DE102004055504A1 - Verarbeitung von Unteraperturen einer Ultraschallsonde - Google Patents

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Geir Ultveit Haugen
Kjell Kristoffersen
Douglas Glenn Wildes
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GE Medical Systems Global Technology Co LLC
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Abstract

Ein Unterapertur-Transcieversystem (700) für eine Ultraschallsonde (100) enthält einen Signalprozessor (110), Empfangssignalverbindungen, die den Signalprozessor mit einer Empfangsapertur verbinden, die akustische Transcieverelemente (300) aufweist, sowie Sendesignalverbindungen, die an eine Sendeapertur angekoppelt sind, die wenigstens ein akustisches Transcieverelement aufweist, das im Multiplexverfahren gemeinsam mit der Empfangsapertur betrieben wird.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein medizinische Ultraschall-Bildgebungssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verarbeitung von Unteraperturen einer Mehrelement-Wandlersonde.
  • Ärzte und Techniker verwenden gewöhnlich medizinische Bildgebungssysteme, um eine Darstellung zu erhalten und Bilder für diagnostische Zwecke zu untersuchen. Mit Ultraschall-Bildgebungssystemen kann ein Arzt beispielsweise Abbildungen eines Patientenherzes erhalten, um den Versuch zu unternehmen, festzustellen, ob das Herz ordnungsgemäß arbeitet. Im Laufe der Zeit sind diese Bildgebungssysteme zunehmend dazu eingeführt worden, um nicht nur die Bilder zu erhalten, sondern auch damit verbundene zusätzliche Diagnosedaten, wie beispielsweise EKG-Aufzeichnungen, die Herzfrequenz und dergleichen, zu gewinnen.
  • Zwei Schlüsselkomponenten eines Ultraschallsystems sind die Ultraschallsonde und der Beamformer. Der Beamformer fokussiert und lenkt in einem Schritt von der Sonde ausgesandte und empfangene Ultraschallenergie bei der Er zeugung von Abbildungen mit anatomischem Inhalt auf einer Anzeige.
  • Die Entwicklung von 3D-Ultraschall führt in Richtung auf Ultraschallsonden mit einer großen Anzahl an Schallelementen. Moderne Technologieentwicklungen empfehlen eine Reduktion der großen Anzahl von Kanälen durch Untergruppierung der Aperturelemente sowie eine Vorverarbeitung jeder Gruppe zu einem einzigen Signal, das zu dem System übertragen wird. Das Senden kann in ähnlicher Weise durch ausschließlich in der Sonde befindliche Sender oder durch Übertragung an Untergruppen der Apertur bewerkstelligt werden.
  • Bei der klinischen Auswertung der Physiologie, die ein Arzt untersucht, sind Abbildungen hoher Qualität selbstverständlich von großer Wichtigkeit. Hochqualitative Abbildungen erfordern die Verwendung einer unspärlich bestückten Apertur, so dass beispielsweise die meisten Elmente an der Apertur sowohl für das Senden als auch für das Empfangen verwendet werden müssen. Moderne Systeme erreichen dies durch Multiplexumschaltung zwischen der Sende- und der Empfangsschaltung in dem System. Jeder Kanal in der Sonde kann dann über ein einzelnes Kabel mit dem System verbunden und sowohl für das Senden als auch das Empfangen verwendet werden.
  • Das Layout und die Implementierung der Aperturuntergruppierung für das Senden und Empfangen ist von großer Bedeutung hinsichtlich der Abbildungsqualität. Die Einführung einer Schaltung in der Sonde bereitet technische Probleme, die gelöst werden müssen. Mit einer Empfangs- und/oder Sendeschaltung in der Sonde, ermöglicht außerdem der momentane Lösungsansatz mit einem Sende-/Empfangsschalter in dem System nicht die Verwendung sämtlicher akustischer Kanäle an der Sonde sowohl für das Senden als auch das Empfangen.
    •
  • Deshalb besteht der Bedarf, die vorstehend erläuterten sowie weitere Schwierigkeiten zu überwinden, auf die man bisher gestoßen ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführung enthält eine in einer Sonde angeordnete Transciever-Schaltung für Ultraschall-Wandlerelemente eine Sendegruppe sowie eine Empfangsgruppe. Die Sendegruppe enthält einen Sendegruppeneingang, einen Sendegruppenausgang und eine Empfangssignalsperrschaltung, die zwischen dem Sendegruppeneingang und dem Sendegruppenausgang eingebunden ist. Die Empfangsgruppe enthält einen Empfangsgruppeneingang, einen Empfangsgruppenausgang und eine Sendesignalsperrschaltung, die zwischen dem Empfangsgruppeneingang und dem Empfangsgruppenausgang eingebunden ist. Der Sendegruppeneingang ist mit dem Empfangsgruppenausgang verbunden. In einer weiteren Implementierung ist der Sendegruppeneingang nicht mit dem Empfangsgruppenausgang gekoppelt.
  • Weitere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich einem Fachkundigen beim Studium der folgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung. Es ist die Absicht, dass sämtliche derartige zusätzliche Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in diese Be schreibung mit einfließen, im Schutzumfang der Erfindung liegen und durch die beigefügten Ansprüche geschützt sind.
    •
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr wird mehr Wert auf die Veranschaulichung der Prinzipien der eingezeichneten Systeme und Verfahren gelegt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Ansichten einander entsprechende Teile.
  • 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer mit einem zentralen System in Kommunikationsverbindung stehenden Ultraschallsonde.
  • 2 zeigt einen Wandlerstapel mit einem Feld (Array) Schallwandlerelemente, das in der in 1 veranschaulichten Ultraschallsonde eingesetzt werden kann.
  • 3 zeigt Empfangsaperturen, die quer durch ein Array von Schallwandlerelementen angeordnet sind, die in der in 1 veranschaulichten Ultraschallsonde mit eingebunden sind.
  • 4 verdeutlicht die Sendeaperturen, die gemeinsam mit dem Empfangsaperturen im Multiplexverfahren betrieben sind, die quer durch ein Array Schallwandlerelemente angeordnet sind, die in der in 1 veranschaulichten Ultraschallsonde mit einbezogen sind.
  • 5 zeigt eine Verteilung von achtundvierzig (48) flexibler Wandleranschlusskabel, die an acht (8) Verarbeitungsplatinen angeschlossen sind, um das Schallwandlerelemente-Array in der Sonde mit einem Signalprozessor auf den Verarbeitungsplatinen zu verbinden.
  • 6 veranschaulicht eine Transciever-Schaltung zur Multiplexumschaltung ausgewählter Schallwandlerelemente zwischen Empfangs- und Sendebetrieb unter gleichzeitigem Schutz der mit den Schallwandlerelementen verbundenen Signalprozessoren.
  • 7 veranschaulicht eine Ausführungsform der Transciever-Schaltung, die eine passive Schaltung verwendet, um ausgewählte Schallwandlerelemente zwischen dem Empfang und dem Senden im Multiplex zu schalten, während gleichzeitig die an die Schallwandlerelemente angeschlossenen Signalprozessoren geschützt werden.
  • 8 zeigt die Vorderseite und die Rückseite einer Verarbeitungsplatine, einschließlich empfohlener Layoutbereiche für die Elektronik, die von der Verarbeitungsplatine getragen wird.
  • 9 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Signalprozessors, der geeignet ist, um gemeinsam mit der in 1 veranschaulichten Ultraschallsonde verwendet zu werden.
  • 10 zeigt eine Schmalband-Beamforming(Strahlformung-)Schaltung in dem Signalprozessor.
  • 11 zeigt eine Allpass-Filterzelle.
  • 12 zeigt eine weitere Realisierung eines Koppelpunktcontrollers.
  • 13 zeigt ein Blockdiagramm einer digitalen Schnittstelle für den Signalprozessor.
  • 14 zeigt zu einer seriellen Kette verbundene Signalprozessoren.
  • 15 zeigt einen Koppelpunktcontroller in dem Signalprozessor, der neue Steuerungswerte zur Verarbeitung der vier Empfangs-Unteraperturen berechnet, die dem Signalprozessor zugeordnet sind.
  • 16 zeigt Verfahrensschritte, die die in 1 veranschaulichte Ultraschallsonde durchlaufen kann, um die Verarbeitung der Unterapertur durchzuführen.
  • 17 veranschaulicht Verfahrensschritte, die die in 1 dargestellte Ultraschallsonde durchführen kann, um eine Strahlformung in der Sonde durchzuführen.
  • 18 veranschaulicht Verfahrensschritte, die die in 1 dargestellte Ultraschallsonde durchführen kann, um Energie zu einem im Multiplexverfahren zwischen einer Empfangsapertur und einer Sendeapertur aufgeteilten Schallwandlerelement zu übertragen und von diesem zu empfangen.
  • 19 zeigt eine weitere Implementierung einer Strahlformungsschaltung für die Signalprozessoren.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Ultraschallsonde 100. Die Sonde 100 enthält eine Wandlergruppe (Array) und einen Hilfsstapelspeicher 102 (die „Wandlergruppe 102"), Wandlerkabel 104 sowie mehrere Verarbeitungsplatinen 106, die die Verarbeitungselektronik tragen. Jede Verarbeitungsplatine 106 enthält einen Speicher 108 (der, wie nachstehend ausgeführt, ein Geometrie-RAM, ein Codierer-RAM, Adressenregister und Steuerungsregister enthalten kann) sowie Signalprozessoren 110. Ein Adressen-Cache-Speicher und -Controller 112 (z.B. eine Allzweck-CPU, ein Mikrocontroller, ein PLD oder dergleichen) ist ebenfalls vorhanden und enthält eine Kommunikationsschnittstelle 114. Der Speicher 108 kann ein gesondertes Teil bilden oder als Teil des Signalprozessors 110 eingebunden sein.
  • Die Kommunikationsschnittstelle 114 stellt einen Datenaustausch mit dem zentralen Host-System 116 über die Digitalsignalleitungen 118 sowie über das Signalkabel 120 her. Außerdem enthält das Signalkabel 120 Koaxialkabel 122, die eine Verbindung zu der Verarbeitungsplatine 106 herstellen, um wellenförmige Sendepulse zu der Wandlergruppe 102 zu führen und um Empfangssignale nach der Strahlformung zu dem Host-System 116 zurückzuführen. In einer weiteren Ausführung können die Koaxialkabel 122 lediglich Empfangssignale führen. Die Sonde 100 kann den Verbinder 124 enthalten, über den die Sonde 100 mit dem Host-System 116 verbunden ist.
  • Es kann eine Leitungsverbindung 126 vorgesehen sein, um die flexiblen Anschlusskabel 104 der Wandler mit den Verarbeitungsplatinen 106 zu verbinden. Die Leitungsverbin dung 126 stellt den elektrischen Anschluss zwischen den flexiblen Anschlusskabeln 104 des Wandlers und den Verarbeitungsplatinen 106 her. Die Leitungsverbindung 126 kann in Form eines Steckverbinders ausgebildet sein, obwohl andere Realisierungen ebenfalls geeignet sind.
  • Die Wandlergruppe 102 ist mit dem Hilfsstapelspeicher verbunden, wie dies in größerer Einzelheit nachstehend im Zusammenhang mit 2 beschrieben ist. Die flexiblen Wandleranschlusskabel 104 schaffen elektrische Signalverbindungen über den Hilfsstapelspeicher. In einer Ausführungsform sind achtundvierzig (48) Wandleranschlusskabel 104 vorhanden, wobei jedes mit fünfundfünfzig (55) Signalverbindungen versehen ist. Somit unterstützen die Wandleranschlusskabel 104 Sende- und Empfangssignalverbindungen für nicht weniger als 2640 Wandlerelemente in der Wandlergruppe 102, obwohl in der nachstehend beschriebenen Realisierung weniger Elemente verwendet werden.
  • Die Leitungsverbindung 126 verbindet die Wandleranschlusskabel 104 mit den Verarbeitungsplatinen 106. In einer Implementierung ist jede Verarbeitungsplatine 106 mit sechs Ebenen der Wandleranschlusskabel 104 verbunden und enthält somit Signalverbindungen für 330 Wandlerelemente.
  • Die Verarbeitungsplatinen 106 können, wie die Anschlussleitungen 104, aus einem flexiblen Material gebildet sein. Die Verarbeitungsplatinen 106 enthalten die Verarbeitungselektronik für die Wandlergruppe 102, einschließlich der Signalprozessoren 110, die die Strahlformung (Beamforming) an dem Empfangsaperturen in der Wandlergruppe 102 durchführen. Die Verarbeitungsplatinen 106 enthalten ferner die Transciever-Schaltung zum Multiplexen ausgewählter Schallwandlerelemente zwischen Sende- und Empfangsbetrieb und zum gleichzeitigen Schutz der an die Schallwandlerelemente angeschlossenen Signalprozessoren 110.
  • Wie nachstehend in größerer Einzelheit beschrieben, kann jeder Signalprozessor 110 mehrere Empfangs-Unteraperturen behandeln, z.B. vier Empfangs-Unteraperturen, die an ausgewählten räumlichen Positionen in der Wandlergruppe 102 festgelegt sind. Die Empfangs-Unteraperturen können dreieckige Unteraperturen sein, die fünfzehn (15) Schallwandlerelemente enthalten, die beispielsweise in einer Reihe von fünf Elementen über einer Reihe von vier Elementen über einer Reihe von drei Elementen über einer Reihe von zwei Elementen über einer Reihe mit einem einzigen Element angeordnet sein können. Darüber hinaus kann jede Verarbeitungsplatine 106 sechs (6) Signalprozessoren enthalten. Somit kann jede Verarbeitungsplatine 106 in der Empfangsrichtung bis zu vierundzwanzig (24) Empfangs-Unteraperturen verarbeiten, von denen jede fünfzehn Schallwandlerelemente enthält.
  • Für jeden Ultraschallstrahl stellt der Cache-Speicher und -Controller 112 eine Verbindung über (beispielsweise durch ein gesondertes flexibles Anschlusskabel geführte) Digitalsignalleitungen 133 zu jedem Signalprozessorcontroller her, der in dem Speicher 108 auf jeder Verarbeitungsplatine 106 enthalten sein kann. Die Signalprozessorcontroller, die in dem Speicher 108 enthalten sein können, sind als gesonderte Blöcke mit der Bezeichnung „Speicher" auf der Verarbeitungsplatine 106 eingezeichnet, können jedoch auch als Teil des Signalprozessors 110 enthalten sein. Der Cache-Speicher und -Controller 112 überträgt statische und dynamische (Setup-)Einstellungsdaten der Sonde an den Signalprozessor 110. Statische Einstellungsdaten sind gewöhnlich räumliche Positionen der Elemente, Leistungseinstellungen sowie Abbildungstabellen, die die Verzögerungen festsetzen. Dynamische Daten sind gewöhnlich Richtungsinformationen für die Unteraperturen, die von Strahl zu Strahl variieren. Die Digitalsignalleitungen können beispielsweise eine Taktgeberleitung für jede Verarbeitungsplatine 106, eine serielle Befehlsdatenleitung für jede Verarbeitungsplatine 106, eine oder mehrere Datenleitungen, die an die Verarbeitungsplatine 106 angeschlossen sind, eine Ausgangsfreigabe für ein oder mehrere der Signalprozessoren 110 sowie ein Testsignal enthalten.
  • Der Cache-Speicher und -Controller 112 kommuniziert mit dem Host-System 116 über die Digitalsignalleitungen 118, die beispielsweise Teil einer synchronen seriellen Schnittstelle bilden können. Zu diesem Zweck können die Kommunikationsschnittstelle 114 und die Digitalsignalleitungen 118 eine Schnittstelle der Art „Low Voltage Differential Signal Interface", LVDS, beispielsweise gemäß den Standards TIA/EIA-644 und IEEE 1592, implementieren und ein Koaxialkabel mit einer geerdeten Abschirmung sowie einer zentralen Signaldrahtader enthalten. Der Cache-Speicher und -Controller 112 enthält einen Cache-Speicherblock 132, bspw. einen 64 MByte großen statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM).
  • Die Hauptaufgabe des Cache-Speichers 132 in dem Cache-Speicher und -Controller 112 ist es, strahlabhängige Einstellungsdaten für die Unteraperturen vorzuhalten. In einer Implementierung können dies richtungsabhängige Einstellungsdaten für die Unteraperturen sein. Diese sind gewöhnlich in Seiten aufgeteilt, wobei jede Seite, die in Verbin dung mit jeder Aufnahme erforderlichen Einstellungsdaten für den Signalprozessor 110 enthält. Durch Hochladen der Cache-Seiten mit Daten für sämtliche Aufnahmen in einer Scansequenz ist diese Information während des Scanvorgangs in der Sonde vorrätig. Während des Scanvorgangs können anschließend die Einstellungsdaten der Sonde in Bezug auf jede Aufnahme dem Signalprozessor dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass der relevante Cache-Speicher-Zeiger an den Cache-Speicher und -Controller 112 übermittelt wird.
  • In einer Implementierung ist der Cache-Speicher 132 in dem Cache-Speicher und -Controller 112 in 512 k Wörter × 16 bit (8 MBit) organisiert und in Seiten mit 128 Wörtern aufgeteilt. Der Cache-Speicher-Zeiger kann zu dem Anfang jeder Seite gesetzt werden. Der Cache-Speicher-Zeiger kann bspw. durch einen 12 Bit-Zeiger gebildet sein, der insgesamt 4096 Seiten adressieren kann. Wenn der Cache-Speicher 132 durch einen 4-MBit-Cache gebildet ist, kann der Cache-Speicher-Zeiger in Form eines 11-Bit-Zeigers ausgebildet sein, um 2048 Seiten zu indexieren. Die Wörter einer Cache-Seite werden dann verwendet, wenn Daten zu einer Kette Signalprozessoren 110 geschrieben oder von dieser gelesen werden. Die Digitaldatenleitungen für die Signalprozessoren 110 auf jeder Verarbeitungsplatine können durch Schieberegister über eine Reihe mit mehreren Signalprozessoren 110 miteinander verkettet sein. Somit laufen die zu den Signalprozessoren 110 übertragenen Daten seriell durch die Signalprozessoren 110 weiter. Das Bit von dem Wort mit der niedrigsten Adresse in einer Seite endet in dem Bit mit niedrigster Signifikanz (LSB-Bit) des zu dem letzten Signalprozessor 110 in einer Kette führenden Schieberegisters, wenn Daten geladen werden. Weiterhin ist der Cache-Speicher 132 innerhalb des Cache-Speichers und -Controllers 112 veran schaulicht, obgleich der Cache-Speicher 132 in alternativen Ausführungen auch von dem Cache-Speicher und -Controller 112 getrennt angeordnet sein kann. Der Cache-Speicher kann auch einen Teil der Signalprozessoren 110 bilden.
  • Die Sonde 100 spricht auf bspw. sechszehn Bit breite Befehle von dem Host-System 116 an. Ein Beispiel für einen Befehlssatz ist nachstehend in der Tabelle 1 veranschaulicht. Vier Bits in dem Befehl können dazu verwendet werden, um den Befehl zu definieren, während zwölf Bits als Parameter für den Befehl verwendet werden können.
  • Figure 00120001
  • Figure 00130001
  • Figure 00140001
  • Der Befehlssatz hat den Zweck, die Sonde steuern zu können. Die Befehle können den Cache-Speicher und -Controller 112 und/oder die Signalprozessoren 110 steuern. Es ist ferner erwünscht, einen Schutzmechanismus mit vorzusehen, um eine unerwünschte Befehlsausführung auf Grund von Rauschen, bspw. aus den übertragenen Impulsen, zu verhindern.
  • Der Befehl „Write Cache Pointer" (WR_CACHE_PTR) schreibt in das Zeigerregister des Cache-Speichers ein. In einer Implementierung ist der Parameter ein 12 Bit großer Cache-Zeiger. Der spezifizierte Cache-Zeiger wird beim Lesen/Beschreiben des Cache-Speichers 132 in dem Parameterfeld des Befehls eingesetzt. Während des Lesens/Schreibens einzelner Cache-Wörter kann der Cache-Zeiger automatisch inkrementiert werden. Nach der Übertragung einer vollständigen Seite zeigt der Zeiger somit zu dem Anfang der nächsten Seite. Falls mehr als 8 MBit verwendet werden, kann die Übertragung eines Cache-Zeigers mit einer Länge größer als 12 Bits in Form von 2 Befehlen implementiert werden.
  • Der Befehl „Write to Cache" (WR_CACHE) lädt Daten in den Test-Speicher 132. Die Daten werden auf die Cache-Seite geschrieben, auf die der Cache-Zeiger zeigt. Der Cache-Zeiger wird nach jedem in den Cache eingeschriebenen Wort automatisch inkrementiert. Der Adressspeichercontroller 112 kann ein Befehlsrücksignal senden, wenn dieser Befehl empfangen wird.
  • Der Befehl „Load Scan Parameters" (LD_SCAN_PAR) schreibt Parameter in die Signalprozessorkette 110 ein. In einer Implementierung wird der Parameter nicht verwendet. Dieser Befehl schreibt eine Parameterseite für einen Scanvorgang in die Signalprozessoren 110 aus der Cache-Seite ein, die durch den Cache-Adresszeiger vorgegeben ist. Dieser Befehl kann durch das EOL-Signal getriggert oder auch in Form eines Befehls gesendet werden.
  • Wenn die Daten übertragen werden, sendet der Cache-Speicher und -Controller 112 einen Berechnungsbefehl an die Signalprozessoren 110, um eine Berechnung der Strahlformungsverzögerungen für die nächste Ultraschallaufnahme einzuleiten (unter Verwendung zuvor geladener Einstellwerte, um Rücksetzzeit einzusparen). Der Zeiger zu dem Cache-Speicher 132 wird nach jedem Wort, das in die Signalprozessoren 110 eingeschrieben wird, automatisch inkrementiert. Die Größe einer Scanparameterseite kann bspw. 128 Wörter betragen. Das Wort mit der niedrigsten Adresse endet in dem L513-Bit (LSB-Bit) in dem Schieberegister in dem letzten Signalprozessor 110 in einer Kette.
  • Der Befehl „Load Configuration" (LD_CONFIG) lädt statische Einstellungsdaten in den Signalprozessor 110. Statische Einstellungsdaten umfassen gewöhnlich räumliche Elementpositionen, Leistungseinstellungen sowie für die Verzögerungseinstellung vorgesehene Abbildungstabellen innerhalb eines Signalprozessors 110. Jedesmal, wenn der Befehl eingesetzt wird, wird eine Cache-Seite in den ausgewählten Speicher eingeschrieben. Einige Ladevorgänge können mehr als eine Cache-Seite erfordern.
  • In dem Signalprozessor kann das Geometrie-RAM, das die räumlichen Elementpositionen enthält, mit 64 Wörtern implementiert sein, von denen jedes eine Länge von 12 Bits aufweist. Das Codierer-RAM, das die Abbildungstabelle für die Verzögerungen enthält, kann mit 1024 Wörtern implementiert sein, wobei jedes Wort eine Länge von 5 Bits aufweist. Die Anfangsadresse wird dem Adresszeiger des Cache-Speichers 132 entnommen. Nach jeder Seite wird der Adresszeiger erhöht, um zu der nächsten Cache-Seite zu zeigen. Aufeinander folgende Seiten können somit geladen werden, ohne den Adresszeiger aktualisieren zu müssen. Das Wort mit der niedrigsten Adresse in einer Seite ist das erste Datum das in die Kette der Signalprozessoren 110 taktgesteuert eingegeben wird. Somit endet der Inhalt der niedrigsten Adresse in dem die niedrigste Signifikanz aufweisenden Bit des Schieberegisters des letzten Signalprozessors 110 in der Kette der Signalprozessoren 110 auf einer bestimmten Verarbeitungsplatine 106.
  • Der Befehl „Initiate Delay Tuning" (DELAY_TUNE) leitet den Prozess der Kalibrierung der inneren Verzögerungen in dem Signalprozessor 110 ein. Der Parameter braucht nicht verwendet zu werden. Der Ergebniswert wird in das analoge Mehrzweckregister eingeschrieben, das in dem Signalprozessor 110 vorhanden ist.
  • Der Befehl „SAP Reset Command" (SAP_R_SET) setzt alle inneren Funktionen oder Adresszähler in einem Signalprozessor 110 zurück. Der Parameter kann ein Bitmuster spezifizieren, das eine Auswahl zwischen dem Rücksetzen des gesamten Signalprozessors 110 oder lediglich einer Unterfunktionalität ermöglicht.
  • Der Befehl „Read Control Register" (RD_CONTROL_REG) liest das Steuerbefehlsregister innerhalb des Adresssspeichercontrollers 112 aus. Der Registerinhalt kann in dem Parameterfeld des Befehls zurückgegeben werden.
  • Der Befehl „Read Cache Pointer" (RD_CACHE_PTR) liest das Zeigerregister des Cache-Speichers 132 aus. Der aus dem Cache-Zeigerregister ausgelesene Wert kann in dem Parameterfeld des Befehlssignals zurückgegeben werden, bevor der Befehl zurück zu dem Host-System 116 identisch wiederge geben wird.
  • Der Befehl „Read Cache" (RD_CACHE) liest Daten aus dem Cache-Speicher 132 zu dem Host-System 116 aus. Wenn der Befehl empfangen worden ist, kann der Adressspeichercontroller 112 Datenwörter in Form einer kontinuierlichen Folge von Wörtern senden.
  • Der Befehl „Read Configuration from SAP" (RD_CONFIG) liest Konfigurationsdaten aus den Signalprozessoren 110 aus, wie sie durch die Parameterbits spezifiziert sind. Die Konfigurationsdaten werden aus dem Signalprozessor 110 ausgelesen und in dem Cache-Speicher 132 auf der Cache-Seite abgelegt, auf die der Cache-Zeiger weist. Die Cache-Adresse wird bei jedem ausgelesenen Wort inkrementiert. Das erste Wort wird unter der niedrigsten Cache-Adresse platziert. Die Cache-Adresse wird nach dem Ende auf den Anfang der nächsten Seite eingestellt.
  • Der Befehl „Command Enable" (CMD_ENABLE) aktiviert oder deaktiviert eine Befehlsausführung. Nach dem Laden der Scanparameter aus dem Cache-Speicher 132 wird eine Befehlsausführung deaktiviert, nachdem der Befehl zu Ende ausgeführt worden ist. Dessen ungeachtet kann in dem deaktivierten Zustand der Adressspeicherkontroller 112 weiterhin auf den Befehlsaktivierungsbefehl und den Befehl zum Lesen des Steuerbefehlsregisters antworten. Dem Parameterfeld kann ein einheitliches Bitmuster beigefügt werden, um die Wahrscheinlichkeit dafür, dass dieser Befehl aus dem auf der Befehlsleitung vorliegenden Rauschen erzeugt wird, zu reduzieren.
  • Um einen Überblick zu geben, finden folgende Schritte während eines Scanvorgangs statt. Zunächst triggert ein EOL-Signal (Ende der empfangenen Daten aus der vorhergehenden Ultraschallaufnahme) den Cache-Speicher und -Controller 112, damit dieser einen Berechnungsbefehl an die Signalprozessoren 110 sendet, um anschließend eine neue Seite aus dem Speicher-Cache 132 zu den Signalprozessoren 110 zu übertragen. Ein Seitenzeigerregister in dem Cache-Speicher und -Kontroller 112 enthält die Anfangsadresse für diese neue Seite. Vor jedem Hochladevorgang sendet das Host-System 116 den Seitenzeiger für die nächste Ultraschallaufnahme durch die Digitalsignalleitungen 118 zu dem Cache-Speicher und -Controller 112. Wenn das Laden der Seite beendet ist, kann ein Bestätigungssignal zu dem Host-System 116 zurückgesandt werden. Das Host-System 116 aktiviert dann die Ultraschallaufnahme – und die Akquisition der Ultraschalldaten beginnt. Wenn die Datenakquisition für die momentane Aufnahme beendet ist, empfängt der Adressspeichercontroller 112 ein neues EOL-Signal, und der Prozess beginnt von Neuem.
  • Wenn die Sonde 100 mit dem Host-System 116 verbunden ist, überträgt das Host-System 116 die Einstellungsdaten für jede Apertur und jeden Strahl in das SRAM des Adressspeichercontrollers 112. Die Empfangsstrahlformung wird zwischen dem Host-System 116 und der Sonde 104 aufgeteilt. Das Host-System 116 ist für die Verzögerung bei der Strahlformung, die Aperturexpansion und die Amplitudenapodisation der Systemempfangskanäle verantwortlich, die durch die Signalprozessoren 110 an den Empfangsaperturenausgängen gesteuert sind.
  • Die Signalprozessoren 110 führen die Strahlformung (Beamforming) an den einzelnen Empfangsunteraperturen aus.
  • In einer Ausführung sind Gruppen mit fünfzehn Wandlerelementen, die in Form dreieckiger Empfangsunteraperturen angeordnet sind, an die Signalprozessoren 110 angeschlossen. Die Signalprozessoren 110 prägen einem jeden der von jedem der Wandlerelemente herrührenden Empfangssignale eine Verzögerung auf. Die Signalprozessoren 110 fügen auch die fünfzehn Empfangssignale zusammen und treiben das Apertursummensignal zurück zu dem Host-System 116 über die Empfangsaperturausgänge und die Koaxialkabel 122.
  • In einer Realisierung, die Phasenverzögerungen einsetzt, enthält jeder Signalprozessor 110 für jede Empfangsunterapertur fünfzehn (15) Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen, fünfzehn (15) Phaseninverter, ein kapazitives Durchschaltenetzwerk und zwei Phasenschieber, die eine differenzielle Phasenverschiebung von 90 Grad bewirken. In dieser Ausführungsform werden differenzielle Phasenschieber vom Breitbandtyp verwendet. Das Schaltnetzwerk wendet Wichtungsfaktoren auf die möglicherweise invertierten Empfangssignale für die Summation in den Phasenschiebern an. In einer weiteren Realisierung basieren die Signalprozessoren auf einer Verzögerungsleitungskette.
  • Während des Betriebs ist jeder Signalprozessor 110 derart konfiguriert, dass die Strahllenkung für jede Empfangsunterapertur in Richtung auf einen Fokuspunkt zeigt, der durch das Host-System 116 ausgewählt ist. Zu diesem Zweck bestimmt der Signalprozessor 110 die Phasenverschiebungen für die Strahlformung auf der Grundlage der Wandlerelementposition innerhalb der Empfangsapertur, der Lenkrichtung und der Empfangsfrequenz. Es ist zu beachten, dass jede Empfangsunterapertur nicht notwendiger Weise den gleichen Fokuspunkt verwendet und dass die Empfangsunterapertu ren, die von dem Zentrum der Wandlergruppe 102 weiter entfernt sind, später zugeschaltet werden können, um dynamisch erhöhte Aperturgrößen zu erhalten.
  • Die Konfiguration des Signalprozessors 110 findet in zwei Schritten statt. Während der Initialisierung der Sonde 100 lädt das Host-System 116 zunächst statische Einstellungsdaten für den Signalprozessor über den Cache-Speicher und -Controller 112 in den Signalprozessor 110 ein. Diese statische Daten enthalten die Geometrieinformation, d.h. die räumliche (x,y)-Position der Wandlerelemente in jeder Empfangsunterapertur sowie eine frequenzabhängige Umsetzungstabelle. Als Zweites werden vor dem Scanvorgang die dynamischen Einstellungsdaten zu dem Cache-Speicher 132 in dem Cache-Speicher und -Controller 112 übertragen. Jede einzelne dieser Cache-Seiten enthält Lenkungsparameter für sämtliche Unteraperturen in der Sonde in Bezug auf eine Aufnahme. In einer weiteren Ausführung können mehr als eine Cache-Seite dazu verwendet werden, um die erforderlichen strahlbezogenen Einstellungsdaten zu übertragen.
  • Während eines Scanvorgangs liefert das Host-System 116 einen Strahlindex an den Cache-Speicher-Controller 112. Als Antwort hierauf übermittelt der Cache-Speicher und -Controller 112 die angemessenen Lenkungsparameter aus seinem Cache-Speicher an die Signalprozessoren 110. Die Signalprozessoren 110 ermitteln dann die Verzögerungen für die Strahlformung auf der Grundlage der Wandlerelementpositionen und der Lenkrichtung (wie sie durch die Richtungsparameter gekennzeichnet sind). Bei der Realisierung, die Phasenverschiebungen verwendet, werden die Verschiebungen unter Verwendung der frequenzabhängigen Umsetzungstabelle in Phaseneinstellungen umgesetzt.
  • Es wird als nächstes auf 2 Bezug genommen, wobei diese Figur eine Ausführung der Wandlergruppe 102 veranschaulicht. Die Wandlergruppe 102 enthält eine piezoelektrische Keramik 202, die elektrische Energie in Schallenergie und Schallenergie in elektrische Energie wandelt. Die Piezokeramik 202 ist innerhalb des Zentrums der Wandlergruppe 102 positioniert. Auf der Signalseite ist die Piezokeramik 202 über flexible Wandlerkabel 104 an einer z-Achsen-Trägerschicht 204 befestigt.
  • Die flexiblen Wandlerkabel 104 sorgen für eine Signalverbindung hoher dichte. Die Keramik 202, eine elektrisch leitende innere Schallanpassungsschicht 210 und die Oberseite des Trägerblocks 204 bilden diskrete Schallelemente 212, die über einer jeden flexiblen Leiterbahn 206 in den flexiblen Wandlerkabeln 104 mittig angeordnet sind. Somit ist an dem z-Achsen-Trägerblock 204 eine Signalebene 213 vorhanden.
  • Jede Leiterbahn 206 verbindet die Unterseite oder Signalseite eines einzelnen Wandlerelementes 212. Die würfelförmige Anpassungsschicht 216 ist an der Oberseite jedes Elementes 212 befestigt, um einen Erdanschluss über der Stirnseite der Wandlergruppe 102 zu bilden.
  • Indem als nächstes auf die 3 und 4 Bezug genommen wird, veranschaulicht 3 Empfangsunteraperturen, die über einem Feld (Array) Schallwandlerelemente 300 angeordnet sind, die in der in 1 veranschaulichten Schallsonde eingebunden sind. Auf ähnliche Weise veranschaulicht 4 die Sendeunteraperturen für eine einzelne Zeile, wie sie mit bestimmten Empfangsaperturen, die über dem Schallwandlerelemente-Array 300 angeordnet sind, im Multi plexverfahren geschaltet sind. Die weiteren dargestellten Zeilen enthalten ebenfalls Sendeelemente. In einer Ausführungsform enthält das Feld 55 Wandlerelemente in der Seitenrichtung und 48 Elemente in der Elevationsrichtung.
  • In der nachstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Ecken des Feldes jedoch weggelassen, was dem Feld 300 eine oktogonale Gestalt verleiht. All die Wandlerelemente, die zu Empfangsunteraperturen mit fünfzehn Elementen zusammengefasst sind, werden in der Empfangsrichtung eingesetzt, wie in 3 veranschaulicht. Alle Sendeelemente, die zusammen zu Sendeunteraperturen mit vier Elementen gruppiert sind, werden in der Senderichtung verwendet, wie in 4 veranschaulicht.
  • Indem speziell auf 3 Bezug genommen wird, kombiniert der Signalprozessor 110 die fünfzehn Empfangssignale, die von den fünfzehn Wandlerelementen für jede Empfangsapertur herrühren, zu einem einzelnen Empfangskanal des Systems. Der Signalprozessor 110 wendet, wie oben erwähnt, auf jedes Empfangssignal eine Verzögerung an, bevor die Empfangssignale aufsummiert werden. Die Gruppen mit fünfzehn Wandlerelementen bilden dreieckige Aperturen, wie in 3 dargestellt. Somit enthält die gesamte Wandlerempfangsapertur 160 Unteraperturen mit 160·15 = 2400 Wandlerelementen. In anderen Ausführungsformen hängt die gewählte Anzahl der Empfangsunteraperturen und die gewählte Anzahl der Sendeunteraperturen von der Anzahl der Systemkanäle, die zum Senden und Empfangen zur Verfügung stehen, der gewünschten Aperturgröße und -gestalt sowie der Größe der Wandlerelemente ab.
  • Wie in 3 mit Bezug auf die vergrößert dargestell te Empfangsapertur 48 veranschaulicht, ist jede Empfangsapertur auf einem 5 × 5 Wandlerelemente enthaltenden Gitter ausgebildet. Die Empfangsapertur enthält eine erste Zeile mit fünf Wandlerelementen (mit 11-15 bezeichnet), eine zweite Zeile mit vier Wandlerelementen (mit 7-10 bezeichnet), eine dritte Zeile mit drei Wandlerelementen (mit 4-6 bezeichnet), eine vierte Zeile mit zwei Wandlerelementen (mit 2-3 bezeichnet) sowie eine fünfte Zeile mit einem einzelnen Wandlerelement (das die Bezeichnung 1 trägt). Jedes Wandlerelement weist eine Position xn, yn innerhalb der Unterapertur auf. Beispielsweise ist das Wandlerelement 14 bei xn=3, yn=0 angeordnet. Die Empfangsaperturen sind derart zusammengeschlossen, dass die Kombination zweier Empfangsaperturen einen rechteckigen Ausschnitt mit fünf Wandlerelementen in seitlicher Richtung und sechs Wandlerelementen in Elevationsrichtung bildet.
  • Gemäß 4 enthält der dargestellte Teil der Sendeapertur 324 Wandlerelemente längst der fünften (5.) Zeile der Empfangselemente des Feldes 300. Die Sendeelemente sind jeweils zu Sendeunteraperturen mit 2 × 2 Elementen gruppiert, und jede einzelne der Sendeunteraperturen ist an einen der Systemsendekanäle angeschlossen, die auf den Koaxialleitungen 122 zu dem Host-System 116 zurückgeführt sind. 4 veranschaulicht die Sendeunterapertur 168 in einer vergrößerten Ansicht, wie sie eine erste Zeile mit zwei Wandlerelementen (mit 3-4 bezeichnet) sowie eine zweite Zeile mit zwei Wandlerelementen enthält (die mit 1-2 bezeichnet sind). Die Zickzackanordnung der Sendeunteraperturen in der seitlichen (horizontalen) Richtung wird geschaffen, um Sendegitterkeulen zu reduzieren.
  • In der Elevationsrichtung sind drei der 2 × 2 Elemente enthaltenden Sendeunteraperturen mit sechs Wandlerempfangselementen ausgerichtet. In der Elevationsrichtung (vertikalen Richtung) ist das gesamte Feld (Array) 300 in acht Gruppen mit jeweils sechs Zeilen mit Wandlerelementen unterteilt. Die Anordnung der Sende- und Empfangsunteraperturen liegt die Partionierung der Elektronik fest. Genauer gesagt ist jede Gruppe mit sechs Elementenzeilen (bspw. die eine, die in 3 und 4 mit a-f bezeichnet ist) mit einer Verarbeitungsplatine 106 über sechs flexible Wandlerkabel 104 verbunden. Nachdem keine Empfangsunterapertur oder Sendeunterapertur über die Partitionsgrenze (auf zwei oder mehrere Verarbeitungsplatinen) hinausragt, ist die jedem Wandlerelement in den sechs Zeilen zugeordnete Verarbeitungselektronik vollständig innerhalb einer einzelnen Verarbeitungsplatine 106 enthalten. Ein wesentlicher Vorteil ist es, dass keine Notwendigkeit besteht, Analogsignale von einer Verarbeitungsplatine 106 zu einer anderen zu leiten.
  • 5 veranschaulicht eine Verteilung 500 mit achtundvierzig (48) flexiblen Wandlerkabeln 104, die von dem Trägerstapel 204 der Wandlergruppe 102 hervortreten. Sechs flexible Wandleranschlusskabel 104 sind mit jeweils acht (8) Verarbeitungsplatinen 106 verbunden. Die Wandleranschlusskabel 104 schließen somit das Array 300 der Schallwandlerelementen an die Signalprozessoren (von denen zwei in Form von Elementen 110 veranschaulicht sind) auf den Verarbeitungsplatinen 106 an. Abstandshalter 504 können zwischen den Verarbeitungsplatinen 106 angeordnet werden, um den gewünschten Abstand herzustellen.
  • Jedes flexible Wandleranschlusskabel weist eine Verbindung auf, die Signalwege bereitstellt, um fünfundfünfzig (55) Wandlerelemente an eine bestimmte Verarbeitungsplatine anzuschließen. Zu diesem Zweck ist ein Steckverbinder dazu vorgesehen, die Signale von den Wandleranschlussleitungen 104 an die Verarbeitungsplatine 106 anzukoppeln. In der in dieser Druckschrift beschriebenen Ausführungsform sind acht derartige Verarbeitungsplatinen 106 vorgesehen. Somit sind, wie in 5 angedeutet, acht Verarbeitungsplatinen 106 übereinander gestapelt, um eine komplette Verteilung der achtundvierzig flexiblen Wandleranschlusskabel 104 zu den Verarbeitungsplatinen 106 zu schaffen.
  • 6 zeigt eine Sondenschaltung für das Multiplexen ausgewählter Schallwandlerelemente zwischen Empfang und Sendung, während die Sondenelektronik für das Senden und Empfangen geschützt wird. Die Ausführung 600 verwendet zu dem System führende Koaxialkabel 606 sowohl für das Senden als auch für den Empfang. Bei dieser Ausführungsform muss die empfangsseitige Verarbeitungsschaltung 604 der Sonde eine Schutzschaltung sowohl an dem Anschluss des Eingangs 603-604 als auch an dem Anschluss ihres Ausgangs 602-604 aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform mit einer Sendeschaltung in der Sonde 601 muss lediglich der Eingang der Empfangsschaltung, die Verbindung 603-604, geschützt sein. In dieser Ausführungsform wird die Sendeschaltung von dem System über die Leitungen 608 oder von dem Cache-Speicher und -Controller 112 angesteuert.
  • Die Multiplexschaltungen 602 und 603 können unter Verwendung von Schaltern oder passiver Stromkreise realisiert werden. Bei einer Ausführungsform mit aktiven Schaltern muss die Steuerungsschaltung hinsichtlich des Signalflusses zeitlich abgestimmt sein. Eine Ausführungsform, die passive Stromkreise verwendet, wie in 7 veranschaulicht, schützt die Sondenschaltung lediglich auf der Grundlage der Signalpegel. Bei allen Ausführungsformen müssen die Multiplexer oder Schalter dem hohen Spannungswert der Sendespannung widerstehen, der bei piezoelektrischen Wandlerelementen gewöhnlich in einem Bereich der Spitzenspannung zwischen 10 und 400 Volt liegt. Für andere Arten von Wandlerelementen können andere Spannungsbereiche verwendet werden.
  • 7 zeigt eine passive Ausführung einer Transceiverschaltung 700 für das Multiplexen ausgewählter Schallwandlerelemente zwischen Empfang und Sendung unter gleichzeitigem Schutz der Signalprozessoren, die an die Schallwandlerelemente angeschlossen sind. Die Transceiverschaltung 700 enthält mehrfache Sendegruppen, von denen eine mit dem Bezugszeichen 702 versehen ist, die einen Sendegruppeneingang 704, einen Sendegruppenausgang 706 und zwei Sätze von Sperrschaltungen für das Empfangssignal enthält, die zwischen dem Sendegruppeneingang 704 und dem Sendegruppenausgang 706 angeordnet sind. Wie in 7 veranschaulicht, enthält die Sperrschaltung für das Empfangssignal eine gegeneinander geschaltete Doppeldiode (back-to-back Diode) D1 sowie die Doppeldiode (back-to-back Diode) D3, die an den Kondensator Cshunt angeschlossen ist.
  • Die Transceiverschaltung 700 enthält ferner mehrfache Empfangsgruppen, von denen eine mit dem Bezugzeichen 708 versehen ist, die einen Empfangsgruppenausgang 710, einen Empfangsgruppeneingang 712 und zwei Sätze von Sperrschaltungen für das Sendesignal enthält, die zwischen dem Empfangsgruppeneingang 712 und dem Empfangsgruppenausgang 710 angeordnet sind. Die Sendesignal-Sperrschaltung enthält einen Kondensator Ccouple, der mit der Diode D2 verbunden ist, sowie die Doppeldiode D4, die an den Kondensator C2 angeschossen ist. Die Empfangsgruppeneingänge 712 sind Empfangssignalverbindungen, die von den Wandlerelementen entgegen genommene Empfangssignale zu dem Signalprozessor 110 übertragen.
  • Die Schallwandlerelemente sind mit dem Sendegruppenausgang 706 und dem Empfangsgruppeneingang 712 gekoppelt. Der Sendegruppenausgang 706 und der Empfangsgruppeneingang 712 sind an den Wandlerelementen miteinander verbunden, von denen eines in 7 das Bezugzeichen E trägt. In ähnlicher Weise sind auch der Sendegruppeneingang 704 und der Empfangsgruppenausgang 710 miteinander verbunden. Der Empfangsgruppenausgang 710 dient als Empfangsunteraperturausgang, der durch den Signalprozessor 110 in der Empfangsrichtung angesteuert wird. Der Empfangsunteraperturausgang trägt somit ein Signal, dass über eine Empfangsunterapertur entgegen genommen wird, bspw. ein strahlgeformtes Empfangssignal, das aus den Empfangssignalen gebildet wird, die von den 15 Wandlerelementen in einer dreieckigen Empfangsunterapertur erhalten werden.
  • Es ist zu beachten, das jede Sendegruppe 702 mit vier Wandlerelementen E über vier Dioden D1 gekoppelt ist. Die vier Wandlerelemente bilden die vorstehend erläuterte 2 × 2-Sendeunterapertur. In ähnlicher Weise sind fünfzehn Wandlerelemente E zu einem einzelnen Ausgangskanal der Empfangsunterapertur miteinander kombiniert und zusammengefasst. Jeder der fünfzehn Empfangsgruppeneingänge 712 für eine gegebene Empfangsunterapertur enthält den Kondensator Ccoupl und das Diodenpaar D2. Auf der Ausgangsseite enthält jeder der Empfangsgruppenausgänge 710 für das kombinierte Signal, das über die Empfangsunterapertur erhalten wird, das Diodenpaar D4 und den Kondensator C2.
  • Die Transceiverschaltung 700 ermöglicht den Wandlerelementen E im Multiplexverfahren zwischen einem Signalempfangsbetrieb und einem Signalsendebetrieb aufgeteilt zu werden, während gleichzeitig die Eingänge und Ausgänge des Signalprozessors 110 geschützt bleiben. Es kann in anderen Worten jedes beliebige vorhandene Wandlerelement E dazu verwendet werden, um sowohl Schallenergie zu senden als auch Schallenergie zu empfangen.
  • Es mag jedoch nicht wünschenswert sein, jedes Wandlerelement E im Multiplexverfahren zu betreiben. Falls einige der Wandlerelemente in dem Array 300 lediglich für den Empfang verwendet werden, braucht ein Wandlerelement E keine an dieses angeschlossene Sendegruppe 702 zu haben. Dies ist in 7 veranschaulicht, wobei die lediglich dem Empfang dienenden Elemente mit den Bezugzeichen 714 und 716 bezeichnet sind. Außerdem kann bei einem lediglich empfangsorientierten Wandlerelement die Sperrschaltung für das Sendesignal weggelassen werden. In ähnlicher Weise braucht ein Wandlerelement E, das lediglich in der Senderichtung eingesetzt wird, weder eine an dieses angeschlossene Empfangsgruppe 708 aufzuweisen, noch die Sperrschaltung für das Empfangssignal zu enthalten. Somit kann für einen lediglich dem Senden dienenden Kanal die mit 718 bezeichnete Sperrschaltung für das Empfangssignal (sowie auch Ccoupl und D2) weggelassen werden.
  • Im Betrieb durchläuft das von dem Host-System 116 kommende Sendesignal (bspw. 100 Volt-Impuls) die Dioden D3, die Abstimmspule Ltuning und die Dioden D1, um die Wandlerelemente E anzutreiben. Nach der Abstimmspule wird das Sendesignal in vier Signale aufgesplittet und passiert vier D1-Diodensätze, um zu den vier Wandlerelementen zu gelan gen, die eine 2 × 2-Sendeunterapertur bilden.
  • Wie in 7 veranschaulicht, treten die Dioden D1, D2, D3, D4 als gegensinnig parallel geschaltete Paare auf. Der Spannungsabfall an den Dioden ist verglichen mit der Sendespannung gering und hat während einer Sendung keinen wesentlichen Einfluss auf das Sendesignal. Die Abstimmspule ist derart gewählt, um eine Spannungseinstellung für die Wandlerelemente E zu schaffen. Die Resonanzfrequenz dieses Schaltkreises (d.h. der Abstimminduktivität und der wirksamen Kapazität) ist derart abgestimmt, um mit der gewünschten Sendefrequenz übereinzustimmen. Die wirksame Kapazität ist durch die parallel zueinander liegenden Komponenten des Wandlerelements, nämlich den parasitären Parallel- oder Shunt-Kondensator und den Koppelkondensator Ccoupl, gebildet.
  • Der Koppelkondensator Ccoupl schützt die Eingänge des Signalprozessors 110 vor der Sendesignalspannung. Der Signalprozessor 110 enthält die inneren Klemmdioden D2, die den Strom liefern, um den Koppelkondensator bis auf die Sendespannung aufzuladen. Somit nimmt der Koppelkondensator nahezu die gesamte Sendespannung auf, während die Dioden D2 die an dem Eingang des Signalprozessors 110 vorliegende Spannung plus oder minus einem Spannungsabfall der Diode (von bspw. 0,7 Volt) halten.
  • Da die Koaxialkabel 122 hauptsächlich sowohl für das Senden als auch das Empfangen verwendet werden, würde die Sendewelle (ohne die Sendesperrschaltung) auch an dem Ausgang des Signalprozessors 110 auftreten. Der Kondensator C2 und die Dioden D4 schützen den Ausgang des Signalprozessors 110 gegen die Sendespannung. Insbesondere klemmt D4 das Signal entsprechend einem Spannungsabfall der Diode fest, während C2 den Ausgang des Signalprozessors 110 durch Aufnahme des Großteils der Sendespannung von der Sendewelle entkoppelt. Die Sendewelle wird durch das Koaxialkabel 122 ausreichend ausgefiltert, um den Ladestrom für die Kondensatoren C2 und Ccoupl zu begrenzen.
  • Während eines Empfangs laufen die Empfangssignale von den Wandlerelementen E durch Ccoupl hindurch bis zu dem Signalprozessor 110. Die Eingangsstufe des Signalprozessors 110 ist durch einen Ladungsverstärker A mit einem durch Ccoupl festgelegten Verstärkungsfaktor gebildet. Im Allgemeinen sollte für eine rauscharme Darstellung die Impedanz des Koppelkondensators im Vergleich zu der Impedanz des Wandlerelementes E gering sein. Ein geringer Impedanzwert erhöht jedoch den Ladestrom während des Sendevorgangs.
  • Da die Spannung an dem Wandlerelement während eines Empfangvorgangs klein ist, sind die Dioden D1 leitend. Die Dioden D1 dienen somit als eine Niederspannungssignalsperre, um die Wandlerelemente E voneinander zu entkoppeln. Die von den Wandlerelementen empfangenen Echosignale werden innerhalb des Signalprozessors 110 verzögert und summiert sowie an den Empfangsgruppenausgang 710 geliefert. Genauer gesagt passiert das Ausgangssignal den Ausgangswiderstand R und die Kondensatoren C1 sowie C2, um zu dem Koaxialkabel 122 zu gelangen. Die von dem Vorverstärker des Host-Systems 116 und der Kapazität des Koaxialkabels 122 herrührende Last ist ausreichend groß, um die Ausgangsspannung über D4 derart zu begrenzen, dass sie kleiner ist als die Diodendurchlassspannung. Somit bilden die Dioden D4 während eines Empfangs einen offenen Stromkreis.
  • Der Widerstand R steuert effektiv die Signalverstärkung auf dem Weg zu dem Koaxialkabel 122. Der Wert des (dem Eingangskoppelkondensator ähnlichen) Schutzkondensators C2 stellt einen Kompromiss zwischen dem Sendestromstoß und der Empfangsimpedanz dar. In einer Ausführung beträgt der Wert des Kondensators C2 ungefähr 100 pF. Der Kondensator C1 koppelt den Gleichspannungsanteil des Ausgangssignals von den Klemmdioden D4 aus. Der genaue Wert für C1 ist nicht kritisch, kann jedoch gleich einem Vielfachen des Wertes von C2 (z.B. gleich 1 nF) gesetzt werden, um eine Signalabschwächung aufgrund von C1 zu verhindern.
  • Der Parallel- oder Shunt-Kondensator Cshunt reduziert das Übersprechen von dem Empfangsgruppenausgang 710 zurück zu dem Empfangsgruppeneingang 712. Um es genauer zu sagen, selbst wenn die Dioden D3 sich während eines Empfangs im Sperrzustand befinden, verursacht ihr parasitärer Kapazität im pF-Bereich ein Übersprechen. Der Shunt-Kondensator ist groß im Vergleich zu der parasitären Kapazität und stellt somit im Vergleich zu der parasitären Kapazität eine viel geringere Impedanz dar. Im Ergebnis erzeugen die Dioden D3 und der Shunt-Kondensator einen Spannungsteiler, wobei das meiste der Spannung an der Störkapazität abfällt, während der Shunt-Kondensator lediglich einen kleinen Spannungsabfall aufnimmt. Somit begrenzt die kleine Spannung an dem Shunt-Kondensator in effektiver Weise ein Übersprechen. Es ist zu beachten, dass während einer Sendung, wenn die Dioden im Wesentlichen einen Kurzschluss bilden, der Shunt-Kondensator eine im Vergleich zu dem kapazitiven Blindwiderstand des Koaxialkabels 122 vernachlässigbare Last bildet.
  • 8 veranschaulicht die Seitenflächen der unteren Schicht 802 und der oberen Schicht 804 einer Verarbeitungsplatine 106. 8 zeigt einen beispielhaften Übersichtsplan für die auf einer Verarbeitungsplatine 106 enthaltene Verarbeitungselektronik, wie sie im Detail vorstehend mit Verweis auf 7 beschrieben ist. Wie in 8 veranschaulicht, kann der Signalprozessor 110 den zentralen Bereich der Verarbeitungsplatine einnehmen, während die D1-Diodengruppen unterhalb des Signalprozessors 110 angeordnet und die Diodengruppen D3 und D4 oberhalb des Signalprozessors 110 positioniert sein können.
  • Es wird als nächstes auf 9 Bezug genommen, wobei diese Figur ein Blockschaltbild 900 eines Signalprozessors 110 veranschaulicht. Der Signalprozessor 110 enthält vier Aperturprozessoren 902, 904, 906 und 908, einen digitalen Steuerungsblock 910 sowie eine Unterstützungsschaltung, die einen Schaltkreis 912 zur Abstimmung der Verzögerung, einen Wiederkehrspannungsschaltkreis 914 sowie einen Vorspannungsschaltkreis 916 enthalten kann.
  • Jeder Aperturprozessor 902-908 enthält sechszehn Empfangseingänge (z.B. sOLnO-soLn15), die an die Wandlerelemente angeschlossen sind, die eine Empfangsunterapertur bilden. In einer Ausführungsform weist die Empfangsunterapertur eine dreieckige Gestalt auf und ist aus fünfzehn Wandlerelementen gebildet. Somit kann ein Eingang bei jedem Unteraperturprozessor 902-908 unbenutzt bleiben. Jeder Unteraperturprozessor 902-908 enthält auch einen Testeingang (mit der Bezeichnung Testin) sowie digitale Steuereingänge (mit der Bezeichnung pgm). Die Unteraperturprozessoren 902-908 führen an den Empfangseingangssignalen eine Strahlformung (Beamforming) aus und geben das über die Empfangsunterapertur erhaltene strahlgeformte Signal an den Empfangs unteraperturausgänge aus (die mit s0Out-s3Out bezeichnet sind).
  • Der digitale Steuerblock 910 enthält einen Taktgeber (sClk, z.B. einen Systemtaktgeber mit 20 MHz), Datensignale (sDataIn0 und 1, serielle Dateneingänge sowie sCdataIn, einen seriellen Steuerungsdateneingang) sowie Steuerungssignale (sOEN, ein Ausgangsaktivierungssignal für den Signalprozessor 110). Der digitale Steuerblock enthält ferner zwei Datenausgänge (sDataOut0 und 1). Die Dateneingänge und -ausgänge können dazu verwendet werden, um die Signalprozessoren 110, wie nachstehend erwähnt, zu einer Kette miteinander zu verbinden.
  • Die Schaltanordnung in dem Signalprozessor 110 ist in größerer Einzelheit nachstehend mit Verweis auf 10 beschrieben. 10 zeigt eine Schmalband-Strahlformungs- (Beamforming-)Schaltung in dem Signalprozessor 110. Jedes Empfangseingangsignal (von denen einer mit sxIn0 bezeichnet ist) durchläuft einen Verstärker 1002 mit niedrigem Eigenrauschen und eine Gewichtungs- und Summationsstufe, die Mischer (von denen einer mit 1004 bezeichnet ist), Summierer (ein Summierer für die positive Summenbildung ist mit 1005 bezeichnet, während ein Summierer für die negativen Summenbildung mit 1006 bezeichnet ist) sowie Allpassfilter 1008 und 1009 enthält. Ferner sind die Allpassfilter mit zweiten Summierern (von denen einer das Bezugszeichen 1010 trägt) und über einen Leitungstreiber 1012 nach außen mit den Empfangsunteraperturausgängen verbunden (von denen einer mit sxOut bezeichnet ist).
  • Die Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen (LNA, lownoise amplifiers) sind ladungsempfindliche Verstärker, die das von einem Wandlerelement über einen externen Koppelkondensator empfangene Empfangssignal verstärken. Die LNA-Verstärkung kann durch Einstellung des Verhältnisses zwischen dem externen Koppelkondensator und einem internen Rückführungswiderstand festgesetzt werden. Gewöhnlich ist die open-loop-Verstärkung ohne Rückkopplung hoch, während die gewöhnliche closed-loop-Verstärkung mit Rückkopplung (bei 3 MHz) derart gewählt ist, um den verfügbaren Signalbereich auszunutzen.
  • Die LNA-Verstärker haben eine kurze Erholungszeit, was zum Teil auf den Wiederkehrspannungsschaltkreis 914 zurückzuführen ist. Falls die Empfangssignalspannung die Schaltung in Sättigung treibt, wird der Spannungswiederherstellungsschaltkreis aktiviert, um eine schnelle Erholung von der Eingangsstufensättigung sicherzustellen.
  • Wie in 10 veranschaulicht, werden aus den Empfangssignalen Inphasesignale (I) und um 90° phasenverschobene Quadratursignale (Q) erzeugt. Zu diesem Zweck wird jedem Eingangssignal in Abhängigkeit von der gewünschten Kanalverzögerung eine Gewichtung und ein Vorzeichen gegeben, bevor all die Eingangssignale aufsummiert werden. Ein Verstärker mit mehreren Eingängen nimmt die Gewichtung und Summenbildung durch Verwendung von Eingangskondensatoren mit einzeln wählbaren Größen an jedem Eingang vor. Für die Summenbildung kann ein Differenzverstärker eingesetzt werden. Das Vorzeichen jedes Eingangssignals wird durch Zuführung des Eingangssignals entweder zu dem positiven Summationsknoten 1005 oder zu dem negativen Summationsknoten 1006 gesetzt.
  • In einer Ausführungsform verwendet der Signalprozessor 110 für eine 22,5°-Quantisierung die folgenden Gewichtungen, wie sie in der Tabelle 2 und der Tabelle 3 veranschaulicht sind.
    Figure 00360001
  • Die Summationsstufe 1010 kann ferner eine Dämpfung enthalten, um den Signalhub in dem verfügbaren Bereich abzugleichen.
  • Die Allpassfilter prägen den I- und Q-Signalen Phasenverzögerungen auf, die derart gewählt sind, um den Differenzphasenfehler über einem interessierenden Frequenzband auf ein Minimum zu reduzieren. Jedes Filter hat eine Übertragungsfunktion erster Ordnung, die in der s-Ebene durch H(s) = (1 – st)/(1 + st) angegeben ist, wobei t die RC-Zeitkonstante des Filters darstellt. Die Übertragungsfunktion kann unter Verwendung von Widerständen und kreuzgekoppelten Kondensatoren mit aktiver Gegenkopplung realisiert werden. Genauer gesagt können die Allpassfilter in Form einer Parallelschaltung aus einem nicht invertierenden Puffer mit nachfolgendem Widerstand und einem mit einem Kondensator in Reihe geschalteten inventierenden Puffer realisiert werden (vgl. 11).
  • In einer Ausführungsform hat das Allpassfilter 1008 die Zeitkonstante RC = 25 ns, während für das Allpassfilter 1009 die Zeitkonstante RC = 145 ns bei 3 MHz aufweist. Die Bestimmung von iMx, qMx, in und qn ist weiter unten mit Bezug auf 15 und Tabelle 4 beschrieben.
  • Der Leitungstreiber 1012 treibt das strahlgeformte Empfangssignal zurück zu dem Host-System 116. Der Leitungstreiber 1012 kann einen Operationsverstärker mit einer sehr großen Ausgangsstufe verwenden, die in Form einer Kombination eines Summierers mit einem Differenzverstärker angeschlossen ist. In dieser Weise werden die Signale aus dem I- und dem Q-Kanal summiert und in ein Einzelausgangssignal umgewandelt. Die Verstärkungen der kombinierten zweiten.
  • Summationsstufe und des Leitungstreibers sind derart gewählt, um den gewünschten Ausgangsbereich zu erhalten.
  • Die Abstimmschaltung 912 für die Verzögerung ist enthalten, um Veränderungen der Prozess- und Betriebsbedingungen zu berücksichtigen, die die Zeitkonstante der Allpassfilter verändern können. Um die Zeitkonstanten einzustellen, ist die Abstimmschaltung 912 vorgesehen.
  • Die Vorspannungsschaltung 916 steuert die Ruheströme für die Analogmodule in dem Signalprozessor 110. Die Spannung der Spannungsversorgung kann als Referenzspannung verwendet werden. In einer Ausführung wird der Ruhestrom über den Signalprozessor 110 verteilt, um die unterschiedlichen Analogmodule mit dem erforderlichen Ruhestrom zu versorgen.
  • Indem als nächstes auf 13 Bezug genommen wird, veranschaulicht diese Figur ein Blockschaltbild der Digitalschnittstelle 1300 des Signalprozessors 110, die in dem digitalen Steuerblock 910 enthalten ist. Die Digitalschnittstelle 1300 enthält vier Paare sechs Bit großer Register/Speicher 1302 und 1304, 1306 und 1308, 1310 und 1312 sowie 1314 und 1316 zur Abspeicherung der delta-Y- und delta-X-Neigungsparameter für die vier Empfangsaperturen, die von dem Signalprozessor 110 behandelt werden. Die Digitalschnittstelle 1300 enthält ferner zwei 1-Bit-Speicherbanken 1318, 1320, zwei Datenschieberegister 1322, 1324, ein Mehrbit-Schlüsselregister 1326 sowie ein mehrere Bit großes Befehlsregister 1328. Die Tristate-Puffer 1330 und 1332 ermöglichen der Schnittstelle 1300, ihre Ausgänge unter Steuerung durch das SOEN-Signal in einen Zustand mit hoher Impedanz zu versetzen.
  • Die Schnittstelle 1300 kann dazu verwendet werden, den Signalprozessor 110 zu programmieren, einzurichten und von diesem zu lesen. Die Schnittstelle 1300 enthält eine Befehlsleitung (SCDATAIN), zwei Datenleitungen (SDATAIN0, 1), eine Aktivierungsleitung (SOEN) und eine (nicht veranschaulichte) Taktleitung SCLK. Die Leitungen SDATAIN0 und SDATAIN1 sorgen für eine serielle Dateneingabe in die beiden Datenschieberegister 1322, 1324 (mit der Bezeichnung Schieberegister 0, 1), während SCDATAIN für eine serielle Dateneingabe in ein Steuerungsdatenschieberegister sorgt. In einer Ausführung können die Datenschieberegister 25 Bit breit sein, während die Breite des Steuerungsschieberegisters 36 Bit betragen kann.
  • Der Signalprozessor 110 wird gewöhnlich in einer Störstrahlung ausgesetzten Umgebung eingesetzt, in der die digitalen Eingangsleitungen während einer Ultraschallübertragung erwartungsgemäß Zufallswerte annehmen. Um eine Entgegennahme falscher Daten und Befehle über die Digitalschnittstelle zu vermeiden, wird das 32-Bit-Schlüsselregister als Aktivierungssignal verwendet. Wenn in dem Schlüsselregister der (verglichen mit dem im Voraus gewählten und im Voraus in dem Signalprozessor 110 eingestellten Schlüssel) korrekte Schlüssel vorliegt, führt der digitale Controller den in dem 4-Bit-Befehlsregister befindlichen Befehl aus.
  • Die Datenleitungen können gleichzeitig auf die durch den Datentaktgeber SCLK gesteuerten Register geschaltet werden. SCLK läuft beispielsweise bei einer Frequenz von 20 MHz. Es zu beachten, dass die Schnittstelle 1300 ferner zwei Digitalausgänge enthält, die mit SDATAOUT0 und SDATA-OUT1 bezeichnet sind. Diese Ausgänge sind die Ausgänge der Datenschieberegister und können dazu verwendet werden, um mehrere Signalprozessoren 110 in einer seriellen Kette miteinander zu verbinden (vgl. 14). Ausgangsdaten aus dem Signalprozessor 110 werden durch die serielle Kette weitergeschoben und aus dem letzten Signalprozessor 110 in der Kette ausgelesen.
  • Weil der Ausgangsbus mit dem Eingangsbus in der Kette leitend verbunden ist, kann das SOEN-Signal dazu eingesetzt werden, um den Ausgang des letzten Signalprozessors 110 in einen Tristate-Modus (hohen Z-Modus) zu versetzen, wenn in die Kette eingeschrieben wird. Beim Auslesen der Daten über den seriellen Bus kann das SOEN dazu verwendet werden, die Ausgabe aus dem letzten Signalprozessor 110 zu ermöglichen.
  • In einer Ausführung enthält das 36-Bit-Steuerungsdatenregister ein 32-Bit-Schlüsselregister sowie ein 4-Bit-Befehlsregister. Die Leitung SCDATAIN kann in Form einer gesonderten Signalleitung ausgebildet sein, die zu sämtlichen Signalprozessoren 110 auf einer Verarbeitungsplatine 106 führt. Außerdem werden die Daten, wie in 13 veranschaulicht, in die seriellen Schieberegister von der Seite des Bits mit der größten Signifikanz (MSB, Most Significant Bit) aus eingeschoben. In anderen Worten wird das Bit mit der niedrigsten Signifikanz (LSB) der Befehle und Daten zunächst eingeschoben.
  • In 13 sind die sechs Bit breite Neigungsparameterspeicher veranschaulicht, in denen die Stellungsdaten für die vier durch den Signalprozessor 110 behandelten Empfangsunteraperturen abgespeichert sind. Das aus den sechs Bit breiten Speichern 1302, 1394 gebildete Paar speichert delta-Y- und delta-X-Neigungsdaten für eine Empfangsunter apertur, während das Paar der sechs Bit breiten Speicher 1306, 1308 delta-Y- und delta-X-Neigungsparameter für eine zweite Empfangsunterapertur sichert. In ähnlicher Weise speichert das aus den sechs Bit breiten Speichern 1310, 1312 gebildete Paar delta-Y- und delta-X-Neigungsparameter für eine dritte Empfangsunterapertur, während das aus den sechs Bit breiten Speichern 1314, 1316 gebildete Paar delta-Y- und delta-X-Neigungsparameter für eine vierte Empfangsapertur speichert. Durch anschließendes Laden der statischen Daten des Signalprozessors (Geometrie-RAM, Einstellungsregister, Codierer-RAM, etc.) wird die Schieberegistereinteilung an die geladenen Daten angepasst.
  • Indem kurz auf 14 Bezug genommen wird, veranschaulicht diese Figur eine serielle Kette 1400 mit Signalprozessoren 110. Die serielle Kette 1400 ist über die Signalleitungen SDATAOUT0, SDATAOUT1, SDATAIN0 und SDATAIN1 angeschlossen. Es kann ferner eine Taktleitung, Latch-Leitung sowie Parameterauswahlleitung (für die Auswahl, welche Parameterregister zu beschreiben sind) vorgesehen sein.
  • Es wird als nächstes auf die 15 Bezug genommen, wobei diese Figur einen in dem Signalprozessor 110 vorgesehenen Koppelpunktcontroller 1500 veranschaulicht, der neue Steuerungswerte für die Verarbeitung der dem Signalprozessor 110 zugeordneten vier Empfangsunteraperturen auf der Grundlage der delta-X- und delta-Y-Neigungen berechnet, die durch die serielle Schnittstelle geladen werden (vgl. 13). Der Koppelpunktcontroller 1500 berechnet 16 neue Verzögerungseinstellungen für jede Apertur auf der Grundlage der neuen Neigungsparameter delta X, delta Y. Die Verzögerungseinstellungen werden basierend auf den Inhalten des Geometrie-RAM und der neuen Neigungsparameter delta X und delta Y berechnet. Die zugehörigen Phasenverzögerungen werden durch Nachschlagen in dem gewählten Codierer-RAM ermittelt.
  • Zu diesem Zweck enthält der Koppelpunktcontroller 1500 die Multiplizierer 1502, 1504 sowie einen Summierer 1505. Der Koppelpunktcontroller 1500 enthält ferner einen Controller 1506, ein Geometrie-RAM 1508 sowie ein Codierer-RAM 1510. Es sind vier Sätze (jeweils einer für jede Empfangsunterapertur) von sechzehn 5-Bit-Phaseneinstellungsregistern 1512, 1514, 1516 und 1518 vorgesehen (somit eine Gesamtzahl von 64 fünf Bit großer Register). Diese Verzögerungseinstellungsregister speichern die Steuerbits der Verzögerungseinstellung für jede Empfangsunterapertur, die durch den Signalprozessor 110 behandelt wird, wie nachstehend erläutert.
  • Das Geometrie-RAM 1508 enthält die Beziehung zwischen einem Empfangssignalkanal n und der zugehörigen Wandlerposition (xn, yn) in der Empfangsunterapertur. Das Codierer-RAM 1510 enthält die Beziehung zwischen der kodierten Verzögerung und den in 10 veranschaulichten Hardwareeinstellungen (iMxn, in, qMxn, qn) für die Schmalband-Strahlformung. In einer alternativen Form enthält das Codierer-RAM 1510 die Beziehung zwischen der gewünschten Verzögerung und den Steuersignalen des Koordinatenschalters intPo1, chPos(4) sowie das Vorzeichen für die in 19 veranschaulichte Breitband-Stahlformungsschaltung. Der Parameter delta Xn kennzeichnet die x-Neigung für die Unterapertur n, n=0, 1, 2, 3, während delta Yn die y-Neigung für die Unterapertur n, n=0, 1, 2, 3, für jede der vier von dem Prozessor 110 behandelten Unteraperturen kennzeichnet.
  • Wenn in dem Schlüsselregister ein gültiger Schlüssel detektiert wird und der Befehl zum Starten der Koppelpunktberechnung ausgewählt ist, berechnet der Koppelpunktcontroller 1500 neue Registerwerte für die Unteraperturen 0, 1, 2 und 3. Weil bis zu 16 Empfangssignale einen Beitrag für jede Empfangsapertur liefern können, wird eine Gesamtanzahl von 64 Berechnungen durchgeführt. Die in 15 veranschaulichten delta X- und delta Y-Werte sind diejenigen Werte, die über die serielle Schnittstelle vor jeder neuen Einstellung geladen werden. Sämtliche acht delta-X- und delta-Y-Werte, die während der vorhergehenden Berechnung der Einstellung geladen werden, stehen für den Koppelpunktkontroller 1500 über zwei 24 Bit breite Busse zur Verfügung, wie dies in 13 veranschaulicht ist.
  • Um Einstellungszeit einzusparen, werden die Daten, die bei der nächsten Berechnung zu verwenden sind, hineingeschoben und geladen, während der Signalprozessor die momentane Einstellung bestimmt. Wenn die momentane Berechnung zu Ende geführt ist, sind die neuen delta-X- und delta-Y-Daten bereits geladen worden und stehen für die nächste Einstellungsberechnung zur Verfügung.
  • Um eine Berechnung zu beginnen, werden die Schlüssel- und Befehlsregister mit dem Schlüsselwert und dem Bit-Code geladen, der dem gewünschten Befehl zugeordnet ist. Bei einer Aktivierung einer Berechnung werden die delta-X- und delta-Y-Werte für die Apertur 0 auf die Eingänge der Multiplizierer 1502, 1504 gelegt. Eine Folgesteuerung 1506 steuert die Berechnungen. Die Folgesteuerung 1506 kann in Form eines Vorwärtszählers implementiert sein, der zyklisch sämtliche 64 Empfangssignaleingänge durchläuft (4 Unteraperturen mal 16 Empfangseingänge pro Unterapertur). Die Folgesteuerung 1506 ist an den Adressbuss des Geometrie-RAM 1508 angeschlossen. Im Allgemeinen wird das Datum für eine einzelne Unterapertur berechnet, bevor mit der nächsten Unterapertur fortgefahren wird.
  • Die Folgesteuerung 1506 steuert auch die Umleitung des Signals von dem Codierer-RAM 1510 zu dem richtigen analogen Unteraperturregister 1302-1314 sowie das Multiplexen der richtigen delta-X- und delta-Y-Daten zu dem Koppelpunktkontroller 1500. In einer Implementierung für Schmalband-Strahlformung ist die Ausgabe des Codierer-RAM 1510 ein 5-Bit breites Wort mit der Bezeichnung sap_data[4:0], das auf sX_m_controlX() abgebildet wird.
  • sX_m_controlX() ordnet die Steuersignale für die in 10 veranschaulichte Strahlformungsschaltung zu. Die 5-Bits sX_m_control4..0(Y) steuern in direkter Weise die Winkelgewichtung und das Vorzeichen für das Empfangssignal des Y-Kanals für die Apertur X. Die Umsetzung von den Bit-Werten zu der Winkelgewichtung und dem Vorzeichen ist in Tabelle 4 angegeben. In anderen Worten bildet das Codierer-RAM 1510 für eine Schmalband-Strahlformung einen Verzögerungswert auf das Vorzeichen des Multiplexers (iMxn und qMxn) sowie die I- und Q-Skalierung (in und qn) ab. Diese Parameter ergeben 16 Phasenwinkel, und es kann, um Signale mit gegebenen Verzögerungen auslassen zu können, auch in = qn = 0 ausgewählt werden. Im Ergebnis beträgt die Wortlänge in dem Codierer-RAM 1510 5 Bits. In einer alternativen Form können die Bits in dem Codierer-RAM 1510 eine direkte Auswahl der Koeffizienten und Multiplexerwerte ergeben (beispielspielsweise unter Verwendung eines Bits für jeden Multiplexer und 3 Bits im Zusammenhang mit dem Decodierer, um jedes der sechs Verstärkungspaare gemäß Tabelle 3 auszuwählen).
  • Figure 00450001
  • Figure 00460001
  • Die Berechnungen können mit der Zweierkomplement-Zahlendarstellung durchgeführt werden. Indem erneut auf 15 Bezug genommen wird, werden die delta-X- und delta-Y-Daten sowie die Daten des Geometrie-RAM miteinander multipliziert und in dem Summierer 1505 summiert. Diese Berechnung erzeugt einen 13 Bit breiten Ausgangswert. Weil die delta-X- und delta-Y-Werte niemals zur gleichen Zeit maximal sind, sind in den Berechnungen die beiden Bits mit der größten Signifikanz stets dieselben, so dass das Bit mit der größten Signifikanz des Signals abgetrennt werden kann. Bei der in 15 veranschaulichten Implementierung wird die Genauigkeit durch Abschneiden der 4 Bits mit der niedrigsten Signifikanz auf 8 Bits reduziert.
  • Der Koppelpunktcontroller 1500 arbeitet sequenziell sämtliche Empfangseingänge 'n' der Wandlerelemente für jede durch den Signalprozessor 110 behandelte Empfangsapertur 'in' ab. Gemäß einer Betrachtungsweise ermittelt der Koppelpunktkontroller 1500 eine skalierte Version der Verzögerung, die in jedem Empfangssignal einzuführen ist, gemäß floor ((x(m, n)·deltaX(m) + y(m, n)·deltaY(m))/16), für n=0, 1, ... 15 und m=0, 1, 2, 3, wobei floor(Z) die größte Ganzzahl zurückgibt, die nicht größer ist als die Zahl Z.
  • Es ist zu beachten, dass x(m,n) und y(m,n) die geometrischen Positionen des Wanderelementes kennzeichnen, dass mit den n-ten Eingang für die Empfangsapertur 'in' gekoppelt ist. Die Positionen werden durch das Geometrie-RAM 1508 indexiert, um während des Designs der Verarbeitungsschaltungsplatine 106 Flexibilität in Bezug auf die Signalleitung zu schaffen. Die Neigungsparameter deltaX(m) und deltaY(m) können für sämtliche Empfangssignale in einer gegebenen Empfangsunterapertur 'in' konstant bleiben, können jedoch auch gewöhnlich unter den Unteraperturen variieren.
  • Die berechnete Verzögerung wird durch Tabellenlesen in dem Codierer-RAM 1510 in eine physikalische Verzögerung umgewandelt.
  • Was das Geometrie-RAM 1508 anbetrifft, so hat es eine 6-Bit-Adresse und speichert 12-Bit-Daten. Um zu beginnen, Daten in das Geometrie-RAM 1508 zu laden, wird der Befehl RESET_ADDR_COUNTERS ausgegeben, um die Adresszähler zurückzusetzen. Der nächste Befehl ist dann LOAD_GEOM_RAM, der Daten auf die momentanen Adressen, auf die der Adresszeiger zeigt, einschreibt und automatisch den Adresszähler inkrementiert. Da die Datenbreite 12 Bit beträgt, werden durch einen einzelnen Schiebe-/Ladevorgang 4 Datenwörter in das Geometrie-RAM 1508 geladen. Der Adresszähler wird deshalb bei jedem Ladevorgang um 4 erhöht.
  • Das Codierer-RAM 1510 ist in 4 Bänke aufgeteilt, die 4 unterschiedliche Frequenzeinstellungen für die Ultraschallsonde 100 wiedergeben. Die Bank0- und Bank1-Register, die über die serielle Schnittstelle geladen werden, legen fest, welche Bank verwendet wird. Gemeinsam mit den acht Bits aus der Berechnung bilden sie die Codierer-RAM-Adresse in dem 1024 × 5 Bit großen RAM.
  • Das Codierer-RAM 1510 hat einen 10-Bit-Adressbus sowie einen 5-Bit-Datenbus. Um zu beginnen, Daten in das Codierer-RAM 1510 zu laden, wird der Befehl RESET_ADDR_COUNTERS ausgegeben, um die Adresszähler zurückzusetzen. Der nächste Befehl ist LOAD_ENC_RAM, der Daten auf die momentanen Adressen, auf die der Adresszähler und die Bank0/1-Register weisen, schreibt und automatisch den Adresszähler inkrementiert. Da die Datenbreite 5 Bit beträgt, werden in einem Schiebe-/Ladevorgang 8 Steuerdatenwörter der Apertur in das RAM 1510 geladen. Der Adresszähler wird deshalb bei jedem Ladevorgang um 8 erhöht.
  • Die Bits [19:0] in den beiden seriellen Schieberegistern werden für die für die RAMs bestimmten Daten verwendet. Das Bit 24 des seriellen Schieberegisters 0 wird auf das Steuersignal der Bank 0 für das Codierer-RAM 1510 abgebildet, während das Bit 24 des seriellen Schieberegisters 1 auf das Steuersignal der Bank 1 abgebildet wird. Die Bank 0/1-Register (vgl. 13) steuern, welche Bank geladen wird, und in einer Ausführungsform sendet der Adressenspeicherkontroller 112 4-Bit-Befehle an die Signalprozessoren 110. Die Befehle werden in den Signalprozessoren 110 in das Befehlsregister 1328 hineingeschoben. Beispiele von Befehlen sind nachstehend in Tabelle 5 angegeben:
    Figure 00480001
    Figure 00490001
  • Figure 00500001
  • 16 fasst die Schritte 1600 zusammen, die die in 1 veranschaulichte Ultraschallsonde 100 ausführen kann, um eine Verarbeitung der Unterapertur durchzuführen. Die Sonde 100 empfängt an den über den Verarbeitungsplatinen 106 verteilt angeordneten Signalprozessoren 110 mehrere Empfangssignale von den Schallwandlerelementen (Schritt 1602). Die Wandlerelemente können dreieckige Empfangsunteraperturen bilden, die im Ganzen durch einen vorgegebenen Signalprozessor 110 verarbeitet werden, anstatt zwischen den Verarbeitungsplatinen aufgeteilt zu werden. Während des Empfangsbetriebs (und Sendebetriebs) teilt die Sonde 100 wenigstens eines der Schallwandlerelemente im Multiplexverfahren zwischen der Empfangsunterapertur und einer quadratischen Sendeunterapertur auf (Schritt 1604).
  • Nach der Strahlformung steuert der Signalprozessor 110 einen Empfangsunteraperturausgang mit einem strahlgeformten Signal an, das über die Schallwandlerelemente in der Empfangsunterapertur erhalten worden ist (Schritt 1606). In der Senderichtung kann die Sonde über Sendesignalverbindungen, die zwischen mehreren Verarbeitungspaltinen verteilt angeordnet sind, Sendesignale an mehrere Sendeunteraperturen ankoppeln (Schritt 1608). Wie bei den Empfangsaperturen können auch die Sendesignalverbindungen für eine gegebene Unterapertur alle auf einer vorgegebenen Verarbeitungsplatine 106 vorgesehen sein, anstatt auf mehrere Verarbeitungsplatinen 106 aufgeteilt zu sein.
  • Dadurch, dass die Sende- oder Empfangsunteraperturen nicht auf mehrere Verarbeitungsplatinen aufgeteilt sind, wird eine effiziente Umleitung von Signalen von dem Host-System 116 und den Verarbeitungsplatinen 106 zu der Wandlergruppe 102 ermöglicht. Weil jede Verarbeitungsplatine 106 ihre eigenen Sende- und Empfangsunteraperturen verarbeitet, müssen keine Querverbindungssignale und Umleitungen zwischen den Verarbeitungsplatinen 106 vorgesehen sein.
  • 17 fasst die Schritte 1700 zusammen, die die in 1 veranschaulichte Ultraschallsonde 100 ausführen kann, um in der Sonde 100 eine Strahlformung (Beamfomrming) durchzuführen. Die Sonde 100 erhält mehrere Richtungsparameter, wie beispielsweise Neigungswerte (z.B. delta-X- und delta-Y-Daten) für die Empfangsunteraperturen von einem Host-System an einem Cache-Speicher- und -Controller 112 (Schritt 1702). Der Cache-Speicher und -Controller 112 überträgt anschließend die Richtungsparameter an die mehreren Signalprozessoren 110 auf den mehreren Verarbeitungsplatinen 106 (Schritt 1704).
  • Die Sonde 100 koppelt Empfangssignale, die von einer Empfangsunterapertur herrühren, an die Signalprozessoren 110 an (Schritt 1706). Der Signalprozessor 110 gewinnt aus den seriellen Eingangsregistern (z.B. 1302-1304, 1306-1308, 1310-1312 oder 1314-1316) Richtungsparameter für die Empfangsunterapertur (Schritt 1708). Basierend auf den Richtungsparametern ermittelt der Signalprozessor eine Strahl formungsverzögerung für die Wandlerelemente in der Empfangsunterapertur (Schritt 1710) und wendet die Verzögerung auf das Empfangssignal von jedem entsprechenden Wandlerelement an (Schritt 1712).
  • 18 veranschaulicht Schritte 1800, die die in 1 dargestellte Ultraschallsonde 100 (beispielsweise unter Verwendung der Transciever-Schaltung 700) ausführen kann, um Energie an ein Schallwandlerelement zu übertragen und von diesem zu empfangen, wobei das Schallwandlerelement im Multiplexverfahren zwischen einer Empfangsapertur und einer Sendeapertur geschaltet wird. Die Schaltung 700 koppelt einen Sendeimpuls über einen Sendegruppeneingang 704, einen Sendegruppenausgang 706 sowie eine das Empfangssignal sperrende Schaltung D1, D3 und Cshunt an, die zwischen dem Sendegruppeneingang 704 und dem Sendegruppenausgang 706 eingebunden ist (Schritt 1802). Die Transciever-Schaltung 700 koppelt ferner ein Empfangssignal über einen Empfangsgruppeneingang 712, einen Empfangsgruppenausgang 710 und eine das Sendesignal sperrende Schaltung C2 und D4 sowie Ccouple und D2 an, die zwischen dem Empfangsgruppeneingang 712 und dem Empfangsgruppenausgang 710 eingebunden ist (Schritt 1804).
  • Indem als nächstes auf 19 Bezug genommen wird, veranschaulicht diese Figur ein Blockschaltbild 1900 einer weiteren Ausführung der Strahlformungs-(Beamforming-)Schaltung in den Aperturprozessoren 902-908. Die Strahlformungsschaltung 1900 enthält die Vorverstärker 1902, von denen jeweils einer für jede der 16 Empfangskanäle in einer Empfangsapertur sowie ein weiterer zum Testen vorgesehen ist. Die Vorverstärker 1902 sind mit einer 34 × 11 großen Koppelmatrix 1904 verbunden, die auf flexible Weise die Empfangs signale über 0 bis 10 Verzögerungselemente 1906 und Summationsknoten 1908 zuschaltet, die in Reihe eine Verzögerungsleitung bilden. Der Leitungstreiber 1910 treibt das Signalgemisch zurück zu dem Host-System 116.
  • Die Koppelmatrix 1904 unterstützt den Anschluss eines beliebigen Empfangskanals an einen beliebigen Knoten der Verzögerungsleitung. Wenn mehrere Kanäle an demselben Knoten der Verzögerungsleitung angeschlossen sind, ist das Ausgangssignal dieser Knoten durch die Summe der jeweiligen Eingangssignale gebildet. Jeder beliebige Kanal kann vor der Einmündung in einen Summationsknoten invertiert werden, und jeder beliebige Kanal kann optional gleichzeitig an zwei benachbarte Summationsknoten angeschlossen sein. In diesem Fall wird das Signal somit aufgeteilt, so dass die effektive Verstärkung jeweils um ungefähr 6 dB reduziert wird.
  • Bei der Anwendung der Strahlformungsschaltung 1900 gibt der Koppelpunktcontroller 1500 die folgenden Signale an die Strahlformungsschaltung 1900 aus: intPo1, chPos(4).
  • 11 veranschaulicht eine Ausführungsform für eine Allpassfilterzelle (z.B. die Filterzelle 1906). Wie dargestellt, kann das Allpassfilter in Form einer Parallelschaltung aus einem nicht invertierenden Puffer mit einem nachfolgenden Widerstand R und einem invertierendem Puffer, der mit einem Kondensator C in Reihe geschaltet ist, realisiert sein. Jede Filterzelle weist eine Phasenverzögerung von T=2RC und eine Übertragungsfunktion gemäß Hc(w) = (1 – j(wT/2))/(1 + j(wT/2)) auf.
  • 12 veranschaulicht einen Koppelpunktcontroller 2100 zur Verwendung in Zusammenhang mit der Strahlformungsschaltung 1900, der dazu dient, beginnend mit einem Triggerereignis und unter Bearbeitung der maschineninternen Version (latch version) der Kennparameter die Schalter in der Koppelmatrix 1904 zu programmieren. Der Kreuzpunktcontroller 2100 arbeitet der Reihe nach sämtliche Empfangseingänge 'n' der Wandlerelemente für jede durch den Signalprozessor behandelte Empfangsapertur 'in' ab. Der Kreuzpunktcontroller 2100 kann derart betrachtet werden, dass er eine vorläufige skalierte Version der in jedes Empfangssignal einzubringenden Verzögerung gemäß der Formel liefert: floor ((x(m,n)·deltaX(m) + y(m,n)·deltaY(m))/8), für n=0, 1 ... 15, und m=0, 1, 2, 3 (wobei floor(Z) die größte ganze Zahl ≤ Z liefert).
  • Es ist zu beachten, dass x(m,n) und y(m,n) die geometrischen Positionen des Wandlerelementes kennzeichnen, das an den n-ten Eingang zu der Empfangsapertur m angeschlossen ist. Es kann ein reservierter Code festgesetzt werden (z.B. x(m,n), y(m,n) = -16, -16), der (beispielsweise zu Zwecken des Power Management) den Kanal n der Apertur m deaktiviert, indem der Decodierer 2102 verwendet wird, um den Code (oder optional oder zusätzlich den Überlauf von chPos) zu detektieren und ein Kanaldeaktivierungs-Ausgangssignal auszugeben. Die Positionen werden durch das Geometrie-RAM 1508 indexiert, um bereits während des Entwurfs der Verarbeitungsschaltungsplatine 106 Flexibilität für das Routen zu schaffen. Die Skalierungsfaktoren deltaX(m) und deltaY(m) können für sämtliche Empfangssignale in einer vorgegebenen Empfangsapertur m konstant bleiben.
  • Die vorläufige Verzögerung wird durch eine Tabellensuche in dem Codierer-RAM 1510 in eine physikalische Verzöge rung umgewandelt. In einer Ausführungsform enthält die Ausgangsgröße des Codierer-RAM 1510 sechs Bits: 1 Bit für int-Po1, 4 Bits für chPos und 1 Bit für das Vorzeichen. Die chPos-Bits bewirken, dass der zugehörige Schalter in der Koppelmatrix 1904 geschlossen wird. Falls das Steuerungsbit intPo1 gesetzt ist, wird der Schalter 1 + chPos ebenfalls gesetzt. Das Vorzeichenbit wählt die nicht invertierte oder die invertierte Version des Eingangssignals aus.
  • Während unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es für eine fachkundige Person ohne weiteres erkennbar, dass viele weitere Ausführungsformen und Implementierungen möglich sind, die innerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung liegen.
  • Ein Unterapertur-Transcieversystem 700 für eine Ultraschallsonde 100 enthält einen Signalprozessor 110, Empfangssignalverbindungen, die den Signalprozessor mit einer Empfangsapertur verbinden, die akustische Transcieverelemente 300 aufweist, sowie Sendesignalverbindungen, die an eine Sendeapertur angeschlossen sind, die wenigstens ein akustisches Transcieverelement enthält, das im Multiplexverfahren gemeinsam mit der Empfangsapertur betrieben wird.
    • 100
    Ultraschallsonde
    102
    Wandlergruppe und Hilfsstapelspeicher
    104
    flexibles Wandleranschlusskabel
    106
    Verarbeitungsplatine
    108
    Adressen-/Positionsspeicher
    110
    Signalprozessoren
    112
    Speichercontroller
    114
    Kommunikationsschnittstelle
    116
    Host-System
    118
    Digitalsignalleitungen
    120
    Signalleitungen
    122
    Koaxialkabel
    124
    Verbinder
    126
    Sperre
    128
    Passstift
    130
    Bolzen
    132
    Cache-Speicher
    133
    Digitalsignalleitungen
    202
    piezoelektrische Keramik
    204
    z-Achsen-Trägerblock
    206
    Schaltungsleiterbahnen
    208
    schallabsorbierendes Material
    210
    innere Schallanpassungsschicht
    212
    diskrete Schallelemente
    214
    Grundmetallschicht
    216
    äußere Schallanpassungsschicht
    218
    äußerste Elemente
    300
    Feld mit Schallwandlerelementen
    500
    Verteilung von zweiundvierzig flexiblen Wandlerkabeln
    502
    Grundfolie
    504
    nicht leitende Abstandshalter
    600
    Routing-Diagramm
    602
    Leiterbahnschicht
    604
    Leiterbahnschicht
    606
    Leiterbahnschicht
    608
    Leiterbahnschicht
    610
    Leiterbahnschicht
    612
    Leiterbahnschicht
    614
    flexibles Wandleranschlusskabel
    616
    flexibles Wandleranschlusskabel
    618
    flexibles Wandleranschlusskabel
    620
    flexibles Wandleranschlusskabel
    622
    flexibles Wandleranschlusskabel
    624
    flexibles Wandleranschlusskabel
    626
    Signalleitungsbahnen
    628
    Durchgang (Vias)
    630
    Durchgang (Vias)
    632
    Kontakt (Pad)
    634
    Kontakt (Pad)
    636
    Kontakt (Pad)
    638
    Kontakt (Pad)
    640
    Durchgang (Vias)
    642
    Kontakt (Pad)
    644
    nicht leitender Abstandshalter
    700
    Transcier-Schaltung
    702
    mehrere Sendegruppen
    704
    Sendegruppeneingang
    706
    Sendegruppenausgang
    708
    mehrere Empfangsgruppen
    710
    Empfangsgruppenausgang
    712
    Empfangsgruppeneingang
    714
    reines Empfangselement
    716
    reines Empfangselement
    718
    Sperrschaltung für das Empfangssignal
    802
    untere Schicht
    804
    obere Schicht
    900
    Blockdiagramm
    902
    Aperturprozessor
    904
    Aperturprozessor
    906
    Aperturprozessor
    908
    Aperturprozessor
    910
    digitaler Steuerblock
    912
    Abstimmschaltung
    914
    Spannungserholungsschaltung
    916
    Vorspannungsschaltung
    1002
    Verstärker mit niedrigem Eigenrauschen
    1004
    Mischer
    1005
    positiver Summierer
    1006
    negativer Summierer
    1008
    Allpassfilter
    1009
    Allpassfilter
    1010
    Summierer
    1012
    Leitungstreiber
    1300
    digitale Schnittstelle
    1302
    6-Bit-Speicher
    1304
    6-Bit-Speicher
    1306
    6-Bit-Speicher
    1308
    6-Bit-Speicher
    1310
    6-Bit-Speicher
    1312
    6-Bit-Speicher
    1314
    6-Bit-Speicher
    1316
    6-Bit-Speicher
    1318
    1-Bit-Speicherbank
    1320
    1-Bit-Speicherbank
    1322
    Datenschieberegister
    1324
    Datenschieberegister
    1326
    Mehrbit-Schlüsselregister
    1328
    Mehrbit-Befehlsregister
    1330
    Tristate-Puffer
    1332
    Tristate-Puffer
    1400
    serielle Kette
    1500
    Koppelpunktcontroller
    1502
    Multiplizierer
    1504
    Multiplizierer
    1505
    Summierer
    1506
    Controller
    1508
    Geometrie-RAM
    1510
    Codierer-RAM
    1512
    Strahlformungs-(Beamforming-)Register
    1514
    Strahlformungsregister
    1516
    Strahlformungsregister
    1518
    Strahlformungsregister
    1600
    Schritte
    1602
    Schritt
    1604
    Schritt
    1606
    Schritt
    1608
    Schritt
    1700
    Schritte
    1702
    Schritt
    1704
    Schritt
    1706
    Schritt
    1708
    Schritt
    1710
    Schritt
    1712
    Schritt
    1800
    Schritte
    1802
    Schritt
    1804
    Schritt
    1900
    Blockdiagramm
    1902
    Vorverstärker
    1904
    Koppelmatrix
    1906
    Verzögerungselemente
    1908
    Summationsknoten
    1910
    Leitungstreiber
    2100
    Koppelpunktcontroller
    2102
    Decodierer

Claims (10)

  1. Unterapertur-Transcieversystem (700): mit einer ersten Verarbeitungsplatine (106), mit einer zweiten Verarbeitungsplatine (106) und mit für mehrere Empfangsaperturen vorgesehenen Empfangssignalverbindungen, die zwischen der ersten und der zweiten Verarbeitungsplatine verteilt angeordnet sind, wobei die Empfangssignalverbindungen jede Empfangsapertur an wenigstens eine der Verarbeitungsplatinen ankoppeln, ohne eine Empfangsapertur zwischen den Verarbeitungsplatinen aufzuteilen.
  2. System (700) nach Anspruch 1, das ferner aufweist: für mehrere Sendeaperturen vorgesehene Sendesignalverbindungen, die zwischen der ersten und der zweiten Verarbeitungsplatine (106) verteilt angeordnet sind, wobei die Sendesignalverbindungen jede Sendeapertur an wenigstens eine der Verarbeitungsplatinen (106) ankoppeln, ohne eine Sendeapertur zwischen den Verarbeitungsplatinen (106) aufzuteilen.
  3. System (700) nach Anspruch 1, das ferner aufweist: Sendesignalverbindungen für mehrere Sendeaperturen, wobei die Sendesignalverbindungen zwischen der ersten und der zweiten Verarbeitungsplatine (106) verteilt angeordnet sind, und wobei wenigstens eine Sendeapertur ein Wandlerelement (300) aufweist, das im Multiplexverfahren zwischen wenigstens einer Empfangsapertur und der Sendeapertur betrieben wird.
  4. System (700) nach Anspruch 1, das ferner ein erstes Anschlusskabel (104), das einzelne ausgewählte Empfangssignalverbindungen zu der ersten Verarbeitungsplatine (106) führt, sowie ein zweites Anschlusskabel (104) aufweist, das einzelne ausgewählte Signalverbindungen zu der zweiten Verarbeitungsplatine (106) führt.
  5. System (700) nach Anspruch 4, wobei das erste und das zweite Anschlusskabel in Form von flexiblen Leitungskabeln (104) ausgebildet sind.
  6. System (700) nach Anspruch 4, wobei das Anschlusskabel einzelne ausgewählte Empfangssignalverbindungen für eine erste Wandlergruppenleitung (700) aufweist.
  7. System (700) nach Anspruch 1, das ferner einen ersten Signalprozessor (110) auf der ersten Verarbeitungsplatine (106) sowie einen zweiten Signalprozessor (110) auf der zweiten Verarbeitungsplatine (106) aufweist.
  8. System (700) nach Anspruch 7, wobei der erste Signalprozessor (110) über die Empfangssignalverbindungen mit mehreren Empfangsaperturen verbunden ist und wobei der zweite Signalprozessor (110) über die Empfangssignalverbin dungen mit mehreren Empfangsaperturen verbunden ist.
  9. System (700) nach Anspruch 1, wobei die Empfangsaperturen in Form dreieckiger Empfangsaperturen (300) ausgebildet sind.
  10. System (700) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Verarbeitungsplatine (106) in einer Ultraschallsonde (100) angeordnet sind.
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