JP2009101072A - 超音波振動子駆動回路及び超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】出力ラインの電圧を正電圧又は負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことができ、なお且つチップのダイサイズを小型化することができる超音波振動子駆動回路を提供する。
【解決手段】P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に出力ラインWがグランド電圧に戻る前の所定時間だけN側第一FET11Nをオンし、このN側FET11Nがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインWがグランド電圧に戻るまでの間においてN側第二FET16Nをオンにする。また、N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に前記出力ラインWがグランド電圧に戻る前の所定時間だけ前記P側第一FET11Pをオンし、このP側第一FET11Pがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインWがグランド電圧に戻るまでの間においてP側第二FET16Pをオンにする。
【選択図】図2
【解決手段】P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に出力ラインWがグランド電圧に戻る前の所定時間だけN側第一FET11Nをオンし、このN側FET11Nがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインWがグランド電圧に戻るまでの間においてN側第二FET16Nをオンにする。また、N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に前記出力ラインWがグランド電圧に戻る前の所定時間だけ前記P側第一FET11Pをオンし、このP側第一FET11Pがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインWがグランド電圧に戻るまでの間においてP側第二FET16Pをオンにする。
【選択図】図2
Description
本発明は、超音波振動子駆動回路及び超音波診断装置に関し、特に正電圧又は負電圧又はグランド電圧を超音波振動子へ出力する出力ラインの電圧を正電圧又は負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことができ、なお且つチップ(chip)のダイサイズ(die size)を小型化することができる超音波振動子駆動回路及び超音波診断装置に関する。
従来、オン状態で正電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するP側FET(電界効果トランジスタ)と、オン状態で負電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するN側FETと、それらP側FET及びN側FETをオン/オフするドライバ回路とを具備した超音波診断装置が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2006−101997号公報
特開2004−358133号公報
上記従来の超音波診断装置では、出力ラインのキャパシタンスのため、出力ラインに正電圧又は負電圧をパルス状に印加したとき、出力ラインの電圧が正電圧又は負電圧からグランド電圧に迅速に戻らない問題点がある。
これに対し、出力ラインを強制的にグランド電圧に戻すアクティブグランドクランプ回路を設けることが考えられる。しかし、アクティブグランドクランプ回路のみで出力ラインを強制的にグランド電圧に戻そうとした場合、前記超音波振動子駆動回路のP側FET及びN側FETと同程度のオン抵抗であるFETが必要となる。ここで、チップのダイサイズは抵抗に反比例する。従って、アクティブグランドクランプ回路のみで出力ラインを強制的にグランド電圧に戻そうとした場合、この回路のFETのオン抵抗をむやみに大きくすることができないことから、ダイサイズの小型化に限界がある。
本発明の目的は、出力ラインの電圧を正電圧又は負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことができ、なお且つチップのダイサイズを小型化することができる超音波振動子駆動回路及び超音波診断装置を提供することである。
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第1の観点の発明は、オン状態で正電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するP側電界効果トランジスタと、オン状態で負電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するN側電界効果トランジスタと、入力されたP側送波信号に応じて前記P側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る前の所定時間だけ前記N側電界効果トランジスタをオンすること、及び入力されたN側送波信号に応じて前記N側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る前の所定時間だけ前記P側電界効果トランジスタをオンすることの少なくとも一方を行うドライバ回路と、前記出力ラインと接続され、少なくとも、前記P側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記N側電界効果トランジスタがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインがグランド電圧に戻るまでの間においてオン状態になること、及び少なくとも、前記N側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記P側電界効果トランジスタがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインがグランド電圧に戻るまでの間においてオン状態になることの少なくとも一方の状態となるアクティブグランドクランプ回路と、を備えたことを特徴とする超音波振動子駆動回路である。
第2の観点の発明は、第1の観点の発明における前記アクティブグランドクランプ回路のトランジスタのオン抵抗を、前記ドライバ回路の前記P側電界効果トランジスタ及び前記N側電界効果トランジスタのオン抵抗の少なくとも5倍以上としたことを特徴とする超音波振動子駆動回路である。
第3の観点の発明は、超音波探触子と、請求項1又は2に記載の超音波振動子駆動回路と、前記超音波探触子でエコー信号を受信し音線信号を出力する受信回路と、前記音線信号を基に超音波画像を生成する画像生成手段と、前記超音波画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置である。
第1の観点の発明によれば、前記ドライバ回路は、P側送波信号に応じて前記P側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記N側電界効果トランジスタを所定時間だけオンすることにより、出力ラインの電圧がグランド電圧へ向かって引戻され、また少なくとも前記の所定時間、すなわちN側電界効果トランジスタによる引戻時間経過後から前記出力ラインがグランド電圧に戻るまでの間において前記アクティブグランドクランプ回路がオンになることにより、グランド電圧に向かって途中まで引戻された出力ラインの電圧がグランド電圧まで引戻される。これにより、前記出力ラインの電圧を正電圧からグランド電圧へ迅速に戻すことができる。また、前記ドライバ回路は、N側送波信号に応じて前記N側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記P側電界効果トランジスタを所定時間だけオンすることにより、出力ラインの電圧がグランド電圧に向かって引戻され、また少なくとも前記の所定時間、すなわちP側電界効果トランジスタによる引戻時間経過後から前記出力ラインがグランド電圧に戻るまでの間において前記アクティブグランドクランプ回路がオンになることにより、グランド電圧に向かって途中まで引戻された出力ラインの電圧がグランド電圧まで引戻される。これにより、前記出力ラインの電圧を負電圧からグランド電圧に迅速に戻すことができる。また、前記ドライバ回路は、ほとんど電流が流れない論理回路であり、さらに前記アクティブグランドクランプ回路は、少なくともP側電界効果トランジスタによる引戻時間経過後又は前記N側電界効果トランジスタによる引戻時間経過後から、前記出力ラインの電圧がグランド電圧に戻るまでの間においてオンになるようにすればよいので、前記アクティブグランドクランプ回路のトランジスタのオン抵抗を、前記P側電界効果トランジスタ及び前記N側電界効果トランジスタのオン抵抗よりも高抵抗とすることができる。従って、アクティブグランドクランプ回路のみで出力ラインをグランド電圧まで強制的に戻す場合に比べて、ダイサイズを小型化することができる。
第2の観点の発明によれば、アクティブグランドクランプ回路のトランジスタのダイサイズを、前記ドライバ回路のP側電界効果トランジスタ及びN側電界効果トランジスタのダイサイズの少なくとも1/5以下とすることができる。
第3の観点の発明によれば、前記超音波振動子駆動回路のダイサイズを小型化することができる。
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る超音波診断装置の実施形態の一例の構成を示すブロック図である。
図1に示す超音波診断装置100は、多数の超音波振動子Eが内設され且つそれらにより超音波を被検体内へ送信するとともに被検体内から超音波エコーを受信する超音波探触子1と、超音波エコーから音線信号を生成し出力する受信部2と、音線信号を基に超音波画像を生成する画像生成部3と、超音波画像を表示する表示部4と、超音波を送信するために超音波振動子Eを駆動する超音波振動子駆動回路10と、超音波振動子駆動回路10へ送信のための信号を入力する送波部5と、全体を制御する制御部6と、操作者が操作するための入力部7とを備えている。
図2は、図1に示す超音波振動子駆動回路10を示す回路図である。この超音波振動子駆動回路10は、オン状態で正電圧+HVを前記超音波振動子Eへの出力ラインWへ出力するP側第一FET11Pと、オン状態で負電圧−HVを前記出力ラインWへ出力するN側第一FET11Nと、前記送波部5から入力されたP側送波信号PP、N側送波信号PN及びP側閾値THPと、前記出力ラインWから帰還した帰還電圧Voとに基づいて、前記P側第一FET11PをドライブするP側ドライバ回路12Pと、P側送波信号PP、N側送波信号PN及びN側閾値THNと帰還電圧Voとに基づいて前記N側第一FET11NをドライブするN側ドライバ回路12Nとを備えている。
P側閾値THPは、送信電圧である負電圧−HVに応じた値であり、前記送波部5から入力される。
また、N側閾値THNは、送信電圧である正電圧+HVに応じた値であり、前記送波部5から入力される。
また、N側閾値THNは、送信電圧である正電圧+HVに応じた値であり、前記送波部5から入力される。
前記P側ドライバ回路12Pは、帰還電圧VoがP側閾値THPより高いときに「H」となりそれ以外は「L」となるP側比較信号LVPを出力する比較器13Pと、P側送波信号PPとN側送波信号PNとP側比較信号LVPとに基づいてP側駆動信号DVPを出力するP側論理回路14Pとを含んでいる。
前記N側ドライバ回路12Nは、帰還電圧VoがN側閾値THNより高いときに「H」となりそれ以外は「L」となるN側比較信号LVNを出力する比較器13Nと、P側送波信号PPとN側送波信号PNとN側比較信号LVNとに基づいてN側駆動信号DVNを出力するN側論理回路14Nとを含んでいる。
なお、図2中のコンデンサC5は省略可能である。
また、前記超音波振動子駆動回路10は、前記出力ラインWと接続されたP側アクティブグランドクランプ回路15Pと、N側アクティブグランドクランプ回路15Nとを有している。
前記P側アクティブグランドクランプ回路15Pは、P側第二FET16Pを含んでいる。このP側第二FET16Pのゲートには、前記P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に前記N側第一FET11Nがオン状態になったとき、及び前記N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に前記P側第一FET11Pがオン状態になったとき、前記P側第二FET16Pをオンにする信号が、図示しない駆動信号発生回路から入力するようになっている。
前記N側アクティブグランドクランプ回路15Nは、N側第二FET16Nを含んでいる。このN側第二FET16Nのゲートには、前記N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に前記P側第一FET11Pがオン状態になったとき、及び前記P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に前記N側第一FET11Nがオン状態になったとき、前記N側第二FET16Nをオンにする信号が、図示しない駆動信号発生回路から入力するようになっている。
前記P側第二FET16P及び前記N側第二FET16Nのオン抵抗は、前記P側第一FET11P及び前記N側第一FET11Nのオン抵抗の2倍以上であることが好ましく、さらに好ましくは5〜10倍程度である。
さて、前記超音波振動子駆動回路10の動作について説明する。図3は、前記P側論理回路14Pの論理を示す真理値テーブル及び前記N側論理回路14Pの論理を示す真理値テーブルである。
Xhは、「H」でも「L」でもよいが、フェールセーフの観点から「H」が望ましいことを示す。
Xlは、「H」でも「L」でもよいが、フェールセーフの観点から「L」が望ましいことを示す。
Xlは、「H」でも「L」でもよいが、フェールセーフの観点から「L」が望ましいことを示す。
図4は、前記超音波振動子Eに正電圧+HVを印加し、グランド電圧に戻してから負電圧−HVを印加する場合のタイミングチャートである。また、図5は、図4における各時相での各信号の論理値である。
P側駆動信号DVPが「L」のとき、前記P側第一FET11Pがオン状態になる。また、N側駆動信号DVNが「H」のとき、前記N側第一FET11Nがオン状態になる。
P側駆動信号DVP及びN側駆動信号DVNから分かるように、P側送波信号PPに応じて前記P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に短い所定時間T2dだけ前記N側第一FETをオンして前記出力ラインWの電圧をグランド電圧へ向かって引戻す。また、N側送波信号PNに応じて前記N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に短い所定時間T4dだけ前記P側第一FET11Pをオンして前記出力ラインWの電圧をグランド電圧へ向かって引戻す。
P側駆動信号DVP及びN側駆動信号DVNから分かるように、P側送波信号PPに応じて前記P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に短い所定時間T2dだけ前記N側第一FETをオンして前記出力ラインWの電圧をグランド電圧へ向かって引戻す。また、N側送波信号PNに応じて前記N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に短い所定時間T4dだけ前記P側第一FET11Pをオンして前記出力ラインWの電圧をグランド電圧へ向かって引戻す。
図4のT2d及びT3の間は、前記P側第一FET16P及び前記N側第二FET16Nをオンにする。これにより、前記N側第一FET11Nによる引戻時間であるT2dの経過後からは、前記N側第一FET11Nによってグランド電圧へ向かって途中まで引戻された前記出力ラインWの電圧がグランド電圧まで引戻される。また、T4d及びT5の間は、前記P側第二FET16P及び前記N側第二FET16Nをオンにする。これにより、前記P側第一FET11Pによる引戻時間であるT4dの経過後からは、前記P側第一FET11Pによってグランド電圧へ向かって途中まで引戻された前記出力ラインWの電圧がグランド電圧まで引戻される。
本例の超音波振動子駆動回路10及び超音波診断装置100によれば、前記P側ドライバ回路12Pは、P側送波信号PPに応じて前記P側第一FET11Pをオンしてからオフした直後に前記N側第一FET11Nを所定時間T2dだけオンすることにより、前記出力ラインWの電圧がグランド電圧へ向かって引戻され、またTd2及びT3の間、前記N側第二FET16Nがオンになることにより、前記N側第一FET11Nによる引戻時間T2d経過後にこのN側第一FET11Nがオフになってからは、グランド電圧へ向かって途中まで引戻された前記出力ラインWの電圧が、前記N側第二FET16Nによりグランド電圧まで引戻される。これにより、前記出力ラインWの電圧を正電圧+HVからグランド電圧に迅速に戻すことができる。また、前記N側ドライバ回路12Nは、N側送波信号PNに応じて前記N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に前記P側第一FET11Pを所定時間T4dだけオンすることにより、前記出力ラインWの電圧がグランド電圧へ向かって引戻され、またT4d及びT5の間、前記P側第二FET16Pがオンになることにより、前記P側第一FET11Pによる引戻時間T4d経過後にこのP側第一FET11Pがオフになってからは、グランド電圧へ向かって途中まで引戻された前記出力ラインWの電圧が、前記P側第二FET16Pによりグランド電圧まで引戻される。これにより、前記出力ラインWの電圧を負電圧−HVからグランド電圧に迅速に戻すことができる。
また、前記ドライバ回路12P,12Nは、ほとんど電流が流れない論理回路であり、さらに本例における前記出力ラインWのグランド電圧への引戻しにあっては、前記P側第一FET11P又は前記N側第一FET11NをT2d及びT4dだけオンすることで途中まで引戻しを行った後に、前記アクティブグランドクランプ回路15P,15Nによる引戻しを行うので、前記P側第二FET16P及び前記N側第二FET16Nのオン抵抗は、前記のように前記P側第一FET11P及び前記N側第一FET11Nのオン抵抗よりも高抵抗(2倍以上、好ましくは5〜10倍程度)とすることができる。従って、ダイサイズは抵抗に反比例することから、前記P側第二FET16P及び前記N側第二FET16Nのダイサイズを、前記P側第一FET11P及び前記N側第一FET11Nのダイサイズの少なくとも1/2、或いは1/5〜1/10程度小さくすることができ、前記アクティブグランドクランプ回路15P,15Nのみによって前記出力ラインWのグランド電圧への引戻しを行う場合に比べてダイサイズを小型化することができる。
ちなみに、前記出力ラインWに、前記アクティブグランドクランプ回路15P,15Nの代わりに抵抗を接続することによっても、前記N側第一FET11Nによる引戻時間T2d経過後及び前記P側第一FET11Pによる引戻時間T4d経過後に、グランド電圧へ向かって途中まで引戻された前記出力ラインWの電圧をグランド電圧に迅速に戻すことができるが、この場合には前記アクティブグランドクランプ回路15P,15Nを設ける場合と比べて消費電力が大きくなる。従って、本例によれば、前記出力ラインWに抵抗を設ける場合に比べて消費電力を小さくすることができる。
次に、上記実施形態の第一変形例について説明する。図6は、本発明の実施形態の第一変形例にあって前記超音波振動子Eに正電圧+HVを印加し、次いで負電圧−HVを印加する場合のタイミングチャートである。また、図7は図6における各時相での各信号の論理値である。
この第一変形例では、P側駆動信号DVP及びN側駆動信号DVNから分かるように、N側送波信号PNに応じて前記N側第一FET11Nをオンしてからオフした直後に短い所定時間T4dだけ前記P側第一FET11Pをオンして前記出力ラインWの電圧をグランド電圧へ向かって引戻す。そして、T4d及びT5の間は、前記P側第二FET16P及び前記N側第二FET16Nをオンにする。これにより、前記P側第一FET11Pによる引戻時間であるT4dの経過後にこのP側第一FET11Pがオフになってグランド電圧へ向かって途中まで引戻された前記出力ラインWの電圧が、前記P側第二FET16Pによってグランド電圧まで引戻される。
次に、第二変形例について説明する。図8は、本発明の実施形態の第二変形例の超音波診断装置の構成を示すブロック図であり、この図8に示すように、前記超音波振動子駆動回路10におけるP側アクティブグランドクランプ回路15P及びN側アクティブグランドクランプ回路15Nは、前記出力ラインWに直列に接続されていてもよい。また、特に図示はしないが、前記N側アクティブグランドクランプ回路15Nが前記出力ラインWに2つ直列に接続されていてもよい。
以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、本発明は、前記超音波振動子Eに負電圧−HVを印加し、グランド電圧に戻してから、正電圧+HVを印加する場合、及び前記超音波振動子Eに負電圧−HVを印加し、次いで正電圧+HVを印加する場合にも、上記実施形態と同様にして適用することができる。
また、前記P側第二FET16Pは、少なくともT2d経過後から前記出力ラインWがグランド電圧へ戻るまでの間においてオンになればよい。さらに、前記N側第二FET16Nは、少なくともT4d経過後から前記出力ラインWがグランド電圧へ戻るまでの間においてオンになればよい。
1 超音波探触子
2 受信部(受信回路)
3 画像生成部(画像生成手段)
4 表示部(表示手段)
10 超音波振動子駆動回路
11P P側第一FET(P側電界効果トランジスタ)
11N N側第一FET(N側電界効果トランジスタ)
12P P側ドライバ回路(ドライバ回路)
12N N側ドライバ回路(ドライバ回路)
15P P側アクティブグランドクランプ回路(アクティブグランドクランプ回路)
15N N側アクティブグランドクランプ回路(アクティブグランドクランプ回路)
100 超音波診断装置
+HV 正電圧
−HV 負電圧
PP P側送波信号
PN N側送波信号
W 出力ライン
2 受信部(受信回路)
3 画像生成部(画像生成手段)
4 表示部(表示手段)
10 超音波振動子駆動回路
11P P側第一FET(P側電界効果トランジスタ)
11N N側第一FET(N側電界効果トランジスタ)
12P P側ドライバ回路(ドライバ回路)
12N N側ドライバ回路(ドライバ回路)
15P P側アクティブグランドクランプ回路(アクティブグランドクランプ回路)
15N N側アクティブグランドクランプ回路(アクティブグランドクランプ回路)
100 超音波診断装置
+HV 正電圧
−HV 負電圧
PP P側送波信号
PN N側送波信号
W 出力ライン
Claims (3)
- オン状態で正電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するP側電界効果トランジスタと、
オン状態で負電圧を超音波振動子への出力ラインへ出力するN側電界効果トランジスタと、
入力されたP側送波信号に応じて前記P側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る前の所定時間だけ前記N側電界効果トランジスタをオンすること、及び入力されたN側送波信号に応じて前記N側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記出力ラインがグランド電圧に戻る前の所定時間だけ前記P側電界効果トランジスタをオンすることの少なくとも一方を行うドライバ回路と、
前記出力ラインと接続され、少なくとも、前記P側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記N側電界効果トランジスタがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインがグランド電圧に戻るまでの間においてオン状態になること、及び少なくとも、前記N側電界効果トランジスタをオンしてからオフした直後に前記P側電界効果トランジスタがオン状態になっている所定時間経過後から前記出力ラインがグランド電圧に戻るまでの間においてオン状態になることの少なくとも一方の状態となるアクティブグランドクランプ回路と、
を備えたことを特徴とする超音波振動子駆動回路。 - 前記アクティブグランドクランプ回路のトランジスタのオン抵抗を、前記ドライバ回路の前記P側電界効果トランジスタ及び前記N側電界効果トランジスタのオン抵抗の少なくとも5倍以上としたことを特徴とする請求項1に記載の超音波振動子駆動回路。
- 超音波探触子と、請求項1又は2に記載の超音波振動子駆動回路と、前記超音波探触子でエコー信号を受信し音線信号を出力する受信回路と、前記音線信号を基に超音波画像を生成する画像生成手段と、前記超音波画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
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Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110104 |