JP2004531929A - ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路及び方法並びにそのような回路を備えた超音波試験装置 - Google Patents
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Abstract
スイッチを制御するための回路および方法を提供する。具体的には、本発明の回路及び方法は、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するレベルシフタを提供する。レベルシフタは、一般に、トランジスタ、入力端子、電源、高負電圧電源及びダイオードを備える。このレベルシフタの構成により、電流／信号を伴わないでスイッチがオン状態を保つことを可能にし、レベルシフタのトランジスタの損失を回避し、そして線形性の改善のためにスイッチトランジスタに一定のゲート−ソース間電圧を加える。超音波験装置に接続される走査ヘッドにおいて、この回路を好適に用いることができる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、スイッチを制御するための回路及び方法に関する。本発明は、特に、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するためのレベルシフタに関する。本発明はまた、そのような回路とスイッチを備え且つ超音波検査装置に接続される走査ヘッドに関連する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像化装置の分野において、スイッチは、同軸ケーブルの数を減少させるために走査ヘッドにしばしば用いられる。スイッチ及び基本となる電子装置が最適の性能を有するためには種々の要因が考慮されなければならない。例えば、導通の際に高い線形性をもつようにするために、各々のスイッチングトランジスタのゲート−ソース間電圧が一定であることは重要である。このことは、画像品質に悪影響を及ぼす信号歪みを最小にすることを確実にする。
【０００３】
従来、スイッチを制御するために種々のシステムを実施する多くの試みがなされている。そのようなシステムのうちの２つの例が、Ｊａｎｕｔｋａによる米国特許第４，５００，８０２号明細書とＷｅｉｒによる米国特許第４，５９５，８４７号明細書に示されている。しかしながら、ダイナミックであって、ゼロＤＣバイアス電流がスイッチの状態（即ち、オン又はオフ）に依存しないことが可能である既存のスイッチは存在しない。
【０００４】
具体的には、既存の技術においては、スイッチにおける電圧を損失することなく、スイッチのトランジスタのゲートにおける電荷（即ち、電流はスイッチをオンのまま保つために必要ではなく、最初のスイッチを入れることにのみ必要である）によってスイッチをオンのまま保つことは可能ではない。
【０００５】
更に、電子装置のサイズが縮小し続けるにつれて、より小さい電子素子を製造することへの要求が強くなっている。しかしながら、高電圧（例えば、２００Ｖ）に達することが可能なスイッチであって、シリコンの範囲のより小さい部分（例えば５０％）に収まるスイッチを提供する既存のプロダクトは存在しない。更に、超音波エレクトロニクスに適合するような構成で５００Ｖに達するスイッチを提供することができる既存のプロダクトは存在しない。更に、より低い電圧の正電源（例えば、５Ｖ及び／又は１２Ｖ）を必要とするスイッチの操作を制御するためのシステムを提供することができる既存の技術はない。それとは対照的に、既存の制御システムは、通常、スイッチを経由する電圧に比例する電圧を必要とする（例えば、＋１００Ｖ）。
【０００６】
存在しないことを考慮して、スイッチング回路及び方法に対する次のような要求がある。
１）スイッチは、高電圧（例えば、５００Ｖ）に達することが可能であり、超音波アプリケーションのために適合するシリコン範囲を有する。
２）スイッチは、有効電圧（例えば、２００Ｖ）に達することが可能であり、シリコンの占める範囲が小さい（例えば、５０％）。
【０００７】
更に、ダイナミックであって、スイッチがオン又はオフであるに拘わらずに、ゼロＤＣバイアス電流を可能にする、回路及び方法に対する要求が存在する。これは、スイッチトランジスタのゲートにおける電荷によってスイッチがオンを維持できるようにし、一旦電荷蓄積されたトランジスタからパワー損失が生じないようにする。
【０００８】
更に、スイッチトランジスタにおけるゲート−ソース電圧を一定に保つことが可能である回路及び方法であって、それ故、スイッチの何れかの非線形性を減少することが可能である回路及び方法に対する要求が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路及び方法を提供することにより、既存のシステムがもつ問題点を克服することである。特に、本発明の回路及び方法は、スイッチとスイッチを制御するためのレベルシフタを備える。レベルシフタは、一般に、電源、高負電圧電源、入力端子、トランジスタ及びダイオードを備える。回路と方法を特にまとめると次のようになる。即ち、（１）スイッチの状態に依存しないゼロＤＣバイアス電流を可能にするダイナミック回路、（２）一定のゲート−ソース間電圧、（３）占有されるシリコン表面範囲を減少させつつ増加するスイッチ電圧、及び（４）回路を動作させるための低電圧電源、から構成される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の特徴に従って、スイッチを制御するための回路を提供する。この回路は、（１）レベルシフタであって、（ａ）スイッチラインに結合する第１レベルトランジスタと、（ｂ）第１レベルトランジスタとスイッチラインとの間に位置するダイオードと、（ｃ）カレントミラーに結合する第２レベルトランジスタであって、カレントミラーはスイッチラインに結合される、第２レベルトランジスタと、から構成されるレベルシフタ，並びに（２）スイッチラインに結合するスイッチであって、レベルシフタがスイッチを制御するスイッチ，から構成される。
【００１１】
本発明の第２の特徴に従って、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路が提供される。この回路は、（１）レベルシフタであって、（ａ）スイッチラインに結合される第１レベルとランジスタと、（ｂ）第１レベルトランジスタに結合される第１入力端子と、（ｃ）第１レベルトランジスタ及びスイッチライン間に結合されるダイオードと、（ｄ）カレントミラーに結合される第２レベルトランジスタであってカレントミラーがスイッチラインに結合される第２レベルトランジスタと、（ｅ）第２レベルトランジスタに結合される第２入力端子と、を含むレベルシフタ、並びに（２）ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチであって、（ａ）第１スイッチトランジスタと、（ｂ）第１スイッチトランジスタに結合されたスイッチ入力端子と、（ｃ）第１スイッチトランジスタに結合された第２スイッチトランジスタと、（ｄ）第２スイッチトランジスタに結合されたスイッチ出力端子と、を含むダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチと、第１スイッチトランジスタ及び第２スイッチトランジスタの間に結合されたツェナーダイオードと、を含むダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチ、から構成される。
【００１２】
本発明の第２の特徴に従って、ツェナーダイオードとレベルシフタをもつ複数のスイッチトランジスタを有する双方向性スイッチを制御するための方法を提供する。この方法は、（１）レベルシフタの第１入力端子を０Ｖに設定する段階であって、第１入力端子は第１レベルトランジスタに結合される、段階、（２）レベルシフタの第２入力端子を約１２Ｖに設定する段階であって、第２入力端子は第２レベルトランジスタに結合される、段階、（３）電源から第１レベルトランジスタとレベルシフタのダイオードとを経由して双方向性スイッチまで制御信号を流す段階、（４）制御信号を用いてツェナーダイオードとスイッチトランジスタを充電する段階、（５）ツェナーダイオードがスイッチトランジスタの閾値電圧を超えたとき、スイッチ入力からスイッチ出力までスイッチ信号を流す段階；並びに（６）スイッチトランジスタのゲート電位が所定電位に達したとき、制御信号を停止する段階、から構成される。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本発明は、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路及び方法を提供する。本発明は、上記した従来のシステムに関連する問題を低減する。
【００１４】
超音波試験装置に接続される走査ヘッドにおけるスイッチを制御するために、本発明の回路を好適に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
Ｉ．回路構成
図１を参照するに、レベルシフタ１２及びスイッチライン３６により接続されたスイッチ１４を有する回路１０が示されている。レベルシフタ１２は、好適には、レベルトランジスタ１６、１８、２０及び２２、ダイオード２４、入力端子２６及び２８、ツェナーダイオード３０を含むレベルシフタ１２は、スイッチライン３６に接続されるカレントミラー２３から構成される（更に、以下で詳細に説明する）。レベルトランジスタ１６及び１８は、好適には、ＰＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタであり、レベルトランジスタ２０は、好適には、ＮＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタであり、そしてレベルトランジスタ２２は、好適には、低電圧ＮＤＭＯＳトランジスタである。ダイオード２４は高電圧ダイオードである。ツェナーダイオード３０は、トランジスタ２２のグランド−ソース間電圧及びドレイン−ソース間電圧を４Ｖより小さく保つための保護装置であり、好適には、約２Ｖのツェナー電位／電圧を有している。入力端子２８は、オン端子としてデザインされ、電源３２からトランジスタ１８及びダイオード２４を経由する制御電流（即ち、電流）の流れを制御する。同様に、入力端子ＯＦＦ２６は、電源３２からトランジスタ１６、２２を経由する制御信号の流れ、及び高圧負電源３４からトランジスタ２０を経由する信号の流れを制御する。高圧負電源３４は、スイッチ１４が動作の間に通す最大の負電圧を供給する。本発明の実施形態の教示の下に、この電圧は−２５０Ｖにすることが可能である。ダイオード２４は、制御信号がトランジスタ１８からスイッチ１４に流れるが、その逆には流れないことを確実にする。これは、以下に詳細に説明するように、スイッチ１４からのパワーの損失を防ぐ。回路１０の構成は、電源３２を低圧（例えば、１２Ｖ）電源とすることが可能である。従来のシステムにおいては、制御スイッチ１４を制御するために用いられる電源３２は、実質的に１２Ｖより大きい電圧であることが要求された。そのような要求により、回路は高価になった。
【００１６】
スイッチ１４は、好適には、スイッチトランジスタ３８、４０（好適には、ソース−ソース間結合されている）及びツェナーダイオード４２を含む、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチである。スイッチトランジスタ３８、４０は、好適には、ラテラル高電圧トランジスタであり、ツェナーダイオード４２は約１２Ｖのツェナー電位／電圧を有している。スイッチ１４は、オンを保つために電流（即ち、信号の流れ）を必要とするのではなく、最初にスイッチ１４をオンにするときのみに電流を必要とするため、スイッチ１４はダイナミックである。更に、スイッチ１４は双方向性であるため、スイッチ１４を経由する信号は、スイッチ端子Ａ４４からスイッチ端子Ｂ４６まで、又はその逆に、流れる。したがって、どちらのスイッチ端子４４又は４６も、入力端子又は出力端子のどちらかにすることが可能である。更に、スイッチ１４は、それが約２５０Ｖから−２５０Ｖの電圧を加えることが可能であるため、高電圧向けと考えられる。スイッチ１４とレベルシフタ１２は具体的な構成要素を伴って示しているが、他のバリエーションも可能である。例えば、スイッチ１４は付加的なスイッチトランジスタを含むことが可能である。更に、スイッチ１４は、好適には、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチであるが、本発明の教示に従って、他のタイプのスイッチを制御することも可能である。例えば、スイッチ１４は、ダイナミックで、高電圧及び／又は双方向性ではないものとすることが可能である。
ＩＩ．回路動作
上記の回路１０は以下のように機能する。低インピーダンスモード（即ち、オンの状態）にスイッチをするために、入力端子ＯＮ２８を０Ｖに設定し、入力端子ＯＦＦを１２Ｖに設定する。制御信号（即ち、電流）は、電源３２からレベルトランジスタ１８とダイオード２４を経由して、スイッチライン３６を経由してスイッチ１４まで流れ、ツェナーダイオード４２とスイッチトランジスタ３８、４０の寄生容量（即ち、ゲート３７及び４１）を“充電”し始める。これが起こるにつれて、ＯＦＦ入力端子２６の１２Ｖへの設定は、制御信号が電源３２からレベルトランジスタ１６、２０、２２を経由して流れることを防止する。更に、レベルトランジスタ２０のゲート２１における電圧は、その閾値電圧（例えば、Ｖｔ＝２．５Ｖ）に設定される。
【００１７】
一旦、ツェナーダイオード４２の電位がスイッチトランジスタ３８及び４０の閾値電圧（例えば、Ｖｔ＝２．５Ｖ）を超えると、スイッチの入力端子Ａ４４からの信号は、スイッチトランジスタ３８及び４０を経由して、スイッチの出力端子Ｂ４６に流れる（又は、スイッチ１４は双方向性であるため、その逆も可能である）ことが可能になる。このように、スイッチトランジスタ３８及び４０のソース３９及び４３、そしてスイッチの出力端子Ｂ４６は、スイッチの入力端子Ａ４４の電位まで上がる。ソース３９及び４３がスイッチの入力端子Ａ４４の電位に達したとき、レベルトランジスタ１８とダイオード２４を経由する電流は、ツェナーダイオード４２とスイッチトランジスタ３８及び４０のゲート３７及び４１に、約１２Ｖ（例えば、ツェナー電位）まで充電する。一旦、ゲート３７及び４１がこの電位に達すれば、レベルトランジスタ１８のドレイン−ソース電位は０Ｖに等しくなり、それらを経由して流れる制御信号は止まる。したがって、回路１０の何れの部分において電流は流れなくなるため、消費電力は０まで減少する。この時点で、スイッチ１４は低インピーダンスモードにあり、このモードを保つために更なる電流は必要ではない。
【００１８】
正電圧スイッチ信号がスイッチ入力端子Ａ４４に加えられる場合、ソース３９及び４３、ゲート３７及び４１、そしてスイッチ出力端子Ｂ４６はスイッチ入力端子Ａ４４に追随する。具体的には、スイッチ入力端子Ａ４４からのスイッチ信号は、スイッチトランジスタ３８及び４０を経由してスイッチ出力端子Ｂ４６に流れる。更に、ダイオード２４は逆バイアスが掛けられているので、スイッチトランジスタ３９及び４３のゲートの寄生容量はそれらの電荷（即ち、１２Ｖ）を保つこととなるため、線形性が維持される（即ち、スイッチ１４はダイナミックである）。スイッチ入力端子Ａ４４に加えることが可能である最大性電圧は、ダイオード２４が維持することが可能である最大電圧に等しい。
【００１９】
負電圧スイッチ信号がスイッチ入力端子Ａ４４に加えられる場合、ソース３９及び４３、ゲート３７及び４１、そしてスイッチ出力端子Ｂ４６は、同様に、スイッチ入力端子Ａ４４に追随する。しかしながら、この場合、制御信号は、電源３２からレベルトランジスタ１８、ダイオード２４及びツェナーダイオード４２を経由して流れる。ツェナーダイオード４２は、ツェナー電位（即ち、約１２ボルト）おいて、スイッチトランジスタ３８及び４０のゲート−ソース電位を保つ。回路１０における全ての電流は、このように、正電圧がスイッチ入力端子Ａ４４に加えられるときと同様に、スイッチトランジスタ３８及び４０のゲート−ソース間電位は一定（即ち、この場合、１２Ｖ）に保たれる。回路１０における全ての電流は、それ故、スイッチ端子Ａ４４又はスイッチ端子Ｂ４６のどちらから外部に流れることとなる。
【００２０】
スイッチ１４を高インピーダンスモード（即ち、オフ）にするために、入力端子ＯＮ２８を１２Ｖに設定し、入力端子ＯＦＦ２６を０Ｖに設定する。次いで、制御信号は、電源３２からレベルトランジスタ１６及び２２を経由して流れる。レベルトランジスタ２０のゲート２１はレベルトランジスタに瀬と属されるため、高い負電圧が、高い負電圧電源３４からレベルトランジスタ２０とスイッチライン３６を経由してスイッチ１４に加えられる。しかしながら、入力端子ＯＮ２８は１２Ｖに設定されているため、信号はそれを経由して流れない。レベルトランジスタ２０を経由する高い負電圧は、スイッチトランジスタ３８及び４０のゲートの寄生容量を放電する。スイッチトランジスタ３８及び４０のゲート−ソース間電位がスイッチトランジスタ３８及び４０の閾値電圧（例えば、Ｖｔ＝２．５Ｖ）に等しいとき、スイッチ１４は高いインピーダンスモード（即ち、オフ）にある。高い負電圧は、レベルトランジスタ２０及びツェナーダイオード４２を介して、スイッチトランジスタ３８および４０の寄生容量を放電し続ける。ソース３９及び４３、そしてゲート３７及び４１の電位が、約−２５０Ｖの高い負電圧（Ｖｎｎ）に達するとき、制御信号は、レベルトランジスタ２０を経由して流れることを停止する。このモードにおいて、スイッチ１４は、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６において信号をブロックすることができる。この目的を達成するために、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６に加えることができる最大の正電圧は、スイッチトランジスタ３８及び４０が維持することが可能である最大ドレイン−ソース間電圧に依存する。逆に、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６に加えることができる最小の正電圧はＶｎｎ（−２５０Ｖ）に等しい。
【００２１】
スイッチ１４が、高インピーダンスモードにあり、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６における電圧が約１Ｖ未満であって、即ち、超音波アプリケーションにおいて受け取る間にあっては一般的である場合、入力端子ＯＦＦ２６及び入力端子ＯＮ２８の両者を１２Ｖに設定することが可能である。この時点で、制御信号は、レベルトランジスタ１６及び２２を経由して流れることを停止し、レベルトランジスタ２０のゲート電位は低下し、それ故、高インピーダンスモードにレベルトランジスタ２０を位置付ける。ここでは、スイッチトランジスタ３８及び４０の寄生容量を放電する経路がないため、それら寄生容量は高インピーダンスモードに引き続き置かれる。更に、回路１０の全てにおいて信号（即ち、電流）が流れないため、消費電力は０まで減少する。
【００２２】
上で示したように、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６は入力及び出力として説明してきたが、それら端子は逆にすることが可能であることを理解する必要がある。具体的には、スイッチ端子Ｂ４６を入力とし、他方、スイッチ端子Ａ４４を出力とすることが可能である。更に、レベルシフタ１２を経由する制御信号は約１２Ｖである。しかしながら、他の電圧は、レベルトランジスタ１６及び１８のサイズに応じて用いることが可能である。
【００２３】
ＩＩＩ．実験結果
ここで、図２を参照するに、スイッチＯＮを用いたシミュレーションの結果についてのグラフ５０が示されている。特に、グラフ５０は、マイクロ秒の時間に対する電圧に関する過渡応答の２つのプロット６０及び７０を示している。プロット６０は、回路のスイッチ入力端子における過渡応答を示し、他方、プロット７０はっスイッチ出力端子における過渡応答を示している。このグラフから理解できるように、本発明のスイッチがオンのとき、スイッチ入力端子における過渡応答は、スイッチ出力端子の過渡応答と略同じである。この線形性は、スイッチトランジスタの一定のゲート−ソース間電圧により提供されるが、従来のシステムにおいてはみられなかった。
【００２４】
図３は、スイッチＯＦＦを用いたシミュレーションの結果についてグラフに示している。前述と同様に、グラフ８０は、時間に対する電圧に関する過渡応答の２つのプロット９０及び１００から構成されている。プロット９０は、スイッチ入力端子における過渡応答について示し、他方、プロット１００は、スイッチ出力端子における過渡応答について示している。図に示したように、スイッチがオフのとき、上記の高いインピーダンスモードは、スイッチ信号がスイッチの入力端子から出力端子に流れることを防ぐ。
【００２５】
図４は、スイッチがオンのときのオシロスコープとレースのグラフを示している。上記のグラフに類似して、グラフ１１０は、時間に対する電圧に関する２つのプロット１２０及び１３０について示している。プロット１２０は、スイッチの入力端子における電圧を示し、他方、プロット１３０は、スイッチの出力端子における電圧を示している。本発明の回路構成（即ち、レベルシフタとスイッチにおけるその制御）により、スイッチ入力端子及びスイッチ出力端子におけるオシロスコープトレースは略同じになる。
【００２６】
図５を参照するに、この図は、スイッチがオフのときの状態ではないことを示している。具体的には、図５は、スイッチがオフのときのオシロスコープトレースについてのグラフ１４０を示している。２つのプロット１５０と１６０をよくみると、スイッチの高いインピーダンスモードがスイッチ信号をブロックすることを示す、スイッチ入力端子１５０における電圧に比較して、スイッチ出力端子１６０における電圧は比較的平坦である。これは、図５に示すように、スイッチがオフのとき、所望される状態である。
【００２７】
図６を参照するに、方法２００についてのフローチャートを示している。この方法の第１段階２０２において、レベルシフタの第１入力端子を約０Ｖに設定し、ここで、第１入力端子を第１レベルトランジスタに結合させる。第２段階２０４において、レベルシフタの第２入力端子を約１２Ｖに設定する。方法２００の第３段階２０６において、電源から第１レベルトランジスタ及びレベルシフタのダイオードを経由して双方向性スイッチまで制御信号を流す。第４段階２０８において、制御信号を用いて、ツェナーダイオードとスイッチトランジスタを充電する。第５段階２１０において、ツェナーダイオードがスイッチトランジスタの閾値電圧を超えたとき、スイッチ入力からスイッチ出力までスイッチ信号を流す。方法２００の第６段階２１２において、スイッチトランジスタのゲート電位が所定電位に達したとき、制御信号を停止する。
【００２８】
本発明の好適な実施形態についての上述の説明は、説明図を説明することを目的として行った。網羅的であることまたは説明した明確な形態に本発明を限定することを意図して上述説明を行ったのではなく、また本発明の教示するところに照らして明らかに多くの改良及び変形が可能である。そのような改良及び変形は当業者には明瞭に理解されるものであり、本発明の請求項による権利範囲にそれらは包含されることを意図するものである。
【００２９】
ＩＶ．超音波試験装置
超音波診断画像化システムは、完全に非侵襲的方法で体内の生理機能を画像化し、且つ測定することが可能である。超音波は皮膚の表面から体内に伝達され、体内の組織及び細胞から反射される。反射されたエコーは、走査ヘッドの超音波トランスジューサにより受け取られ、組織の画像又は血液流の測定を得るために処理される。診断は、それ故、患者の体内における干渉を伴わないで行うことが可能である。走査ヘッドは、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを備える。このスイッチは、好適には、上記の回路により制御される。
【００３０】
本発明の回路は、超音波試験装置の走査ヘッドにおいて必要であるような、ダイナミック高電圧アナログスイッチを制御するために最も適切である。超音波試験手法を実施する間に、放出する段階は高電圧を必要とし、他方、受け入れる段階は、非常に敏感な増幅器に適用する、小さいエコーの振動により生成される非常に小さい信号を処理するために、制御スイッチは、放出する段階から受け入れる段階までのスイッチングのために必要である。本発明の回路は、好適には、放出トランスジューサ素子の動作から受け入れトランスジューサ素子の動作までのスイッチングのために用いられる。本発明の回路はまた、スイッチが導通の間に高い線形性を示すように一定である各々のスイッチトランジスタのゲート−ソース間電圧を確実にする。これは、最小の信号歪みをもたらし、超音波試験装置の画像品質を改善する。この回路はまた、走査ヘッドのサイズを最小にするために、電子素子が占めるスペースを最小にすることを可能にする。本発明の回路はまた、走査ヘッドにおけるケーブルにより占められる空間を最小にすることにより、走査ヘッドのサイズを更に最小にすることを可能にする。受け入れチャンネルの数は、トランスジューサ素子の数に比べて非常に少なくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明はまた、そのような回路により制御される、ダイナミック高電圧アナログスイッチを備える走査ヘッドを有する超音波試験装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に従った回路を示す図である。
【図２】本発明の実施形態のスイッチがオンのときのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態のスイッチがオフのときのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態のスイッチがオンのときのオシロスコープのトレースを示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態のスイッチがオフのときのオシロスコープのトレースを示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に従った方法のフローチャートを示す図である。
【０００１】
本発明は、一般に、スイッチを制御するための回路及び方法に関する。本発明は、特に、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するためのレベルシフタに関する。本発明はまた、そのような回路とスイッチを備え且つ超音波検査装置に接続される走査ヘッドに関連する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像化装置の分野において、スイッチは、同軸ケーブルの数を減少させるために走査ヘッドにしばしば用いられる。スイッチ及び基本となる電子装置が最適の性能を有するためには種々の要因が考慮されなければならない。例えば、導通の際に高い線形性をもつようにするために、各々のスイッチングトランジスタのゲート−ソース間電圧が一定であることは重要である。このことは、画像品質に悪影響を及ぼす信号歪みを最小にすることを確実にする。
【０００３】
従来、スイッチを制御するために種々のシステムを実施する多くの試みがなされている。そのようなシステムのうちの２つの例が、Ｊａｎｕｔｋａによる米国特許第４，５００，８０２号明細書とＷｅｉｒによる米国特許第４，５９５，８４７号明細書に示されている。しかしながら、ダイナミックであって、ゼロＤＣバイアス電流がスイッチの状態（即ち、オン又はオフ）に依存しないことが可能である既存のスイッチは存在しない。
【０００４】
具体的には、既存の技術においては、スイッチにおける電圧を損失することなく、スイッチのトランジスタのゲートにおける電荷（即ち、電流はスイッチをオンのまま保つために必要ではなく、最初のスイッチを入れることにのみ必要である）によってスイッチをオンのまま保つことは可能ではない。
【０００５】
更に、電子装置のサイズが縮小し続けるにつれて、より小さい電子素子を製造することへの要求が強くなっている。しかしながら、高電圧（例えば、２００Ｖ）に達することが可能なスイッチであって、シリコンの範囲のより小さい部分（例えば５０％）に収まるスイッチを提供する既存のプロダクトは存在しない。更に、超音波エレクトロニクスに適合するような構成で５００Ｖに達するスイッチを提供することができる既存のプロダクトは存在しない。更に、より低い電圧の正電源（例えば、５Ｖ及び／又は１２Ｖ）を必要とするスイッチの操作を制御するためのシステムを提供することができる既存の技術はない。それとは対照的に、既存の制御システムは、通常、スイッチを経由する電圧に比例する電圧を必要とする（例えば、＋１００Ｖ）。
【０００６】
存在しないことを考慮して、スイッチング回路及び方法に対する次のような要求がある。
１）スイッチは、高電圧（例えば、５００Ｖ）に達することが可能であり、超音波アプリケーションのために適合するシリコン範囲を有する。
２）スイッチは、有効電圧（例えば、２００Ｖ）に達することが可能であり、シリコンの占める範囲が小さい（例えば、５０％）。
【０００７】
更に、ダイナミックであって、スイッチがオン又はオフであるに拘わらずに、ゼロＤＣバイアス電流を可能にする、回路及び方法に対する要求が存在する。これは、スイッチトランジスタのゲートにおける電荷によってスイッチがオンを維持できるようにし、一旦電荷蓄積されたトランジスタからパワー損失が生じないようにする。
【０００８】
更に、スイッチトランジスタにおけるゲート−ソース電圧を一定に保つことが可能である回路及び方法であって、それ故、スイッチの何れかの非線形性を減少することが可能である回路及び方法に対する要求が存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路及び方法を提供することにより、既存のシステムがもつ問題点を克服することである。特に、本発明の回路及び方法は、スイッチとスイッチを制御するためのレベルシフタを備える。レベルシフタは、一般に、電源、高負電圧電源、入力端子、トランジスタ及びダイオードを備える。回路と方法を特にまとめると次のようになる。即ち、（１）スイッチの状態に依存しないゼロＤＣバイアス電流を可能にするダイナミック回路、（２）一定のゲート−ソース間電圧、（３）占有されるシリコン表面範囲を減少させつつ増加するスイッチ電圧、及び（４）回路を動作させるための低電圧電源、から構成される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の特徴に従って、スイッチを制御するための回路を提供する。この回路は、（１）レベルシフタであって、（ａ）スイッチラインに結合する第１レベルトランジスタと、（ｂ）第１レベルトランジスタとスイッチラインとの間に位置するダイオードと、（ｃ）カレントミラーに結合する第２レベルトランジスタであって、カレントミラーはスイッチラインに結合される、第２レベルトランジスタと、から構成されるレベルシフタ，並びに（２）スイッチラインに結合するスイッチであって、レベルシフタがスイッチを制御するスイッチ，から構成される。
【００１１】
本発明の第２の特徴に従って、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路が提供される。この回路は、（１）レベルシフタであって、（ａ）スイッチラインに結合される第１レベルとランジスタと、（ｂ）第１レベルトランジスタに結合される第１入力端子と、（ｃ）第１レベルトランジスタ及びスイッチライン間に結合されるダイオードと、（ｄ）カレントミラーに結合される第２レベルトランジスタであってカレントミラーがスイッチラインに結合される第２レベルトランジスタと、（ｅ）第２レベルトランジスタに結合される第２入力端子と、を含むレベルシフタ、並びに（２）ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチであって、（ａ）第１スイッチトランジスタと、（ｂ）第１スイッチトランジスタに結合されたスイッチ入力端子と、（ｃ）第１スイッチトランジスタに結合された第２スイッチトランジスタと、（ｄ）第２スイッチトランジスタに結合されたスイッチ出力端子と、を含むダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチと、第１スイッチトランジスタ及び第２スイッチトランジスタの間に結合されたツェナーダイオードと、を含むダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチ、から構成される。
【００１２】
本発明の第２の特徴に従って、ツェナーダイオードとレベルシフタをもつ複数のスイッチトランジスタを有する双方向性スイッチを制御するための方法を提供する。この方法は、（１）レベルシフタの第１入力端子を０Ｖに設定する段階であって、第１入力端子は第１レベルトランジスタに結合される、段階、（２）レベルシフタの第２入力端子を約１２Ｖに設定する段階であって、第２入力端子は第２レベルトランジスタに結合される、段階、（３）電源から第１レベルトランジスタとレベルシフタのダイオードとを経由して双方向性スイッチまで制御信号を流す段階、（４）制御信号を用いてツェナーダイオードとスイッチトランジスタを充電する段階、（５）ツェナーダイオードがスイッチトランジスタの閾値電圧を超えたとき、スイッチ入力からスイッチ出力までスイッチ信号を流す段階；並びに（６）スイッチトランジスタのゲート電位が所定電位に達したとき、制御信号を停止する段階、から構成される。
【発明の効果】
【００１３】
したがって、本発明は、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するための回路及び方法を提供する。本発明は、上記した従来のシステムに関連する問題を低減する。
【００１４】
超音波試験装置に接続される走査ヘッドにおけるスイッチを制御するために、本発明の回路を好適に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
Ｉ．回路構成
図１を参照するに、レベルシフタ１２及びスイッチライン３６により接続されたスイッチ１４を有する回路１０が示されている。レベルシフタ１２は、好適には、レベルトランジスタ１６、１８、２０及び２２、ダイオード２４、入力端子２６及び２８、ツェナーダイオード３０を含むレベルシフタ１２は、スイッチライン３６に接続されるカレントミラー２３から構成される（更に、以下で詳細に説明する）。レベルトランジスタ１６及び１８は、好適には、ＰＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタであり、レベルトランジスタ２０は、好適には、ＮＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタであり、そしてレベルトランジスタ２２は、好適には、低電圧ＮＤＭＯＳトランジスタである。ダイオード２４は高電圧ダイオードである。ツェナーダイオード３０は、トランジスタ２２のグランド−ソース間電圧及びドレイン−ソース間電圧を４Ｖより小さく保つための保護装置であり、好適には、約２Ｖのツェナー電位／電圧を有している。入力端子２８は、オン端子としてデザインされ、電源３２からトランジスタ１８及びダイオード２４を経由する制御電流（即ち、電流）の流れを制御する。同様に、入力端子ＯＦＦ２６は、電源３２からトランジスタ１６、２２を経由する制御信号の流れ、及び高圧負電源３４からトランジスタ２０を経由する信号の流れを制御する。高圧負電源３４は、スイッチ１４が動作の間に通す最大の負電圧を供給する。本発明の実施形態の教示の下に、この電圧は−２５０Ｖにすることが可能である。ダイオード２４は、制御信号がトランジスタ１８からスイッチ１４に流れるが、その逆には流れないことを確実にする。これは、以下に詳細に説明するように、スイッチ１４からのパワーの損失を防ぐ。回路１０の構成は、電源３２を低圧（例えば、１２Ｖ）電源とすることが可能である。従来のシステムにおいては、制御スイッチ１４を制御するために用いられる電源３２は、実質的に１２Ｖより大きい電圧であることが要求された。そのような要求により、回路は高価になった。
【００１６】
スイッチ１４は、好適には、スイッチトランジスタ３８、４０（好適には、ソース−ソース間結合されている）及びツェナーダイオード４２を含む、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチである。スイッチトランジスタ３８、４０は、好適には、ラテラル高電圧トランジスタであり、ツェナーダイオード４２は約１２Ｖのツェナー電位／電圧を有している。スイッチ１４は、オンを保つために電流（即ち、信号の流れ）を必要とするのではなく、最初にスイッチ１４をオンにするときのみに電流を必要とするため、スイッチ１４はダイナミックである。更に、スイッチ１４は双方向性であるため、スイッチ１４を経由する信号は、スイッチ端子Ａ４４からスイッチ端子Ｂ４６まで、又はその逆に、流れる。したがって、どちらのスイッチ端子４４又は４６も、入力端子又は出力端子のどちらかにすることが可能である。更に、スイッチ１４は、それが約２５０Ｖから−２５０Ｖの電圧を加えることが可能であるため、高電圧向けと考えられる。スイッチ１４とレベルシフタ１２は具体的な構成要素を伴って示しているが、他のバリエーションも可能である。例えば、スイッチ１４は付加的なスイッチトランジスタを含むことが可能である。更に、スイッチ１４は、好適には、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチであるが、本発明の教示に従って、他のタイプのスイッチを制御することも可能である。例えば、スイッチ１４は、ダイナミックで、高電圧及び／又は双方向性ではないものとすることが可能である。
ＩＩ．回路動作
上記の回路１０は以下のように機能する。低インピーダンスモード（即ち、オンの状態）にスイッチをするために、入力端子ＯＮ２８を０Ｖに設定し、入力端子ＯＦＦを１２Ｖに設定する。制御信号（即ち、電流）は、電源３２からレベルトランジスタ１８とダイオード２４を経由して、スイッチライン３６を経由してスイッチ１４まで流れ、ツェナーダイオード４２とスイッチトランジスタ３８、４０の寄生容量（即ち、ゲート３７及び４１）を“充電”し始める。これが起こるにつれて、ＯＦＦ入力端子２６の１２Ｖへの設定は、制御信号が電源３２からレベルトランジスタ１６、２０、２２を経由して流れることを防止する。更に、レベルトランジスタ２０のゲート２１における電圧は、その閾値電圧（例えば、Ｖｔ＝２．５Ｖ）に設定される。
【００１７】
一旦、ツェナーダイオード４２の電位がスイッチトランジスタ３８及び４０の閾値電圧（例えば、Ｖｔ＝２．５Ｖ）を超えると、スイッチの入力端子Ａ４４からの信号は、スイッチトランジスタ３８及び４０を経由して、スイッチの出力端子Ｂ４６に流れる（又は、スイッチ１４は双方向性であるため、その逆も可能である）ことが可能になる。このように、スイッチトランジスタ３８及び４０のソース３９及び４３、そしてスイッチの出力端子Ｂ４６は、スイッチの入力端子Ａ４４の電位まで上がる。ソース３９及び４３がスイッチの入力端子Ａ４４の電位に達したとき、レベルトランジスタ１８とダイオード２４を経由する電流は、ツェナーダイオード４２とスイッチトランジスタ３８及び４０のゲート３７及び４１に、約１２Ｖ（例えば、ツェナー電位）まで充電する。一旦、ゲート３７及び４１がこの電位に達すれば、レベルトランジスタ１８のドレイン−ソース電位は０Ｖに等しくなり、それらを経由して流れる制御信号は止まる。したがって、回路１０の何れの部分において電流は流れなくなるため、消費電力は０まで減少する。この時点で、スイッチ１４は低インピーダンスモードにあり、このモードを保つために更なる電流は必要ではない。
【００１８】
正電圧スイッチ信号がスイッチ入力端子Ａ４４に加えられる場合、ソース３９及び４３、ゲート３７及び４１、そしてスイッチ出力端子Ｂ４６はスイッチ入力端子Ａ４４に追随する。具体的には、スイッチ入力端子Ａ４４からのスイッチ信号は、スイッチトランジスタ３８及び４０を経由してスイッチ出力端子Ｂ４６に流れる。更に、ダイオード２４は逆バイアスが掛けられているので、スイッチトランジスタ３９及び４３のゲートの寄生容量はそれらの電荷（即ち、１２Ｖ）を保つこととなるため、線形性が維持される（即ち、スイッチ１４はダイナミックである）。スイッチ入力端子Ａ４４に加えることが可能である最大性電圧は、ダイオード２４が維持することが可能である最大電圧に等しい。
【００１９】
負電圧スイッチ信号がスイッチ入力端子Ａ４４に加えられる場合、ソース３９及び４３、ゲート３７及び４１、そしてスイッチ出力端子Ｂ４６は、同様に、スイッチ入力端子Ａ４４に追随する。しかしながら、この場合、制御信号は、電源３２からレベルトランジスタ１８、ダイオード２４及びツェナーダイオード４２を経由して流れる。ツェナーダイオード４２は、ツェナー電位（即ち、約１２ボルト）おいて、スイッチトランジスタ３８及び４０のゲート−ソース電位を保つ。回路１０における全ての電流は、このように、正電圧がスイッチ入力端子Ａ４４に加えられるときと同様に、スイッチトランジスタ３８及び４０のゲート−ソース間電位は一定（即ち、この場合、１２Ｖ）に保たれる。回路１０における全ての電流は、それ故、スイッチ端子Ａ４４又はスイッチ端子Ｂ４６のどちらから外部に流れることとなる。
【００２０】
スイッチ１４を高インピーダンスモード（即ち、オフ）にするために、入力端子ＯＮ２８を１２Ｖに設定し、入力端子ＯＦＦ２６を０Ｖに設定する。次いで、制御信号は、電源３２からレベルトランジスタ１６及び２２を経由して流れる。レベルトランジスタ２０のゲート２１はレベルトランジスタに瀬と属されるため、高い負電圧が、高い負電圧電源３４からレベルトランジスタ２０とスイッチライン３６を経由してスイッチ１４に加えられる。しかしながら、入力端子ＯＮ２８は１２Ｖに設定されているため、信号はそれを経由して流れない。レベルトランジスタ２０を経由する高い負電圧は、スイッチトランジスタ３８及び４０のゲートの寄生容量を放電する。スイッチトランジスタ３８及び４０のゲート−ソース間電位がスイッチトランジスタ３８及び４０の閾値電圧（例えば、Ｖｔ＝２．５Ｖ）に等しいとき、スイッチ１４は高いインピーダンスモード（即ち、オフ）にある。高い負電圧は、レベルトランジスタ２０及びツェナーダイオード４２を介して、スイッチトランジスタ３８および４０の寄生容量を放電し続ける。ソース３９及び４３、そしてゲート３７及び４１の電位が、約−２５０Ｖの高い負電圧（Ｖｎｎ）に達するとき、制御信号は、レベルトランジスタ２０を経由して流れることを停止する。このモードにおいて、スイッチ１４は、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６において信号をブロックすることができる。この目的を達成するために、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６に加えることができる最大の正電圧は、スイッチトランジスタ３８及び４０が維持することが可能である最大ドレイン−ソース間電圧に依存する。逆に、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６に加えることができる最小の正電圧はＶｎｎ（−２５０Ｖ）に等しい。
【００２１】
スイッチ１４が、高インピーダンスモードにあり、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６における電圧が約１Ｖ未満であって、即ち、超音波アプリケーションにおいて受け取る間にあっては一般的である場合、入力端子ＯＦＦ２６及び入力端子ＯＮ２８の両者を１２Ｖに設定することが可能である。この時点で、制御信号は、レベルトランジスタ１６及び２２を経由して流れることを停止し、レベルトランジスタ２０のゲート電位は低下し、それ故、高インピーダンスモードにレベルトランジスタ２０を位置付ける。ここでは、スイッチトランジスタ３８及び４０の寄生容量を放電する経路がないため、それら寄生容量は高インピーダンスモードに引き続き置かれる。更に、回路１０の全てにおいて信号（即ち、電流）が流れないため、消費電力は０まで減少する。
【００２２】
上で示したように、スイッチ端子Ａ４４及びＢ４６は入力及び出力として説明してきたが、それら端子は逆にすることが可能であることを理解する必要がある。具体的には、スイッチ端子Ｂ４６を入力とし、他方、スイッチ端子Ａ４４を出力とすることが可能である。更に、レベルシフタ１２を経由する制御信号は約１２Ｖである。しかしながら、他の電圧は、レベルトランジスタ１６及び１８のサイズに応じて用いることが可能である。
【００２３】
ＩＩＩ．実験結果
ここで、図２を参照するに、スイッチＯＮを用いたシミュレーションの結果についてのグラフ５０が示されている。特に、グラフ５０は、マイクロ秒の時間に対する電圧に関する過渡応答の２つのプロット６０及び７０を示している。プロット６０は、回路のスイッチ入力端子における過渡応答を示し、他方、プロット７０はっスイッチ出力端子における過渡応答を示している。このグラフから理解できるように、本発明のスイッチがオンのとき、スイッチ入力端子における過渡応答は、スイッチ出力端子の過渡応答と略同じである。この線形性は、スイッチトランジスタの一定のゲート−ソース間電圧により提供されるが、従来のシステムにおいてはみられなかった。
【００２４】
図３は、スイッチＯＦＦを用いたシミュレーションの結果についてグラフに示している。前述と同様に、グラフ８０は、時間に対する電圧に関する過渡応答の２つのプロット９０及び１００から構成されている。プロット９０は、スイッチ入力端子における過渡応答について示し、他方、プロット１００は、スイッチ出力端子における過渡応答について示している。図に示したように、スイッチがオフのとき、上記の高いインピーダンスモードは、スイッチ信号がスイッチの入力端子から出力端子に流れることを防ぐ。
【００２５】
図４は、スイッチがオンのときのオシロスコープとレースのグラフを示している。上記のグラフに類似して、グラフ１１０は、時間に対する電圧に関する２つのプロット１２０及び１３０について示している。プロット１２０は、スイッチの入力端子における電圧を示し、他方、プロット１３０は、スイッチの出力端子における電圧を示している。本発明の回路構成（即ち、レベルシフタとスイッチにおけるその制御）により、スイッチ入力端子及びスイッチ出力端子におけるオシロスコープトレースは略同じになる。
【００２６】
図５を参照するに、この図は、スイッチがオフのときの状態ではないことを示している。具体的には、図５は、スイッチがオフのときのオシロスコープトレースについてのグラフ１４０を示している。２つのプロット１５０と１６０をよくみると、スイッチの高いインピーダンスモードがスイッチ信号をブロックすることを示す、スイッチ入力端子１５０における電圧に比較して、スイッチ出力端子１６０における電圧は比較的平坦である。これは、図５に示すように、スイッチがオフのとき、所望される状態である。
【００２７】
図６を参照するに、方法２００についてのフローチャートを示している。この方法の第１段階２０２において、レベルシフタの第１入力端子を約０Ｖに設定し、ここで、第１入力端子を第１レベルトランジスタに結合させる。第２段階２０４において、レベルシフタの第２入力端子を約１２Ｖに設定する。方法２００の第３段階２０６において、電源から第１レベルトランジスタ及びレベルシフタのダイオードを経由して双方向性スイッチまで制御信号を流す。第４段階２０８において、制御信号を用いて、ツェナーダイオードとスイッチトランジスタを充電する。第５段階２１０において、ツェナーダイオードがスイッチトランジスタの閾値電圧を超えたとき、スイッチ入力からスイッチ出力までスイッチ信号を流す。方法２００の第６段階２１２において、スイッチトランジスタのゲート電位が所定電位に達したとき、制御信号を停止する。
【００２８】
本発明の好適な実施形態についての上述の説明は、説明図を説明することを目的として行った。網羅的であることまたは説明した明確な形態に本発明を限定することを意図して上述説明を行ったのではなく、また本発明の教示するところに照らして明らかに多くの改良及び変形が可能である。そのような改良及び変形は当業者には明瞭に理解されるものであり、本発明の請求項による権利範囲にそれらは包含されることを意図するものである。
【００２９】
ＩＶ．超音波試験装置
超音波診断画像化システムは、完全に非侵襲的方法で体内の生理機能を画像化し、且つ測定することが可能である。超音波は皮膚の表面から体内に伝達され、体内の組織及び細胞から反射される。反射されたエコーは、走査ヘッドの超音波トランスジューサにより受け取られ、組織の画像又は血液流の測定を得るために処理される。診断は、それ故、患者の体内における干渉を伴わないで行うことが可能である。走査ヘッドは、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを備える。このスイッチは、好適には、上記の回路により制御される。
【００３０】
本発明の回路は、超音波試験装置の走査ヘッドにおいて必要であるような、ダイナミック高電圧アナログスイッチを制御するために最も適切である。超音波試験手法を実施する間に、放出する段階は高電圧を必要とし、他方、受け入れる段階は、非常に敏感な増幅器に適用する、小さいエコーの振動により生成される非常に小さい信号を処理するために、制御スイッチは、放出する段階から受け入れる段階までのスイッチングのために必要である。本発明の回路は、好適には、放出トランスジューサ素子の動作から受け入れトランスジューサ素子の動作までのスイッチングのために用いられる。本発明の回路はまた、スイッチが導通の間に高い線形性を示すように一定である各々のスイッチトランジスタのゲート−ソース間電圧を確実にする。これは、最小の信号歪みをもたらし、超音波試験装置の画像品質を改善する。この回路はまた、走査ヘッドのサイズを最小にするために、電子素子が占めるスペースを最小にすることを可能にする。本発明の回路はまた、走査ヘッドにおけるケーブルにより占められる空間を最小にすることにより、走査ヘッドのサイズを更に最小にすることを可能にする。受け入れチャンネルの数は、トランスジューサ素子の数に比べて非常に少なくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明はまた、そのような回路により制御される、ダイナミック高電圧アナログスイッチを備える走査ヘッドを有する超音波試験装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に従った回路を示す図である。
【図２】本発明の実施形態のスイッチがオンのときのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態のスイッチがオフのときのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態のスイッチがオンのときのオシロスコープのトレースを示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態のスイッチがオフのときのオシロスコープのトレースを示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に従った方法のフローチャートを示す図である。
Claims (18)
- レベルシフタであって、スイッチラインに結合する第１レベルトランジスタと、第１レベルトランジスタとスイッチラインとの間に位置するダイオードと、カレントミラーに結合する第２レベルトランジスタであって、カレントミラーはスイッチラインに結合される、第２レベルトランジスタと、から構成されるレベルシフタ；並びに
スイッチラインに結合され、レベルシフタにより制御されるスイッチ；
から構成されることを特徴とするスイッチを制御するための回路。 - 請求項１に記載の回路であって、第１レベルトランジスタ及び第２レベルトランジスタはＰＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタである、ことを特徴とする回路。
- 請求項１に記載の回路であって、カレントミラーは第３レベルトランジスタ、第４レベルトランジスタ及びツェナーダイオードから構成され、第３レベルトランジスタは低電圧ＮＤＭＯＳトランジスタであり、第４レベルトランジスタはＮＤＭＯＳトランジスタである、ことを特徴とする回路。
- 請求項１に記載の回路であって、スイッチはダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチであり、第１スイッチトランジスタ、第２スイッチトランジスタ、ツェナーダイオード、スイッチ入力端子及びスイッチ出力端子から構成される、ことを特徴とする回路。
- 請求項１乃至４の何れか一項に記載の回路であって、レベルシフタは、第１レベルトランジスタに結合される第１入力端子と、第２レベルトランジスタに結合される第２入力端子とから更に構成される、ことを特徴とする回路。
- 請求項１乃至５の何れか一項に記載の回路であって、レベルシフタは、第１レベルトランジスタ及び第２レベルトランジスタに制御信号を供給するための電源と、カレントミラーとスイッチに高い負電圧を供給するための高負電圧電源とから更に構成される、ことを特徴とする回路。
- 請求項１乃至６の何れか一項に記載の回路であって、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを制御するために：
レベルシフタであって、スイッチラインに結合される第１レベルとランジスタと、第１レベルトランジスタに結合される第１入力端子と、第１レベルトランジスタ及びスイッチライン間に結合されるダイオードと、カレントミラーに結合される第２レベルトランジスタであってカレントミラーがスイッチラインに結合される第２レベルトランジスタと、第２レベルトランジスタに結合される第２入力端子と、を含むレベルシフタ；並びに
ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチであって、第１スイッチトランジスタと、第１スイッチトランジスタに結合されたスイッチ入力端子と、第１スイッチトランジスタに結合された第２スイッチトランジスタと、第２スイッチトランジスタに結合されたスイッチ出力端子と、第１スイッチトランジスタ及び第２スイッチトランジスタの間に結合されたツェナーダイオードと、を含むダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチ；
から構成される、ことを特徴とする回路。 - 請求項７に記載の回路であって、第１レベルトランジスタ及び第２レベルトランジスタはＰＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタである、ことを特徴とする回路。
- 請求項７に記載の回路であって、第１スイッチトランジスタ及び第２スイッチトランジスタはＮＤＭＯＳラテラル高電圧トランジスタである、ことを特徴とする回路。
- 請求項７乃至９の何れか一項に記載の回路であって、カレントミラーは、第３レベルトランジスタ、第４レベルトランジスタ及び第２ツェナーダイオードから構成され、第３レベルトランジスタは低電圧ＮＤＭＯＳトランジスタであり、且つ第４レベルトランジスタは低電圧ＮＤＭＯＳトランジスタである、ことを特徴とする回路。
- 請求項７乃至１０の何れか一項に記載の回路であって、レベルシフタは、第１レベルトランジスタ及び第２レベルトランジスタに制御信号を供給するための電源と、カレントミラーとスイッチに高い負電圧を供給するための高負電圧電源とから更に構成される、ことを特徴とする回路。
- ツェナーダイオードとレベルシフタをもつ複数のスイッチトランジスタとを有する双方向性スイッチを制御する方法であって：
レベルシフタの第１入力端子を０Ｖに設定する段階であって、第１入力端子は第１レベルトランジスタに結合される、段階；
レベルシフタの第２入力端子を約１２Ｖに設定する段階であって、第２入力端子は第２レベルトランジスタに結合される、段階；
電源から第１レベルトランジスタとレベルシフタのダイオードとを経由して双方向性スイッチまで制御信号を流す段階；
制御信号を用いてツェナーダイオードとスイッチトランジスタを充電する段階；
ツェナーダイオードがスイッチトランジスタの閾値電圧を超えたとき、スイッチ入力からスイッチ出力までスイッチ信号を段階；並びに
スイッチトランジスタのゲート電位が所定電位に達したとき、制御信号を停止する段階；
から構成されることを特徴とする方法。 - 請求項１２に記載の方法であって、スイッチトランジスタのゲート−ソース間電圧は一定である、ことを特徴とする方法。
- 請求項１２又は１３に記載の方法であって：
第１入力端子を約１２Ｖに設定する段階；
第２入力端子を約０Ｖに設定する段階；並びに
レベルシフタからスイッチまで高負電圧を加える段階；
から構成される、ことを特徴とする方法。 - 請求項１２乃至１４の何れか一項に記載の方法であって、制御信号を流す段階は、レベルシフタからスイッチトランジスタ及びツェナーダイオードまで制御信号を流す手順から構成される、ことを特徴とする方法。
- 請求項１５に記載の方法であって、低電圧スイッチ信号がスイッチ入力に加えられるとき、両方の入力端子を約１２Ｖに設定する手順から更に構成される、ことを特徴とする方法。
- 超音波試験装置のための走査ヘッドであって、超音波を体の組織の表面から体の中に送り、且つ体内の組織及び細胞から反射されるエコーを受け取るための超音波トランスジューサを用い、請求項１乃至１１の何れか一項に従った回路により制御される、ダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチから構成される、ことを特徴とする走査ヘッド。
- 体内の生理機能の画像化又は測定のための超音波試験装置であって：
体の組織の表面から体内に超音波を送るため及び体内の組織及び細胞から反射されたエコーを受け取るための超音波トランスジューサをもつ走査ヘッド；並びに
組織及び細胞の画像を生成するため又は体の生理機能に関連する測定を行うために走査ヘッドの超音波トランスジューサにより受け取られる反射されたエコーを処理するための手段；
から構成される超音波試験装置であり、
走査ヘッドは、請求項１乃至１１の何れか一項に従った回路により制御されるダイナミック双方向性高電圧アナログスイッチを備える；
ことを特徴とする超音波試験装置。
Applications Claiming Priority (2)
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