CN101144797A - 超声换能器驱动电路和超声诊断装置 - Google Patents

超声换能器驱动电路和超声诊断装置 Download PDF

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Abstract

为了抑制功率消耗并且减小电路尺寸，根据正脉冲信号使正FET(11P)导通，并且当返回电压上升至正阈值时使正FET(11P)关断。在经过预定的时间周期之后，有源接地箝位电路(15)使输出线(W)返回到接地电压。根据负脉冲信号使负FET(11N)导通，并且当返回电压下降至负阈值时使负FET(11N)关断。在经过预定的时间周期之后，该有源接地箝位电路(15)使输出线(W)返回到接地电压。

Description

超声换能器驱动电路和超声诊断装置
技术领域
本发明涉及一种超声换能器驱动电路和一种超声诊断装置、并且更具体地涉及能够抑制功率消耗并且允许减小电路尺寸的超声换能器驱动电路和超声诊断装置。
背景技术
迄今为止，已知一种超声诊断装置，其包括在导通状态下将正电压输出到通向超声换能器的输出线上的正FET(场效应晶体管)、将负电压输出到通向超声换能器的输出线上的负FET、以及驱动正FET和负FET的驱动电路(例如，参见专利文件1和专利文件2)。
[专利文件1]日本未审专利公开No.2006-101997(图10、图12、图14)
[专利文件2]日本未审专利公开No.2004-358133(图2)
在上述的现有技术的超声诊断装置中，给超声换能器的输出电压可以通过调整FET的栅极电压(调整每个FET上的电压降)来控制。
然而，当将电压脉冲施加到超声换能器上时，每个FBT在与脉冲宽度持续时间一样长的时间内保持导通，并且这造成了功率消耗增加的问题。
由于这个原因，在上述的现有技术的超声诊断装置中，通过在给超声换能器的输出电压为低时将每个FET的电源电压转换成低压(以减小FET上的电压降)来抑制功率消耗。
然而，由于每个PET的电源电压转换电路是电源电路，所以出现了电路尺寸变得更大的问题。
发明内容
在第一方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于包括：正场效应晶体管，该正场效应晶体管在导通状态下将正电压输出到通向超声换能器的输出线上；负场效应晶体管，该负场效应晶体管在导通状态下将负电压输出到所述输出线上；接地箝位电路(ground clamp circuit)，用于当所述正场效应晶体管和所述负场效应晶体管处于关断状态时使所述输出线返回到接地电压；以及驱动电路，该驱动电路至少执行下列之一：根据所提供的正脉冲信号使所述正场效应晶体管导通并且在经过所述输出线从接地电压上升至预定的正电压的上升周期之后使所述正场效应晶体管关断；以及根据所提供的负脉冲信号使所述负场效应晶体管导通并且在经过所述输出线从接地电压下降至预定的负电压的下降周期之后使所述负场效应晶体管关断。
在根据上述第一方面的超声换能器驱动电路中，在根据正脉冲信号使正场效应晶体管导通之后，在上升至预定的正电压时，使正场效应晶体管关断；因此，给超声换能器的输出电压上升，但是被限制在预定的正电压以下。然后，可以通过接地箝位电路使给超声换能器的输出电压返回到接地电压。因而，施加到超声换能器上的正脉冲的电压值和脉冲宽度都可以被控制。同样，在根据负脉冲信号使负场效应晶体管导通之后，在下降至预定的负电压时，使负场效应晶体管关断；因此，给超声换能器的输出电压下降，但是被限制在预定的负电压以上。然后，可以通过接地箝位电路使给超声换能器的输出电压返回到接地电压。因而，施加到超声换能器上的负脉冲的电压值和脉冲宽度都可以被控制。由于当给超声换能器的输出电压上升至预定的电压或下降到预定的电压时各个FBT被关断，所以可以抑制功率消耗。由于对于FET来说不需要电源电压转换电路，所以电路尺寸可以被减小。
在第二方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于，根据所述第一方面的超声换能器驱动电路中的所述驱动电路基于所述正脉冲信号、所述负脉冲信号和从所述输出线返回的返回电压来驱动所述正场效应晶体管和所述负场效应晶体管。
在根据上述第二方面的超声换能器驱动电路中，使用从输出线返回的返回电压来执行控制；因而，即使存在电路元件的变化，给超声换能器的输出电压也可以精确地被控制。
在第三方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于，根据所述第二方面的超声换能器驱动电路中的所述驱动电路包括驱动所述正场效应晶体管的正驱动电路和驱动所述负场效应晶体管的负驱动电路。
在根据上述第三方面的超声换能器驱动电路中，正驱动电路和负驱动电路是分离的；因而，每个相应的逻辑电路变得易于构造。
在第四方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于，根据所述第三方面的超声换能器驱动电路中的所述正驱动电路包括：正比较器，该正比较器比较正阈值与所述返回电压；以及正逻辑电路，该正逻辑电路基于所述正脉冲信号和所述正比较器的输出电压输出用于所述正场效应晶体管的驱动信号。
在根据上述第四方面的超声换能器驱动电路中，给超声换能器的正输出电压可以通过调整正阈值来调整。
在第五方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于，根据所述第四方面的超声换能器驱动电路中的所述正逻辑电路是触发器电路。
在根据上述第五方面的超声换能器驱动电路中，在当输出线从接地电压上升至预定的正电压时正场效应晶体管被关断之后，即使输出线上的电压下降，正场效应晶体管的关断状态也可以被维持。
在第六方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于，根据所述第三至第五方面中任一方面的超声换能器驱动电路中的所述负驱动电路包括：负比较器，该负比较器比较负阈值与所述返回电压；以及负逻辑电路，该负逻辑电路基于所述负脉冲信号和所述负比较器的输出电压输出用于所述负场效应晶体管的驱动信号。
在根据上述第六方面的超声换能器驱动电路中，给超声换能器的负输出电压可以通过调整负阈值来调整。
在第七方面中，本发明提供一种超声换能器驱动电路，其特征在于，根据所述第六方面的超声换能器驱动电路中的所述负逻辑电路是触发器电路。
在根据上述第七方面的超声换能器驱动电路中，在当输出线从接地电压下降至预定的负电压时负场效应晶体管被关断之后，即使输出线上的电压上升，负场效应晶体管的关断状态也可以被维持。
在第八方面中，本发明提供一种超声诊断装置，其特征在于包括：超声探头；根据所述第一至第七方面中任一方面的超声换能器驱动电路；为所述超声换能器驱动电路提供所述正脉冲信号、所述负脉冲信号、所述正阈值和所述负阈值的脉冲发生器装置；接收在所述超声探头处所获得的回波信号并且输出声束信号的接收装置；基于所述声束信号产生超声图像的图像产生装置；以及显示所述超声图像的显示装置。
在根据上述第八方面的超声诊断装置中，由于使用了所述第一至第七方面中的任一方面中的超声换能器驱动电路，所以功率消耗可以被抑制并且电路尺寸可以被减小。
根据本发明的超声换能器驱动电路和超声诊断装置，功率消耗可以被抑制。此外，电路尺寸可以被减小。
可以利用本发明的超声换能器驱动电路和超声诊断装置来提高超声诊断装置的性能并减小其尺寸。
根据如附图中示出的本发明的优选实施例的下列描述，本发明的其它目的和优点将是显而易见的。
附图说明
图1是示出与实施例1相关的超声诊断装置的框图。
图2是示出与实施例1相关的超声换能器驱动电路的电路图。
图3是将预定的正电压施加到超声换能器上、随后返回到接地电压以及施加预定的负电压的周期的时序图。
图4是将预定的正电压施加到超声换能器上、随后施加预定的负电压的周期的时序图。
具体实施方式
在下文中，将通过附图中示出的本发明的实施例更详细地描述本发明。这些实施例并不意图限制本发明。
[实施例1]
图1是示出与实施例1相关的超声诊断装置100的结构图。
该超声诊断装置100包括：超声探头1，在该超声探头中安装有多个超声换能器E并且该超声探头将来自换能器的超声束发射到样本体(specimen body)中并且接收来自样本体内的超声回波；根据超声回波产生并输出声束信号的接收单元2；基于声束信号产生超声图像的图像产生单元3；显示超声图像的显示单元4；驱动用于发射超声脉冲的超声换能器E的超声换能器驱动电路10；将用于发射的信号输入到超声换能器驱动电路10的脉冲发生器单元5；全面控制该装置的控制单元6；以及被操作者用于操作该装置的输入单元7。
图2是示出与实施例1相关的超声换能器驱动电路10的电路图。
该超声换能器驱动电路10包括：正FET 11P，该正FET 11P在导通状态下将正电压+HV输出到通向超声换能器E的输出线W上；负FET11N，该负FET 11N在导通状态下将负电压-HV输出到输出线W上；正驱动电路12P，该正驱动电路基于从脉冲发生器单元5提供的正脉冲信号PP和正阈值THP以及从输出线W返回的返回电压Vo来驱动正FET11P；负驱动电路12N，该负驱动电路基于从脉冲发生器单元5提供的负脉冲信号PN和负阈值THN以及返回电压Vo来驱动负FET 11N；以及有源接地箝位电路15.
正驱动电路12P包括：比较器13P，该比较器输出正比较信号LVP，当返回电压Vo高于正阈值THP时该正比较信号为“H”，否则为“L”；以及触发器14P，该触发器的输出Q在正脉冲信号PP的“下降沿：H至L”转换成“L”并且在正比较信号LVP的“上升沿：L至H”转换成“H”  。
负驱动电路12N包括：比较器13N，该比较器输出负比较信号LVN，当返回电压Vo高于负阈值THN时该负比较信号为“H”，否则为“L”；以及触发器14N，该触发器的反相输出Qbar在负脉冲信号PN的“上升沿：L至H”转换成“H”并且在负比较信号LVN的“下降沿：H至L”转换成“L”。
有源接地箝位电路15包括正FET16P和负FET16N，其用于在导通状态下使输出线W返回到接地电压。
添加了图2中所示的电阻器R5、R6、R7和电容器C5以使输出响应迟于返回响应并且使操作稳定，但是如果电路的基本元件确保了足够的操作，这些电阻器和电容器是可以省略的。
图3是将预定的正电压施加到超声换能器E上、随后返回到接地电压以及施加预定的负电压的周期的时序图。
当正脉冲信号PP在正脉冲信号PP的下降沿从“H”转换至“L”时，触发器14P的输出Q、即正驱动信号DVP从“H”转换至“L”。然后，正FET 11P的栅极电压以(由R1、R6、C1决定的)固定的时间常数下降，给输出线W的输出电压以固定的时间常数从接地电压上升，并且返回电压Vo也以固定的时间常数从接地电压上升。当返回电压Vo上升至正阈值THP时，正比较信号LVP从“L”转换至“H”。在正比较信号LVP的上升沿，触发器1 4P的输出Q、即正驱动信号DVP从“L”转换至“H”。然后，正FET 11P的栅极电压以(由R6和C1决定的)固定的时间常数上升，但是由于输出线W的(由浮动电容和R5、C5等决定的)时间常数较大，所以给输出线W的输出电压基本上被维持在THP·Rb/(Ra+Rb)。在经过预定的时间周期时，有源接地箝位电路15通过正箝位信号CPP和负箝位信号CPN使输出线W返回到接地电压。以上面所述的方式，将正脉冲施加到超声换能器E上，其中该脉冲的电压通过正阈值THP来控制并且脉冲宽度通过正脉冲信号PP和箝位信号CPP、CPN来控制。
然后，当负脉冲信号PN在负脉冲信号PN的上升沿从“L”转换至“H”时，触发器14N的反相输出Qbar、即负驱动信号DVN从“L”转换至“H”。然后，负FET 11N的栅极电压以(由R2、R7、C2决定的)固定的时间常数下降，给输出线W的输出电压以固定的时间常数从接地电压下降，并且返回电压Vo也以固定的时间常数从接地电压下降。当返回电压Vo下降至负阈值THN时，负比较信号LVN从“H”转换至“L”。在负比较信号LVN的下降沿，触发器14N的反相输出Q、即负驱动信号DVN从“H”转换至“L”。然后，负FET 11N的栅极电压以(由R7和C2决定的)固定的时间常数上升，但是由于输出线W的(由浮动电容和R5、C5等决定的)时间常数较大，所以给输出线W的输出电压基本上被维持在-THN·Rb/(Ra+Rb)。在经过预定的时间周期时，有源接地箝位电路15通过正箝位信号CPP和负箝位信号CPN使输出线W返回到接地电压。以上面所述的方式，将负脉冲施加到超声换能器E上，其中该脉冲的电压通过负阈值THN来控制并且脉冲宽度通过负脉冲信号PN和箝位信号CPP、CPN来控制。
图4是将正电压+HV施加到超声换能器E上、随后施加负电压-HV的周期的时序图。
在该情况下，正脉冲的脉冲宽度通过正脉冲信号PP和负脉冲信号PN来控制。
根据实施例1的超声换能器驱动电路10和超声换能器驱动电路100，可以获得下列有益效果。
(1)功率消耗能够得到抑制，因为当给超声换能器E的输出电压上升到预定的电压或下降到预定的电压时，FET 11p或11N被关断。
(2)电路尺寸能够被减小，因为对于FET 11p和11N来说不需要电源电压转换电路。
(3)施加到超声换能器E上的脉冲的电压能够精确地被控制。
[实施例2]
当将预定的负电压施加到超声换能器E上、随后返回到接地电压并施加预定的正电压时，并且即使当将预定的负电压施加到超声换能器E上、随后施加预定的正电压时，本发明也可以以与实施例1相同的方式被应用。
可以配置本发明的许多大大不同的实施例，而不背离本发明的精神和范围。应当理解，除了如在所附的权利要求中所限定的那样之外，本发明并不局限于在说明书中所描述的特定实施例。

Claims (8)

1.一种超声换能器驱动电路(10)，包括：
正场效应晶体管(11P)，该正场效应晶体管在导通状态下将正电压输出到通向超声换能器(E)的输出线(W)上；
负场效应晶体管(11N)，该负场效应晶体管在导通状态下将负电压输出到所述输出线(W)上；
接地箝位电路(15)，用于当所述正场效应晶体管(11P)和所述负场效应晶体管(11N)处于关断状态时使所述输出线(W)返回到接地电压；以及
驱动电路(12)，该驱动电路至少执行下列之一：根据所提供的正脉冲信号使所述正场效应晶体管(11P)导通并且在经过所述输出线(W)从接地电压上升至预定的正电压的上升周期之后使所述正场效应晶体管(11P)关断；以及根据所提供的负脉冲信号使所述负场效应晶体管(11N)导通并且在经过所述输出线(W)从接地电压下降至预定的负电压的下降周期之后使所述负场效应晶体管(11N)关断。
2.根据权利要求1所述的超声换能器驱动电路(10)，其特征在于，所述驱动电路(12)基于所述正脉冲信号、所述负脉冲信号和从所述输出线(W)返回的返回电压来驱动所述正场效应晶体管(11P)和所述负场效应晶体管(11N)。
3.根据权利要求2所述的超声换能器驱动电路(10)，其特征在于，所述驱动电路(12)包括驱动所述正场效应晶体管(11P)的正驱动电路(12P)和驱动所述负场效应晶体管(11N)的负驱动电路(12N)。
4.根据权利要求3所述的超声换能器驱动电路(10)，其特征在于，所述正驱动电路(12P)包括：正比较器(13P)，该正比较器比较正阈值与所述返回电压；以及正逻辑电路(14P)，该正逻辑电路基于所述正脉冲信号和所述正比较器(13P)的输出电压输出用于所述正场效应晶体管(11P)的驱动信号。
5.根据权利要求4所述的超声换能器驱动电路(10)，其特征在于，所述正逻辑电路(14P)是触发器电路。
6.根据权利要求3至5中任一权利要求所述的超声换能器驱动电路(10)，其特征在于，所述负驱动电路(12N)包括：负比较器(13N)，该负比较器比较负阈值与所述返回电压；以及负逻辑电路(14N)，该负逻辑电路基于所述负脉冲信号和所述负比较器(13N)的输出电压输出用于所述负场效应晶体管(11N)的驱动信号。
7.根据权利要求6所述的超声换能器驱动电路(10)，其特征在于，所述负逻辑电路(14N)是触发器电路。
8.一种超声诊断装置(100)，包括：超声探头(1)；如权利要求1至7中任一权利要求所述的超声换能器驱动电路(10)；为所述超声换能器驱动电路(10)提供所述正脉冲信号、所述负脉冲信号、所述正阈值和所述负阈值的脉冲发生器设备(5)；接收在所述超声探头(1)处所获得的回波信号并且输出声束信号的接收设备(2)；基于所述声束信号产生超声图像的图像产生设备(3)；以及显示所述超声图像的显示设备(4)。
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