電容性負載驅動電路以及脈衝激發裝置製造方法
2024-02-24 08:39:15
電容性負載驅動電路以及脈衝激發裝置製造方法
【專利摘要】本發明揭露一種電容性負載驅動電路以及脈衝激發裝置。驅動電路用以驅動一電容性負載，包括：信號源，產生輸入信號；線性電源裝置，耦接於該信號源與輸出節點之間，接收輸入信號以輸出第一脈衝信號至輸出節點，其中輸出節點耦接電容性負載；回饋單元，耦接輸出節點，擷取對應於輸出節點的電性信號而產生回饋信號；前饋單元，耦接信號源，以產生一前饋信號；控制單元，耦接回饋單元及前饋單元，用以根據回饋信號及前饋信號產生控制信號；以及可變電源裝置，耦接於控制單元與線性電源裝置之間，依據控制信號而輸出第二脈衝信號至線性電源裝置的電源端，以輔助第一脈衝信號驅動電容性負載。
【專利說明】電容性負載驅動電路以及脈衝激發裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明是有關於驅動電路，特別是關於用於驅動電容性負載的驅動電路。
【背景技術】
[0002]壓電傳感器(piezoelectronic transducer)利用壓電效應測量物理性變化,被廣泛應用於超聲波，工程力學、生物醫學等【技術領域】。壓電傳感器需要高電壓的脈衝激發設備，以超聲波探頭所需的驅動電路為例，必須有操作於百萬赫茲的頻率範圍內的能力。傳統產生此脈衝的驅動電路採用高壓簡單脈衝波或步階波來驅動傳輸，對系統產生不必要的高階諧波；而使用線性放大器作為驅動電路時，可降低高頻諧波以改善基頻諧波信號的線性度，但不可避免的消耗大量靜態功率。因此，在提升超聲波成像對比度與高次諧波成像等需求上，需要一種驅動電路可以提供壓電傳感器乾淨的基頻傳輸諧波，並能夠將功率消耗控制在理想的範圍之內。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於提供一種電容性負載驅動電路以及脈衝激發裝置。
[0004]有鑑於此，本發明的一實施範例揭露了一種驅動電路，用以驅動電容性負載，上述驅動電路包括:線性電源裝置，耦接於信號源與輸出節點之間，並接收該信號源的發出的輸入信號，據以輸出第一脈衝信號至該輸出節點，其中該輸出節點耦接該電容性負載；回饋單元，耦接該輸出節點，擷取對應於該輸出節點的電性信號而產生回饋信號；前饋單元，耦接該信號源，產生前饋信號；控制單元，耦接該回饋單元及該前饋單元，使用該前饋信號對該回饋信號進行相位補償以產生控制信號；以及可變電源裝置，耦接於該控制單元與該線性電源裝置之間，依據該控制信號而輸出第二脈衝信號至線性電源裝置的電源端，以驅動該線性電源裝置對該電容性負載輸出驅動信號。
[0005]本發明的另一實施範例揭露了一種脈衝激發裝置，包括:波束形成單元，具有激發信號源；電容性負載；以及，前述實施範例的驅動電路，耦接該波束形成單元以接收該激發信號源輸出的該輸入信號，用以輸出該驅動信號至該電容性負載。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]本發明所揭露的說明書內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徵並未根據業界的實際產品比例所規劃。事實上，這些特徵的長寬比例都可以任意增減，並不影響發明的本質。本發明中相同的特徵皆以相同的標號表示。
[0007]圖1為本發明一實施例中，驅動電路10的結構方塊圖；
[0008]圖2為本發明一實施例中，驅動電路100的結構方塊圖；
[0009]圖3為本發明一實施例中，驅動電路200的結構方塊圖；
[0010]圖4為本發明一實施例中，使用本發明的驅動電路的脈衝激發裝置的結構方塊圖；[0011]圖5顯示傳統的二階脈衝驅動電路的輸出仿真結果；
[0012]圖6顯示傳統的多階脈衝驅動電路的輸出仿真結果；
[0013]圖7顯示本發明的脈衝驅動電路的輸出仿真結果。
[0014]【主要組件符號說明】
[0015]10~驅動電路；
[0016]100~驅動電路；
[0017]110~信號源；
[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~第一信號處理單元；
[0026]155b~第二信號處理單元；
[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~電容性負載；
[0032]200~驅動電路；
[0033]210~信號源；
[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~第一信號處理單元；
[0042]255b~第二信號處理單元；
[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~電容性負載；
[0047]400~脈衝激發裝置；
[0048]402~波束形成單元；
[0049]404~電容性負載；[0050]CS?控制信號；
[0051]CSa?第一控制信號；
[0052]CSb?第二控制信號；
[0053]Ia?第一脈衝信號；
[0054]Id?驅動信號；
[0055]Iin?前饋電流信號；
[0056]Ip、In?脈衝信號；
[0057]Ipl_Ip4?電流(電壓)源；
[0058]Inl_In4?電流(電壓)源；
[0059]Is?第二脈衝信號；
[0060]IFB+、IFB_?回饋電流信號；
[0061]nQUt?輸出節點；
[0062]Ra?第一比較結果；
[0063]Rb?第二比較結果；
[0064]Sfb?回饋信號；
[0065]Sff?前饋信號；
[0066]Snl_Sn4 ?開關；
[0067]Spl_Sp4 ?開關；
[0068]Vin?輸入信號；
[0069]Vfb?回饋電壓信號；
[0070]Vff?前饋電壓信號。
【具體實施方式】
[0071]以下揭露的內容可與附圖對照，其中相對應的部件大致以相同的標號註明於附圖上。且其中等效電路的示意圖僅揭示組件之間的連接關係，並未限制組件的相對位置。於以下敘述中，為使易於理解，加入了許多特定的設置細節。然而，具有一般技術知識的人應可理解僅需參考本發明所揭示的部分範例內容便可以實現本發明。於部分範例中，已知的結構與組件以方塊圖的方式呈現，以使內容簡明易懂。
[0072]圖1為本發明一實施例中，用以驅動電容性負載的驅動電路10的結構方塊圖。該驅動電路10包括一信號源110，產生一輸入信號Vin ;該輸入信號Vin可以是任何形式的交流電信號或脈衝電信號。該驅動電路10亦包括一線性電源裝置120耦接於該信號源110與一輸出節點之間；該線性電源裝置120接收該輸入信號Vin，並根據該輸入信號Vin而形成一第一脈衝信號Ia,該第一脈衝信號Ia經由該輸出節點Iitjut輸出至一電容性負載180。該線性電源裝置120可包括一轉導放大器(transconductance amplifier),接收該輸入信號Vin而產生電流形式的該第一脈衝信號Ia，並保持信號的線性度。
[0073]該驅動電路10還包括一回饋單元140以及一前饋單元160。該回饋單元140率禹接於輸出節點η_，擷取對應於輸出節點的電性信號而產生一回饋信號Sfb ;該前饋單元160，耦接於該信號源110，擷取該輸入信號Vin並將之轉換為一相對應的前饋信號SFF。該回饋單元140可以直接擷取(如圖1所示)該輸出節點上的電性信號；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，而產生對應於該輸出節點的電性信號的該回饋信號SF。
[0074]該驅動電路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。控制單元150接收該回饋信號Sfb以及該前饋信號SFF，並根據該前饋信號Sff對該回饋信號Sfb進行相位補償以產生一控制信號CS。於部分實施例中，控制單元150可為一減法器或比較單元，接收該前饋信號Sff與該回饋信號Sfb以取得兩者間的差異值，作為該控制信號CS。
[0075]該驅動電路10還包括一可變電源裝置170，耦接於該控制單元150與線性電源裝置120之間。該可變電源裝置170依據該控制信號CS而輸出一第二脈衝信號Is至線性電源裝置120的電源端，進而輔助該線性電源裝置120輸出該第一脈衝信號la。以該第一脈衝信號Ia作為驅動信號Id，經由輸出節點輸出以驅動該電容性負載180。於部分實施例中，該可變電源裝置170可為一可變電流或電壓源，依控制信號CS輸出電流或電壓形式的該第二脈衝信號Is，用以供給該線性電源裝置120運作所需電源。
[0076]圖2為本發明一實施例中，用以驅動電容性負載的驅動電路100的結構方塊圖。該驅動電路100包括一信號源110，產生一輸入信號Vin。於本實施例中，信號源110例如為一波束形成單元(beam former)，具有一激發信號源；該信號源110 (波束形成單元)所產生的輸入信號Vin可以是具有任意振幅及頻率的交流電信號或脈衝電信號。該驅動電路100還包括線性電源裝置120，耦接於信號源110與一電容負載180之間。於本實施例中，該線性電源裝置120為一轉導放大器(transconductance amplifier),接收該輸入信號Vin,並根據該輸入信號Vin形成電流形式的第一脈衝信號Ia,並保持該第一脈衝信號Ia對應於該輸入信號Vin的線性度。該第一脈衝信號Ia則耦接至輸出節點η_。
[0077]該驅動電路100還包括一回饋單元140,以及一前饋單元160。該回饋單元140率禹接於輸出節點η—,擷取對應於輸出節點Iitjut的一電壓信號，並根據該電壓信號產生一回饋電壓信號VFB。該回饋單元140亦可包括一線性調變器(linear modulator)先將回饋信號Vfb調變後再輸出給第一、第二比較單元(152a、152b)。該前饋單元160，耦接於信號源110，前饋單元160擷取該輸入信號Vin並將之轉換為一相對應的前饋電壓信號VFF。於部分實施例中，為了利用前饋電壓信號Vff對回饋電壓信號Vfb進行相位補償，回饋單元140以及前饋單元160還包括進一步將該回饋電壓信號Vfb以及該前饋電壓信號Vff的振幅分別做適當的調整，使兩者可以於相同的基準下比較。於部分實施例中，該前饋單元160還可包括一調變器(modulator)，線性調變該前饋電壓信號Vff後再予以輸出，以於下一階段進行比較。於部分其它實施例中，前饋單元160亦可以僅是一導線。
[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，而產生該回饋電壓信號VFB。
[0079]該驅動電路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。於本實施例中，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Vfb以及前饋電壓信號Vff，並根據回饋電壓信號Vfb以及前饋電壓信號Vff的差值產生一第一比較結果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Vfb以及該前饋電壓信號VFF，並根據該回饋電壓信號Vfb以及該前饋電壓信號Vff的差值產生一第二比較結果Rb，即Rb= (Vff-Vfb)。[0080]該第一控制單元150a還包括第一信號處理單元155a，耦接於該第一比較單元152a。該第一信號處理單元155a接收來自該第一比較單元152a的第一比較結果Ra，並根據第一比較結果Ra進行格式轉換，產生一相對應的第一控制信號CSa。
[0081]需注意的是，該第一比較單元152a和該第二比較單元152b可使用單一個比較單元進行實作(未圖示)。例如，在實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的比較結果Ra分別提供給該第一及第二信號處單元155a、155b，亦能獲得如圖2架構所示的功能。同理，在實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的比較結果Rb分別提供給該第一及第二信號處單元155a、155b亦能獲得如圖2架構所示的功能。
[0082]該驅動電路100還包括第一可變電源裝置170a，耦接於該第一信號處理單元155a。該第一可變電源裝置170a根據該第一控制信號CSa而調整輸出的信號。於圖2的實施例中，該第一可變電源裝置170a例如可為一多階脈衝產生器，包括多個開關Spl至Sp4，分別耦接於多個電流源或電壓源Ipl至Ip4，其中電流源或電壓源Ipl至Ip4所產生的電流為第一方向。在此實施例中，Ipl至Ip4是使用電流源，但是並非限定於此。該第一可變電源裝置170a根據第一控制信號CSa，控制所述多個開關Spl至Sp4的導通-關閉組態，而產生一對應於該第一比較結果Ra的脈衝信號Ip，脈衝信號Ip進而輸出至線性電源裝置120的第一電源端，作為該驅動線性電源裝置120的電源之一。
[0083]於一實施例中，第一信號處理單元155a包括多個滯後(Hysteresis)單元，分別接收來自該第一比較單元152a的該第一比較結果Ra，並根據該第一比較結果Ra產生一相對應的控制信號，分別控制開關Spl至Sp4。舉例而言，以第一至第四滯後單元(H1~H4，未圖示)分別控制開關Spl至Sp4進行說明，但是並非限定於此。該第k滯後單元(Hk，k=l~
4)被設定為當第一比較結果Ra大於一第k臨界值THk_a時，輸出一第一邏輯狀態的控制信號至開關Spk (k=l~4)，使開關導通；而當第k比較結果Ra小於一第二臨界值THk_b時，輸出一第二邏輯狀態的控制信號至開關Spk，使開關關閉，其中該第二臨界值THk_b小於或等於該第一臨界值THk_a。該第一臨界值THk_a與該第二臨界值THk_b的值可根據驅動電路的應用而自行設定不同的數值。在此例如設定為以及TH1JKTHlb〈TH3_b〈TH4_b，但是並非限定於此。
[0084]於另一實施例中，該第一信號處理單元155a可根據該第一比較結果Ra產生一組N位的第一控制信號CSa，其中該位數N是對應於開關的數量，例如於圖2的實施例中，該第一控制信號CSa為四位；而第一可變電源裝置170a根據第一控制信號CSa，控制所述多個開關Spl至Sp4的導通-關閉組態，而產生一對應的該脈衝信號Ip。例如第一信號處理單元155a被設定為當第一比較結果Ra大於一第三臨界值1^_(:時，輸出四位的第一控制信號CSa至第一可變電源裝置170a，該第一控制信號CSa例如為「0101」 ；而第一可變電源裝置170a進而根據第一控制信號CSa，關閉開關Sp2及Sp4並導通開關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衝信號Ip，其中Ip=Ipl+Ip3。
[0085]該第二控制單元150b則還包括第二信號處理單元155b則耦接於該第二比較單元152b。其中，該第二信號處理單元155b接收來自該第二比較單元152b的第二比較結果Rb，並根據第二比較結果Rb進行格式轉換，產生一相對應的第二控制信號CSb以控制相對應的多階脈衝產生器。[0086]於一實施例中，該第二信號處理單元155b包括多個滯後(Hysteresis)單元，分別接收來自第二比較單元152b的第二比較結果Rb，並根據第二比較結果Rb產生相對應的控制信號，分別控制開關Snl至Sn4。以第一至第四滯後單元(G1-G4，未圖示)分別控制開關Snl至Sn4進行說明，但是並非限定於此。該第m滯後單元(Gm，p=l~4)被設定為當第二比較結果Ra大於一第P臨界值VHm_a時,輸出一第一邏輯狀態的控制信號至開關Spm(m=l~
4)，使開關導通；而當第m比較結果Ra小於一第二臨界值V!i_b時，輸出一第二邏輯狀態的控制信號至開關Spm，使開關關閉，其中第二臨界值VHm_b小於或等於第一臨界值VHm_a。第一臨界值VHm_a與第二臨界值VHm_b的值可根據驅動電路的應用而自行設定不同的數值。在此例如設定為以及VhiJkvh2JKVH3JKVH4J3,但是並非限定於此。
[0087]於部分實施例中，該第一信號處理單元155a及該第二信號處理單元155b可以為脈衝寬度調變(PWM)控制器、脈衝寬度/期間調變(PDM)控制器或脈衝頻率調變(PFM)控制器。 [0088]當上述信號處理單元(155a或155b)使用前述PWM控制器時，是將前述比較結果(Ra或Rb)與三角波信號進行比較而產生一脈寬調變信號，再將該脈寬調變信號輸入至一計數器以產生對應於脈寬的開關信號作為該控制信號(CSa或CSb)以控制開關(Spl-Sp4或Snl-Sn4)的導通組合狀態。
[0089]當上述信號處理單元(155a或155b)使用前述PDM控制器時，是將前述比較結果(Ra或Rb)與三角波信號進行比較而產生一脈衝寬度/期間調變調變信號，再將該脈寬調變信號輸入至一計數器以產生對應於脈衝期間的開關信號作為該控制信號(CSa或CSb)以控制開關(Spl-Sp4或Snl-Sn4)的導通組合狀態。
[0090]當上述信號處理單元(155a或155b)使用前述PFM控制器時，是將前述比較結果(Ra或Rb)與一參考信號進行比較，而產生PFM信號。之後將該PFM信號進行溫度計碼(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(CSa或CSb)以控制開關(Spl-Sp4或Snl-Sn4)的導通組合狀態。
[0091]該驅動電路100還包括第二可變電源裝置170b，耦接於第二信號處理單元155b。該第二信號處理單元155b、該第二可變電源裝置170b的結構特徵與該第一信號處理單元155a、該第一可變電源裝置170a類似，差異之處在於第一可變電源裝置170a中的電流源或電壓源Ipl至Ip4所產生的電流為第一方向，其中該第二可變電源裝置170b例如可為一多階脈衝產生器。因此，第一可變電源裝置170a所輸出的脈衝信號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所產生的電流為第二方向，因此，第二可變電源裝置170b輸出的脈衝信號In為第二方向的電流。在此實施例中，Inl至In4是使用電流源，但是並非限定於此。脈衝信號In進而輸出至線性電源裝置120的第二電源端，作為驅動線性電源裝置120的電源之一。
[0092]在此實施例中，以該信號源110的該輸出信號Vin為弦波為例，該轉導放大器(線性電源裝置120)輸出弦波電流Ia，而該脈衝信號Ip是對應於該弦波電流的一半周期(例如正半周)而輸出的脈衝信號；而該脈衝信號In是對應於該弦波電流的另一半周期(例如負半周)而輸出的脈衝信號。
[0093]脈衝信號Ip及In共同提供驅動線性電源裝置120的電源，使線性電源裝置120(轉導放大器)能夠將該信號Vin放大輸出而產生該第一脈衝信號Ia。該第一脈衝信號Ia經由輸出節點，作為一驅動信號Id，輸出至電容性負載180。本發明的一實施例的特徵在於比較該回饋電壓信號Vfb以及該前饋電壓信號Vff並根據比較結果修正該驅動信號Id。一般而言，線性電源裝置的功率消耗大於多階脈衝產生器；因此，當線性電源裝置輸出的功率過大時，可透過第一及/或第二信號處理單元155a、155b分別控制該第一及/或第二可變電源裝置170a、170b動態地提供所需電源，以將該驅動信號Id輸出至電容性負載180，相較於提供固定電源給該線性電源裝置的方式，更可降低驅動電路的整體功率消耗。
[0094]圖3為本發明另一實施例中，用以驅動電容性負載的驅動電路200的結構方塊圖。該驅動電路200包括一信號源210,產生一輸入信號Vin。於本實施例中，該信號源210例如為一波束形成單元，所產生的該輸入信號Vin可以是具有任意振幅及頻率的交流電信號或脈衝電信號。
[0095]該驅動電路200還包括線性電源裝置220，耦接於信號源210與一輸出節點之間。於本實施例中，線性電源裝置220為一轉導放大器(transconductance amplifier),接收該輸入信號Vin，根據該輸入信號Vin形成電流形式的第一脈衝信號Ia，並保持該驅動信號的線性度。該第一脈衝信號Ia經由該輸出節點輸出，以驅動一電容性負載280。
[0096]該驅動電路200還包括第一及第二回饋單元240a、240b所構成。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，分別耦接於該線性電源裝置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電流，並分別根據該供應電流產生回饋電流信號Ifb+與IFB_。該驅動電路200還包括前饋單元260，耦接於該信號源210。前饋單元260可以是一轉導單元，擷取該輸入信號Vin並將之轉換為一相對應的輸入電流信號Iin。於本實施例中，為了利用前饋電流信號Iin對回饋電流信號Ifb+以及Ifb-分別進行相位補償，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Ifb+與Ifb-以及該前饋電流信號Iin的振幅做適當的調整，使所述多個信號可以於相同的基準下進行比較。於部分實施例中，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Iin的噪聲。
[0097]該驅動電路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。於本實施例中，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Ifb+以及前饋電流信號Iin，並根據回饋電流信號Ifb+以及前饋電流信號Iin的差值產生一第一比較結果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IFB_以及前饋電流信號Iin，並根據該回饋電流信號Ifb-以及前饋電流信號Iin的差值產生一第二比較結果Rb，即Rb=Iin-1FB_。
[0098]該第一控制單元250a還包括第一信號處理單元255a，耦接於第一比較單元252a。該第一信號處理單元255a接收來自該第一比較單元252a的該第一比較結果Ra，並根據該第一比較結果Ra產生一相對應的第一控制信號CSa。
[0099]該驅動電路200還包括第一可變電源裝置270a，耦接於該第一信號處理單元255a。於圖3的實施例中，第一可變電源裝置270a可以是一多階脈衝產生器，包括多個開關Spl至Sp4，分別耦接於多個電流源或電壓源Ipl至Ip4之間，其中電流源或電壓源Ipl至Ip4所產生的電流為第一方向。其中第一可變電源裝置270a根據第一控制信號CSa，控制所述多個開關Spl至Sp4的導通-關閉組態，而產生一對應的具有第一方向的脈衝信號Ip，脈衝信號IP進而輸出至該線性電源裝置220的第一電源端，作為驅動該線性電源裝置220的電源之一。
[0100]該第二控制單元250b則還包括第二信號處理單元255b，耦接於第二比較單元252b。該第二信號處理單元255b接收來自該第二比較單元252b的該第二比較結果Rb，並根據該第二比較結果Rb產生一相對應的第二控制信號CSb。
[0101]於一實施例中，該第一及第二信號處理單元255a、255b可分別包括多個滯後(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果Ra、Rb，並分別根據該第一及第二比較結果Ra、Rb，分別產生相對應的控制信號，分別控制開關Spl?Sp4和Snl?Sn4。在此，該第一及第二信號處理單元255a、255b是採用與圖2中該第一及第二信號處理單元155a、155b相同的架構，故不再予以贅述。
[0102]此外，於部分實施例中，該第一及第二信號處理單元255a、255b可為脈衝寬度調變(PWM)控制器、脈衝寬度/期間調變(PDM)控制器或脈衝頻率調變(PFM)控制器。
[0103]該驅動電路200還包括第二可變電源裝置270b，耦接於第二信號處理單元255b。該第一信號處理單兀255a、該第一可變電源裝置270a、該第二信號處理單兀255b、及該第二可變電源裝置270b的結構特徵與圖2的實施例實質上相同。該第二可變電源裝置270b輸出的脈衝信號In為第二方向的電流。脈衝信號In進而輸出至該線性電源裝置220的第二電源端,作為驅動線性電源裝置220的電源之一。
[0104]該脈衝信號Ip及In輸入至該線性電源裝置220，以驅動線性電源裝置220產生第一脈衝信號Ia。該第一脈衝信號Ia作為一驅動信號Id，經由輸出節點nwt輸出至電容性負載280。本發明一實施例的特徵在於比較該回饋電流信號IFB+、IFB_以及該前饋電流信號Iin並根據結果修正驅動信號Id。一般而言，線性電源裝置的功率消耗大於多階脈衝產生器；因此，當線性電源裝置輸出的功率過大時，可透過第一及/或第二信號處理單元255a、255b分別控制第一及/或第二可變電源裝置270a、270b動態地提供所需電源，以將該驅動信號Id輸出至電容性負載280，相較於提供固定電源給線性電源裝置的方式，更可降低驅動電路的整體功率消耗。
[0105]根據圖5所示的模擬實驗的結果，傳統的二階脈衝驅動電路，在振幅90V，頻率IOMHz的設定下，傳統的二階脈衝驅動電路所輸出的驅動信號的基頻波(IOMHz)與頻率3OMHz的三次諧波(third harmonic distortion)之間僅相差IldB ;此外，根據圖6所示的模擬實驗的結果，傳統的多階脈衝驅動電路，在振幅90V，頻率IOMHz的設定下，傳統的多階脈衝驅動電路所輸出的驅動信號的基頻波(IOMHz)與頻率30MHz的三次諧波(thirdharmonic distortion)之間僅相差22dB。根據圖7所示的模擬實驗的結果,本發明實施例中的驅動電路在振幅90V，頻率IOMHz的設定下，驅動電路所輸出信號的基頻波與三次諧波之間相差超過51dB，相對於圖5至少改善40dB，相對於圖6至少改善了 30dB，故顯著的降低了諧波所造成的失真。而傳統的線性放大器驅動電路在振幅90V，頻率IOMHz的設定下，交流功率的消耗為15W ;本發明實施例中的驅動電路在振幅90V，頻率IOMHz的設定下，交流功率的消耗為6.5W。因此，本發明一實施例所提供的驅動電路不但改善了傳統步階脈衝驅動電路的諧波失真，功耗更低於傳統的線性放大器驅動電路。[0106]請參照圖4，本發明另揭露了一種脈衝激發裝置400，包括:一波束形成單元402，用以產生例如上述實施例中的輸入信號Vin ;—電容性負載404 ;以及，如上實施例所述的該驅動電路10、100或200，耦接該波束形成單元402。該驅動電路10、100或200接收該輸入信號Vin，用以輸出驅動信號至該電容性負載404 ;其中，該電容性負載404例如為壓電組件或超聲波探頭。在此實例中，該脈衝激發裝置400例如是超聲波換能器，該電容性負載404是超音探頭，但是並非限定於此。該驅動電路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明的概念。應可理解於相關領域具有一般知識技術的人可以根據上述內容做各種修改，而並未悖離本發明的精神與範疇。再者，所有的實例與敘述僅作為範例之用，讓閱讀的人可以更容易理解本發明，並未限制專利保護的範圍。所有在此描述的準則，情境，以及實施例，亦僅作為範例之用，等同於任何結構上或功能上相同的替代物，包括現有的或尚未被發明的。
[0108]上述內容僅為示範之用，實際的專利保護範圍請參考所附的權利要求書。
【權利要求】
1.一種驅動電路，用以驅動電容性負載，其特徵在於，該驅動電路包括: 線性電源裝置，與輸出節點耦接，該線性電源裝置接收信號源發出的輸入信號，並根據該輸入信號產生第一脈衝信號至該輸出節點，其中該輸出節點耦接該電容性負載； 回饋單元，耦接該輸出節點，擷取對應於該輸出節點的電性信號而產生回饋信號； 前饋單元，耦接該信號源，以產生前饋信號； 控制單元，耦接該回饋單元及該前饋單元，使用該前饋信號對該回饋信號進行相位補償以產生控制信號；以及 可變電源裝置，耦接於該控制單元與該線性電源裝置之間，依據該控制信號而輸出第二脈衝信號至線性電源裝置的電源端，以驅動該線性電源裝置對該電容性負載輸出驅動信號。
2.根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於，該線性電源裝置包括一轉導放大器，接收該輸入信號並產生該第一脈衝信號，以保持該驅動信號的線性度，其中該第一脈衝信號為電流信號。
3.根據權利要求1或2所述的驅動電路，其特徵在於，該可變電源裝置為可變電流或電壓源，依該控制信號而改變所輸出的該第二脈衝信號的電流值或電壓值。
4.根據權利要求3所述的驅動電路，其特徵在於，該可變電源還包括: 多個電流或電壓源；以及 多個開關，分別耦接所述多個電流或電壓源與該輸出節點之間；` 其中該控制信號控制所述多個開關的導通-關閉組態而改變該第二脈衝信號的電流值或電壓值。
5.根據權利要求1或2所述的驅動電路,其特徵在於,該控制單元包括比較單元,該比較單元接收該前饋信號與該回饋信號以取得兩者間的比較結果，作為該控制信號。
6.根據權利要求5所述的驅動電路，其特徵在於，該控制單元還包括信號處理單元，耦接於該比較單元及該可變電源之間，將該控制信號進行格式轉換，以符合控制該可變電源的信號格式。
7.根據權利要求6所述的驅動電路，其特徵在於，該信號處理單元是線性調變裝置或非線性調變裝置；該線性調變裝置是脈衝寬度調變控制器、脈衝寬度/期間調變控制器、或脈衝頻率調變控制器；該非線性調變裝置包括一至多個滯後裝置。
8.根據權利要求1所述的驅動電路，其特徵在於，該回饋單元是擷取對應於該輸出節點上的電壓、或對應於流經該輸出節點的電流而得到該回饋信號。
9.根據權利要求2所述的驅動電路，其特徵在於，該轉導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。
10.一種脈衝激發裝置，其特徵在於，包括: 波束形成單元，具有激發信號源； 電容性負載；以及 一如權利要求1所述的驅動電路，耦接該波束形成單元以接收該激發信號源輸出的該輸入信號，用以輸出該驅動信號至該電容性負載。
11.根據權利要求10所述的脈衝激發裝置，其特徵在於，該驅動電路中的該線性電源裝置包括一轉導放大器，接收該輸入信號而產生該第一脈衝信號，以保持該驅動信號的線性度；該第一脈衝信號為電流信號。
12.根據權利要求10或11所述的脈衝激發裝置，其特徵在於，該驅動電路中的可變電源裝置為可變電流或電壓源，依該控制信號而改變所輸出的該第二脈衝信號的電流值或電壓值。
13.根據權利要求12所述的脈衝激發裝置，其特徵在於，該驅動電路中的該可變電源裝置還包括: 多個電流或電壓源；以及 多個開關，分別耦接所述多個電流或電壓源與該輸出節點之間； 其中該控制信號控制所述多個開關的導通-關閉組態而改變該第二脈衝信號的電流值或電壓值。
14.根據權 利要求10所述的脈衝激發裝置，其特徵在於，該電容性負載為壓電組件或超聲波探頭。
【文檔編號】H03K3/03GK103780229SQ201310158446
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年5月2日 優先權日:2012年10月17日
【發明者】夏勤 申請人:財團法人工業技術研究院