Design of an time delay controller for an arrayed ultrasound focusing system

Abstract

최근 들어 집속된 초음파를 기반으로 하는 치료법의 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 기법은 비침습적인 치료법으로서 별도의 도구 삽입 없이 치료할 수 있어서 감염과 같은 부작용 및 통증을 최소화 시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 원하는 목표 지점에 음파에너지를 전달시켜 치료가 필요한 신체의 국소부위만 자극 할 수 있다는 점에서 유망한 기술로서 대두되고 있다. 집속된 초음파를 형성하고, 그 집속 지점을 원하는 목적에 따라 변경시키기 위해서는 트렌스듀서를 구동 시키는 신호를 조절할 수 있는 신호 제어기가 필수적으로 요구된다. 트랜스듀서의 각 개체의 위치에 따라 초점까지의 전달경로간 차이를 상쇄시켜 음파가 목표 지점에 동시에 도달하게 함으로써, 원하는 지점에 음파 에너지를 집중적으로 전달 시킬 수 있다. 본 논문에서는 초음파 집속 빔 형성을 위한 신호 시간 지연 제어기를 제안한다. 제안한 시스템은CMOS 0.18um 공정을 이용하여 설계한 혼성신호 회로로서, 필요한 시간 지연 정보를 반영한 펄스를 발생시켜 MEMS트랜스듀서 어레이를 구동시키는 시스템이다. 본 논문에서 제안한 시스템은 램프발생기, 디지털 신호 발생 부, 신호 타이밍 제어 부, 디지털 제어신호 발생 부로 구성되어 있다. 램프발생기가 전체 시스템의 기준으로 동작하며, 이는 디지털 제어 신호 발생 부에 포함되어 있는 리셋 논리 부에서 발생된 초기화 신호가 이를 제어한다. 램프 발생기의 결과와 외부에서 인가해주는 기준전압이 비교기에서 비교되어, 램프 발생기의 전압이 기준전압보다 같거나 커질 경우, 비교기의 결과가 켜진다. 이 결과는 다시 디지털 신호 발생 부로 인가되어 원하는 주파수를 가지는 디지털 펄스를 발생시킨다. 제안된 시스템을 이용하여 8ns단위로 시간 지연을 조절할 수 있으며, 출력되는 신호의 주파수는 0.5 - 3MH로 조절 가능하다. 설계된 시간 지연 제어기의 칩 사이즈는 2.0 x 0.9mm2 이고, 소모되는 전력은 6.6mW이다. 트렌스듀서 어레이의 8개 개체를 한 칩을 통해 조절 할 수 있기 때문에, 어레이형 초음파 집속 시스템에 응용하기에 적합한 시스템이다.