用于电容式微机械超声换能器的偏压应用的制作方法

本文中的一些示例涉及电容式微机械超声换能器(cmut)，比如可以用于超声成像或其他应用。

背景技术：

超声换能器广泛用于许多不同领域。超声换能器的示例包括锆钛酸铅(pzt)换能器和电容式微机械超声换能器(cmut)。cmut可以包括被安排成彼此对置的两个电极，其中，换能间隙将这两个电极分开。这两个电极之一可移动朝向和离开彼此，从而实现声能与电能之间的能量交换。例如，cmut可以被电信号激活以引起可移动电极的移动，以便生成声能。进一步，声能撞击在cmut的可移动电极上可以引起电信号的生成。

在一些情况下，cmut可以采用额外偏置电压，比如在接收用于成像目的的声学回声信号时。例如，偏置电压的施加可以用来改变cmut的频率或其他换能特性。作为一个示例，所述偏置电压可以是在成像或其他操作过程中保持恒定的dc电压。常规地，可以通过将偏置电压源直接连接至cmut的电极之一来施加偏置电压。然而，如果cmut故障，比如跨换能间隙短路，则会损坏偏压源或其他电路。

技术实现要素：

本文中的一些实施方式包括用于向cmut施加偏置电压的技术和安排。例如，cmut可以包括第一电极和第二电极。cmut可以可连接至能够提供偏置电压的偏置电压源、以及发射和/或接收(tx/rx)电路。在cmut与tx/rx电路之间和/或在cmut与偏置电压源之间可以包括一个或多个保护性部件。作为一个示例，第一电容器可以具有可以电连接至cmut的所述第一电极的第一电极。第一电容器可以具有可以电连接至tx/rx电路的第二电极。此外，第一电阻器可以包括电连接至所述第一电容器的所述第一电极以及所述cmut的所述第一电极的第一电极。第一电阻器的第二电极可以电连接至：接地或公共返回路径、和/或第一电容器的第二电极。

附图说明

参照附图提出了具体实施方式。在附图中，参考号最左边的(多个)数字标识参考号首次出现的附图。在不同的附图中使用相同的参考号指示相似或完全相同的项或特征。

图1根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例系统。

图2根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图3根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图4根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图5根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图6根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图7根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图8根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图9根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图10根据一些实施方式展示了一种用于向cmut施加偏置电压的示例电路。

图11根据一些实施方式展示了包括一个或多个cmut的超声系统的示例配置。

图12根据一些实施方式展示了包括一个或多个cmut的超声系统的示例配置。

图13根据一些实施方式展示了包括多个cmut的超声系统的示例配置。

图14是框图，根据一些实施方式展示了包括一个或多个cmut的超声系统的示例配置。

图15是框图，根据一些实施方式展示了偏置电压源的挑选出来的部件的示例。

图16根据一些实施方式展示了偏置电压发生器的示例。

图17根据一些实施方式展示了偏置电压发生器的示例。

图18根据一些实施方式展示了偏置电压发生器的示例。

图19是根据一些实施方式展示了用于施加偏置电压的示例过程的流程图。

具体实施方式

一些实施方式包括用于向cmut施加偏置电压的技术和安排。可以向其施加偏置电压的cmut的示例包括：cmut阵列中的cmut元件或子元件、cmut系统中的一个或多个cmut单元、和/或任何其他类型的cmut配置。本文中cmut可以包括与第二电极对置的第一电极，其中，这两个电极之间具有换能间隙。所述电极中的至少一个能够移动朝向和离开另一个，以便生成和/或接收超声能量。发射和/或接收(tx/rx)电路可以直接地或间接地电连接至所述电极之一，并且偏置电压源可以直接地或间接地电连接至另一电极(即，通过或不通过任何其他电子部件)。

在本文的实施方式中，在所述电极中的至少一个与tx/rx电路或偏置电压源中的至少一项之间的电路中可以包括一个或多个保护性部件。作为一个示例，第一电容器可以被安置在cmut与tx/rx电路之间，从而在cmut被损坏的情况下防止偏置电压被直接施加至tx/rx电路。然而，如果cmut未损坏，则偏置电压不被施加至cmut于tx/rx电路之间的任何电路部分，包括第一电容器。第一电容器的电容可以被选定为对经过第一电容器的tx/rx信号有最小的影响。例如，第一电容器的电容可以大于cmut的电容。在一些情况下，第一电容器的电容可以比大于cmut的电容大大约5倍或更大。

另外，在一些示例中，cmut与第一电容器之间可以包括第一电阻器以用于设置期望dc电势，例如与接地(gnd)或公共返回路径(com)一起。gnd可以是地球接地、机壳接地、或信号接地。在cmut的工作频率范围内，第一电阻器的电阻可以被选定为大于cmut的阻抗。作为一个示例，在cmut的工作频率范围内，第一电阻器的电阻可以被选定为大约比cmut的阻抗大5倍或更大。所述工作频率范围可以与覆盖所有有用信号的换能器带宽(例如，-20db带宽、-40db带宽等)等效。

而且，在一些示例中，第二电容器可以被安置在cmut的第二电极与gnd/com之间，从而减少偏置电压源的噪声。例如，第二电容的电容可以大于cmut的电容。作为一个示例，第二电容器的电容可以大约比大于cmut的电容大10倍或更大。

另外，在一些情况下，第二电阻器可以被安置在cmut的第二电极与偏置电压源之间，从而在cmut损坏时保护偏置电压源。作为示例，第二电阻器的电阻可以小于第一电阻器的电阻。例如，第二电阻器的电阻可以约为第一电阻器的电阻的1/10至1/3。

在一些示例中，第三电容器可以连接在第一电容器与tx/rx电路之间从而进一步保护tx/rx电路。进一步，第三电阻器可以连接在第三电容器的连接至第一电容器的电极与gnd/com之间。第三电容器的电容可以与第一电容器的电容类似，并且第三电阻器的电阻可以与第一电阻器的电阻类似。

在一些示例中，多个cmut和/或cmut中的多个元件可以共享公共偏置电压源。在这种情形下，所述多个cmut或cmut元件可以共享同一第二电容器，并且在一些情况下可以共享同一第二电阻器。另外，每个cmut或cmut元件可以连接至单独的tx/rx电路(例如，cmut系统中单独的tx/rx通道)。每个cmut或cmut元件可以包括相应的第一电容器以及(在一些示例中)相应的第三电容器。进一步，每个cmut或cmut元件可以包括相应的第一电阻器和(在一些示例中)相应的第三电阻器。

出于讨论的目的，在超声成像的环境下描述了一些示例实施方式。然而，本文的实施方式并不限于具体示例，并且可以扩展至其他应用、其他系统、其他供使用的环境、其他阵列配置等，如根据本文披露对本领域技术人员将明显的。

图1根据一些实施方式展示了示例cmut系统100。图1包括cmut102的截面表示，所述cmut在一些实施方式中可以具有任何换能器形状。例如，cmut102可以是更大cmut的一部分、cmut阵列中的cmut元件或子元件的一部分、或任何其他类型的cmut配置的一部分。在本示例中，cmut102包括第一(例如，上部)电极104和第二(例如，底部)电极106。第一电极104和第二电极106在本示例中可以是平坦的或另外平面的，但在其他示例中不限于此。而且，虽然在本示例中描绘了一种可能的cmut结构，本文中的实施方式不限于所展示的结构，并且可以应用于具有两个或更多个电极的任何cmut结构，其中，所述电极中的至少一个是相对于另一个可移动的，包括具有嵌入弹簧的cmut等。

在所展示的示例中，基板110上形成了多个cmut单元108。在一些情况下，基板110可以由导电材料形成并且可以充当cmut单元108的第二电极106。在其他示例中，比如在基板110由非导电材料形成的情况下，可以向基板110的上表面沉积一层导电材料从而充当第二电极106，比如在沉积可选绝缘层112之前，所述可选绝缘层可以被沉积在第二电极106的上表面上。

弹性膜114可以被安置在基板110上方并且可以被多个侧壁116支撑从而提供分别与独立的cmut单元108相对应的多个腔体118，例如每个cmut单元108一个腔体118。在一些示例中，膜114可以在腔体118上方具有均匀的厚度；然而，在其他示例中，膜114的厚度或其他特性可以变化，这可以改变cmut单元108的频率和/或其他特性。膜114可以由弹性材料制成，从而使膜114能够在腔体118所提供的换能间隙120内移动朝向和离开基板110。膜114可以由单个层或多层制成，并且至少一层可以由导电材料制成从而使得膜114能够充当第一电极104。

影响cmut单元108的共振频率的因素包括腔体118的尺寸(与每个腔体上方的膜面积相对应)、以及膜刚度(可以至少部分地对应于每个腔体118上方的膜厚度)、膜厚度和膜材料。另外，cmut102的不同区域中的cmut单元108的结构可以被不同地配置。例如，不同区域中的cmut单元108的中心频率(或第一共振频率)可以与其他区域中的cmut单元108被不同地设计。在一些情况下，基板110可以结合或另外附接至本示例中未示出的另一基板(例如，ic晶片/芯片、pcb板、玻璃晶片/芯片、声学基底材料等)。

tx/rx电路122可以是包括单个通道或多个通道(如下面另外描述的)的前端电路，所述单个通道或多个通道连接至cmut或cmut阵列102以使得cmut102发射超声能量和/或接收代表撞击在cmut102上的超声能量的电信号。例如，可以通过在第一电极104与第二电极106之间施加ac电压以引起超声能量的发射(tx)来使膜114(作为第一电极104)变形。另外，可以通过在接收(rx)超声能量的过程中撞击超声波来使膜114变形。因而，膜114能够响应于产生超声能量时的电信号或响应于接收到超声能量在换能间隙120内前后移动。

tx/rx电路122可以在cmut102上施加ac(交流)电信号，从而使得cmut102生成用于发射操作的超声波。另外，针对接收操作，tx/rx电路122可以从cmut102接收被cmut102从声学转换来的电信号。tx/rx电路122可以是与cmut102接口连接的系统100中的前端电路。在cmut102是cmut阵列的一部分的情况下，tx/rx电路122可以包括tx/rx通道，并且每个tx/rx通道可以具有其自身的与cmut阵列中的相应cmut元件接口连接的tx/rx前端电路。图14提供了具有tx/rx电路/通道122的系统的示例。其他类型的tx/rx电路是本领域中已知的。

偏置电压源124可以连接至cmut102，以便向cmut102施加偏置电压。偏置电压(dc或ac电压)可以施加于电极104与106之间，比如在接收操作过程中。在一些情况下如果偏压源是ac电压，则频率可以超过cmut的工作频率范围，从而使得偏置电压本身不引起cmut生产任何有意义的声学信号。在一些情况下，偏置电压源可以包括dc-dc的转换器以及一个或多个偏置电压发生器。下面另外讨论偏置电压源的示例，例如相对于图15至图18。

在一些示例中，可以在接收操作过程中将偏置电压施加至cmut102。另外，或可替代地，可以在发射操作过程中将偏置电压施加至cmut102。通过向cmut单元108施加偏置电压，可以在膜114上负载静电力荷载，这可以改变相应cmut单元108的共振频率或其他特性。在一些情况下，通过控制施加至cmut102的偏置电压，可以使至少一个cmut性能参数(例如，换能效率、频率响应等)不同。例如，可以选择性地向cmut102施加偏置电压，从而打开和关闭穿安琪的功能或改变cmut102的(多个)性能参数。

在一些情况下，可以向cmut102的不同区域(例如，cmut单元108中的不同cmut单元)施加不同的偏置电压，从而将不同的超声接收和/或发射性能参数分给不同的区域。而且，如果cmut102的区域内的偏置电压随着时间而改变，则所述区域内的(多个)cmut性能参数同样会相应地随着时间而改变。作为一个示例，比如在cmut阵列中包括cmut102的情况下，通过控制cmut102的不同区域内的偏置电压，可以控制并相应地改变cmut102的有效孔径和/或变迹(apodization)。

在图1的示例中，tx/rx电路122可以连接至cmut102的第一电极(例如，104)，并且偏置电压源124可以连接至cmut102的第二电极(例如，106)。为了防止对tx/rx电路122和/或对偏置电压源124的损坏，在cmut102与tx/rx电路122之间、或者cmut102与偏置电压源124之间可以包括一个或多个保护性部件126。如下面参照图2至图12另外描述的，可以包括各电子部件126以保护tx/rx电路122和/或偏置电压源124，比如在cmut102被损坏、故障、短路等的情况下。另外，在一些示例中，cmut电极104和106的取向相对于与tx/rx电路122和偏置电压源124的电连接可以是相反的。

图2根据一些实施方式展示了用于施加偏置电压的示例电路200。cmut202在电路200中可以被表示为具有第一电极204和第二电极206的可变电容器。在一些示例中，cmut202可以对应于具有上文所讨论的第一电极104和第二电极106的cmut102，或其他cmut配置。例如，cmut202可以包括多个cmut单元，可以是cmut阵列中的元件或子元件，和/或任何其他期望的cmut结构配置。进一步，电路200可以包括tx/rx电路122和偏置电压源124。另外，在一些示例中，cmut电极204和206的取向相对于与tx/rx电路122和偏置电压源124的电连接可以是相反的。

第一电容器c1208电连接在tx/rx电路122与cmut202之间，并且可以防止偏置电压被直接施加至tx/rx电路122，比如在第一电极204与第二电极206之间发生短路的情况下。在本示例中，tx/rx电路122可以通过第一电容器c1208与cmut202的第一电极204连接。第一电容器c1208的第一电极210连接至cmut202的第一电极204，并且第一电容器c1208的第二电极212连接至tx/rx电路122。偏置电压源124(例如，dc或ac电压)可以连接至cmut202的第二电极206。

另外，第一电阻器r1214连接在cmut202的第一电极204、第一电容器c1的第一电极210、以及gnd/com216(例如，地球接地、机壳接地、ac信号接地、公共返回路径等)之间。第一电阻器r1214的第一电极218连接至cmut的第一电极204和第一电容器208第一电极210。第一电阻器214的第二电极220连接至gnd/com216。

电阻器r1214的电阻与电容器c1208的电容均被选定为对tx/rx信号有最小影响。第一电容器c1208的电容可以大于cmut202的电容。在一些示例中，第一电容器c1208的电容可以大约比大于cmut202的电容大5倍或更大。在一些示例中，第一电容器c1208的电容可以大约比大于cmut202的电容大5倍、10倍、100倍、1000倍、或更大。例如，cmut202的电容可以至少部分取决于cmut的尺寸、cmut换能间隙的尺寸等。作为示例，在现实应用中通过考虑额定电压和包装尺寸，第一电容器c1208的电容的上限可以至少部分地取决于部件可用性。作为一个非限制性示例，医学超声探针中的cmut的电容可以是约5pf至100pf，同时第一电容器的电容可以是约1nf至100nf。

而且，在cmut202的工作频率范围内，第一电阻器r1214的电阻可以被选定为大于cmut202的阻抗。在一些情况下，在cmut的工作频率范围内，第一电阻器r1214的电阻可以被选定为比cmut202的阻抗大5倍或更大。在一些示例中，在cmut的工作频率范围内，第一电阻器r1214的电阻可以被选定为比cmut202的阻抗大5倍、10倍、100倍、1000倍、或更大。cmut202的工作频率范围可以与覆盖有用信号的换能器带宽(例如，-20db带宽、-40db带宽等)等效。而且，cmut202的绝缘层(对应于例如cmut102的绝缘层112)可以具有有限电阻，因此第一电阻器r1214的上限可以比cmut202的绝缘层的阻抗低5到10倍。

在图2中所展示的示例中，在正常操作下，cmut202将偏置电压源124与tx/rx电路122分开，从而使得正常没有偏置电压被施加至tx/rx电路122或施加至cmut202与tx/rx电路122之间的任何部件。另外，在施加偏置电压时，如果cmut202中存在短路，则偏置电压可以被施加在第一电容器c1208上，而非越过第一电容器c1208被施加在tx/rx电路122上。而且，电阻器r1214防止偏压直接短路至gnd/com216，从而使得偏置电压源124可以维持偏置电压(或另外正常地运作)，即使当cmut202中不存在短路时。例如，当多个cmut共享同一偏置电压源124时，如果一个cmut中存在短路，则仍然可以在共享偏置电压源的其他cmut上维持偏置电压。因而，当cmut202中存在短路时，第一电容器c1208和第二电阻器r1214组合以保护tx/rx电路122并保持偏压电路正常地运作。

图3根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例电路300。在本示例中，电路300包括第一电容器c1208和连接至gnd/com216的第一电阻器r1214。进一步，电路300包括电感器302，所述电感器可以包括在沿着tx/rx电路122与cmut202之间的信号路径的任何地方。例如，电感器302可以用来通过匹配cmut202与接口电路之间的阻抗差来调谐cmut202的性能，所述接口电路可以包括电缆、其他导体、和/或tx/rx电路(图3中未示出)。

作为一个示例，cmut202(在其工作频率范围内)的阻抗可以比所述电缆、其他导体、和/或tx/rx电路的阻抗高得多。因而，电感器302可以用来调谐cmut202的阻抗，从而与所述电缆或其他导体的阻抗更好地匹配，以提高系统的效率。例如，电感器的电感可以被选定为使得电感器与cmut(例如，被建模为电容器)的共振频率在从0.1fc到5fc(其中，fc是cmut的中心频率)的范围内。在一些情况下，电感器302可以放置成接近cmut202。例如，电感器302可以连接在cmut202与第一电容器208之间。在图1至图13中所示的配置中的任何一种配置中，电感器302可以被可选地添加在tx/rx电路与cmut之间的线路内。

图4根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例电路400。在本示例中，电路400包括第一电容器c1208和第一电阻器r1214。然而，第一电阻器r1214与第一电容器208并联连接，而非连接至接地。相应地，第一电容器208的第一电极210连接至第一电阻器214的第二电极220，并且第一电容器208的第二电极212连接至第一电阻器214的第一电极218。在cmut202中存在短路的情况下，可以在第一电阻器和第一电容器两者上而非tx/rx电路122施加偏置电压。另外，可以基于第二电极212的dc电势(所述dc电势可以由tx/rx电路定义)定义第一电容器c1208的第一电极210处的dc电压电势。

图5根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例电路500。在本示例中，电路500包括第一电容器c1208和连接至gnd/com216的第一电阻器r1214。另外，电路500包括第二电容器c2502。第二电容器502的第一电极504连接至cmut202的第二电极206，并且第二电容器c2502的第二电极506连接至gnd216。第二电容器502的电容可以通过减少偏置电压源124所引起的噪声来提高偏置电压的噪声性能。例如，第二电容器c2502的电容可以大于cmut202的电容。在一些示例中，第一电容器c2502的电容可以比cmut202的电容大5倍或更大。在一些示例中，第一电容器c2502的电容可以比cmut202的电容大5倍、10倍、100倍、1000倍、或更大。

图6根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例电路600。在本示例中，电路600包括第一电容器c1208和连接至gnd/com216的第一电阻器r1214。另外，电路600包括连接至cmut202的第二电极206以及gnd216的第二电容器502。而且，电路600包括第二电阻器r2602，所述第二电阻器具有连接至第二电容器502的第一电极504以及cmut202的第二电极206的第一电极604。第二电阻器r2602的第二电极606可以连接至偏置电压源124。在一些示例中，第二电阻器r2602是可选的。

如果cmut202被损坏、短路等，则第二电阻器t2602可以保护偏置电压源124免于来自tx/rx电路122的大ac信号。例如，第二电阻器r2602的电阻可以小于第一电阻器r1214的电阻。例如，第二电阻器r2602的电阻可以是第一电阻器r1214的电阻的1/10至1/3。另外，在一些情况下，在cmut工作频率范围内，第二电阻器r2602的阻抗可以大于第二电容器c2502的阻抗，比如在cmut工作频率范围内比第二电容器c2502的阻抗大5倍或更大。作为示例，在cmut工作频率范围内，第二电阻器r2602的阻抗比第二电容器c2502的阻抗大5倍、10倍、100倍、或更大。

图7根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例电路700。在本示例中，电路700包括第一电容器c1208和连接至gnd/com216的第一电阻器r1214。另外，电路700包括并联连接的第二电容器c2502和第二电阻器r2602。因而，第二电阻器602的第一电极604电连接至第二电容器的第一电极和cmut202的第二电极206。另外，第二电阻器602的第二电极606连接至第二电容器502的第二电极506和偏置电压源124。如上文所提及的，第二电容器c2502的电容可以大于cmut202的电容。在一些示例中，第一电容器c2502的电容可以大约比大于cmut202的电容大5倍或更大。在一些示例中，第一电容器c2502的电容可以大约比大于cmut202的电容大5倍、10倍、100倍、1000倍、或更大。进一步，在cmut工作频率范围内，第二电阻器r2602可以具有在第一电阻器r1214的电阻的1/10至1/3之间的电阻，和/或第二电阻器r2602可以具有比第二电容器c2502的阻抗大5倍、10倍、100倍、或更大的阻抗。

图8根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例电路800。在本示例中，电路800包括第一电容器c1208和连接至gnd/com216的第一电阻器r1214作为第一电阻器-电容器(rc)级802。因而，第一rc级802包括由第一电阻器r1214和第一电容器c1208组成的电路。而且，电路800包括tx/rx电路122、以及电连接在第一rc级802与tx/rx电路122之间的第二rc级804。第二rc级802包括第三电阻器r3806和第三电容器c3808。第三电容器c3808的第一电极810电连接至第一电容器c1208的第二电极212和第三电阻器806的第一电极812。第三电容器c3808的第二电极814连接至tx/rx电路122。第三电阻器806的第二电极816连接至gnd/com216。另外，电路800包括连接至gnd/com216的第二电容器502和连接在偏置电压源124与cmut202之间的第二电阻器602。

第三电容器c3808的电容可以与第一电容器c1208的电容值类似，例如，第三电容器c3808的电容可以比cmut202的电容大5倍、10倍、100倍、1000倍、或更大。而且，第三电阻器r3806的电阻值可以与第一电阻器r1214的电阻值类似，例如，在cmut202的工作频率范围内，第三电阻器r3806的电阻可以被选定为大于cmut202的阻抗。例如，在工作频率范围内，第三电阻器r3806的电阻可以是cmut202的阻抗大5倍、10倍、100倍、1000倍、或更大。

第二rc级804可以连接在第一rc级804与tx/rx电路122之间的任何地方。而且，第二rc级802可以包括在图3至图7中所展示的电路配置中的任何一种电路配置中。作为一个示例，在cmut202发生短路并且第一电容器c1208也发生短路的情况下，第二rc级可以保护tx/rx电路122免受偏置电压源124损坏，并因此可以在医学应用等中有用。

图9根据一些实施方式展示了包括被施加偏置电压的多个cmut的超声系统的电路900的示例配置。例如，图2至图8中的电路配置是相对于一个cmut描述的，比如多个cmut单元、或cmut阵列中的元件或子元件。然而，图2至图8的电路配置可以应用于包括多个cmut的系统，比如多个cmut元件、多个子元件、或cmut阵列中的偏压可控区域。在本示例中，比如在cmut阵列的情况下，多个cmut元件、子元件或偏压可控区域可以共享同一偏置电压源124。例如，cmut阵列可以被分类成由多个cmut元件组成的三种或更多种不同阵列类型，包括一维(1d)阵列、一点五维(1.5d)阵列、和二维(2d)阵列。例如，1d阵列可以包括仅被安排在一个维度(例如，横向维度)的cmut元件。两个相邻元件之间的间隔通常可以或者对于线性阵列的一个波长或者对于相控阵列是一半波长。1.5d阵列可以包括横向维度的多个元件以及高度维度的至少两个子元件。2d阵列可以包括安排在横向维度和高度维度两者的多个元件。2015年11月18日提交的美国专利申请号14/944,404和2016年7月18日提交的美国专利申请号15/212,326中描述了cmut阵列的示例，所述申请的全部公开通过引用结合在此。

图9的示例展示了电路900，系统包括基于图6中的电路配置的用于多个cmut202(1)，202(2)，…，202(n)的偏置电压应用配置。在一些示例中，所述多个cmut202(1)至202(n)可以各自是cmut阵列中的单独的元件或子元件和/或可以共享同一偏置电压源124。所述多个cmut202(1)至202(n)的第二电极206彼此电连接从而形成所述多个cmut202(1)至202(n)的公共电极。偏置电压源124可以直接地或间接地连接至第二电极206。在本示例中，第二电阻器r2602(在一些示例中，r2可以是可选的)电连接在偏置电压源124与所述相应多个cmut202(1)至202(n)的第二电极206之间。另外，第二电容器c2502的第一电极504电连接至所述多个cmut202(2)至202(n)的第二电极206，并且第二电容器c2502的第二电极506连接至gnd/com216。

此外，每个cmut202(1)至202(n)的第一电极204可以连接至独立的tx/rx电路122(1)，122(2)，…，122(n)，在一些示例中，所述tx/rx电路可以是超声系统的单独通道的前端电路。进一步，如在图2的示例中，相应的第一电容器c1208和连接至gnd/com216的相应的第一电阻器r1214可以连接在cmut202(1)至202(n)与相应的tx/rx电路122(1)至122(n)之间。因而，每个cmut202(1)至202(n)可以连接至相应的第一电容器208、相应的第一电阻器214、和相应的tx/rx电路122(1)至122(n)，并且所述多个cmut可以共享与偏置电压源124、第二电容器502、和第二电阻器602的连接。进一步，电路900的配置可以仅仅是cmut阵列中可以采用的多种电路900中的一种，比如在对阵列的不同部分施加不同的偏置电压的情况下。例如，第一电路900可以应用于阵列中的第一组元件或子元件、或第一偏压可控区域(例如，cmut单元的区域，具有可独立控制的偏置电压以将不同特性分给不同区域)，并且同样地第二电路900可以应用于阵列中的第二组元件或子元件、或第二偏压可控区域从而使能施加具有不同电压量的不同偏置电压和或在不同时机施加所述不同偏置电压。

此外，可以将多个cmut202(1)，202(2)，…，202(n)分组到多个组中。每个组中的所述多个cmut可以共享同一偏置电压源124。用于每个相应组的偏置电压源124可以不同。进一步，每组cmut可以包括多个cmut元件、cmut子元件，或可以是偏置可控的cmut区域(cmut单元的区域，具有可独立控制的偏置电压以将不同特性分给不同区域)。每个组中的所述多个cmut中的每个cmut(例如，cmut元件、子元件、或其他cmut区域)可以具有相应的第一电容器和相应的第一电阻器，并且每个组可以具有相应的第二电容器c2502以及(可选地)相应的第二电阻器r2602。

图10根据一些实施方式展示了包括被施加偏置电压的多个cmut的超声系统的电路1000的示例配置。例如，在本示例中，图8的电路配置可以应用于包括多个cmut(比如cmut阵列中的多个cmut元件或子元件)的系统。因而，电路1000可以包括在其中可以向多个cmut202(1)，202(2)，…，202(n)施加偏置电压的系统中。在一些示例中，所述多个cmut202(1)至202(n)可以各自是cmut阵列中的单独的元件或子元件和/或可以共享同一偏置电压源124。所述多个cmut202(1)至202(n)的第二电极206彼此电连接从而形成所述多个cmut202(1)至202(n)的公共电极。偏置电压源124可以直接地或间接地连接至第二电极206。在本示例中，第二电阻器r2602(所述第二电阻器在一些情况下可以是可选的)电连接在偏置电压源124与所述相应多个cmut202(1)至202(n)的第二电极206之间。另外，第二电容器c2502的第一电极504电连接至所述多个cmut202(2)至202(n)的第二电极206，并且第二电容器c2502的第二电极506连接至gnd/com216。

此外，每个cmut202(1)至202(n)的第一电极204可以连接至独立的tx/rx电路122(1)，122(2)，…，122(n)，在一些示例中，所述tx/rx电路可以是tx/rx电路的单独通道。进一步，如在图2的示例中，相应的第一电容器c1208和连接至gnd/com216的相应的第一电阻器r1214可以连接在cmut202(1)至202(n)与相应的tx/rx电路122(1)至122(n)之间。另外，相应的第三电容器c3808和连接至gnd/com216的第三电阻器r3806同样连接在相应的tx/rx电路122(1)至122(n)与每个相应的cmut202(1)至202(n)与之间。

因而，每个cmut202(1)至202(n)可以连接至相应的第一电容器208、相应的第一电阻器214、和相应的tx/rx电路122(1)至122(n)，并且所述多个cmut可以共享与偏置电压源124、第二电容器502、和第二电阻器602的连接。进一步，电路1000的配置可以仅仅是cmut阵列中可以采用的多种电路1000中的一种，比如在对阵列的不同部分施加不同的偏置电压的情况下。例如，第一电路1000可以应用于阵列中的第一组元件或子元件，并且同样地第二电路1000可以应用于阵列中的第二组元件或子元件从而使能施加具有不同电压量的不同偏置电压和或在不同时机施加所述不同偏置电压。

图9和图10的电路中所展示的具有多个cmut的配置分别基于图6和图8中所展示的配置。上文相对于图2至图5和图7所讨论的其他电路配置可以类似地用多个cmut实施。

图11根据一些实施方式展示了包括一个或多个cmut的超声探测器系统1100的示例配置。在本示例中，超声探测器系统1100包括连接器1102，所述连接器与一个或多个tx/rx电路122接口连接，通过一个或多个导体1106连接至探测器手柄1104。所述一个或多个导体1106可以包括同轴电缆或其他类型的电缆、电线、导线等，从而在探测器手柄与连接器1102之间提供电连接。在一些情况下，所述一个或多个导体1106可以是电缆束，所述电缆束可以包括多条同轴电缆、多对电线、多对引线等。

探测器手柄可以包括声窗1108和cmut1110。在一些情况下，所述一个或多个导体1106可以是柔性的，从而允许用户自由地操作探测器手柄1104。例如，探测器手柄1104可以被设计得轻且小。因此，在本文的一些示例中，探测器手柄1104中部件的数量可以被最小化，以有利于将所述部件安置在连接器1102中。相应地，连接器1102中可以包括如第一电容器c1和第一电阻器r1等保护性部件和/或其他保护性部件。具体地，由于每个tx/rx电路(例如，每个系统通道)可以包括一对第一电容器c1和第一电阻器r1，并且在一些情况下，可以存在大量的通道，探测器手柄1104中包括这些部件会实质上增大探测器手柄1104的尺寸。

作为一个示例，假定cmut1110是具有大量cmut元件的cmut阵列，因而存在大量的第一电容器和第一电阻器，例如每个cmut元件一对。另外，基于图2至图10的示例电路，具有所述大量cmut元件的超声探测器系统中可以包括大量电容器和电阻器。然而，如果探测器手柄1104中包括大量电容器和电阻器作为保护性部件，则与不具有保护性部件的手柄1104相比，手柄1104在尺寸和重量上都会显著地增大。相应地，基于图2至图10中所讨论的示例电路，在一些示例中，电容器208、502、808，和/或(多个)电阻器214、602、806(例如，如图11中未示出的图2至图10中的一项或多项中所展示的)可以位于连接器1102而非探测器手柄1104内。另外，或可替代地，如下面所讨论的，第二电容器502和/或可选第二电阻器602可以位于探测器手柄1104内或系统1100中另一合适的位置处。

图12根据一些实施方式展示了包括一个或多个cmut的超声探测器系统1200的示例配置。示例探测器系统1200展示了探测器系统1100的一种可能配置，其中，保护性部件中的至少一些包括在连接器1102内。图12的示例对应于图3的电路300，但图2至图10中所描述的电路中的其他电路可以被类似地配置在探测器系统1200中。在所展示的示例中，第一电容器208和第一电阻器214位于连接器1102中。在一些示例中，相应的电感器302可以被包括或可以被安置在探测器手柄1104内从而接近相应的cmut202，以便调谐相应的cmut202。对图2和图4至图10的电路配置可以使用类似的实施方式。

此外，偏置电压源124可以被安置在超声系统1200(如所示的)中并连接至连接器1102。偏置电压源124可以可替代地被安置在连接器1102内。作为另一替代方案，偏置电压源可以被安置在探测器手柄1104内。偏置电压源124可以具有超声系统1200、电池、或其他电源(图12中未示出)所提供的电力。

图13根据一些实施方式展示了包括多个cmut的超声探测器系统1300的示例配置。作为一个示例，cmut202(1)至202(n)可以包括在cmut阵列内，并且可以分别对应于例如cmut阵列中的cmut元件或子元件。示例探测器系统1300展示了探测器系统的一种可能配置，其中，保护性部件中的至少一些包括在连接器1102内。图13的示例对应于图3的电路300与图9的电路900的组合，但图2、图4至图8和图10中所描述的电路中的其他电路可以被类似地配置在探测器系统1300中。

在所展示的示例中，多个第一rc级802(1)至802(n)(包括第一电容器c1208和第一电阻器r1214)位于连接器1102中并且与一个或多个tx/rx电路122联通，在一些示例中，所述tx/rx电路包括多个tx/rx通道。由于对于每个阵列可以存在相对较少的第二电容器c2502和第二电阻器r2602(在一些示例中，对于正常1d阵列可以仅存在一对第二电容器502和第二电阻器602，或者对于1.5d阵列中的每个偏压可控区域或子元件可以存在一对)，第二电容器c2502和第二电阻器r2602可以位于连接器1102、探测器手柄1104、或超声系统1300内的其他位置。第二电容器c2502、和可选第二电阻器r2602在所展示的示例中位于连接器1102内，并且与偏置电压源124联通。

所述多个cmut202(1)至202(n)被安置探测器手柄1104中。在一些示例中，相应的电感器302可以被包括或可以被安置在探测器手柄1104内从而接近它们所调谐的相应的cmut202。图10的实施方式可以被类似地并入探测器系统1300。偏置电压源124可以被安置在超声系统1300(如所展示的)中并连接至连接器1102。作为替代方案，偏置电压源124可以被安置在连接器1102内。作为另一替代方案，偏置电压源124可以被安置在探测器手柄1104内。偏置电压源124可以具有超声系统1300、电池、或其他电源(图13中未示出)所提供的电力。

图14是框图，根据一些实施方式展示了包括一个或多个cmut的超声系统1400的示例配置。在本示例中，系统1400包括一个或多个cmut1402。在一些情况下，cmut1402可以对应于上文相对于图1至图13所讨论的cmut102或202中的至少一项。系统1400进一步包括成像系统1406、复用器1408、和与cmut1402联通的偏置电压源1410。作为一个非限制性示例，系统1400可以包括用于执行超声成像的超声探测器装置或可以包括在其中，如上文相对于图11至图13所讨论的。

进一步，系统1400可以包括多个tx/rx通道1412。例如，cmut1402可以包括与复用器1408联通的128个(例如，n)发射和接收通道1412。在一些示例中，cmut1402中的至少一些cmut的特性可以变化并且可以通过改变提供给cmut1402的偏置电压而被改变。进一步，在一些情况下，cmut1402内的cmut单元的物理配置可以变化，这还可以改变不同偏压可控区域的发射和接收特性。

另外，如在1416所指示的，偏置电压源1410可以生成一个或多个偏置电压以施加至所述一个或多个cmut1402。进一步，在一些示例中，所生成的偏置电压可以是取决于时间的，并且可以随着时间而改变。

成像系统1406可以包括一个或多个处理器1418、一个或多个计算机可读介质1420、和显示器1422。例如，(多个)处理器1418可以被实施为一个或多个物理微处理器、微控制器、数字信号处理器、逻辑电路、和/或基于操作指令操纵信号的其他设备。计算机可读介质1420可以是有形非瞬态计算机存储介质，并且可以包括用任何类型的用于存储信息(比如从cmut1402接收的信号和/或处理器可执行指令、数据结构、程序模块、或其他数据)的技术实施的易失性和非易失性存储器、计算机存储设备、和/或可移除和非可移除介质。进一步，当在本文中提及时，非瞬态计算机可读介质排除比如能量、载波信号、电磁波、和信号本身等媒体。

在一些示例中，成像系统1406可以包括、或可以是可连接至显示器1422和/或各种其他输入和/或输出(i/o)部件的，比如用于对cmut1402所接收的信号进行可视化。另外，成像系统1406可以通过多个tx/rx通道1424与复用器1408联通。此外，成像系统1406可以直接与复用器1408联通，比如，除了与偏置电压源1410联通之外(如在1426所指示的)，用于控制其中的多个开关(如在1428所指示的)。

复用器1408可以包括大量高电压开关和/或其他复用部件。本文中的实施方式可以用于任何数量的通道1424、任何数量的通道1412、和任何数量的cmut1402。所述一个或多个cmut1402可以使用上文相对于图1至图13所讨论的电路配置中的任何一种连接至偏置电压源1410和/或tx/rx通道1412。

图15是框图，根据一些实施方式展示了偏置电压源1410的挑选出来的部件的示例。偏置电压源1410可以包括dc-dc转换器1502以及一个或多个偏压发生器1506。偏置电压源1410的dc-dc转换器1502可以将低dc电压1508(例如，5v、10v等)转换成高dc电压比如200v、400v等。在一些示例中，偏压发生器1506可以为所述一个或多个cmut1402生成单调递增的偏置电压1510，比如在接收到开始信号之后。例如，偏置电压1510可以随着时间升高，如下面另外讨论的。此外，在一些示例中，偏压发生器1506可以在接收到结束信号之后或在预定时间相对快速地将偏置电压1510的电平减小至初始电压(例如，0v)。可以使用模拟或数字计数中的至少一种实施偏置电压发生器1506。

图16根据一些实施方式展示了偏置电压发生器1506的示例。本示例中的偏置电压发生器1506可以是模拟偏置电压发生器，并且包括第一开关k11602、第一电阻器ra1604、连接至接地/公共端1608的电容器c1606、以及可通过第二开关k21612连接至接地/公共端1608的第二电阻器rb1610。当第一开关k11602闭合时，提供给偏置电压发生器1506的电压vdc1614开始对电容器c1606充电，并且偏置电压v偏置1510以速率(1-e^-t/τ)指数地增大，其中，τ＝rac是时间常量。作为一个示例，在超声信号达到预定深度以后，可以打开第一开关k11602并且可以闭合第二开关k21612。这使得当电容器c1606通过电阻器rb1610放电时偏置电压v偏置1510快速地降到0v。在一些情况下，第二电阻器rb1610可以具有比电阻器ra1604显著更小的电阻。此外，打开和关闭第一开关k11602和第二开关k21612的控制信号1616和1618可以由上文相对于图14所讨论的成像系统的处理器1418、或由系统内的独立定时装置生成。所述定时装置可以是模拟的或数字的。

图17根据一些实施方式展示了偏置电压发生器1506的示例。本示例中的偏置电压发生器1506可以是模拟偏置电压发生器，并且包括第一开关k11702、第一电阻器rz1704、电容器c1706、以及可通过第二开关k21710与电容器c1706并联连接的第二电阻器ry1708。另外，偏置电压发生器1506包括放大器1712，所述放大器具有第一连接1714、连接至接地/公共端1718的第二连接1716、和第三连接1720。可以向偏置电压发生器1506提供电压vdc1722。放大器1712创造积分电路，从而使得当第一开关k11702闭合时，偏置电压v偏置1510开始以速率t/τ线性地增大，其中，τ＝rzc是时间常量。作为一个示例，在超声信号达到预定深度以后，可以打开第一开关k11702并且可以闭合第二开关k21710，这使得当电容器c1706通过第二电阻器ry1708放电时v偏置1510快速地降至0v。在一些情况下，第二电阻器ry1708可以具有比电阻器rz1704显著更小的电阻。此外，控制信号1724和1726分别可以打开和关闭第一开关k11702和第二开关k21710，并且可以由上文相对于图14所讨论的成像系统1406的处理器1418、或由系统内的独立定时装置生成。所述定时装置可以是模拟的或数字的。

虽然本文中介绍了偏置电压发生器1506的两个模拟示例，类似的原理可以延伸至能够生成可变电压输出的其他模拟电路，如对因本文中的披露受益的本领域技术人员将明显的。进一步，在一些示例中，如上文所提及的，可以采用偏置电压发生器1506的数字版本。

图18根据一些实施方式展示了偏置电压发生器1506的示例。在本示例中，偏置电压发生器1506可以是数字偏置电压发生器，并且可以包括数字波形发生器1802、数模转换器1804、和高电压放大器1806。数字波形发生器1802接收开始信号1808并在1810开始输出数字波形。数模转换器1804将数字波形1810转换成模拟电压信号1812。随后，高电压放大器1806将模拟电压信号1812缩放至期望的偏压电平，从而生成偏置电压1510。作为一个示例，在超声信号达到预定深度以后，可以向数字波形发生器1802发送停止信号，这使得v偏置1510降至0v。可以由上文相对于图14所讨论的成像系统1406的处理器1418、或由系统内部的独立定时装置生成用于控制数字波形发生器1802的时钟信号1814。所述定时装置可以是模拟的或数字的。

图19是展示了根据一些实施方式的示例过程的流程图。所述过程被展示为逻辑流程图中框的集合，所述框的集合表示操作序列。描述所述框的顺序不应该被理解为限制。任何数量的所描述的框可以以任何顺序和/或并行地组合从而实施过程或替代性过程，并且并非所有的框都需要被执行。出于讨论的目的，参照本文的示例中所描述的装置、架构、和系统描述的所述过程，虽然可以用各种各样其他装置、架构、和系统实施所述过程。

图19是根据一些实施方式展示了用于向cmut施加偏置电压的示例过程1900的流程图。所述过程可以至少部分由处理器执行，通过可执行指令对所述处理器进行编程或另外进行配置。

在1902，第一电容器的第一电极可以电连接至cmut的第一电极。作为一个示例，第一电容器的电容可以比cmut的电容大5倍或更大。上文讨论的其他合适的范围。

在1904，第一电容器的第二电极可以电连接至发射和/或接收(tx/rx)电路。

在1906，第一电阻器的第一电极可以电连接至cmut的第一电极和第一电容器的第一电极。例如，在所述cmut的工作频率范围内，所述第一电阻器的电阻可以比所述cmut的阻抗大5倍或更大。上文讨论的其他合适的范围。

在1908，第一电阻器的第二电极可以电连接至以下各项中的至少一项：(1)接地或公共返回路径、或(2)第一电容器的第二电极。

在1910，第二电容器的第一电极可以电连接至cmut的第二电极。进一步，第二电容器的第二电极可以电连接至接地和/或公共返回路径。作为一个示例，第二电容器的电容可以比cmut的电容大5倍或更大。上文讨论的其他合适的范围。

在1912，第二电阻器的第一电极可以电连接至第二电容器的第一电极和cmut的第二电极，并且第二电阻器的第二电极可以电连接至偏置电压源。在一些示例中，在cmut工作频率范围内，第二电阻器的电阻可以是第一电阻器的电阻的1/10至1/3，和/或第二电阻器的阻抗可以比第二电容器的阻抗大5倍或更大。上文讨论的其他合适的范围。

在1914，第三电容器的第一电极可以电连接至第一电容器的第二电极。例如，第三电容器的电容可以比cmut的电容大5倍或更大。上文讨论的其他合适的范围。

在1916，第三电容器的第二电极可以电连接至tx/rx电路。

在1918，第三电阻器的第一电极可以电连接至第三电容器的第一电极和第一电容器的第二电极。作为一个示例，在cmut的工作频率范围内，第三电阻器的电阻可以比cmut的阻抗大5倍或更大。上文讨论的其他合适的范围。

在1920，第三电阻器的第二电极可以电连接至以下各项中的至少一项：(1)接地或公共返回路径、或(2)第三电容器的第二电极。

在1922，至少可以在cmut接收超声能量的过程中向cmut的第二电极施加偏置电压。例如，当存在第二电阻器时，所施加的偏置电压可以经过第二电阻器到达cmut的第二电极。作为一个示例，当向至少一个cmut的第二电极施加偏置电压时，系统中的处理器可以使cmut发射和/或接收超声能量。在一些情况下，可以向第一cmut施加第一偏置电压并且可以向第二cmut施加第二偏置电压。进一步，在一些示例中，第一偏置电压或第二偏置电压中的至少一项可以作为随着时间增大的渐增偏置电压被施加。

本文中所述的示例过程仅是出于讨论目的而提供的过程的示例。根据本文的披露，许多其他变化对本领域技术人员将是明显的。进一步，虽然本文的披露提出了用于执行过程的合适系统、架构和装置的若干示例，本文的实施方式并不限于所示和所讨论的具体示例。而且，本披露提供了各种示例实施方式，如所描述的并如附图中所展示的。然而，本披露并不限于采用所描述和展示的实施方式，但可以延伸至其他实施方式，如本领域技术人员将已知或将变得已知的。

虽然已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但将理解的是，所附权利要求书中所限定的主题不一定限于所述的特定特征或动作。相反，所述特定特征和动作作为实现权利要求书的示例形式而被公开。