있다. 파형의 복수의 버전은 적어도 일부 실시예에서 병렬로 제공되어, 복수의 초음파 트랜스듀서로부터 원하는(예를 들어, 의료 관련) 초음파 장(예를 들어, 평면파 장, 원통형으로 포커싱되는 장, 포커싱된 빔, 가상 소스 장 등)이 방출될 수 있게 할 수 있다.
본 기술의 양태에 따르면, 회로는, 파형의 복수의 버전을 생성하는 과제를 달성하기 위한 지연 메시를 포함할 수 있고, 지연 메시는 파형 생성기에 의해 생성된 파형을 수신하도록 구성되는 입력과 파형의 복수의 버전을 복수의 초음파 트랜스듀서에 제공하도록 구성되는 복수의 (병렬) 출력을 가진다. 지연 메시는, 지연 메시에 적용된 상이한 제어들에 응답하여 파형 생성기에 의해 생성된 파형의 상이한 버전들을 생성하도록 제어될 수 있다. 이런 방식으로, 초음파 디바이스는 상이한 유형들의 초음파 장을 생성하도록 제어될 수 있고, 그 예가 후술된다.
본 기술의 양태에 따르면, 초음파 디바이스의 회로는, 초음파 트랜스듀서 배열의 복수의 초음파 트랜스듀서들에 제공될 파형을 인코딩 및 디코딩하도록 구성되는 인코딩 및 디코딩 회로를 포함한다. 인코딩 및 디코딩 회로는, 하나 이상의 파형 생성기에 의해 생성된 파형을, 그 파형에 대응하는 초음파 신호를 전송하도록 구성되는 초음파 트랜스듀서(들)에 제공하기 위해 요구되는 데이터의 양을 감축시킬 수 있으므로, 단일 기판 초음파 디바이스의 컴포넌트들 사이에서 원하는 파형 데이터를 저장 및 전달하는데 요구되는 메모리의 양에서의 귀중한 감축을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 인코딩 및 디코딩 회로는 파형이 제공될 초음파 트랜스듀서(들)와 파형 생성기 사이에 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는, 인코딩 회로와 디코딩 회로 사이에 배열되어, 지연 메시 회로의 컴포넌트들 간에 파형 데이터를 전달하고 저장하는데 요구되는 메모리의 양에서의 귀중한 감축을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 지연 메시 회로는 복수의 지연 메시 유닛을 포함할 수 있고, 지연 메시 유닛들 각각은, 입력 신호를 지연시켜 입력 신호의 하나 이상의 시간-지연된 버전을 획득하고 이들을 출력 신호로서 하나 이상의 초음파 전송 유닛에 제공해 전송되게 하거나 및/또는 추가 처리를 위해 하나 이상의 다른 지연 메시 유닛에 전송되게 할 수 있다. 하나 이상의 다른 지연 메시 유닛에 제공된 출력 신호는 이들 지연 메시 유닛에 의해 추가로 시간-지연되고 전송되거나 및/또는 역시 다른 지연 메시 유닛에 의해 추가로 처리될 수 있다. 이런 방식으로, 지연 메시 회로에 입력된 신호는 복수의 지연 메시 유닛을 통해 전파하고, 지연 메시 유닛들 중 하나 이상은 신호를 시간-지연시켜 결과적인 시간-지연된 버전(들)을 전송을 위해 하나 이상의 초음파 요소들에 제공한다. 따라서, 지연 메시 회로는 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하고, 이들 버전들을, 초음파 장의 생성을 위한 단일 기판 초음파 디바이스와 통합된 초음파 트랜스듀서들로의 전송을 위해 제공한다.
지연 메시 유닛은 버퍼를 포함할 수 있고, 이 버퍼는 버퍼에 입력된 신호를 저장하거나 및/또는 신호에 관해 동작을 수행하기 위한 것이다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는 많은 지연 메시 유닛을 포함할 수 있으므로, 각각의 지연 메시 유닛의 버퍼의 크기를 감소시키는 것은, 단일 기판 초음파 디바이스 상에 지연 메시 회로를 구현하기 위한 공간과 전력 요건 양쪽 모두를 감소시킬 수 있다.
상기로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 본 기술의 양태는, 초음파 트랜스듀서 배열에 원하는 파형을 제공하여 의료 관련 초음파 장의 생성을 허용하기 위한 공간- 및 전력-효율적인 회로 구성을 제공한다. 회로는 일부 실시예에서 완전히 디지털화될 수 있고, CMOS 기판 등의 단일 기판 상에 초음파 트랜스듀서들과 함께 통합될 수 있다.
전술된 양태들과 실시예들뿐만 아니라 추가적인 양태들과 실시예들이 이하에서 더 설명된다. 이들 양태들 및/또는 실시예들은 개별적으로, 함께, 또는 2개 이상의 임의의 조합으로 이용될 수도 있고, 본 명세서에서 설명된 기술은 이 점에서 제한되지 않는다.
도 1은 본 명세서에서 설명된 기술의 다양한 양태를 구현하는 예시적 단일 기판 초음파 디바이스(100)를 도시한다. 초음파 디바이스(100)는, CMOS 기판 또는 칩 등의 기판(101)(예를 들어, 실리콘 기판 등의 반도체 기판), 및 기판 상에 형성된 통합된 회로를 포함한다. 도시된 바와 같이, 기판(101)과 통합된 회로는, 파형 생성기(102), 인코딩 회로(103), 지연 메시 회로(105), 및 복수의 초음파 전송 유닛(107)을 포함할 수 있다. 초음파 전송 유닛(107)은 디코딩 회로(109)와 하나 이상의 초음파 요소(111)를 포함할 수 있다. 따라서, 초음파 디바이스(100)는 복수의 디코딩 회로(여기서는 "디코딩 회로망"이라고도 함)와 복수의 초음파 요소를 포함할 수 있다. 초음파 요소(111)는 (여기서는 "트랜스듀서 셀"이라고도 하는) 하나 이상의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 달리 말하면, 도 3을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 초음파 트랜스듀서들은 함께 그룹화되어 초음파 요소들을 형성한다. 일부 실시예에서 전술된 컴포넌트들은 단일 기판 상에 통합될 수 있지만, 본 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않고, 다른 실시예에서, 전술된 컴포넌트들 중 적어도 일부는 동일한 기판 상에 서로 통합되지 않을 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1에 도시된 예시적 구성은 통합된 초음파 트랜스듀서들과 회로(예를 들어, 초음파 이미지를 형성 및/또는 디스플레이하기 위해, 초음파 트랜스듀서들의 동작을 제어하거나 및/또는 이러한 트랜스듀서들에 의해 생성된 신호를 처리하기 위한 전단 회로 및/또는 후단 회로 등의 아날로그 및/또는 디지털 회로)를 포함하는 초음파 시스템 온 칩 디바이스(ultrasound system-on-a-chip device) 또는 초음파 서브시스템 온 칩 디바이스(ultrasound sub-system-on-a-chip device)의 형성을 가능케 할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 초음파 시스템 온 칩 디바이스는, 단일 기판 상에, 아날로그 및 디지털 회로와 통합된 초음파 트랜스듀서들의 배열을 포함할 수 있고, 초음파 이미지를 생성하기 위해 초음파를 방출 및 수신하고 수신된 초음파를 처리하는 등의 초음파 촬영 기능을 수행할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 파형 생성기(102)와 초음파 요소(111) 사이에 배열된 회로는, 파형 생성기(102)에 의해 생성된 파형을 공간- 및 전력-효율적인 방식으로 초음파 요소(111)에 제공하도록 기능하며, "컴팩트-메시 아키텍처(compact-mesh architecture)"라 부를 수 있다. 예시된 실시예에서, 컴팩트-메시 아키텍처는, 인코딩 회로(103), 지연 메시 회로(105), 및 디코딩 회로(109)를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 컴팩트 메시 아키텍처는, 지연 메시 회로를 포함할 수는 있지만 인코딩 또는 디코딩 회로는 포함하지 않는다.
일부 실시예에서, 파형 생성기(102)는 초기 파형을 생성하고 초기 파형을 인코딩 회로(103)의 입력에 출력할 수 있다. 인코딩 회로(103)는, 초기 파형을 인코딩하여 인코딩된 파형을 생성하고 인코딩된 파형을 지연 메시 회로(105)의 입력에 출력하도록 구성될 수 있다. 지연 메시 회로(105)는, 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하고, 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 병렬로 초음파 전송 유닛(107)들의 입력들에 출력하도록 구성될 수 있다. 즉, 지연 메시 회로는 자신이 수신하는 입력 버전보다 많은 수의 출력 버전을 생성할 수 있다. 초음파 전송 유닛(107)은, 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전들 각각의 것을 디코딩 회로(109)를 이용해 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 생성하고, 복수의 디코딩된 파형에 기초하여, 초음파 요소(111)가 디코딩된 파형에 대응하는(예를 들어, 기초하는) 초음파 신호를 전송하게끔 초음파 요소(111)를 구동하도록 구성될 수 있다. 이런 방식으로, 초음파 요소(111)들은 원하는 초음파를 방출하기 위해 병렬로 동작할 수 있고, 그 예가 이하에서 제공될 것이다. 상기 언급된 컴포넌트들 및 대응하는 기능이 이하에서 더 상세히 설명된다.
도시된 실시예에서, 예시된 요소들 모두는 단일 기판(101) 상에 형성된다. 그러나, 대안적 실시예에서, 예시된 요소들 중 하나 이상은 기판과 통합되는 것이 아니라 기판(101)에 결합될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 파형 생성기(102)는 대신에 기판(101)으로부터 떨어져 위치할 수 있지만 기판(101)에 결합될 수 있어서, 파형 생성기(102)는 인코딩 회로(103)와 통신할 수 있다(예를 들어, 입력 신호를 제공할 수 있다). 또 다른 예로서, 컴팩트 메시 아키텍처(예를 들어, 지연 메시 회로(105), 및 선택사항으로서, 인코딩 회로(103) 및 디코딩 회로(109))는 기판(101)과 통합될 수도 있지만, 파형 생성기(102) 및/또는 초음파 요소(111)는 기판(101)에 결합될 수도 있지만 이와 통합되지 않는다.
설명된 바와 같이, 일부 실시예에서, 초음파 디바이스(100)는, 단일 기판, 이 기판과 통합된 초음파 트랜스듀서, 및 이 기판과 통합된 회로(예를 들어, 제어 회로)를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서들은 기판과 통합된 기타 임의의 회로(예를 들어, 파형 생성기(102), 인코딩 회로(103), 지연 메시(105), 디코딩 회로(109) 등)에 관하여 임의의 적절한 방식으로 위치할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예에서, 초음파 디바이스의 기판과 통합된 적어도 일부의 회로는 디바이스의 초음파 트랜스듀서 아래에 위치할 수 있다. 일부 실시예에서, 통합된 회로의 일부는 초음파 디바이스의 주변 영역(또는 "탭") 상에 위치할 수도 있다. 예를 들어, 초음파 트랜스듀서들 또는 초음파 요소들 중 2개 이상 사이에서 공유되는 회로는 주변 영역에 위치할 수 있다. 초음파 요소 특유의 또는 특정한 초음파 트랜스듀서 특유의 회로는 일부 실시예에서 그 초음파 요소 또는 초음파 트랜스듀서 아래에 위치할 수도 있다.
파형 생성기(102)는 임의의 적절한 여기 파형(들)을 발생(또는 생성)하여 초음파 트랜스듀서를 여기하도록 구성될 수 있다. 파형 생성기는, 임펄스, 연속파, 처프 파형(chirp waveform)(예를 들어, 선형 주파수 변조(LFM) 처프), 및 코딩된 여기(예를 들어, 2진 코딩된 여기)를 포함한 복수의 가능한 종류로부터 원하는 종류의 파형을 생성하도록 구성(예를 들어, 프로그램가능)될 수 있다. 생성된 파형에서의 이러한 융통성은 또한, 고도로 진보된 초음파 촬영 기술들의 이용을 가능케할 수 있다. 일부 실시예에서, 파형 생성기는, 각각이 한 세트의 가능한 값들로부터 선택된 값들의 시퀀스로서 파형을 생성할 수도 있다. 가능한 값들의 세트는, 2개 값, 3개 값, 5개 값, 적어도 5개 값, 3-10개 값, 또는 기타 임의의 적절한 개수의 값들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 가능한 값들의 세트는, n-비트 디지털 대 아날로그 변환기에 의해 생성될 수 있는 임의의 값들(즉, 2n 비트)로 구성될 수 있고, 여기서, n은 임의의 양의 정수(예를 들어, 2, 4, 8, 16, 32, 64 등)이다. 일부 실시예에서, 파형 생성기는 쌍극성 펄서(bipolar pulser)에 대한 출력을 생성하도록 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 파형 생성기(102)는 인코딩 회로(103)의 입력에 결합된다. 이런 방식으로, 파형 생성기는 자신이 생성하는 임의의 신호 또는 신호들(102a)을 인코딩 회로(103)에 제공할 수 있다. 파형 생성기(102)는, 임의의 적절한 방식으로 인코딩 회로(103)의 입력에 결합될 수 있고, 여기서 설명되는 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다.
인코딩 회로(103)는, 파형 생성기(102)에 의해 생성된 초기 파형을 인코딩하여 인코딩된 파형(104)을 생성하고 인코딩된 파형을 입력 신호로서 지연 메시 회로(105)에 제공하도록 구성될 수 있다. 이 목적을 위해, 인코딩 회로(103)의 입력은 파형 생성기(102)의 출력에 결합될 수 있고 인코딩 회로(103)의 출력은 지연 메시 회로(105)의 입력에 결합될 수 있다. 파형 생성기(102) 및 지연 메시 회로(105)로의 인코딩 회로(103)의 결합은 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있고, 설명된 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다.
인코딩 회로(103)는 압축 인코딩을 구현하여 인코딩 회로(103)가 입력 신호를 인코딩할 때, 결과의 인코딩된 신호는 인코딩대상의 입력 신호보다 적은 수의 비트로 이루어지도록 구성될 수 있다. 이러한 데이터의 감축은 단일 기판 상으로의 여기서 설명된 시스템의 통합을 더욱 가능성있게 한다. 예를 들어, 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 입력 신호의 압축 인코딩은 지연 메시 회로 내의 지연 메시 유닛들이 더 적은 양의 메모리를 이용하여 구현되는 것을 허용하여, 결과적으로 공간과 전력 절감으로 이어진다. 일부 실시예에서, 인코딩 회로(103)는 N-대-M 비트 인코더(여기서 N과 M 각각은 양의 정수이고 N은 M보다 크다)를 구현하여, 인코딩 회로(103)가 B개 비트로 구성된 입력 신호를 인코딩할 때 결과의 인코딩된 신호는 약 B*M/N개 비트(여기서, B는 양의 정수)로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 특정한 비제한적 예로서, 인코딩 회로(103)는, 2-대-1 비트 인코더를 구현하여, 인코딩 회로가 B개 비트로 구성된 입력 신호를 인코딩할 때, 결과의 인코딩된 신호는 약 B/2개 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 또 다른 특정한 비제한적 예로서, 인코딩 회로(103)는, 3-대-2 비트 인코더를 구현하여, 인코딩 회로가 B개 비트로 구성된 입력 신호를 인코딩할 때, 결과의 인코딩된 신호는 약 2B/3개 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 역시 또 다른 특정한 비제한적 예로서, 인코딩 회로(103)는, 3-대-1 비트 인코더를 구현하여, 인코딩 회로가 B개 비트로 구성된 입력 신호를 인코딩할 때, 결과의 신호는 약 B/3개 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 인코딩 회로(103)는 도 7, 8a, 및 8c를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
지연 메시 회로(105)는, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호(104)의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하고 생성된 파형의 시간-지연된 버전들을 초음파 전송 유닛(107)에 제공하도록 구성될 수 있다. 도 1의 실시예에서, 지연 메시 회로 입력 신호는, 인코딩 회로(103)를 이용하여 파형 생성기(102)에 의해 생성된 파형을 인코딩함으로써 획득된 인코딩된 파형일 수 있다. 다른 실시예에서(예를 들어, 인코딩 회로(103)가 이용되지 않거나 초음파 디바이스(100)의 일부가 아닌 경우), 지연 메시 회로 입력 신호는 파형 생성기(102)에 의해 생성된 파형(102a)일 수 있다. 이러한 실시예에서, 지연 메시는 (예를 들어, 적절한 크기의 버퍼들로) 인코딩되지 않은(unencoded) 입력 신호를 수용할 수 있을 것이다.
도시된 바와 같이, 지연 메시 회로(105)의 입력은 인코딩 회로(103)의 출력에 결합될 수 있고 지연 메시 회로(105)의 출력은 초음파 전송 유닛(107)의 입력에 결합될 수 있다. 대안으로서, 지연 메시 회로(105)의 입력은 파형 생성기(102)의 출력에 결합될 수 있다. 인코딩 회로(103)(및/또는 파형 생성기(102))로의 및 초음파 전송 유닛(107)으로의 지연 메시 회로(105)의 결합은 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있고, 본 명세서에서 설명된 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다.
지연 메시 회로(105)는, 적어도 부분적으로, 입력 신호를 지연 메시 회로의 일부인 상호접속된 지연 메시 유닛들의 네트워크를 통해 전파시킴으로써 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하도록 구성될 수 있다. 각각의 지연 메시 유닛은, 입력 신호를 수신하고, 이 신호를 명시된 양만큼 지연시키고, 입력 신호의 하나 이상의 지연된 버전을 하나 이상의 다른 지연 메시 유닛 및/또는 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성될 수 있다. 이런 방식으로, 지연 메시 유닛은 지연 메시 입력 신호의 한 세트의 시간-지연된 버전을 생성하고, 이들 신호를, 원하는 초음파 장을 방출하기 위해 지연 메시 입력 신호의 시간-지연된 버전들의 적어도 일부를 동시에 전송하도록 동작하는 복수의 초음파 전송 유닛(107)에 제공하도록 동작한다. 이해할 수 있는 바와 같이, 각각의 지연 메시 유닛은, 지연 메시 유닛에 의해 수신된 신호의 하나 이상의 시간-지연된 버전을 복수의 다른 목적지에 제공하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 지연 메시 유닛은 하나의 양만큼 지연된 신호의 버전을 또 다른 지연 메시 유닛에, 및 또 다른 상이한 양만큼 지연된 신호의 버전을 초음파 전송 유닛에 제공할 수 있다). 이러한 융통성은 지연 메시가 지연 메시 입력 신호의 복수의 사례 또는 버전들을 생성하는 것을 허용한다.
일부 실시예에서, 지연 메시 회로(105)는 지연 메시 입력 신호의 원하는 세트의 시간-지연된 버전(106)을 생성하도록 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로(105)는, 지연 메시 회로(105) 내의 하나 이상의 지연 메시 유닛이 제어가능한 지연 메시 유닛(들)에 입력된 신호(들)을 지연 메시 유닛(들)에 제공된 제어 신호(들)에 의해 표시된 양(예를 들어, 시간량, 비트수 등)만큼 지연시키도록 프로그램가능할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 지연 메시 회로(105)는, 어느 지연 메시 유닛(들)이 서로 통신(예를 들어, 입력을 수신하거나 및/또는 출력을 제공)할 수 있는지를 명시하기 위해 하나 이상의 제어 신호가 이용될 수 있도록 재구성가능하다. 예를 들어, 지연 메시 회로(105) 내의 지연 메시 유닛은, 지연 메시 유닛에 제공된 제어 신호(들)에 의해 표시된 소스(예를 들어, 또 다른 지연 메시 유닛, 파형 생성기 등)로부터 입력 신호를 수신하도록 제어될 수 있다. 또 다른 예로서, 지연 메시 회로(105) 내의 지연 메시 유닛은, 입력 신호의 지연된 버전(106)을 지연 메시 유닛에 제공된 제어 신호(들)에 의해 표시된 지연 메시 유닛 및/또는 초음파 전송 유닛에 제공하도록 제어될 수 있다. 따라서, 지연 메시 입력 신호가 지연 메시 회로(105)를 통해 전파되는 방식은, 지연 메시 회로 입력 신호의 원하는 세트의 시간-지연된 버전들을 획득하기 위하여 제어 신호를 지연 메시 회로(105) 내의 하나 이상의 지연 메시 유닛에 제공함으로써 제어될 수 있다. 지연 메시 회로(105)의 양태들이 도 4, 도 5a-5b 및 도 6을 참조하여 이하에서 더 설명된다.
초음파 전송 유닛(107)은, 지연 메시 회로(105)로부터 지연 메시 회로 신호의 시간-지연된 버전을 수신하고, 지연 메시 회로 신호의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 획득하고, 복수의 디코딩된 파형의 적어도 서브셋에 대응하는 초음파 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 초음파 전송 유닛(107)의 입력들은 지연 메시 회로(105)의 출력들에 결합될 수 있다. 초음파 전송 유닛(107)과 지연 메시 회로(105) 사이의 결합은 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있고, 본 명세서에서 설명된 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다. 초음파 디바이스(100)는 임의의 적절한 개수의 초음파 전송 요소를 포함할 수 있다. 이것은 도 3을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
도시된 바와 같이, 초음파 전송 유닛은 디코딩 회로(109)와 하나 이상의 초음파 요소(111)를 포함한다. 그러나, 일부 실시예에서, 초음파 전송 유닛은, 하나 이상의 증폭기(예를 들어, 하나 이상의 트랜스임피던스 증폭기), 하나 이상의 펄서(예를 들어, 하나 이상의 3-레벨 펄서, 양과 음의 전압을 구동하도록 구성되는 하나 이상의 쌍극성 펄서, 하나 이상의 단극성 펄서 등), 및/또는 기타 임의의 적절한 회로를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 추가 회로를 포함할 수 있고, 여기서 설명된 본 기술의 양태는 초음파 요소(111)의 일부인 회로의 유형에 의해 제한되지 않는다.
초음파 전송 유닛(107)은 디코딩 회로(109)를 이용함으로써 지연 메시 회로 입력 신호(104)의 시간-지연된 버전(106)을 디코딩하도록 구성될 수 있다. 디코딩 회로(109)는 인코딩 회로(103)에 의해 구현된 인코딩에 대응하는 디코딩을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 결과적 인코딩 신호가 초기 신호보다 적은 수의 비트를 갖도록 인코딩 회로(103)가 초기 신호를 인코딩하도록 구성되는 실시예에서, 디코딩 회로(109)는, 디코딩된 신호가 인코딩된 신호보다 많은 수의 비트를 갖도록(예를 들어, 디코딩된 신호는 인코딩 회로에 의해 인코딩된 초기 신호와 동일한 개수의 비트를 가질 수도 있다) 인코딩된 신호를 디코딩하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 디코딩 회로(109)는 M-대-N 비트 디코더(여기서 N과 M 각각은 양의 정수이고 N은 M보다 크다)를 구현하여, 디코딩 회로(109)가 B개 비트로 구성된 인코딩된 신호를 디코딩할 때 결과의 디코딩된 신호는 약 B*N/M개 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 특정한 비제한적 예로서, 디코딩 회로(109)는, 1-대-2 비트 디코더를 구현하여, 디코딩 회로가 B개 비트로 구성된 인코딩된 신호를 디코딩할 때, 결과의 디코딩된 신호는 약 2B 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 또 다른 특정한 비제한적 예로서, 디코딩 회로(109)는, 2-대-3 비트 디코더를 구현하여, 디코딩 회로가 B개 비트로 구성된 인코딩된 신호를 디코딩할 때, 결과의 디코딩된 신호는 약 3B/2 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 이러한 디코더는 5-8 레벨 펄서에 대해 유용할 수 있다. 역시 또 다른 특정한 비제한적 예로서, 디코딩 회로(109)는, 1-대-3 비트 디코더를 구현하여, 디코딩 회로가 B개 비트로 구성된 인코딩된 신호를 디코딩할 때, 결과의 디코딩된 신호는 약 3B 비트로 이루어지게 하도록 구성될 수 있다. 디코딩 회로(109)는 도 7, 8b, 및 8d를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
초음파 전송 유닛(107)은, 초음파 요소(111)를 이용함으로써 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 이것은 임의의 적절한 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 초음파 요소는 복수의 디코딩된 파형에 따라 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 생성하도록 구동될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 초음파 요소(111)는 하나 또는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서들은 임의의 적절한 유형일 수 있고, 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서들은 CMOS 기판과 호환될 수 있으므로, 이들이 CMOS 통합된 회로와 함께 CMOS 기판 상에 모놀리식으로 형성되는 것을 허용한다. 이런 방식으로, 통합된 디바이스(예를 들어, 초음파 시스템 온 칩)이 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서는, CMOS 웨이퍼 상에 형성되고 CMOS 통합된 회로와 모놀리식으로 통합된 초음파 트랜스듀서를 포함하는 CMOS 초음파 트랜스듀서(CUT; CMOS ultrasonic transducer)일 수 있다. CUT는, 예를 들어, CMOS 웨이퍼 상에 형성된 캐버티를 포함할 수 있고, 박막(또는 가로막)이 캐버티 위에 놓이며, 일부 실시예에서는, 캐버티를 밀봉한다. 전극이 제공되어 덮인 캐버티 구조물로부터 트랜스듀서 셀을 생성할 수 있다. CMOS 웨이퍼는 트랜스듀서 셀이 접속될 수 있는 통합된 회로를 포함할 수 있다.
CUT는, IC와 트랜스듀서의 통합을 허용할 수 있는 초음파 트랜스듀서의 유일한 유형은 아니다. 일부 실시예에서, 초음파 트랜스듀서는 용량성 마이크로머신제작된 초음파 트랜스듀서(CMUT)일 수 있다.
모든 실시예가 여기서 설명된 유형들의 초음파 트랜스듀서 디바이스에서 CUT 또는 CMUT를 채용하는 것으로 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 설명된 기술의 일부 양태는 구현된 초음파 트랜스듀서의 유형에 관계없이 초음파 트랜스듀서 디바이스에 적용된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 스피커들, 마이크로폰들, 또는 임의의 적절한 초음파 트랜스듀서 어레이가 이용될 수도 있다.
일부 실시예에서, (지연 메시 회로(105)에 의해 생성된) 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전들 각각은 각각의 초음파 전송 유닛(107)(각각은 도 1에 도시된 바와 같이 디코딩 회로(109)와 초음파 요소(111)를 포함함)에 출력될 수 있다. 특정한 초음파 전송 유닛(107)의 디코딩 회로(109)는 특정한 초음파 전송 유닛에 제공되는 지연 메시 회로 입력 신호의 시간-지연된 버전을 디코딩하도록 구성될 수 있다. 따라서, 초음파 전송 유닛(107) 내의 디코딩 회로(109)는 복수의 디코딩된 파형을 생성하도록 구성될 수 있다. 차례로, 초음파 전송 유닛(107) 내의 초음파 요소(111)는 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 전송하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 초음파 전송 유닛(107) 내의 초음파 요소(111)는, 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 시간적으로 병렬로 전송하여, 디코딩된 파형의 병렬 전송이 단일 기판 초음파 디바이스(100)에 의한 원하는 초음파 장의 방출을 야기하게 하도록 구성된다. 예를 들어, 방출된 초음파 장은 초음파 요소(111)에 의해 병렬로 전송된 신호들(예를 들어, 디코딩된 파형들에 대응하는 초음파 신호들)의 중첩으로서 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 신호의 병렬 전송은 동시발생적, 실질적 동시발생적, 또는 실질적 동시적일 수 있다. 2개의 신호들이 전송중에 있을 때 시간적으로 임의의 중첩을 가진다면 2개의 신호의 전송은 동시발생적이다. 신호들의 전송이 적어도 80% 또는 적어도 90% 또는 그 이상 시간적으로 중첩한다면 실질적으로 동시발생적이다. 2개의 신호들의 전송이 약 95% 이상 시간적으로 중첩한다면 동시적이다.
상기로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 초음파 요소(111)들의 병렬 동작에 의해 생성된 초음파 장의 유형은, 적어도 부분적으로, 인코딩된 후에 파형 생성기(102)에 의해 발생되는 한 세트의 시간-지연된 버전의 파형을 생성하기 위해 지연 메시 회로(105)가 제어되는 방식에 의존한다. 지연 메시 회로(105)는, 초음파 요소들의 병렬 동작이, 평면파 장, 방위각 대칭을 갖는 장, 고도 대칭을 갖는 장, 방위각 및 고도 대칭을 갖는 장, 원통형 장, 방위각 대칭을 갖는 원통형 장, 고도 대칭을 갖는 원통형 장, 구면 또는 원통형으로 포커싱되는 빔 장, 구면 또는 원통형으로 발산하는 파 장, 3D 평면파 장, 임의의 적절한 의료 관련 초음파 장, 및/또는 기타 임의의 적절한 유형의 초음파 장 또는 장의 세트를 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 초음파 장의 수많은 유형 중 임의의 유형을 생성하도록 구성될 수 있게끔 제어될 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 하다마르(Hadamard) 코드에 따른 파형들로의 반전의 적용은 적절한 세트의 장들을 생성할 수 있다.
지연 메시 회로(105)가 파형 생성기에 의해 생성된 장들의 시퀀스 각각의 한 세트의 시간-지연된 버전을 생성하는 방식을 제어하는 것은 초음파 디바이스에 의해 방출된 장들의 조향 및/또는 타겟의 스캐닝을 구현하는데 이용될 수 있다는 것도 역시 이해해야 한다. 이러한 기능은, 결국, 3D 촬영 기능을 구현하는데 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 단일 기판 초음파 디바이스의 아키텍처는 예시적인 것이고 이 아키텍처의 변형들이 가능하다는 것을 역시 이해해야 한다. 예를 들어, 도 1의 실시예에서는, 단일의 파형 생성기(102)가 인코딩 회로(103)에 결합되지만, 다른 실시예에서는, 초음파 디바이스(100)는 인코딩 회로(103)에 결합된 복수의 파형 생성기를 포함할 수도 있다. 이러한 실시예에서, 인코딩 회로(103)는 복수의 인코딩 회로를 포함할 수 있고, 인코딩 회로 각각은 각각의 파형 생성기에 결합되거나 복수의 파형 생성기가 단일의 인코딩 회로에 결합될 수도 있다. 각각의 파형 생성기는 하나 이상의 파형을 생성하도록 구성될 수 있다. 파형 생성기는 한 번에 하나씩 동작되거나 2개 이상의 파형 생성기가 병렬로 동작될 수도 있다.
따라서, 일부 실시예에서, 단일 기판 초음파 디바이스는 임의의 적절한 개수의 파형 생성기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 기판 초음파 디바이스는 초음파 전송 유닛들보다 적은 개수의 파형 생성기로 구성될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 각각이 하나 이상의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 전송 유닛들보다 적은 수의 파형 생성기를 갖는 것은, (파형 생성기의 수가 초음파 전송 유닛의 수와 같은 시나리오와는 대조적으로) 단일 기판 상에 초음파 전송 유닛들과 함께 파형 생성기들을 통합하는데 요구되는 공간과 전력을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 단일 기판 초음파 디바이스는 파형 생성기의 적어도 2배수의 초음파 전송 유닛을 포함할 수 있다. 또 다른 비제한적 예로서, 단일 기판 초음파 디바이스는 파형 생성기의 적어도 4배수의 초음파 전송 유닛을 포함할 수 있다. 역시 또 다른 비제한적 예로서, 단일 기판 초음파 디바이스는, 파형 생성기의 8배(또는 16배, 또는 32배, 또는 64배, 적어도 100배, 적어도 250배, 적어도 500배, 적어도 1000배, 적어도 5000배, 적어도 10000배, 500 내지 15000배 등)수의 초음파 전송 유닛을 포함할 수 있다.
인코딩 및 디코딩 회로를 도시하는 도 1에 도시된 아키텍처의 한 변형의 또 다른 예로서, 일부 실시예에서, 단일 기판 초음파 디바이스는 인코딩 및 디코딩 회로없이 구현될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 기판과 통합된 파형 생성기(들)은, 기판과 통합된 초음파 전송 유닛의 입력에 결합될 수 있는, 기판과 통합된 지연 메시 회로의 입력에 직접 또는 간접으로 결합될 수 있다.
도 1에 도시된 컴포넌트들은 단일 기판 초음파 디바이스(100)의 일부일 뿐이라는 것을 역시 이해해야 한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 컴포넌트들은 초음파 디바이스(100)의 컴포넌트들의 단일 초음파 회로 모듈일 수 있는 반면, 초음파 디바이스(100)는, 각각의 모듈이 도 1에 나타낸 컴포넌트들을 포함하는 복수의 이러한 모듈(예를 들어, 적어도 2개의 모듈, 적어도 10개의 모듈, 적어도 100개의 모듈, 적어도 1000개의 모듈, 적어도 5000개의 모듈, 적어도 10000개의 모듈, 적어도 25000개의 모듈, 적어도 50000개의 모듈, 적어도 100000개의 모듈, 적어도 250000개의 모듈, 적어도 500000개의 모듈, 2 내지 백만개의 모듈 등)을 포함할 수 있다. 복수의 초음파 회로 모듈들은 서로 독립적으로 및/또는 서로 협력적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 이것은 도 3을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 도 1에 도시된 컴포넌트들의 동작은 단일 기판 초음파 디바이스(100)와는 별개로 위치한 컴포넌트들에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 또 다른 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, FPGA, 적어도 하나의 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장된 명령어들을 이용하여 프로그램가능한 적어도 하나의 컴퓨터 하드웨어 프로세서)는 단일 기판 디바이스(100)의 하나 이상의 컴포넌트들의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 컴퓨팅 디바이스는, 파형 생성기(102), 인코딩 회로(103), 지연 메시 회로(105), 및/또는 하나 이상의 초음파 전송 유닛(107)의 동작을 제어하기 위해 하나 이상의 제어 신호를 제공할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 단일 기판 초음파 디바이스(100)는 단일 기판 초음파 디바이스(100)의 다른 컴포넌트들의 동작을 (예를 들어, 하나 이상의 제어 신호를 통해) 제어하도록 구성되는 하나 이상의 제어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 단일 기판 초음파 디바이스의 하나 이상의 컴포넌트는 디바이스(100)의 하나 이상의 "온 칩(on-chip)" 컴포넌트 및 디바이스(100)로부터 떨어져 배열된 "오프 칩(off-chip)" 컴포넌트들의 조합에 의해 제어될 수 있다.
도 1에 나타낸 회로의 동작의 양태들이, 단일 기판 초음파 디바이스를 이용해 초음파 장을 형성하는 하나 이상의 초음파 파형을 생성 및 전송함으로써 초음파 장을 생성 및 전송하기 위한 예시적 프로세스(200)의 플로차트인 도 2를 참조하여 이하에서 더 설명된다. 프로세스(200)는 임의의 적절한 단일 기판 초음파 디바이스(예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 초음파 디바이스(100))에 의해 수행될 수 있다.
프로세스(200)는 202에서 시작하고, 그 곳에서 파형 생성기에 의해 파형이 생성된다. 파형 생성기는 임의의 적절한 유형의 파형 생성기일 수 있고 도 1을 참조하여 설명된 파형 생성기(102) 등의 단일 기판 초음파 디바이스의 기판과 통합될 수 있다. 생성된 파형은 임의의 적절한 유형(예를 들어, 하나 이상의 임펄스를 포함하는 파형, 연속파, 처프, 코딩된 여기 등)일 수 있다. 일부 실시예에서, 파형은 프로세스(200)의 일부로서 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 파형은 (파형 생성기 또는 기타 임의의 적절한 회로에 의한) 프로세스(200)의 202의 수행 이전에 생성되어 프로세스(200)의 스테이지 202의 일부로서 로딩(또는 기타의 방식으로 액세스)될 수도 있다.
그 다음, 프로세스(200)는 204로 진행하고, 그 곳에서, 202에서 획득된 파형은 인코딩 회로에 의해 인코딩되어 인코딩된 파형을 획득한다. 인코딩 회로는 임의의 적절한 유형일 수 있고 도 1을 참조하여 설명된 인코딩 회로(103) 등의 단일 기판 초음파 디바이스의 기판과 통합될 수 있다. 파형은 임의의 적절한 인코딩 기술(예를 들어, 압축 기술, 손실 인코딩 기술, 무손실 인코딩 기술, 여기서 설명된 인코딩 기술들 중 임의의 것 등)을 이용하여 인코딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 인코딩된 파형은 202에서 획득된 파형보다 적은 수의 비트들로 구성될 수 있다.
인코딩된 파형이 204에서 획득된 이후에, 프로세스(200)는 206으로 진행하고, 그 곳에서, 인코딩된 파형의 하나 이상의 시간-지연된 버전 또는 사례들이 획득될 수 있다. 임의의 적절한 개수의 시간-지연된 버전의 인코딩된 파형이 획득될 수 있다. 일부 실시예에서, 인코딩된 파형의 시간-지연된 버전은 단일 기판 디바이스와 통합된 복수의 초음파 전송 유닛들 각각에 대해 획득될 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 인코딩된 파형의 시간-지연된 버전은, 초음파 디바이스의 기판 상에 형성된 초음파 회로 모듈 내의 초음파 전송 유닛들의 일부 또는 전부의 각각에 대해 획득될 수 있다. 또 다른 비제한적 예로서, 인코딩된 파형의 시간-지연된 버전은, 초음파 디바이스의 기판 상에 형성된 복수의 초음파 회로 모듈 내의 초음파 전송 유닛들의 일부 또는 전부의 각각에 대해 획득될 수 있다.
일부 실시예에서, 인코딩된 파형의 시간-지연된 사례(들)은, 단일 기판 초음파 디바이스의 기판 상에 통합된 지연 메시 회로를 이용하여 획득될 수 있다. 예를 들어, (도 1을 참조하여 설명된) 지연 메시 회로(105)는 프로세스(200)의 스테이지 206을 수행하는데 이용될 수 있다. 지연 메시 회로는 복수의 지연 메시 유닛을 포함할 수 있고 적어도 부분적으로 지연 메시 유닛들간에 인코딩된 파형을 전파시킴으로써 인코딩된 파형의 시간-지연된 버전(들)을 생성하도록 구성될 수 있다. 지연 메시 유닛들 각각은 자신을 통과하는 파형을 구성가능한 양만큼 지연시키도록 구성될 수 있다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 지연 메시의 동작은, 지연 메시 네트워크 내의 지연 메시 유닛들이 서로 통신하는 방식과 각각의 지연 메시 유닛이 그 유닛을 통과하는 신호를 지연시키도록 동작하는 방식을 제어하는 하나 또는 복수의 파라미터에 의해 제어될 수 있다.
인코딩된 파형의 시간-지연된 버전(들)이 206에서 획득된 후에, 프로세스(200)는 208로 진행하고, 그 곳에서 인코딩된 파형의 시간-지연된 버전(들)이 디코딩 회로에 의해 디코딩되어 하나 이상의 디코딩된 파형을 획득한다. 디코딩 회로는 임의의 적절한 유형일 수 있고 도 1을 참조하여 설명된 디코딩 회로(109) 등의 단일 기판 초음파 디바이스의 기판과 통합될 수 있다. 디코딩은 임의의 적절한 디코딩 기술을 이용하여 수행될 수 있다(그 예가 여기서 설명된다). 일부 실시예에서, 디코딩된 파형은 디코딩된 파형을 획득하기 위해 이용된 인코딩된 파형의 시간-지연된 버전보다 많은 수의 비트로 구성될 수 있다.
디코딩된 파형(들)이 208에서 획득된 후에, 프로세스(200)는 210으로 진행하고, 그 곳에서, 디코딩된 파형은 하나 이상의 초음파 요소(도 1을 참조하여 설명된 초음파 요소(111))를 구동하여 초음파 신호를 생성하는데 이용된다. 디코딩된 파형들의 적어도 일부(예를 들어, 전부)는 복수의 초음파 요소를 병렬로 구동하여 원하는 초음파를 생성할 수 있다. 이런 방식으로 생성될 수 있는 초음파의 예가 위에서 설명되었다.
프로세스(200)는 예시이고 그 변형들이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 프로세스(200)는 각각 204 및 208에서의 인코딩 및 디코딩을 수행하지 않고 수행될 수도 있다. 이러한 실시예에서, 생성된 파형은 202에서 생성될 것이고, 206에서, 생성된 파형의 하나 이상의 시간-지연된 버전이 획득될 것이다. 차례로, 생성된 파형의 시간-지연된 버전(들)은 210에서의 전송을 위해 초음파 트랜스듀서(들)에 제공될 것이다.
프로세스(200)는 복수의 이러한 모듈을 포함하는 초음파 디바이스의 하나 또는 복수의 초음파 회로 모듈들 각각에 의해 수행될 수도 있다는 것을 역시 이해해야 한다. 복수의 초음파 회로 모듈을 포함하는 단일 기판 초음파 디바이스의 한 실시예가 도 3에 도시되어 있다.
도 3은 복수의 초음파 회로 모듈(304)이 형성되어 있는 초음파 디바이스의 기판(302)(예를 들어, 반도체 기판)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 초음파 회로 모듈(304)은 복수의 초음파 요소(306)를 포함할 수 있다. 초음파 요소(306)는 복수의 초음파 트랜스듀서(308)를 포함할 수 있다.
예시된 실시예에서, 기판(302)은 72개의 행과 2개의 열을 갖는 어레이로서 배열된 144개의 모듈을 포함한다. 그러나, 단일 기판 초음파 디바이스의 기판은 임의의 적절한 개수의 행과 열을 갖는 모듈들의 2차원 배열로서 또는 기타 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있는 임의의 적절한 개수의 초음파 회로 모듈(예를 들어, 적어도 2개의 모듈, 적어도 10개의 모듈, 적어도 100개의 모듈, 적어도 1000개의 모듈, 적어도 5000개의 모듈, 적어도 10000개의 모듈, 적어도 25000개의 모듈, 적어도 50000개의 모듈, 적어도 100000개의 모듈, 적어도 250000개의 모듈, 적어도 500000개의 모듈, 2개 내지 백만개의 모듈 등)을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예시된 실시예에서, 각각의 모듈은 2개의 행과 32개의 열을 갖는 어레이로서 배열된 64개의 초음파 요소들을 포함한다. 그러나, 초음파 회로 모듈은, 임의의 적절한 개수의 행과 열을 갖는 초음파 요소들의 2차원 어레이로서 또는 기타 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있는 임의의 적절한 개수의 초음파 요소(예를 들어, 하나의 초음파 요소, 적어도 2개의 초음파 요소, 적어도 4개의 초음파 요소, 적어도 8개의 초음파 요소, 적어도 16개의 초음파 요소, 적어도 32개의 초음파 요소, 적어도 64개의 초음파 요소, 적어도 128개의 초음파 요소, 적어도 256개의 초음파 요소, 적어도 512개의 초음파 요소, 2개 내지 1024개의 초음파 요소, 적어도 2500개의 요소, 적어도 5000개의 요소, 적어도 10000개의 요소, 적어도 20000개의 요소, 1000개 내지 20000개의 요소 등)를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예시된 실시예에서, 각각의 초음파 요소는 4개의 행과 4개의 열을 갖는 2차원 어레이로서 배열된 16개의 초음파 트랜스듀서들을 포함한다. 그러나, 초음파 요소는 임의의 적절한 개수의 행과 열을 갖는 2차원 어레이(정사각형 또는 직사각형)로서 또는 기타 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있는 임의의 적절한 개수의 초음파 트랜스듀서(예를 들어, 하나의, 적어도 2개의, 적어도 4개의, 적어도 16개의, 적어도 25개의, 적어도 36개의, 적어도 49개의, 적어도 64개의, 적어도 81개의, 적어도 100개의, 1개와 200개 사이의 등)를 포함할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
전술된 컴포넌트들(예를 들어, 초음파 전송 유닛, 초음파 요소, 초음파 트랜스듀서) 중 임의의 것은 1차원 배열로서, 2차원 배열로서, 또는 기타 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
앞서 설명된 바와 같이, 초음파 회로 모듈은 하나 이상의 초음파 요소에 추가하여 회로를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 초음파 회로 모듈은 하나 이상의 파형 생성기(예를 들어, 2개의 파형 생성기, 4개의 파형 생성기 등), 인코딩 회로(예를 들어, 인코딩 회로(103)), 지연 메시 회로(예를 들어, 지연 메시 회로(105)), 및/또는 디코딩 회로(예를 들어, 하나 이상의 디코딩 회로를 포함하는 디코딩 회로(109))를 포함할 수 있다. 초음파 회로 모듈의 일부일 수 있는 이들 회로의 예는 예시이고 제한적인 것이 아니며, 초음파 회로는 추가로 또는 대안으로서 기타 임의의 적절한 회로를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 단일 기판 초음파 디바이스는, 기판과 통합되고 초음파 회로 모듈들을 서로 접속하여 초음파 회로 모듈들간에 데이터가 흐르게끔 허용하도록 구성되는 모듈 상호접속 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스 모듈 상호접속 회로는 인접한 초음파 회로 모듈들간의 접속을 제공할 수 있다. 이런 방식으로, 초음파 회로 모듈은, 디바이스 상의 하나 이상의 다른 초음파 회로 모듈들에 데이터를 제공하거나 및/또는 이로부터 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다.
초음파 회로 모듈들이 서로 통신하도록 구성되는 실시예에서, 하나의 초음파 회로 모듈 내의 파형 생성기에 의해 생성된(및 선택사항으로서 인코딩된) 파형의 시간-지연된 버전은 하나 이상의 다른 초음파 회로 모듈 내의 하나 이상의 초음파 요소에 의해 전파되고 (인코딩이 수행되었다면 디코딩된 후에) 전송될 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 초음파 장은 기판의 중심 부근에 배치된 단일의 파형 생성기를 이용하여 모든 초음파 회로 모듈들을 통해 바깥으로 생성된 파형을 전파시킴으로써 생성될 수 있다. 제1 초음파 회로 모듈에서 발생하는 신호의 제2 회로 모듈로의 전파는, 적어도 부분적으로, 제1 초음파 회로 모듈의 지연 메시, 제2 회로 모듈의 지연 메시, 및 제1 및 제2 초음파 회로 모듈과는 별개의 임의의 초음파 회로 모듈들의 지연 메시(들)를 통해 신호를 전파시킴으로써 수행될 수 있다. 따라서, 모듈 상호접속 회로는 상이한 초음파 회로 모듈들의 지연 메시들을 접속하는 회로를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
지연 메시 회로(예를 들어, 도 1의 지연 메시 유닛(105))의 양태들은, 복수의 지연 메시 유닛(404)을 포함하는 지연 메시 회로(403)를 나타내는 도 4를 참조하여 더 이해될 수 있을 것이다. 지연 메시 회로(403)는, 입력 회로(402)로부터 입력 신호를 수신하고 초음파 전송 유닛(406)에 출력 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 각각의 지연 메시 유닛(404)의 입력은, 지연 메시 유닛(404)에 하나 이상의 입력 신호를 제공하도록 구성되는 입력 신호 회로(402)의 출력에 결합된다. 각각의 지연 메시 유닛(404)의 출력은 대응하는 초음파 전송 유닛(406)의 입력에 결합된다. 따라서, 지연 메시 회로(403) 내의 지연 메시 유닛(404)은, 입력 신호 회로(402)로부터 입력 신호를 수신하고, 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전들을 생성하며, 생성된 입력 신호의 시간-지연된 버전들을 초음파 전송 유닛(406)에 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 입력 신호 회로(402)는, 인코딩된 신호를 입력 신호로서 지연 메시 회로(403)에 제공하도록 구성되는 인코딩 회로(예를 들어, 도 1의 인코딩 회로(103))를 포함한다. 인코딩 회로는, 입력 신호로서, 하나 또는 복수의 파형 생성기(예를 들어, 도 1의 파형 생성기(102))에 의해 생성된 하나 이상의 파형을 인코딩함으로써 획득된 하나 이상의 인코딩된 파형을 지연 메시 유닛(404)에 제공할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 입력 신호 회로(402)는 파형을 생성하고 이들을 입력 신호로서 지연 메시 유닛(404)에 제공하도록 구성되는 하나 또는 복수의 파형 생성기(예를 들어, 하나의 파형 생성기, 2개의 파형 생성기, 3개의 파형 생성기 등)를 포함할 수 있다.
지연 메시 회로(403)는 임의의 적절한 개수의 초음파 전송 유닛(406)(예를 들어, 적어도 하나의 유닛, 적어도 2개의 유닛, 적어도 4개의 유닛, 적어도 8개의 유닛, 적어도 16개의 유닛, 적어도 32개의 유닛, 적어도 64개의 유닛, 적어도 128개의 유닛, 적어도 256개의 유닛, 단일 초음파 회로 모듈 내의 초음파 전송 유닛들의 일부 또는 전부, 복수의 초음파 회로 모듈 내의 초음파 전송 유닛들의 일부 또는 전부)에 결합될 수 있다.
예시된 실시예에서, 각각의 지연 메시 유닛(404)의 출력은 단일 대응하는 초음파 전송 유닛(406)의 입력에 결합된다. 그러나, 일부 실시예에서, 하나 또는 복수의 지연 메시 유닛(404)은 복수의 초음파 전송 유닛(406)에 출력 신호를 제공하도록 구성될 수 있고, 여기서 설명되는 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다. 이것은 도 5b를 참조하여 더 논의된다.
지연 메시 회로(403)는 상호접속된 지연 메시 유닛(404)들의 네트워크를 포함한다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 각각의 지연 메시 유닛(404)은 하나 이상의 소스(예를 들어, 하나 이상의 다른 지연 메시 유닛 및/또는 입력 신호 회로(402))로부터 하나 이상의 입력 신호를 수신하고, 하나 이상의 제어 신호를 수신하며, 적어도 부분적으로 제어 신호에 기초하여 입력 신호(들)에 관한 하나 이상의 동작을 수행하여 하나 이상의 출력 신호를 생성하고, 출력 신호들을 하나 이상의 복수의 목적지(예를 들어, 하나 이상의 다른 지연 메시 유닛(404) 및/또는 하나 이상의 초음파 전송 유닛(406))에 제공하도록 구성될 수 있다.
지연 메시 회로(403)는 임의의 적절한 개수의 지연 메시 유닛을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로(403)는, 적어도, 지연 메시 회로(403)가 결합되어 있는 초음파 전송 유닛의 개수만큼의 지연 메시 유닛을 포함할 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 지연 메시 회로(403)는, 지연 메시 회로(403)가 결합되어 있는 초음파 전송 유닛의 개수와 동일한 개수의 지연 메시 유닛을 포함할 수 있다. 또 다른 비제한적 예로서, 지연 메시 회로(403)는, 지연 메시 회로(403)가 결합되어 있는 초음파 전송 유닛의 개수의 적어도 2배(또는 3배, 또는 4배, 또는 5배 등)의 지연 메시 유닛들을 포함할 수 있다.
지연 메시 유닛은, 입력 신호를 하나 이상의 목적지에 출력하기 전에 지연시키는 것, 입력 신호의 일부를 출력 신호로서 하나 이상의 목적지에 제공하는 것, 및 입력 신호에 관해 임의의 적절한 비트-레벨 산술 및/또는 논리 연산을 수행하는 것 중 임의의 하나 이상을 포함한 그러나 이것으로 제한되지 않는 입력 신호에 관한 수많은 유형의 동작들 중 임의의 동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
지연 메시 유닛은 입력 신호의 상이한 버전들을 상이한 목적지들에 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 지연 메시 유닛은, 입력 신호를 제1 양만큼 지연시켜 결과의 지연된 신호를 하나 이상의 지연 메시 유닛에 제공하고, 입력 신호를 제2 양만큼 지연시켜 결과의 지연된 신호를 하나 이상의 초음파 전송 유닛에 제공하도록 구성될 수 있다.
지연 메시 유닛(404)은 서로 통신하도록(예를 들어, 입력을 수신하거나 및/또는 출력을 제공하도록) 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 메시 유닛은 지연 메시 회로 내의 하나 이상의 인접 지연 메시 유닛과 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 지연 메시 유닛은 그 좌측 및 우측 이웃과 통신하도록 구성된다. 또 다른 예로서, 지연 메시 유닛이 2차원 격자로서 배열된다면, 지연 메시 유닛은 그 좌측, 우측, 상부, 및 하부 이웃 중 하나 이상과 통신하도록 구성될 수 있다. 그러나, 지연 메시 유닛은 그 이웃 지연 메시 유닛과 통신하는 것으로 제한되지 않고, 추가로 또는 대안으로서, 지연 메시 회로 내의 기타 임의의 지연 메시 유닛(예를 들어, 대각 이웃, 이웃의 이웃, 이웃을 넘어선 지연 메시 유닛, 동일한 행의 지연 메시 유닛, 동일한 열 내의 지연 메시 유닛)과 통신하도록 구성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
지연 메시 회로는, 하나 이상의 지연 메시 회로 제어 신호에 응답하여 지연 메시 입력 신호의 원하는 세트의 시간-지연된 버전을 생성하도록 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는, 상이한 지연 메시 회로 제어 신호들에 응답하여 동일한 지연 메시 입력 신호의 상이한 세트의 시간-지연된 버전을 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는 지연 메시 입력 신호의 지연된 버전을 생성하기 위해 가변 정밀도(예를 들어, 원하는 기간 내에서, 원하는 수의 클록 사이클 내로, 지정된 위상의 입력 파형 내로 등)로 제어될 수 있다.
지연 메시 회로 제어 신호는, 지연 메시 내의 개개의 지연 메시 유닛을 제어하기 위한 하나 이상의 지연 메시 유닛 제어 신호를 포함할 수 있다. 지연 메시 유닛 제어 신호는 지연 메시 유닛이 어떻게 동작할지에 대한 다양한 양태를 제어할 수 있다. 도 5a는 (임의의 지연 메시 회로의 외부에 도시된) 지연 메시 유닛(500)에 인가되는 지연 메시 유닛 제어 신호의 부분들을 나타낸다.
일부 실시예에서, 지연 메시 유닛 제어 신호는 어느 소스로부터 지연 메시 유닛이 입력 신호를 수신할 것인지를 명시할 수 있다. 예를 들어, 지연 메시 유닛에 대한 지연 메시 유닛 제어 신호는, 또 다른 지연 메시 유닛을, 지연 메시 유닛이 입력 신호를 수신하기 위한 소스로서 명시하거나, 지연 메시 입력 회로(예를 들어, 파형 생성기, 파형 생성기의 출력을 인코딩하는 인코더 등)를 지연 메시 유닛이 입력 신호를 수신하기 위한 소스로서 선택할 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 지연 메시 유닛 제어 신호는 지연 메시 유닛(500)이 입력 신호를 수신하는 소스의 선택을 제어하기 위한 부분(502a)을 포함한다. 도 5a의 실시예에서, 부분(502a)은 (예를 들어, 멀티플렉서를 제어함으로써) 4개의 이웃 지연 메시 유닛들과 파형 생성기 중에서의 소스의 선택을 제어한다. 다른 실시예에서, 부분(502a)은 임의의 적절한 개수의 지연 메시 유닛들(이웃 또는 비이웃) 및/또는 임의의 적절한 개수의 파형 생성기들로부터 소스의 선택을 제어할 수 있고, 여기서 설명되는 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다.
지연 메시 유닛은, (예를 들어, 또 다른 지연 메시 유닛으로부터, 파형 생성기 등으로부터) 지연 메시 유닛에 의해 수신된 하나 이상의 입력 신호를 저장하도록 구성되는 (예를 들어, 쉬프트 레지스터, 어드레싱가능한 메모리로서, 및/또는 기타 임의의 적절한 방식으로 구현된) 버퍼를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 지연 메시 유닛 제어 신호는 입력 신호가 기입될 버퍼 내의 위치(들)을 명시할 수 있다. 도5a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 지연 메시 유닛 제어 신호는, 입력 신호가 기입될 버퍼 내의 장소(들)을 명시하기 위한 ("기입 선택"이라 명명된) 부분(502c)을 포함한다. 하나의 비제한적 예로서, 버퍼가 쉬프트 레지스터로서 구현되는 실시예에서, 부분(502c)은 입력 신호가 기입될 쉬프트 레지스터 내의 위치를 명시할 수 있다. 또 다른 비제한적 예로서, 버퍼가 어드레싱가능한 메모리로서 구현되는 실시예에서, 부분(502c)은 입력 신호가 버퍼에 계속적으로 기입될 초기 위치를 명시하거나 부분(502c)은 입력 신호를 기입할 한 세트의 위치를 명시할 수 있다.
일부 실시예에서, 지연 메시 유닛 제어 신호는 출력될 신호가 판독될 버퍼 내의 위치(들)을 명시할 수 있다. 도5a에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 지연 메시 유닛 제어 신호는, 입력 신호가 판독될 버퍼 내의 장소(들)을 명시하기 위한 ("판독 선택"이라 명명된) 부분(502b)을 포함한다. 하나의 비제한적 예로서, 버퍼가 쉬프트 레지스터로서 구현되는 실시예에서, 부분(502b)은 출력 신호가 판독될 쉬프트 레지스터 내의 위치를 명시할 수 있다. 또 다른 비제한적 예로서, 버퍼가 어드레싱가능한 메모리로서 구현되는 실시예에서, 부분(502b)은 입력 신호가 버퍼로부터 계속적으로 판독될 초기 위치를 명시하거나 부분(502b)은 출력 신호를 판독할 한 세트의 위치를 명시할 수 있다.
상기로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 입력 신호를 기입할 지연 메시 유닛의 버퍼 내의 위치(들) 및 버퍼로부터 출력 신호를 판독할 위치를 제어하는 것은 지연 메시 유닛 내에 들어오는 신호를 목적지(예를 들어, 또 다른 지연 메시 유닛 및/또는 초음파 전송 유닛)에 출력하기 이전에 지연시킬 시간량(예를 들어, 클록 샘플수)을 명시하는 것을 허용한다. 이런 방식으로, 지연 메시 회로 내의 각각의 지연 메시 유닛은 명시된 양만큼 각각의 입력 신호를 지연시키도록 제어될 수 있다. 상이한 지연 메시 유닛들은 상이한 양만큼 각각의 인입하는 입력 신호들을 지연시키도록 제어될 수 있고, 여기서 제공된 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
추가로, 지연 메시 유닛 제어 신호는 지연 메시 유닛을 리셋하는 리셋 신호(예를 들어, 도 5a의 "RST"라 명명된 부분(502d)), 클록 신호(예를 들어, 도 5a의 "CLK"라 명명된 부분(502e)), 초음파 전송 유닛에 출력되는 파형을 반전시킬지의 여부를 나타내는 신호(예를 들어, 도 5a의 "반전"이라 명명된 부분(502f)을 참조), 지연 메시 유닛을 인에이블 또는 디스에이블할지를 나타내는 신호(예를 들어, 도 5a의 "유닛 인에이블"이라 명명된 부분(502f)을 참조), 대응하는 초음파 전송 유닛 또는 하나 이상의 다른 지연 메시 유닛 내의 펄스 등의 하나 이상의 출력 목적지로의 출력을 인에이블 또는 디스에이블할지를 나타내는 신호(예를 들어 도 5a의 "출력 인에이블"이라 명명된 부분(502h))를 포함할 수 있다. 유닛 인에이블 및 출력 인에이블 신호는 지연 메시 유닛을 전력차단하거나 버퍼로서의 그 이용을 인에이블하지만 대응하는 초음파 전송 유닛(들) 등의 하나 이상의 출력 목적지로의 출력을 억제하는데 이용될 수 있다.
도 5b는 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 예시적 지연 메시 유닛(550)의 아키텍처를 제공한다. 지연 메시 유닛(550)은 임의의 적절한 지연 메시 유닛일 수 있고, 예를 들어, 도 4를 참조하여 설명된 지연 메시 유닛(404)들 중 하나일 수도 있다. 지연 메시 유닛(550)은 하나 이상의 지연 메시 유닛 제어 신호에 의해 제어될 수 있다. 도시된 바와 같이, 지연 메시 유닛(550)은 지연 메시 제어 신호(556)에 의해 제어된다. 지연 메시 제어 신호(556)는, 이하에서 더 상세히 설명되는 부분들(576a, 576b, 576c), 및 앞서 설명된 클록 및 리셋 신호를 포함하는 부분(576d)를 포함한다. 지연 메시 유닛 제어 신호(556)는, 지연 메시 유닛(550)이 통합되는 단일 기판 디바이스와 통합된 하나 이상의 "온 칩" 컴포넌트에 의해, 단일 기판 초음파 디바이스에 결합된 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스(들) 등의 하나 이상의 "오프 칩" 컴포넌트, 또는 하나 이상의 온 칩 및 하나 이상의 오프 칩 컴포넌트에 의해 제공될 수 있다.
지연 메시 유닛(550)은 지연 메시 유닛(550)이 입력을 수신하는 소스를 선택하기 위해 ("방향 선택"이라 명명된) 지연 메시 제어 신호 부분(576a)에 의해 제어되는 입력 와이어(566)를 포함한다. 일부 실시예에서, 입력 와이어(566)는 입력 소스를 선택하기 위해 부분(576a)에 의해 제어되는 적어도 하나의 멀티플렉서를 포함한다. 도시된 바와 같이, 지연 메시 유닛(550)은 이웃 지연 메시 유닛(552)들 중 하나로부터 또는 (파형 생성기(들)(554)로서 도시된) 하나 이상의 파형 생성기나 (도시되지 않은) 인코딩 회로로부터 등의 다른 입력 회로로부터 입력 신호를 수신하도록 제어될 수 있다. 지연 메시 유닛은 하나 이상의 이웃 지연 메시 유닛(예를 들어, 좌측, 우측, 위 및 아래 지연 메시 유닛)만으로부터 입력을 수신하는 것으로 제한되지 않고, 예를 들어, 단일 기판 초음파 디바이스 내의 지연 메시 회로의 기타 임의의 지연 메시 유닛 부분으로부터 입력을 수신하도록 구성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 지연 메시 유닛들이 2차원 격자로 배열되는 실시예에서, 지연 메시 유닛은 지연 메시 유닛에 대해 대각선에 위치한 또 다른 지연 메시 유닛으로부터 입력을 수신하도록 구성될 수 있다.
지연 메시 유닛(550)은, 적어도 부분적으로, 입력 와이어(566)를 통해 지연 메시 유닛(550)에 의해 수신된 입력 신호를 저장하기 위한 지연 유닛(565)을 더 포함한다. 지연 유닛(565)이 아니라 지연 메시 유닛(550) 내의 회로는 "메시 연결(mesh linkage)"이라 부를 수 있다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 메시 연결은, 입력 와이어(566), 출력 와이어(574), 및 출력 와이어(575)를 포함한다.
지연 유닛(565)은, 버퍼(570), 지연 메시 유닛(550)에 의해 수신된 입력 신호가 기입될 버퍼(570) 내의 위치(들)을 ("기입 선택" 지연 메시 유닛 제어 신호 부분(576b)에 응답하여) 제어하도록 구성되는 기입 선택 회로(568), 및 출력 신호로서 하나 이상의 출력 목적지에 제공될 신호를 판독하기 위한 버퍼(570) 내의 위치(들)을 ("판독 선택" 부분(576c)에 응답하여)을 제어하도록 구성되는 판독 선택 회로(572)를 포함한다. 지연 유닛(565)은 지연 유닛의 한 실시예이고 지연 유닛은 기타 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있으며, 여기서 설명되는 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
일부 실시예에서, 버퍼(570)는 쉬프트 레지스터로서 구현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기입 선택 회로(568)와 판독 선택 회로(572) 각각은 입력 신호를 기입하거나 출력 신호를 판독할 버퍼(570) 내의 위치(들)을 선택하도록 각각 구성된 하나 이상의 멀티플렉서를 이용하여 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 버퍼(570)는 어드레싱가능한 메모리로서 구현될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기입 선택 회로(568)와 판독 선택 회로(572) 각각은 입력 신호를 기입하거나 출력 신호를 판독할 버퍼(570) 내의 위치(들)을 선택하기 위해 하나 이상의 포인터를 이용하도록 구성될 수 있다. 포인터는 임의의 적절한 방식으로 증가될 수 있고, 여기서 설명되는 기술의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다. 버퍼(570)는 쉬프트 레지스터 또는 어드레싱가능한 메모리로서 구현되는 것으로 제한되지 않고 기타 임의의 적절한 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
버퍼(570)가 구현되는 방식에 관계없이, 버퍼(570)는 임의의 적절한 크기의 입력 신호를 저장하도록 구성될 수 있다. 하나의 비제한적 예로서, 버퍼(570)는 10개 미만의 값, 20개 미만의 값, 미만의 값, 50개 미만의 값, 100개 미만의 값, 10-100개의 값, 50 내지 500개의 값, 100 내지 1000개의 값, 500 내지 1000개의 값 또는 기타 임의의 적절한 개수의 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 차례로, 각각의 값은 임의의 적절한 개수의 비트(예를 들어, 1 비트, 2 비트, 4 비트, 8 비트, 16 비트, 32 비트, 64 비트, 128 비트, 256 비트 등)로 구성될 수 있다.
지연 메시 유닛(550)으로부터의 출력 신호는 하나 이상의 출력 목적지에 제공될 수 있다.
도시된 바와 같이, 지연 메시 유닛(550)은 버퍼(570)로부터의 출력 신호를 (지연 메시 유닛(552)과 동일하거나 상이할 수 있는) 하나 이상의 지연 메시 유닛(558)에 제공하도록 구성되는 출력 와이어(574)를 포함한다. 출력 와이어(574)는 출력 신호를 임의의 적절한 개수의 지연 메시 유닛(예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5 등)에 제공할 수 있게 하는 임의의 적절한 개수의 와이어를 포함할 수 있다.
추가로, 지연 메시 유닛(550)은 버퍼(570)로부터의 출력 신호를 하나 이상의 초음파 전송 유닛(560)에 제공하도록 구성될 수 있다. 초음파 전송 유닛은 임의의 적절한 초음파 전송 유닛일 수 있고, 예를 들어, 도 4를 참조하여 설명된 초음파 전송 유닛(406)들 중 하나일 수도 있다. 예시된 실시예에서, 지연 메시 유닛(550)은, 버퍼(570)로부터의 출력 신호를, 와이어(575)를 통해, 출력 신호를 제공할 초음파 전송 유닛(560)들 중 하나를 선택하도록 제어될 수 있는, 멀티플렉서(559)에 제공하도록 구성된다. 멀티플렉서(559)는 임의의 적절한 유형일 수 있고, 출력 신호를 제공할 (임의의 적절한 개수의) 초음파 전송 유닛(560)들 중 임의의 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 멀티플렉서(559)는 2개 또는 3개 또는 4개 또는 5개의 초음파 전송 유닛(560) 중 임의의 하나를 선택하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 지연 메시 회로는 (멀티플렉서(559)의 점선으로 표시된 바와 같이) 멀티플렉서(559)를 포함하지 않고 지연 메시 유닛(550)은 버퍼(570)로부터의 출력 신호를 와이어(575)를 통해 초음파 전송 유닛(560)에 직접 제공하도록 구성될 수 있다.
지연 메시 유닛(550)은 상이한 출력 신호들을 지연 메시 유닛(들)(558) 및 초음파 전송 유닛(들)(560)에 제공할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 지연 메시 유닛(550)은 입력 신호를 제1 양만큼 지연시킴으로써 획득된 출력 신호를 지연 메시 유닛(들)(558)에 제공하고 입력 신호를 제1 양과는 상이한 제2 양만큼 지연시킴으로써 획득된 상이한 출력 신호를 초음파 전송 유닛(들)(560)에 제공할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 지연 메시 유닛은 동일한 출력 신호를 모든 출력 목적지에 출력(예를 들어, 동일한 출력 신호를 지연 메시 유닛(들)(558) 및 초음파 전송 유닛(들)(560)에 제공)할 수 있고, 여기서 제공된 본 개시내용의 양태는 이 점에서 제한되지 않는다.
전술된 바와 같이, 지연 메시 회로는, 지연 메시 회로 내의 복수의 지연 메시 유닛들 통해 입력 신호(예를 들어, 파형 생성기로부터 출력된 파형)를 전파시킴으로써 입력 신호를 지연시키도록 구성될 수 있다. 각각의 지연 메시 유닛은 소정 버전의 입력 신호를 명시된 양만큼 지연시키도록 구성될 수 있다. 이것이, 지연 메시 유닛(602)들을 포함하는 예시적 지연 메시 회로(600)를 도시하는 도 6에 더 예시되어 있다(도 6의 각각의 행은 단일의 지연 메시 유닛에 대응한다). 각각의 지연 메시 유닛(602)은 각각의 초음파 전송 유닛(604)에 출력 신호를 제공하도록 구성된다. 각각의 지연 메시 유닛(602)은 쉬프트 레지스터와 멀티플렉서들의 시퀀스로서 구현된 버퍼를 포함한다. 제1 지연 메시 유닛을 떠나 제2 지연 메시 유닛으로 들어가는 각각의 점선 화살표는, 신호가 판독되고 있는 제1 지연 메시 유닛의 버퍼 내의 위치와 제1 지연 메시 유닛으로부터 판독된 신호가 기입되고 있는 제2 지연 메시 유닛의 버퍼 내의 위치를 나타낸다. 전술된 바와 같이, 판독 및 기입 위치는, 지연 메시 유닛 제어 신호를 이용함으로써 명시될 수 있다 ― 도 6에 도시된 화살표는 도 6에 도시된 지연 메시 유닛(602)에 대한 판독 및 기입 위치를 명시하는 한 세트의 지연 메시 유닛 제어 신호의 표현을 제공한다. 즉, 도 6은, 지연 메시 유닛(602)의 판독 및 기입 위치가 한 세트의 지연 메시 유닛 제어 신호에 의해 명시되는 메시 연결을 나타낸다.
이들 지연 메시 제어 신호들의 순 결과는 도 6에 나타낸 입력 신호의 지연으로 이어진다. 도시된 바와 같이, 지연 메시 회로(600)에 입력되는 신호의 버전은 상부 지연 메시 유닛(602)을 따라 전파하고 상부 지연 메시 유닛의 출력으로 전파할 때까지 6개의 시간 단위만큼 지연된다(단일 시간 단위는, 예를 들어, 하나 또는 복수의 클록 사이클에 대응한다). 지연 메시 회로(600)를 통해 (예를 들어, 상부 지연 메시 유닛에서 시작하여 제2 내지 제5 지연 메시 유닛들 중 하나 이상을 통해) 전파하고 제2 내지 제5 지연 메시 유닛들 중 임의의 유닛으로부터 출력되는 지연 메시 입력 신호의 버전들은 7개의 시간 단위만큼 지연된다. 지연 메시 회로(600)를 통해 (예를 들어, 상부 지연 메시 유닛에서 시작하여 후속해서 제2 내지 제8 지연 메시 유닛들 중 하나 이상을 따라) 전파하고 제6 내지 제8 지연 메시 유닛들 중 임의의 유닛으로부터 출력되는 지연 메시 입력 신호의 버전들은 8개의 시간 단위만큼 지연된다.
도 7, 도 8a, 8b, 8c 및 8d는 여기서 설명된 일부 실시예에 따른 단일 기판 초음파 디바이스의 회로의 일부일 수 있는 인코딩 및 디코딩 회로의 동작을 나타낸다. 전술된 바와 같이, 인코딩 회로는, 인코딩된 신호가 인코딩 대상의 입력 신호보다 적은 비트로 구성되도록 압축 인코딩을 구현하도록 구성될 수 있다. 차례로, 디코딩 회로는, 인코딩된 신호를 압축해제하여 인코딩 대상의 입력 신호와 동일한 수의(또는 더 많은 수의) 비트를 갖는 디코딩된 신호를 획득하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 인코딩 회로는 K-상태 신호(여기서 K는 2보다 크거나 같은 정수임)를 인코딩하여 인코딩된 L-상태 신호(여기서 L은 1보다 크거나 같은 임의의 정수이고 L은 K보다 작음)를 획득하도록 구성될 수 있다. 차례로, 디코딩 회로는 L-상태 신호를 디코딩하여 K-상태 인코딩된 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.
도 7에 나타낸 하나의 비제한적 예로서, 인코딩 회로(702)는 3-상태 신호(2비트를 이용하여 상태가 표현될 수 있는 신호)를 인코딩하여 2-상태 신호(즉, 1비트를 이용하여 상태가 표현될 수 있는 신호)를 획득하도록 구성될 수 있고 디코딩 회로(704)는 2-상태 신호를 디코딩하여 3-상태 신호를 획득하도록 구성될 수 있다. 이러한 인코딩/디코딩은 지연 메시 회로를 구현하는데 요구되는 메모리양을 감축시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 지연 메시 회로 내의 지연 메시 유닛은, 지연 메시 회로에 제공되는 입력 신호가 압축 인코딩을 이용하여 인코딩될 때 더 적은 버퍼를 이용하여 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 인코딩 회로(702)와 디코딩 회로(704)는, 도 8a 및 도 8b에 도시된 유한 상태 머신으로 나타낸 바와 같이 동작할 수 있다.
도 8a는 일부 실시예에서 인코딩 회로(702)의 동작을 나타내는 유한 상태 머신(FSM)(800)을 나타낸다. 도 8b는 일부 실시예에서 디코딩 회로(704)의 동작을 나타내는 FSM(810)을 나타낸다.
FSM(800)은 값들 +1, 0, 및 -1을 취하는 3진 파형을 인코딩하여 값들이 상태 천이를 표현하는 2진 파형을 획득하도록 구성된다. 즉, 각각의 위치에서 인코딩중인 파형은 +1, 0 또는 -1의 값을 취하고, 인코딩된 파형은 0 또는 1의 값을 취한다. 일부 실시예에서, 여기서 설명된 실시예에 따라 파형 생성기에 의해 생성된 파형은 연속된 천이를 포함하지 않을 수 있다(이것은 본질적으로 고주파 성분을 허용하지 않을 때 3진 파형의 대역폭에 관한 제약이다). 따라서, 일부 실시예에서, FSM(800)은, 인코딩된 파형의 길이의 감축(예를 들어, 200%)을 야기하는, 연속된 상태 천이가 디코딩시에 회복가능하지 않은 방식으로 파형을 인코딩함으로써 인코딩중인 파형의 대역 제한된 성질을 이용하도록 구성될 수 있다. 따라서, FSM(800)이 2개의 연속된 천이를 갖는 파형을 인코딩하는데 이용된다면, 이들 천이는 디코딩시에 회복불가능할 수 있다. 이런 의미에서, 인코딩/디코딩은 유손실이다. 예를 들어, 파형 '0 +1 0 -1 0 -1 0'이 FSM(800)에 의해 인코딩된 다음 FSM(810)에 의해 디코딩된다면, 디코딩된 파형은 '0 +1 +1 -1 -1 -1 -1'일 수 있다―원래의 파형은 회복되지 않을 것이다.
도시된 바와 같이, FSM(800)은 4개의 상태: "0", "00", "sgn" 상태, 및 "sgn*" 상태를 포함한다. "sgn" 상태는 그 값이 FSM(800)을 구현하는데 이용되는 비트의 값에 대응하고 0 또는 1의 값을 취한다. 'sgn' 비트의 값은 상태 천이들 중 2개를 따라 변한다는 점에 유의한다. "sgn*" 상태는 대응하는 파형 값 '+1' 및 '-1'을 나타낸다. 도면 내의 화살표들은 상태들간의 상태 천이를 나타낸다. 각각의 값 위의 숫자는 인코딩을 나타낸다. 심볼 "X"는 인코딩의 목적에 대해 중요하지 않은 값을 말한다.
FSM(810)은 FSM(800)에 의해 수행된 인코딩을 반전시키도록 구성된다. 즉, FSM(810)은 (파형 내의 각각의 위치에서) 값들 0과 1을 취하는 2진 파형을 (파형 내의 각각의 위치에서) +1, 0 및 -1의 값을 취하는 3진 파형으로 디코딩하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, FSM(810)은 3개의 상태: "0", "sgn" 상태, 및 "sgn*" 상태를 포함한다. FSM(800)의 경우에서와 같이, "sgn" 상태는 0 또는 1의 값을 취하고, "sgn*" 상태는 대응하는 파형 상태 '+1'과 '-1'를 나타내고, 심볼 "X"는 디코딩의 목적에 대해 중요하지 않은 값을 말한다.
일부 실시예에서, 인코딩 회로(702) 및 디코딩 회로(704)는 도 8c 및 도 8d에 도시된 유한 상태 머신으로 나타낸 바와 같이 동작할 수 있다. 도 8c는 일부 실시예에서 인코딩 회로(702)의 동작을 나타내는 유한 상태 머신(FSM)(820)을 나타낸다. 도 8c의 FSM(820)의 동작을 나타내는 천이표가 이하의 표 1에 도시되어 있다. 도 8d는 일부 실시예에서 디코딩 회로(704)의 동작을 나타내는 FSM(830)을 나타낸다. 도 8d의 FSM(830)의 동작을 나타내는 천이표가 이하의 표 2에 도시되어 있다.
도 8c의 FSM(820)은, 상태 "0"과 상태 "sgn*" 사이의 천이가 각각 (1,!sgn) 및 (1,sgn)으로부터 (1,1) 및 (1,0)로 변경되는 값들을 가진다는 점에 도 8a의 FSM(800)과는 상이하다. 도 8d의 FSM(830)은 동일한 방식으로 도 8b의 FSM(810)과 상이하다. 인코딩 회로(702)와 디코딩 회로(704)가 각각 FSM들(820 및 830)로 나타낸 바와 같이 동작할 때, 입력 파형에서의 한 비트(예를 들어, 입력 파형의 제2 비트)를 변경하는 것은 디코딩시에 파형이 반전되게 할 수 있다(예를 들어, 그 값들이 각각이 -1, 0, 또는 1을 취하는 3진 파형에서, 반전의 효과는, 각각의 -1이 +1이되고, 각각의 +1이 -1이 되는 것이다). 이러한 기능은, 인코딩/디코딩 회로를 포함하는 실시예에서, 초음파 전송 유닛 내의 디코딩 회로를 이용함으로써 파형을 반전시키는 효율적인 방식을 제공하고; 반전을 수행하기 위한 추가 회로가 요구되지 않기 때문에 유익할 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
본 명세서에서 설명된 기술의 양태는 하나 이상의 이점을 제공할 수 있고, 그 중 일부가 앞서 설명되었다. 이제 이러한 이점들의 일부 비제한적 예가 설명된다. 모든 양태들 및 실시예들이 지금 설명되는 모든 이점들을 제공하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 설명된 기술의 양태는 지금 설명되는 것들에 대한 추가 이점을 제공할 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
본 기술의 양태는, 의료 관련 초음파 장을 생성하는데 이용되는 초음파 트랜스듀서에 원하는 파형을 제공하기 위한 공간- 및 전력-효율적 회로를 포함하는 단일 기판 초음파 디바이스를 제공한다. 회로는 일부 실시예에서 완전히 디지털화될 수 있고, CMOS 기판 등의 단일 기판 상에 초음파 트랜스듀서들과 통합될 수 있다. 회로는 초음파 트랜스듀서보다 적은 수의 파형 생성기를 통합한 초음파 디바이스를 허용하는 지연 메시를 포함한다.
본 출원의 양태에 따르면, 장치가 제공되고, 이 장치는, 기판; 기판과 통합된 제1 초음파 전송 유닛; 및 기판과 통합되고, 제1 초음파 전송 유닛의 입력에 결합되며, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 시간-지연된 버전을 제1 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로를 포함한다. 개별적으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있는 이 양태의 다양한 실시예들이 이제 설명된다.
한 실시예에서, 장치는 파형 생성기를 더 포함하고, 일부 이러한 실시예에서, 파형 생성기는 기판과 통합된다.
한 실시예에서, 장치는 기판과 통합된 인코딩 회로를 더 포함한다. 인코딩 회로는, 파형 생성기에 의해 생성된 파형을 인코딩하여 지연 메시 회로 입력 신호를 생성하도록 구성된다. 일부 이러한 실시예에서, 파형 생성기는 인코딩 회로의 입력에 결합된 출력을 가지며, 인코딩 회로는 지연 메시 회로의 입력에 결합된 출력을 가진다. 일부 실시예에서, 인코딩 회로는 N-대-M 비트 인코더를 구현하도록 구성되고, 여기서, N과 M 각각은 양의 정수이며, 여기서, N은 M보다 크다. 일부 실시예에서, 인코딩 회로는 2-대-1 비트 인코더를 구현하도록 구성된다.
한 실시예에서, 지연 메시 회로는 프로그램가능하다.
한 실시예에서, 지연 메시 회로는, 지연 메시 유닛 제어 신호와 지연 메시 유닛 입력 신호를 수신하고, 지연 메시 유닛 입력 신호를 소정의 시간양만큼 지연시켜 지연 메시 유닛 출력 신호를 생성하도록 구성되는 제1 지연 메시 유닛을 포함하고, 시간양은 적어도 부분적으로 지연 메시 유닛 제어 신호에 기초하여 결정된다. 일부 이러한 실시예에서, 지연 메시 회로는 제1 지연 메시 유닛에 결합된 복수의 지연 메시 유닛을 더 포함하고, 복수의 지연 메시 유닛은 적어도 제2 지연 메시 유닛과 제3 지연 메시 유닛을 포함한다. 제1 지연 메시 유닛은 또한, 제2 지연 메시 유닛으로부터 지연 메시 유닛 입력 신호를 수신하고 지연 메시 유닛 출력 신호를 제3 지연 메시 유닛에 제공하도록 구성된다.
한 실시예에서, 제1 초음파 전송 유닛은, 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 적어도 하나의 초음파 요소를 포함한다. 일부 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 초음파 요소는 복수의 초음파 요소를 포함하고, 복수의 초음파 요소들 각각은, 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서, 일부 실시예에서는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 제1 초음파 전송 유닛은 지연 메시 회로 입력 신호의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 디코딩된 파형을 획득하도록 구성되는 디코딩 회로를 포함한다. 디코딩 회로는 M-대-N 비트 디코더를 구현하도록 구성되고, 여기서, N과 M 각각은 양의 정수이며, 여기서, M은 N보다 작다. 일부 실시예에서, 디코딩 회로는 1-대-2 비트 디코더를 구현하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서는 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 전송하도록 구성된다.
한 실시예에서, 파형 생성기는, 임펄스, 연속파, 코딩된 여기, 또는 처프 파형 중 하나 이상을 생성하도록 구성가능하다. 일부 실시예에서, 처프 파형은 선형 주파수 변조(LFM) 처프이다.
한 실시예에서, 기판은 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 기판이다.
한 실시예에서, 장치는 기판과 통합된 복수의 초음파 전송 유닛을 더 포함하고, 여기서, 지연 메시 회로는 복수의 초음파 전송 유닛들 각각의 입력에 결합된다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 각각의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛들 각각에 출력하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 복수의 초음파 전송 유닛은 복수의 디코딩 회로와 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 복수의 초음파 전송 유닛들 각각은 복수의 디코딩 회로들 중 적어도 하나와 복수의 초음파 트랜스듀서들 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 디코딩 회로는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 획득하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 복수의 초음파 트랜스듀서는, 적어도 부분적으로, 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 전송함으로써, 초음파 장을 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 복수의 초음파 트랜스듀서는, 복수의 디코딩된 파형 중 2개 이상에 대응하는 초음파 신호를 병렬로 전송함으로써, 초음파 장을 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 초음파 장은, 방위각 대칭, 고도 대칭, 원통 대칭, 구면 대칭을 갖는 장이거나, 또는 평면파 장이다.
본 출원의 양태에 따르면, 장치가 제공되고, 이 장치는, 기판, 기판과 통합된 복수의 파형 생성기, 기판과 통합된 복수의 초음파 전송 유닛, 및 기판과 통합된 지연 메시 회로를 포함한다. 지연 메시 회로는, 복수의 초음파 전송 유닛의 입력에 결합되고 복수의 파형 생성기에 의해 생성된 복수의 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호들의 복수의 시간-지연된 버전을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성된다. 개별적으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있는 이 양태의 다양한 실시예들이 이제 설명된다.
한 실시예에서, 이 장치는 기판과 통합되고 복수의 인코딩 회로를 포함하는 인코딩 회로망을 더 포함하고, 인코딩 회로들 각각은 복수의 파형 생성기 중 적어도 하나의 출력에 결합된다. 인코딩 회로들 각각은 지연 메시 회로의 입력에 결합된 출력을 포함한다. 일부 실시예에서, 인코딩 회로망은 적어도 부분적으로 복수의 파형 생성기에 의해 생성된 복수의 파형을 인코딩함으로써 지연 메시 회로 입력 신호를 생성하고 지연 메시 회로 입력 신호를 지연 메시 회로에 출력하도록 구성된다.
한 실시예에서, 복수의 초음파 전송 유닛은 복수의 디코딩 회로와 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 복수의 초음파 전송 유닛들 각각은 복수의 디코딩 회로들 중 적어도 하나와 복수의 초음파 트랜스듀서들 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 실시예에서, 복수의 디코딩 회로는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 획득하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 복수의 초음파 트랜스듀서는, 적어도 부분적으로, 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 전송함으로써, 초음파 장을 생성하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 복수의 초음파 트랜스듀서는, 복수의 디코딩된 파형 중 2개 이상에 대응하는 초음파 신호를 병렬로 전송함으로써, 초음파 장을 생성하도록 구성된다. 한 실시예에서, 초음파 장은, 방위각 대칭, 고도 대칭, 원통 대칭, 구면 대칭을 갖는 장이거나, 또는 평면파 장이다.
한 실시예에서, 지연 메시 회로는 프로그램가능하다. 한 실시예에서, 지연 메시 회로는 재구성가능하다. 일부 실시예에서, 지연 메시 회로는 하나 이상의 지연 메시 제어 신호에 의해 제어가능하도록 구성된다.
본 출원의 양태에 따르면, 장치가 제공되고, 이 장치는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 기판, CMOS 기판과 통합되고 적어도 하나의 초기 파형을 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 파형 생성기, CMOS 기판과 통합되고 적어도 하나의 파형 생성의 적어도 하나의 출력에 결합되며, 적어도 하나의 초기 파형을 인코딩하여 적어도 하나의 인코딩된 파형을 생성하도록 구성되는 인코딩 회로를 포함한다. 이 장치는, CMOS 기판과 통합되고, 인코딩 회로의 적어도 하나의 출력에 결합되며, 적어도 하나의 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하도록 구성되는 지연 메시 회로를 더 포함한다. 이 장치는, CMOS 기판과 통합되고 지연 메시 회로의 복수의 출력에 결합된 복수의 초음파 전송 유닛을 더 포함한다. 복수의 초음파 전송 유닛은 적어도 하나의 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 생성하도록 구성되는 디코딩 회로, 및 적어도 부분적으로 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호를 동시에 전송함으로써 초음파 장을 생성하도록 구성되는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함한다. 개별적으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있는 이 양태의 다양한 실시예들이 이제 설명된다.
한 실시예에서, 적어도 하나의 파형 생성기는 복수의 파형 생성기를 포함하고, 인코딩 회로는 복수의 파형 생성기들 각각에 대한 인코딩 회로를 포함한다.
한 실시예에서, 지연 메시 회로는 프로그램가능하다. 한 실시예에서, 지연 메시 회로는 재구성가능하다.
한 실시예에서, 이 장치는 초음파 전송 유닛들보다 적은 수의 파형 생성기들로 이루어진다. 한 실시예에서, 이 장치는, 파형 생성기들보다 적어도 2배, 적어도 4배, 적어도 8배, 적어도 16배, 적어도 32배, 또는 적어도 64배 수의 초음파 전송 유닛으로 구성된다.
한 실시예에서, 초음파 장은, 방위각 대칭, 고도 대칭, 원통 대칭, 구면 대칭을 갖는 장이거나, 또는 평면파 장이다.
본 출원의 양태에 따르면, 방법이 제공되고, 이 방법은, 파형 생성기에 의해 생성된 파형을 인코딩해 인코딩된 파형을 획득하고; 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 생성하는 단계; 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 획득하는 단계; 및 적어도 부분적으로, 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 복수의 초음파 요소를 이용하여 병렬로 전송함으로써 초음파 장을 생성하기 위해 단일 기판 초음파 디바이스를 이용하는 단계를 포함한다. 개별적으로 또는 임의의 조합으로 이용될 수 있는 이 양태의 다양한 실시예들이 이제 설명된다.
한 실시예에서, 파형 생성기는 단일 기판 초음파 디바이스와 통합되고, 이 방법은 파형을 생성하는 단계를 더 포함한다.
한 실시예에서, 파형을 인코딩하는 단계는 2-대-1 비트 인코더를 이용하는 단계를 포함한다.
한 실시예에서, 인코딩된 파형의 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하는 단계는, 적어도 하나의 1-대-2 비트 디코더를 이용하는 단계를 포함한다.
한 실시예에서, 초음파 장은, 방위각 대칭, 고도 대칭, 원통 대칭, 구면 대칭을 갖는 장이거나, 또는 평면파 장이다.
지금까지 본 출원의 기술의 수 개의 양태와 실시예를 설명하였으므로, 본 기술분야의 통상의 기술자에게는, 다양한 변형, 수정, 및 개선이 용이하다는 것을 이해해야 한다. 이러한 변형, 수정 및 개선은 본 출원에서 설명된 기술의 사상과 범위 내에 포함시키고자 한다. 예를 들어, 본 분야의 통상의 기술자라면, 기능을 수행하고 및/또는 결과 및/또는 여기서 설명된 이점들 중 하나 이상을 얻기 위해 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 용이하게 구상할 것이며, 이러한 변형들 및/또는 수정들 각각은 여기서 설명된 실시예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 통상의 기술자라면, 단지 일상적인 실험만으로, 여기서 설명된 특정한 실시예들에 대한 많은 균등물을 인식하고 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 상기 실시예들은 단지 예시로서 제시된 것일 뿐이며, 첨부된 청구항들과 그 균등물의 범위 내에서, 본 발명의 실시예들은 특정적으로 설명된 것과는 다른 방식으로 실시될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 여기서 설명된 2개 이상의 피쳐, 시스템, 항목, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합은, 이러한 피쳐, 시스템, 항목, 재료, 키트 및/또는 방법이 상호 불일치하지 않는다면, 본 개시내용의 범위 내에 포함된다.
또한, 설명된 바와 같이, 일부 양태는 하나 이상의 방법으로서 구현될 수도 있다. 방법의 일부로서 수행되는 동작들은 임의의 적절한 방식으로 정렬될 수 있다. 따라서, 실시예에서는 순차적 동작들로서 도시되어 있더라도, 소정 동작들을 동시에 수행하는 것을 포함한, 동작들이 예시된 것과는 상이한 순서로 수행되는 실시예들이 구성될 수 있다.
여기서 정의되고 사용된 모든 정의는, 사전적 정의, 참조에 의해 포함된 문서에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 통상의 의미를 통제하는 것으로 이해되어야 한다.
부정관사, "a" 및 "an"은, 본 명세서와 청구항에서 사용될 때, 분명하게 달리 나타내지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
구문 "및/또는"은, 여기 본 명세서 및 청구항에서 사용될 때, 이와 같이 결합된 요소들, 즉 어떤 경우에는 결합되어 존재하고 다른 경우에는 분리되어 존재하는 요소들의 "어느 하나 또는 양쪽 모두"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "및/또는"에 의해 열거된 복수의 요소들은 동일한 방식으로, 즉, 이와 같이 결합된 요소들의 "하나 이상"으로서 해석되어야 한다. "및/또는" 구절에 의해 구체적으로 식별되는 요소들 이외의 다른 요소들이, 구체적으로 식별된 이들 요소들과 관련되든 관련되지 않든, 선택사항으로서 존재할 수 있다. 따라서, 비제한적 예로서, "A 및/또는 B"에 대한 언급은, "포함하는" 등의 개방형 용어와 연계하여 사용될 때, 한 실시예에서는, (선택사항으로서 B 이외의 다른 요소를 포함한) A만을 지칭할 수 있고; 또 다른 실시예에서는, (선택사항으로서 A 이외의 요소를 포함한) B만을 지칭할 수 있으며; 역시 또 다른 실시예에서는, (선택사항으로서 다른 요소를 포함한) A와 B 양쪽 모두를 지칭할 수 있다.
여기 본 명세서와 청구항에서 사용될 때, 하나 이상의 요소의 열거를 참조한 구문 "적어도 하나"는, 요소들의 목록 내의 요소들 중 하나 이상으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하지만, 요소들의 목록 내의 요소들의 각각의 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함할 필요는 없고 요소들의 목록 내의 요소들의 임의의 조합을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이 정의는 또한, 구문 "적어도 하나"가 참조하는 요소들의 목록 내에서 구체적으로 식별되는 요소들 이외의 요소들이, 구체적으로 식별되는 요소들과 관련되든 관련되지 않든, 선택사항적으로 존재할 수 있다는 것을 허용한다. 따라서, 비제한적 예로서, "A와 B 중 적어도 하나"(또는, 등가적으로, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 등가적으로 "A 및/또는 B" 중 적어도 하나")는, 한 실시예에서는, B가 존재하지 않는(및 선택사항으로서 B 이외의 요소를 포함한), 적어도 하나의 A, 선택사항으로서는 하나보다 많은 A를 지칭할 수 있고; 또 다른 실시예에서는, 선택사항으로서 A가 존재하지 않는(및 선택사항으로서 A 이외의 요소를 포함한), 적어도 하나의 B, 선택사항으로서는 하나보다 많은 B를 지칭할 수 있고; 역시 또 다른 실시예에서는, 적어도 하나의 A, 선택사항으로서 하나보다 많은 A와, 적어도 하나의 B, 선택사항으로서는 하나보다 많은 B(및 선택사항으로서 다른 요소들을 포함)를 지칭할 수 있다.
또한, 여기서 사용되는 어법과 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 여기서, "내포하는(including)", "포함하는(comprising)", 또는 "갖는(having)", "담고 있는(containing)", "수반하는(involving)" 및 그 파생어들은 이후에 열거되는 항목들과 그 균등물 뿐만 아니라 추가 항목들을 아우르는 것을 의미한다.
상기 명세서뿐만 아니라 청구항에서, "포함하는(comprising)", "내포하는(including)", "운반하는(carrying)", "갖는(having)", "함유하는(containing)", "수반하는(involving)", "홀드하는(holding)", "~로 구성된(composed of~)", 및 이와 유사한 것과 같은 모든 연결 구문은, 제약을 두지 않는(open-ended), 즉, 포함하지만 그것으로 제한되지 않는다는 것을 의미한다. 연결 구문 "~로 이루어진(consisting of~)" 및 "~로 본질적으로 이루어진(consisting essentially of~)"만은 각각 폐쇄형 또는 반-폐쇄형 연결 구문일 것이다.

Claims (25)

  1. 장치로서,
    기판;
    상기 기판과 통합된 복수의 초음파 전송 유닛(ultrasound transmission unit); 및
    상기 기판과 통합되고, 상기 복수의 초음파 전송 유닛의 입력들에 결합되며, 파형 생성기에 의해 생성된 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호의 복수의 시간-지연된 버전을 상기 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 구성되는 지연 메시 회로(delay mesh circuitry)
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 통합되고 인코딩 회로의 입력에 결합된 출력을 갖는 상기 파형 생성기; 및
    상기 기판과 통합되고 상기 지연 메시 회로의 입력에 결합된 출력을 갖는 상기 인코딩 회로
    를 더 포함하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 인코딩 회로는:
    적어도 부분적으로, 상기 파형 생성기에 의해 생성된 파형을 인코딩함으로써 상기 지연 메시 회로 입력 신호를 생성하고;
    상기 지연 메시 회로 입력 신호를 상기 지연 메시 회로에 출력하도록 추가로 구성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 초음파 전송 유닛은 복수의 디코딩 회로와 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 상기 복수의 초음파 전송 유닛 각각은 상기 복수의 디코딩 회로 중 적어도 하나와 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 디코딩 회로 중 적어도 하나는 상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 복수의 시간-지연된 버전 중 적어도 하나를 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 획득하도록 구성되는, 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서는, 적어도 부분적으로, 상기 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 전송함으로써 초음파 장(ultrasound field)을 생성하도록 구성되는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서는 상기 복수의 디코딩된 파형 중 2개 이상에 대응하는 초음파 신호들을 병렬로 전송함으로써 상기 초음파 장을 생성하도록 추가로 구성되는, 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 초음파 장은 방위각 대칭(azimuthal symmetry)을 갖는, 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 초음파 장은 고도 대칭(elevation symmetry)을 갖는, 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 초음파 장은 원통 대칭(cylindrical symmetry)을 갖는, 장치.
  11. 제6항에 있어서, 상기 초음파 장은 구면 대칭(spherical symmetry)을 갖는, 장치.
  12. 제6항에 있어서, 상기 초음파 장은 평면파 장(plane wave field)을 갖는, 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 지연 메시 회로는 프로그램가능한, 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 지연 메시 회로는 재구성가능한, 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 지연 메시 회로는:
    제1 지연 메시 제어 신호의 입력에 응답하여, 상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 복수의 시간-지연된 버전을 상기 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하고;
    상기 제1 지연 메시 제어 신호와는 상이한 제2 지연 메시 제어 신호의 입력에 응답하여, 상기 지연 메시 회로 입력 신호의 제2 복수의 시간-지연된 버전을 상기 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 추가로 구성되고,
    상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 복수의 시간-지연된 버전은 상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 제2 복수의 시간-지연된 버전과는 상이한, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 초음파 전송 유닛은 복수의 디코딩 회로와 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 상기 복수의 초음파 전송 유닛 각각은 상기 복수의 디코딩 회로 중 적어도 하나와 상기 복수의 초음파 트랜스듀서 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 디코딩 회로는 상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 제1 복수의 디코딩된 파형을 획득하도록 구성되고, 상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 제2 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 제2 복수의 디코딩된 파형을 획득하도록 추가로 구성되는, 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 복수의 초음파 트랜스듀서는 적어도 부분적으로 상기 제1 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 전송함으로써 제1 초음파 장을 생성하고, 적어도 부분적으로 상기 제2 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 전송함으로써 제2 초음파 장을 생성하도록 구성되며, 상기 제1 초음파 장은 상기 제2 초음파 장과는 상이한 유형의 장인, 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 통합되는 복수의 파형 생성기를 더 포함하고, 상기 복수의 파형 생성기는 상기 파형 생성기를 포함하고,
    상기 지연 메시 회로는 상기 복수의 파형 생성기에 의해 생성된 복수의 파형에 대응하는 지연 메시 회로 입력 신호들의 복수의 시간-지연된 버전을 상기 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 추가로 구성되고, 지연 메시 회로 입력 신호들의 상기 복수의 시간-지연된 버전은 상기 파형 생성기에 의해 생성된 상기 지연 메시 회로 입력 신호를 포함하는, 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 장치는 초음파 전송 유닛들보다 적은 수의 파형 생성기들로 이루어지는, 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 파형 생성기는 상기 기판과 통합되고 초기 파형을 생성하도록 구성되며,
    상기 장치는, 상기 기판과 통합되고, 상기 파형 생성기의 적어도 하나의 출력에 결합되며, 상기 초기 파형을 인코딩하여 상기 지연 메시 회로 입력 신호를 생성하도록 구성되는 인코딩 회로를 더 포함하며,
    상기 복수의 초음파 전송 유닛은,
    상기 지연 메시 회로 입력 신호의 상기 복수의 시간-지연된 버전을 디코딩하여 복수의 디코딩된 파형을 생성하도록 구성되는 디코딩 회로, 및
    적어도 부분적으로, 상기 복수의 디코딩된 파형에 대응하는 초음파 신호들을 동시에 전송함으로써 초음파 장을 생성하도록 구성되는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하는, 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS; complementary metal oxide semiconductor) 기판을 포함하는, 장치.
  23. 입력 파형을 수신하고 복수의 출력 파형을 생성하도록 구성되는 지연 회로로서,
    제어 신호를 출력하도록 구성되는 지연 회로 제어기; 및
    복수의 지연 유닛
    을 포함하고, 상기 복수의 지연 유닛 각각은 상기 제어 신호를 수신하도록 구성되는 제어 신호 입력을 포함하고, 상기 지연 유닛들 각각은, 상기 제어 신호에 기초하여 지연 기간(delay period), 입력 신호, 및 출력 경로를 선택하도록 구성되며, 상기 복수의 출력 파형은 2개 이상의 지연 기간에 기초하여 생성되는, 지연 회로.
  24. 제23항에 있어서, 상기 지연 회로 제어기는, 상기 입력 신호로부터 제1 복수의 출력 파형을 생성하기 위한 제1 제어 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 지연 회로 제어기는 상기 입력 신호로부터 제2 복수의 출력 파형을 생성하기 위한 제2 제어 신호를 출력하도록 추가로 구성되는, 지연 회로.
  25. 제23항에 있어서, 상기 지연 회로는 기판 상에 통합되고, 상기 지연 회로는 상기 기판과 통합된 파형 생성기로부터 상기 입력 파형을 수신하도록 구성되고, 상기 지연 회로는 상기 복수의 출력 파형을 복수의 초음파 전송 유닛에 출력하도록 추가로 구성되는, 지연 회로.
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