JP3609319B2 - Transmission circuit of ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置の送信回路に関し、特に、連続波、単パルス、バーストパルスを送信する送信回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置においては、超音波パルスの送波及び反射波の受波によって超音波画像が形成される。送受信モードとして、Ｂモード、Ｍモード、ドプラモード（パルスドプラモード、連続波ドプラモード）などの各種モードがある。例えば、Ｂモードでは、単パルス又はバーストパルスが送信され、連続波ドプラモードでは連続波（連続したパルス）が送信される。
【０００３】
非連続送信の場合、感度を上げるために高電圧を利用して送信が行われ、一方、連続送信の場合、消費電力及び熱的問題などの事情から低電圧を利用して送信が行われる。このように、送信用電源電圧の切換が必要であることから、従来の超音波診断装置の中には、非連続送信及び連続送信のそれぞれについて専用の送信回路を設けるものがある（例えば、特開平３−８５１４６号公報の第４図参照）。一方、非連続送信と連続送信の兼用の送信回路を設ける場合もある（同公報の第３図参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
送信回路は、トリガパルスを受け入れて、電源電圧に従う送信パルスを出力するものであるが、そのスイッチングのために一般にＭＯＳ型ＦＥＴが使用される。そのゲート電圧は例えば電源電圧（ソース電圧）と同じに設定される。そのゲート駆動のためには、１０Ｖ程度のトリガパルスが必要となる。
【０００５】
一方、トリガパルス出力回路などの一般の回路はいわゆるＴＴＬレベル（５Ｖ）で動作している。そのトリガパルスはコンデンサを介してＭＯＳ型ＦＥＴのゲートへ入力される。
【０００６】
上記の従来構成では、トリガパルスとして、単パルス又はバーストパルスが入力された場合、コンデンサの作用によっても、ＭＯＳ型ＦＥＴを動作させることが可能である。しかし、トリガパルスとして、連続パルスが入力されると、最初の内はＭＯＳ型ＦＥＴが動作するが、コンデンサの時定数に従って、次第にＭＯＳ型ＦＥＴの動作が不安定となりいずれ停止する。つまり、単にＴＴＬレベルのトリガパルスを入力するだけでは、連続波の送信を行うことができない。
【０００７】
このため従来においては、送信回路を別々にするか、あるいは、トリガパルスを増幅する回路（ドライバ）を設ける必要があった。
【０００８】
ちなみに、ゲートバイアス電圧を一律に下げて、低電圧でもＯＮ動作し易くすると、ＯＮ動作以外の状態において動作が不安定となる。また、コンデンサの時定数をあまり長くすると、パルス波形上問題が生じる。
【０００９】
なお、一般的な問題として、従来の送信回路においては、ゲートバイアス電圧が固定されていたため、送信モードに応じて柔軟な対応ができないという問題があげられる。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、連続波の送信及び非連続波の送信を兼用送信回路で行うことにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、トリガパルスのレベル変換を行うことなく、連続波送信の場合であっても、スイッチング素子を安定確実に動作させることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、送信パルスを出力するための電源電圧を可変可能な可変電源と、前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により、振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記スイッチング素子のゲートにゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記スイッチング素子のゲートにゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記可変電源の電源電圧の可変に伴って、前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を可変するバイアス制御回路と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、電源電圧が変更されると、それに応じてスイッチング素子のゲートに印加されるバイアス電圧が可変制御されるので、電源電圧の切換を行っても、バイアス電圧を固定的に設定する従来構成に起因する問題を解消可能である。
【００１４】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明は、トリガパルス出力回路からのトリガパルスの入力に応答して振動子に対して送信パルスを出力する送信回路であって、前記送信パルスを出力するための電源電圧を切換可能な可変電源と、前記可変電源に接続され、前記ゲートへのトリガパルスの入力により、前記振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、前段トリガパルス出力回路と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられたコンデンサと、前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記コンデンサと前記スイッチング素子のゲートとの間にゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記可変電源の電源電圧の切換に伴って、前記コンデンサと前記スイッチング素子のゲートとの間のゲートバイアス電圧を切り換えるバイアス制御回路と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、スイッチング素子のゲート前段に直流カット用のコンデンサが設けられ、その時定数に従った電圧変化で、トリガパルスがスイッチング素子のゲートに入力される。電源電圧が低電源電圧（低電圧）に切り換えられても、それに応じてスイッチング素子のバイアス電圧を操作できるので、トリガパルスの電圧を操作することなく、スィツチング素子を確実に動作させることができる。
【００１６】
望ましくは、前記バイアス制御回路は、前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた場合に、前記ゲートバイアス電圧が前記スイッチング素子の動作点に近づくように、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧とし、前記電源電圧が高電源電圧に切り換えられた場合に、前記ゲートバイアス電圧が前記スイッチング素子の動作点から遠ざかるように、前記ゲートバイアス電圧を高バイアス電圧とする。つまり、バイアス電圧の可変制御によって、スイッチング素子の動作点に対してトリガパルスの基準電圧を適応的に設定するものである。
【００１７】
望ましくは、前記バイアス制御回路は、前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた後、前記コンデンサの時定数に従う所定期間内に、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧に切り換える。
【００１８】
低電源電圧への切り換え前にゲートバイアス電圧を低バイアス電圧に切り換えると、スイッチング素子から漏れ出力が発生したりその動作が不安定となってしまったりするため、バイアス電圧の切り換えは低電源電圧への切り換えと同時かその後に行うのが望ましい。但し、あまり切り換えが遅いと、コンデンサの時定数に従って、スイッチチング素子を確実に動作させることができなくなるので、そのような各問題が生じない範囲内の所定タイミングでバイアス電圧の切り換えを行う。
【００１９】
（３）また、上記目的を達成するために、本発明は、送信パルスとして連続波を送信する連続送信モードと、送信パルスとして単パルス又はバーストパルスを送信する非連続送信モードと、に対応した送信回路であって、前記連続送信モードでは低電源電圧が設定され、前記非連続送信モードでは高電源電圧が設定される可変電源と、前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記スイッチング素子のゲートにゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記連続送信モードでは前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点に近付け、前記非連続送信モードでは前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点から遠ざけるバイアス制御回路と、を含むことを特徴とする。
【００２０】
望ましくは、前記可変電源から前記スイッチング素子に印加される実際の電圧をモニタする電圧監視回路と、前記連続波送信モードにおいて、前記実際の電圧が前記低バイアス電圧となるまで連続波送信を禁止し、前記実際の電圧が前記低バイアス電圧となった後に連続波送信を許可する安全回路と、を含む。
【００２１】
この構成によれば、電源に内蔵された電源用大容量コンデンサが高電圧でチャージされている状態で、高電圧から低電圧への電源電圧が切り換えられても、その切り換え時に、コンデンサから高電圧が印加された状態で動作する問題を防止できる。
【００２２】
（４）また、上記目的を達成するために、本発明は、高電源電圧と低電源電圧とを切換可能な可変電源と、前記可変電源と基準電位との間に２段接続され、互いに逆動作を行う第１及び第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子のゲートとトリガパルス出力回路との間に設けられた容量素子と、前記可変電源と前記第１のスイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記容量素子と前記第１のスイッチング素子のゲートとの間にゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記容量素子と前記第１のスイッチング素子のゲートとの間のゲートバイアス電圧を制御するバイアス制御回路と、を含み、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のゲートにトリガパルスが供給され、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続点から送信パルスが出力され、前記バイアス制御回路は、前記可変電源が低電圧に設定された場合に、前記第１のスイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点に近付け、前記可変電源が高電圧に設定された場合に、前記第１のスイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点から遠ざけることを特徴とする。
【００２３】
望ましくは、前記第１及び第２のスイッチング素子はＭＯＳ型ＦＥＴで構成され、前記トリガパルスはＴＴＬレベルのパルスである。
（５）また、本発明は、送信パルスを出力するための電源電圧を可変可能な可変電源と、前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により、振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、前記可変電源の電源電圧の可変に伴って、前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を可変するバイアス制御回路と、を含み、前記バイアス制御回路は、前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた後に、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧に切り換えることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の送信回路の好適な実施形態が示されている。
【００２６】
図１において、電源回路と基準電圧との間には２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が設けられている。それらのスイッチング素子は例えばＭＯＳトランジスタであり、スイッチング素子Ｑ１のドレイン側とスイッチング素子Ｑ２のドレイン側とが接続され、その接続点に振動子が接続されている。つまり、この送信回路は振動子ごとに設けられるものであり、送受信器に複数の振動素子が設けられる場合、各振動子を駆動するために図１に示す送信回路が複数設けられる。
【００２７】
スイッチング素子Ｑ２のソース側は電源回路に接続されている。この電源回路は、本実施形態において、高電源電圧（高電圧＋ＨＶ）と低電源電圧（低電圧＋ＬＶ）とを切り換え可能であり、一波（単パルス）又は数波パルス（バーストパルス）の入力がなされる場合、すなわち例えばＢモード送受信を行う場合には高電圧が設定され、一方、連続波（連続パルス）が入力される場合、すなわち例えば連続波ドプラモードが設定されている場合には低電圧に設定される。例えば高電圧＋ＨＶは１００Ｖであり、低電圧＋ＬＶは例えば１０Ｖである。
【００２８】
その電源電圧の切り換えは図示されていない制御部によって制御されている。
【００２９】
ＩＣ１は、送信パルスを出力する回路であり、その出力レベルはＴＴＬレベルである。図１には、数波バーストのパルス波形１００及び連続波のパルス波形１０２が示されている。それらの入力パルスは互いに相補型の極性をもったスイッチング素子Ｑ１及びＱ２のゲートに供給される。但し、スイッチング素子Ｑ２のゲートの前段には直流を遮断するためのコンデンサＣ１が設けられており、そのコンデンサＣ１を介してスイッチング素子Ｑ２のゲートに入力パルスが供給される。
【００３０】
図１に示されるように、スイッチング素子Ｑ２のゲートには抵抗Ｒ２を介してバイアス電圧制御用の信号（バイアス電圧操作用の信号）が供給されている。その信号の電圧Ｖ１は図示されていない制御部によって制御されている。後に詳述するように、一波又は数波バーストの送信が行われる場合、電源電圧が高電圧に切り換えられるが、その送信モードにおいてはＶ１として＋ＨＶが設定される。つまり、図１に示すゲート電圧ＶＧは＋ＨＶと一致する。ちなみに、スイッチング素子Ｑ２のゲートと電源回路との間には抵抗Ｒ１が設けられている。つまり、この抵抗Ｒ１を介してスイッチング素子Ｑ２のゲートに電源電圧が供給されているが、本実施形態では、そのような抵抗Ｒ１を介した電源電圧の供給とは別に、上記のようにスイッチング素子Ｑ２のゲートにバイアス電圧制御用の信号を供給することによりゲート電圧を操作し得る構成となっている。
【００３１】
上記の状態では、スイッチング素子Ｑ２がＯＦＦとなり、一方、スイッチング素子Ｑ１がＯＮとなる。その状態において、符号１００で示すような負のパルスが入力されると、図２に示されるように、その入力パルスによってスイッチング素子Ｑ２がＯＮとなり、一方、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦとなり、その結果、高電圧＋ＨＶが振動子に印加される。その結果、振動子から超音波パルスが生体内に送波される。
【００３２】
その場合において、図２に示されるように、数波からなる入力パルスの電圧は、コンデンサＣ１の時定数にしたがって、ゲートに印加されたバイアス電圧ＶＧの上で変動することになる。つまり、その入力パルスは時定数τ（＝Ｃ１×（Ｒ１／Ｒ２））の関数にしたがって変動する。図２においては、そのような関数にしたがって変動するゲート上の入力パルスの波形が符号１００Ａで示されている。
【００３３】
以上のような条件の下では、入力パルスが数波程度であるので、上記のような時定数が存在していてもスイッチング素子Ｑ２を十分にＯＮすることができる。つまり、スイッチング素子Ｑ２の動作点をなすスレッシュホールドレベルＳを入力パルスが超える（すなわち下回る）のでスイッチング素子Ｑ２は確実にＯＮする。
【００３４】
一方、連続波の送信を行う場合には、電源電圧が低電圧に切り換えられる。図３に示すようなＶＧの切り換えタイミングにてコントロール用の電圧Ｖ１が低電圧に切り換えられることになる。この場合、そのＶ１は、スイッチング素子Ｑ２のソース電圧（＋ＬＶ）より低い電圧に設定される。そのような場合、ＶＧは、電源電圧ＬＶとＶ１の電位差をＲ１及びＲ２で分圧した電圧となる。
【００３５】
図３に示されるように、連続波の開始と同時あるいはその開始から一定期間内にＶ１が変更され、その結果、連続波の各パルスがスレッシュホールドレベルＳを確実に超えることになる。これが図３において符号１０２Ａで示されている。このようなバイアス電圧の切り換えによりスイッチング素子Ｑ２を連続波を構成する一連のパルスの全体にわたって確実に動作させることが可能である。ＶＧの切り換えタイミングは、連続波の開始と同時でもよいが、それ以前であると振動子に対して出力漏れが生じる可能性があるため、少なくとも連続波の開始以降に切り換えるのが望ましい。また、コンデンサＣ１の時定数にしたがって入力パルスの電圧が変動するため、少なくとも入力パルスが確実にスレッシュホールドレベルＳを超える（すなわち下回る）ようにある一定の時間範囲内においてＶＧを切り換えるのが望ましい。
【００３６】
ここで、コンデンサＣ１の作用によってある一定時間経過後においてはスイッチグ素子Ｑ２のゲート電圧がＶ’Ｇとなり、その電位を中心として連続波を構成する各パルスが振れることになる。その場合においても上述のように各パルスによって確実にスイッチング素子Ｑ２を動作させることができる。
【００３７】
図４には、比較例が示されている。上記のようなバイアス電圧の切り換えを行わない場合には、連続波の送信を行う際には、コンデンサＣ１の作用によってＶＧを中心としてパルスが振れるような状態においてもスイッチング素子Ｑ２を動作させるために、入力パルス自体のパルス振幅を大きくする必要がある。具体的には、ＩＣ１の内部あるいはその後段にＭＯＳ用ドライバを設け、入力パルスを高い電圧に変更する必要がある。しかし、その場合には回路の増加に伴ってコストアップという問題が正じ、また、消費電流が多くなるという問題がある。これに対し、本実施形態の構成によれば、汎用的なＴＴＬレベルのパルスによって送信回路を十分に駆動できるという利点がある。
【００３８】
以上のように、連続波の送信を行う場合には、スイッチング素子Ｑ２のゲート電圧を制御してそれをスイッチング素子Ｑ２の動作点に近づけることによって連続波送信を確実に行うことができ、その一方、一波又は数波の送信を行う場合には、ゲートのバイアス電圧を高いレベルに維持して漏れ出力の発生などを防止できるという利点がある。
【００３９】
ちなみに、電源回路には一般に大きなコンデンサが備えられており、そこには常に電源電圧がチャージされることになる。したがって、高電圧から低電圧に切り換えても、その切り換え直後にはコンデンサから高電圧が印加される可能性がある。そこで、その問題を回避するために図５に示すような回路を利用するのが望ましい。
【００４０】
比較器１０は、基準電圧と電源電圧とを比較する回路であり、比較器１０は電源電圧が基準電圧よりも低い場合にのみ連続波送信許可信号を出力する。すなわち、電源電圧が低電圧に切り換わったことが確認された場合のみ連続波送信許可信号が出力される。一方、レジスタ１２には、ＣＰＵからのモードデータが格納され、それが連続波モード信号としてアンド回路１４の一方の端子に入力される。そのアンド回路１４の他方の端子には連続波送信許可信号が供給される。したがって、連続波モードであって連続波送信が許可される場合のみアンド回路からパルス信号が出力され、それがトリガパルス発生器１６に入力される。トリガパルス発生器１６はその入力信号が得られた後に連続波の送信を行うためにパルスを出力する。したがって、トリガパルス発生器１６の前段に以上のような回路を設けることによって安全性を高めることが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各送信モードにおいて、送信回路を確実に動作させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る送信回路の一例を示す回路図である。
【図２】一波又は数波の送信が行われる場合を示す波形図である。
【図３】連続波の送信が行われる場合を示す波形図である。
【図４】従来例を示す波形図である。
【図５】安全性を高めるための変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 比較器、１２ レジスタ、１４ アンド回路、１６ トリガパルス発生器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a transmission circuit that transmits a continuous wave, a single pulse, and a burst pulse.
[0002]
[Prior art]
In the ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic image is formed by transmitting an ultrasonic pulse and receiving a reflected wave. As the transmission / reception mode, there are various modes such as a B mode, an M mode, and a Doppler mode (pulse Doppler mode, continuous wave Doppler mode). For example, a single pulse or burst pulse is transmitted in the B mode, and a continuous wave (continuous pulse) is transmitted in the continuous wave Doppler mode.
[0003]
In the case of non-continuous transmission, transmission is performed using a high voltage in order to increase sensitivity. On the other hand, in the case of continuous transmission, transmission is performed using a low voltage due to power consumption and thermal problems. As described above, since it is necessary to switch the transmission power supply voltage, some conventional ultrasonic diagnostic apparatuses are provided with dedicated transmission circuits for non-continuous transmission and continuous transmission (for example, special features). (See FIG. 4 of Kaihei 3-85146). On the other hand, there is a case where a transmission circuit for both non-continuous transmission and continuous transmission is provided (see FIG. 3 of the publication).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The transmission circuit accepts a trigger pulse and outputs a transmission pulse according to a power supply voltage, and a MOS type FET is generally used for the switching. The gate voltage is set to be the same as the power supply voltage (source voltage), for example. In order to drive the gate, a trigger pulse of about 10V is required.
[0005]
On the other hand, general circuits such as a trigger pulse output circuit operate at a so-called TTL level (5 V). The trigger pulse is input to the gate of the MOS FET through a capacitor.
[0006]
In the above-described conventional configuration, when a single pulse or a burst pulse is input as a trigger pulse, the MOS FET can be operated also by the action of a capacitor. However, when a continuous pulse is input as a trigger pulse, the MOS type FET operates in the beginning, but the operation of the MOS type FET becomes gradually unstable and eventually stops according to the time constant of the capacitor. In other words, continuous wave transmission cannot be performed simply by inputting a trigger pulse of TTL level.
[0007]
For this reason, conventionally, it has been necessary to provide separate transmission circuits or provide a circuit (driver) for amplifying the trigger pulse.
[0008]
Incidentally, if the gate bias voltage is lowered uniformly to facilitate the ON operation even at a low voltage, the operation becomes unstable in a state other than the ON operation. Further, if the time constant of the capacitor is too long, a problem occurs in the pulse waveform.
[0009]
As a general problem, in the conventional transmission circuit, since the gate bias voltage is fixed, there is a problem that it is not possible to flexibly cope with the transmission mode.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to perform continuous wave transmission and non-continuous wave transmission with a dual-purpose transmission circuit.
[0011]
Another object of the present invention is to stably and reliably operate a switching element even in the case of continuous wave transmission without performing level conversion of a trigger pulse.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention relates to a variable power supply capable of changing a power supply voltage for outputting a transmission pulse, and to a vibrator connected to the variable power supply, by inputting a trigger pulse to a gate. In addition to the switching element that outputs the transmission pulse to the gate, the resistance provided between the variable power source and the gate of the switching element, and the supply of the power supply voltage via the resistance, the gate of the switching element A circuit for supplying a signal for operating a gate bias voltage to the resistor, wherein the switching circuit is provided separately from a resistor provided between the variable power supply and the gate of the switching element, and supply of the power supply voltage via the resistor. a circuit for supplying a signal to operate the gate bias voltage to the gate of the device, by variably with the power supply voltage of the variable power supply, the switching element Characterized in that it comprises a bias control circuit for varying the Tobaiasu voltage.
[0013]
According to the above configuration, when the power supply voltage is changed, the bias voltage applied to the gate of the switching element is variably controlled accordingly. Therefore, even if the power supply voltage is switched, the bias voltage is fixedly set. The problem caused by the conventional configuration can be solved.
[0014]
(2) In order to achieve the above object, the present invention provides a transmission circuit that outputs a transmission pulse to a vibrator in response to an input of a trigger pulse from a trigger pulse output circuit, the transmission pulse A variable power supply capable of switching a power supply voltage for outputting a power supply, a switching element connected to the variable power supply and outputting the transmission pulse to the vibrator by inputting a trigger pulse to the gate, and a pre-stage trigger Separately from the capacitor provided between the pulse output circuit and the gate of the switching element, the resistor provided between the variable power supply and the gate of the switching element, and the supply of the power supply voltage via the resistor a circuit for supplying a signal to operate the gate bias voltage between the gate of the said capacitor switching elements, the supply voltage of the variable power supply With the switch, characterized in that it comprises a bias control circuit for switching the gate bias voltage between the gate of the said capacitor switching elements.
[0015]
According to the above configuration, the direct current cut capacitor is provided in front of the gate of the switching element, and the trigger pulse is input to the gate of the switching element with a voltage change according to the time constant. Even when the power supply voltage is switched to a low power supply voltage (low voltage), the bias voltage of the switching element can be manipulated accordingly, so that the switching element can be reliably operated without manipulating the trigger pulse voltage.
[0016]
Preferably, the bias control circuit sets the gate bias voltage to a low bias voltage so that the gate bias voltage approaches the operating point of the switching element when the power supply voltage is switched to a low power supply voltage. When the power supply voltage is switched to a high power supply voltage, the gate bias voltage is set to a high bias voltage so that the gate bias voltage moves away from the operating point of the switching element. That is, the trigger pulse reference voltage is adaptively set for the operating point of the switching element by variable control of the bias voltage.
[0017]
Preferably, the bias control circuit switches the gate bias voltage to the low bias voltage within a predetermined period according to the time constant of the capacitor after the power supply voltage is switched to the low power supply voltage.
[0018]
If the gate bias voltage is switched to a low bias voltage before switching to a low power supply voltage, leakage output may occur from the switching element or the operation may become unstable. It is desirable to do this at the same time as or after switching. However, if the switching is too slow, the switching element cannot be operated reliably according to the time constant of the capacitor. Therefore, the bias voltage is switched at a predetermined timing within a range where such problems do not occur.
[0019]
(3) Moreover, in order to achieve the said objective, this invention responded to the continuous transmission mode which transmits a continuous wave as a transmission pulse, and the non-continuous transmission mode which transmits a single pulse or a burst pulse as a transmission pulse. A transmission circuit, wherein a low power supply voltage is set in the continuous transmission mode and a high power supply voltage is set in the non-continuous transmission mode; and a variable power supply connected to the variable power supply, and a trigger pulse input to the gate Separately from the switching element that outputs the transmission pulse, the resistance provided between the variable power supply and the gate of the switching element, and the supply of the power supply voltage via the resistance, the gate bias is applied to the gate of the switching element a circuit for supplying a signal to operate the voltage, the element of the gate bias voltage of said continuous transmission mode the switching device Close to the operating point, the discontinuous transmission mode is characterized in that it comprises a bias control circuit away from the operating point of the element of the gate bias voltage of the switching element.
[0020]
Preferably, in the continuous wave transmission mode, the continuous wave transmission is prohibited until the actual voltage becomes the low bias voltage in the voltage monitoring circuit that monitors the actual voltage applied to the switching element from the variable power supply. A safety circuit that permits continuous wave transmission after the actual voltage has become the low bias voltage.
[0021]
According to this configuration, even when the power supply voltage from the high voltage to the low voltage is switched while the large-capacity capacitor for power supply built in the power supply is charged at a high voltage, the high voltage from the capacitor is switched during the switching. It is possible to prevent a problem of operating in a state where is applied.
[0022]
(4) Further, in order to achieve the above object, the present invention includes a variable power supply capable of switching between a high power supply voltage and a low power supply voltage, and two stages connected between the variable power supply and a reference potential, which are opposite to each other. First and second switching elements that operate, a capacitive element provided between a gate of the first switching element and a trigger pulse output circuit, the variable power source, and a gate of the first switching element; A circuit for supplying a signal for operating a gate bias voltage between the capacitor element and the gate of the first switching element, separately from the resistor provided between the capacitor element and the supply of the power supply voltage via the resistor. there are, the anda bias control circuit for controlling the gate bias voltage between the gate of the capacitor and the first switching element, the first switching element and the second switching element When a trigger pulse is supplied to the gate of the first switching element, a transmission pulse is output from a connection point of the first switching element and the second switching element, and the bias control circuit is configured such that when the variable power supply is set to a low voltage, The gate bias voltage of the first switching element is brought close to the operating point of the element, and when the variable power supply is set to a high voltage, the gate bias voltage of the first switching element is moved away from the operating point of the element. It is characterized by.
[0023]
Preferably, the first and second switching elements are composed of MOS type FETs, and the trigger pulse is a TTL level pulse.
(5) Further, the present invention provides a variable power supply capable of changing a power supply voltage for outputting a transmission pulse, and the transmission pulse connected to the variable power supply, to the vibrator by inputting a trigger pulse to a gate. And a bias control circuit that varies the gate bias voltage of the switching element in accordance with the variation of the power supply voltage of the variable power supply, wherein the power supply voltage is a low power supply voltage. After the switching to, the gate bias voltage is switched to a low bias voltage.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 shows a preferred embodiment of a transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
[0026]
1, two switching elements Q1, Q 2 is provided between the power supply circuit and the reference voltage. These switching elements are, for example, MOS transistors, the drain side of the switching element Q1 and the drain side of the switching element Q2 are connected, and a vibrator is connected to the connection point. That is, this transmission circuit is provided for each vibrator. When a plurality of vibration elements are provided in the transceiver, a plurality of transmission circuits shown in FIG. 1 are provided to drive each vibrator.
[0027]
The source side of the switching element Q2 is connected to the power supply circuit. In this embodiment, this power supply circuit can switch between a high power supply voltage (high voltage + HV) and a low power supply voltage (low voltage + LV), and inputs one wave (single pulse) or several waves (burst pulse). Is set, i.e., when B-mode transmission / reception is performed, for example, a high voltage is set. On the other hand, when a continuous wave (continuous pulse) is input, i.e., when a continuous wave Doppler mode is set, for example, Set to voltage. For example, the high voltage + HV is 100V, and the low voltage + LV is 10V, for example.
[0028]
The switching of the power supply voltage is controlled by a control unit (not shown).
[0029]
IC1 is a circuit that outputs a transmission pulse, and its output level is a TTL level. FIG. 1 shows a
[0030]
As shown in FIG. 1, a bias voltage control signal (bias voltage operation signal) is supplied to the gate of the switching element Q2 via a resistor R2. The voltage V1 of the signal is controlled by a control unit (not shown). As will be described in detail later, when transmission of one or several wave bursts is performed, the power supply voltage is switched to a high voltage, but + HV is set as V1 in the transmission mode. That is, the gate voltage VG shown in FIG. 1 matches + HV. Incidentally, a resistor R1 is provided between the gate of the switching element Q2 and the power supply circuit. That is, the power supply voltage is supplied to the gate of the switching element Q2 via the resistor R1, but in the present embodiment, the switching element as described above is provided separately from the supply of the power supply voltage via the resistor R1. The gate voltage can be manipulated by supplying a bias voltage control signal to the gate of Q2.
[0031]
In the above state, the switching element Q2 is turned off, while the switching element Q1 is turned on. In this state, when a negative pulse as indicated by
[0032]
In this case, as shown in FIG. 2, the voltage of the input pulse consisting of several waves varies on the bias voltage VG applied to the gate according to the time constant of the capacitor C1. That is, the input pulse varies according to a function of time constant τ (= C1 × (R1 / R2)). In FIG. 2, the waveform of the input pulse on the gate that fluctuates according to such a function is indicated by
[0033]
Under the above conditions, since the input pulse is about several waves, the switching element Q2 can be sufficiently turned on even when the time constant as described above exists. That is, since the input pulse exceeds (that is, falls below) the threshold level S that forms the operating point of the switching element Q2, the switching element Q2 is reliably turned on.
[0034]
On the other hand, when continuous wave transmission is performed, the power supply voltage is switched to a low voltage. The control voltage V1 is switched to a low voltage at the VG switching timing as shown in FIG. In this case, the V1 is set to a voltage lower than the source voltage (+ LV) of the switching element Q2. In such a case, VG is a voltage obtained by dividing the potential difference between the power supply voltages LV and V1 by R1 and R2.
[0035]
As shown in FIG. 3, V1 is changed simultaneously with the start of the continuous wave or within a certain period from the start, and as a result, each pulse of the continuous wave surely exceeds the threshold level S. This is indicated by
[0036]
Here, the gate voltage of the switching element Q2 becomes V′G after a certain period of time due to the action of the capacitor C1, and each pulse constituting the continuous wave swings around the potential. Even in that case, the switching element Q2 can be reliably operated by each pulse as described above.
[0037]
FIG. 4 shows a comparative example. When the switching of the bias voltage as described above is not performed, when the continuous wave is transmitted, the switching element Q2 is operated even in a state where the pulse swings around VG by the action of the capacitor C1. It is necessary to increase the pulse amplitude of the input pulse itself. Specifically, it is necessary to provide a MOS driver in the IC 1 or in the subsequent stage and change the input pulse to a high voltage. However, in that case, there is a problem that the cost increases as the number of circuits increases, and the current consumption increases. On the other hand, according to the configuration of the present embodiment, there is an advantage that the transmission circuit can be sufficiently driven by a general-purpose TTL level pulse.
[0038]
As described above, when continuous wave transmission is performed, continuous wave transmission can be reliably performed by controlling the gate voltage of the switching element Q2 and bringing it close to the operating point of the switching element Q2. In the case of transmitting one wave or several waves, there is an advantage that the occurrence of leakage output can be prevented by maintaining the gate bias voltage at a high level.
[0039]
Incidentally, the power supply circuit is generally provided with a large capacitor, and the power supply voltage is always charged there. Therefore, even when switching from a high voltage to a low voltage, a high voltage may be applied from the capacitor immediately after the switching. In order to avoid this problem, it is desirable to use a circuit as shown in FIG.
[0040]
The
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reliably operate the transmission circuit in each transmission mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a transmission circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a case where transmission of one wave or several waves is performed.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a case where continuous wave transmission is performed.
FIG. 4 is a waveform diagram showing a conventional example.
FIG. 5 is a diagram for explaining a modified example for improving safety.
[Explanation of symbols]
10 comparator, 12 register, 14 AND circuit, 16 trigger pulse generator.
Claims (9)
前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により、振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、
前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、
前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記スイッチング素子のゲートにゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記可変電源の電源電圧の可変に伴って、前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を可変するバイアス制御回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。A variable power supply capable of changing the power supply voltage for outputting a transmission pulse;
A switching element connected to the variable power source and outputting the transmission pulse to a vibrator by an input of a trigger pulse to a gate;
A resistor provided between the variable power source and the gate of the switching element;
A circuit for supplying a signal for operating a gate bias voltage to the gate of the switching element separately from the supply of the power supply voltage via the resistor, the power supply voltage of the variable power supply being varied. A bias control circuit for varying the gate bias voltage;
A transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus.
前記送信パルスを出力するための電源電圧を切換可能な可変電源と、
前記可変電源に接続され、前記ゲートへのトリガパルスの入力により、前記振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、
前段トリガパルス出力回路と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられたコンデンサと、
前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、
前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記コンデンサと前記スイッチング素子のゲートとの間にゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記可変電源の電源電圧の切換に伴って、前記コンデンサと前記スイッチング素子のゲートとの間のゲートバイアス電圧を切り換えるバイアス制御回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。A transmission circuit that outputs a transmission pulse to a vibrator in response to an input of a trigger pulse from a trigger pulse output circuit,
A variable power supply capable of switching a power supply voltage for outputting the transmission pulse;
A switching element connected to the variable power source and outputting the transmission pulse to the vibrator by inputting a trigger pulse to the gate;
A capacitor provided between the preceding trigger pulse output circuit and the gate of the switching element;
A resistor provided between the variable power source and the gate of the switching element;
A circuit for supplying a signal for operating a gate bias voltage between the capacitor and the gate of the switching element, separately from the supply of the power supply voltage via the resistor, as the power supply voltage of the variable power supply is switched. A bias control circuit for switching a gate bias voltage between the capacitor and the gate of the switching element;
A transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus.
前記バイアス制御回路は、
前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた場合に、前記ゲートバイアス電圧が前記スイッチング素子の動作点に近づくように、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧とし、
前記電源電圧が高電源電圧に切り換えられた場合に、前記ゲートバイアス電圧が前記スイッチング素子の動作点から遠ざかるように、前記ゲートバイアス電圧を高バイアス電圧とすることを特徴とする超音波診断装置の送信回路。The circuit of claim 2, wherein
The bias control circuit includes:
When the power supply voltage is switched to a low power supply voltage, the gate bias voltage is set to a low bias voltage so that the gate bias voltage approaches the operating point of the switching element,
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that when the power supply voltage is switched to a high power supply voltage, the gate bias voltage is set to a high bias voltage so that the gate bias voltage moves away from the operating point of the switching element. Transmitter circuit.
前記送信パルスを出力するための電源電圧を切換可能な可変電源と、
前記可変電源に接続され、前記ゲートへのトリガパルスの入力により、前記振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、
前段トリガパルス出力回路と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられたコンデンサと、
前記可変電源の電源電圧の切換に伴って、前記コンデンサと前記スイッチング素子のゲートとの間のゲートバイアス電圧を切り換えるバイアス制御回路と、
を含み、
前記バイアス制御回路は、
前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた場合に、前記ゲートバイアス電圧が前記スイッチング素子の動作点に近づくように、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧とし、
前記電源電圧が高電源電圧に切り換えられた場合に、前記ゲートバイアス電圧が前記スイッチング素子の動作点から遠ざかるように、前記ゲートバイアス電圧を高バイアス電圧とし、
前記バイアス制御回路は、前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた後、前記コンデンサの時定数に従う所定期間内に、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧に切り換えることを特徴とする超音波診断装置の送信回路。 A transmission circuit that outputs a transmission pulse to a vibrator in response to an input of a trigger pulse from a trigger pulse output circuit,
A variable power supply capable of switching a power supply voltage for outputting the transmission pulse;
A switching element connected to the variable power source and outputting the transmission pulse to the vibrator by inputting a trigger pulse to the gate;
A capacitor provided between the preceding trigger pulse output circuit and the gate of the switching element;
A bias control circuit that switches a gate bias voltage between the capacitor and the gate of the switching element in accordance with the switching of the power supply voltage of the variable power supply,
Including
The bias control circuit includes:
When the power supply voltage is switched to a low power supply voltage, the gate bias voltage is set to a low bias voltage so that the gate bias voltage approaches the operating point of the switching element,
When the power supply voltage is switched to a high power supply voltage, the gate bias voltage is set to a high bias voltage so that the gate bias voltage moves away from the operating point of the switching element,
The bias control circuit switches the gate bias voltage to a low bias voltage within a predetermined period according to a time constant of the capacitor after the power supply voltage is switched to a low power supply voltage. Transmitter circuit.
前記連続送信モードでは低電源電圧が設定され、前記非連続送信モードでは高電源電圧が設定される可変電源と、
前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、
前記可変電源と前記スイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、
前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記スイッチング素子のゲートにゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記連続送信モードでは前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点に近付け、前記非連続送信モードでは前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点から遠ざけるバイアス制御回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。A transmission circuit corresponding to a continuous transmission mode for transmitting a continuous wave as a transmission pulse and a non-continuous transmission mode for transmitting a single pulse or a burst pulse as a transmission pulse,
A variable power supply in which a low power supply voltage is set in the continuous transmission mode, and a high power supply voltage is set in the discontinuous transmission mode;
A switching element connected to the variable power source and outputting the transmission pulse by inputting a trigger pulse to a gate;
A resistor provided between the variable power source and the gate of the switching element;
A circuit for supplying a signal for operating a gate bias voltage to the gate of the switching element separately from the supply of the power supply voltage via the resistor, and in the continuous transmission mode, the gate bias voltage of the switching element is A bias control circuit that moves closer to the operating point and moves the gate bias voltage of the switching element away from the operating point of the element in the discontinuous transmission mode;
A transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus.
前記連続送信モードでは低電源電圧が設定され、前記非連続送信モードでは高電源電圧が設定される可変電源と、
前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、
前記連続送信モードでは前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点に近付け、前記非連続送信モードでは前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点から遠ざけるバイアス制御回路と、
を含み、更に、
前記可変電源から前記スイッチング素子に印加される実際の電圧をモニタする電圧監視回路と、
前記連続波送信モードにおいて、前記実際の電圧が前記低バイアス電圧となるまで連続波送信を禁止し、前記実際の電圧が前記低バイアス電圧となった後に連続波送信を許可する安全回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置の送信回路。 A transmission circuit corresponding to a continuous transmission mode for transmitting a continuous wave as a transmission pulse and a non-continuous transmission mode for transmitting a single pulse or a burst pulse as a transmission pulse,
A variable power supply in which a low power supply voltage is set in the continuous transmission mode, and a high power supply voltage is set in the discontinuous transmission mode;
A switching element connected to the variable power source and outputting the transmission pulse by inputting a trigger pulse to a gate;
A bias control circuit that brings the gate bias voltage of the switching element closer to the operating point of the element in the continuous transmission mode, and keeps the gate bias voltage of the switching element away from the operating point of the element in the discontinuous transmission mode;
In addition,
A voltage monitoring circuit for monitoring an actual voltage applied to the switching element from the variable power source;
In the continuous wave transmission mode, a safety circuit that prohibits continuous wave transmission until the actual voltage becomes the low bias voltage, and permits continuous wave transmission after the actual voltage becomes the low bias voltage;
A transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus.
前記可変電源と基準電位との間に２段接続され、互いに逆動作を行う第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第１のスイッチング素子のゲートとトリガパルス出力回路との間に設けられた容量素子と、
前記可変電源と前記第１のスイッチング素子のゲートとの間に設けられた抵抗と、
前記抵抗を介した電源電圧の供給とは別に、前記容量素子と前記第１のスイッチング素子のゲートとの間にゲートバイアス電圧を操作する信号を供給する回路であって、前記容量素子と前記第１のスイッチング素子のゲートとの間のゲートバイアス電圧を制御するバイアス制御回路と、
を含み、
前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のゲートにトリガパルスが供給され、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の接続点から送信パルスが出力され、
前記バイアス制御回路は、
前記可変電源が低電圧に設定された場合に、前記第１のスイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点に近付け、
前記可変電源が高電圧に設定された場合に、前記第１のスイッチング素子のゲートバイアス電圧を当該素子の動作点から遠ざけることを特徴とする超音波診断装置の送信回路。A variable power supply capable of switching between a high power supply voltage and a low power supply voltage;
First and second switching elements that are connected in two stages between the variable power source and a reference potential and perform reverse operations;
A capacitive element provided between the gate of the first switching element and a trigger pulse output circuit;
A resistor provided between the variable power supply and the gate of the first switching element;
A circuit for supplying a signal for operating a gate bias voltage between the capacitive element and a gate of the first switching element separately from the supply of the power supply voltage via the resistor, the capacitive element and the first A bias control circuit for controlling a gate bias voltage between the gate of one switching element;
Including
A trigger pulse is supplied to the gates of the first switching element and the second switching element, and a transmission pulse is output from a connection point between the first switching element and the second switching element,
The bias control circuit includes:
When the variable power supply is set to a low voltage, the gate bias voltage of the first switching element is brought close to the operating point of the element,
When the variable power supply is set to a high voltage, the transmission circuit of the ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the gate bias voltage of the first switching element is kept away from the operating point of the element.
前記第１及び第２のスイッチング素子はＭＯＳ型ＦＥＴで構成され、
前記トリガパルスはＴＴＬレベルのパルスであることを特徴とする超音波診断装置の送信回路。The circuit of claim 7, wherein
The first and second switching elements are composed of MOS type FETs,
The transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the trigger pulse is a TTL level pulse.
前記可変電源に接続され、ゲートへのトリガパルスの入力により、振動子に対して前記送信パルスを出力するスイッチング素子と、A switching element connected to the variable power source and outputting the transmission pulse to a vibrator by an input of a trigger pulse to a gate;
前記可変電源の電源電圧の可変に伴って、前記スイッチング素子のゲートバイアス電圧を可変するバイアス制御回路と、A bias control circuit that varies the gate bias voltage of the switching element in accordance with the variation of the power supply voltage of the variable power supply;
を含み、Including
前記バイアス制御回路は、前記電源電圧が低電源電圧に切り換えられた後に、前記ゲートバイアス電圧を低バイアス電圧に切り換えることを特徴とする超音波診断装置の送信回路。The transmission circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the bias control circuit switches the gate bias voltage to a low bias voltage after the power supply voltage is switched to a low power supply voltage.
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