JP4631399B2

JP4631399B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP4631399B2
Application number: JP2004324834A
Authority: JP
Inventors: 博福喜多
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: JP2006130202A

Description

本発明は低耐圧のＭＯＳトランジスタを用いた高電圧送信回路を有した超音波診断装置に関するものである。

従来の超音波診断装置は、送信回路の出力段が高耐圧のＭＯＳトランジスタで構成されており、超音波トランスデューサを高電圧の駆動パルスで駆動している（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−８９５１２号公報（第３−４頁、第２図）

しかしながら、従来の超音波診断装置の送信回路においては、２個の高耐圧のＭＯＳトランジスタをプッシュプル動作させるため、一方のトランジスタをオンさせると、他方のトランジスタには１００ボルト程度以上の高電圧がかかることになり、送信回路をモノリシック集積回路にしようとした場合、高耐圧ＭＯＳトランジスタを形成するプロセスを用いなければならないという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、低電圧ＭＯＳプロセスのみで高電圧の駆動パルスを発生できる送信回路を実現することのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、トランスデューサを駆動する送信回路を有し、前記送信回路のプルダウン回路がＮチャンネルＭＯＳトランジスタを直列接続する構成を有している。

この構成により、低耐圧のＭＯＳトランジスタで送信回路を実現することができる。

また、本発明の超音波診断装置は、送信回路のプルアップ回路がＰチャンネルＭＯＳトランジスタを直列接続する構成を有している。

この構成により、低耐圧のＭＯＳトランジスタでより良好な出力波形を有する送信回路を実現することができる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、プルダウン回路の各トランジスタのゲートとソースがそれぞれ抵抗により接続され、前記各トランジスタのゲートにはコンデンサが設けられ、前記各コンデンサには共通のゲート信号Ｎが供給される構成を有している。

この構成により、各トランジスタのゲートを駆動するゲート信号を共通にすることができ、かつ低耐圧のＭＯＳトランジスタで送信回路を実現することができる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、プルダウン回路の隣接するトランジスタのドレインとソースの接続点にはそれぞれ異なるバイアス電圧が供給される構成を有している。

この構成により、低耐圧のＭＯＳトランジスタでより安定な動作をする送信回路を実現することができる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、プルアップ回路の各トランジスタのゲートとソースがそれぞれ抵抗により接続され、各トランジスタのゲートにはコンデンサが設けられ、各コンデンサには共通のゲート信号Ｐが供給される構成を有している。

この構成により、この構成により、各トランジスタのゲートを駆動するゲート信号を共通にすることができ、かつ低耐圧のＭＯＳトランジスタでより良好な出力波形を有する送信回路を実現することができる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、プルアップ回路の隣接するトランジスタのドレインとソースの接続点にはそれぞれ異なるバイアス電圧が供給される構成を有している。

この構成により、この構成により、低耐圧のＭＯＳトランジスタでより安定な動作をし、より良好な出力波形を有する送信回路を実現することができる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、送信回路がモノリシックの集積回路の構成を有している。

この構成により、送信回路を高密度、低コストで実現されることとなる。

本発明は、トランスデューサを駆動する送信回路を有し、前記送信回路のプルダウン回路がＮチャンネルＭＯＳトランジスタを直列接続する構成とすることにより、低耐圧のＭＯＳトランジスタで送信回路を実現することができるという効果を有する超音波診断装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の超音波診断装置について、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の送信回路のブロック図を図１Ａに示す。

図１において、ゲート信号Ｎ発生回路１は、複数ｎ個のコンデンサＮＣ−１〜ＮＣ−ｎに接続される。ｎ個のコンデンサＮＣ−１〜ＮＣ−ｎはそれぞれｎ個のＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１〜ＮＴ−ｎのゲートに接続される。ｎ個の抵抗ＮＢＲ−１〜ＮＢＲ−ｎはそれぞれｎ個のＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１〜ＮＴ−ｎのゲートとソースに接続される。

トランジスタＮＴ−１のソースは電位ＧＮＤに接続され、ドレインはトランジスタＮＴ−２のソースに接続される。このようにしてｎ個のＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１〜ＮＴ−ｎは直列接続される。トランジスタＮＴ−ｎのドレインは出力であり抵抗３に接続される。出力はトランスデューサにも接続される。抵抗３の他方の端子は電位ＨＶに接続される。ｎ個の抵抗ＮＢＲ−１〜ＮＢＲ−ｎは直列接続される。

抵抗ＮＢＲ−１〜ＮＢＲ−ｎの間の各接続点のバイアス電圧は、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１〜ＮＴ−ｎの間の各接続点に接続される。抵抗ＮＢＲ−１の他方の端子は電位ＧＮＤに接続され、抵抗ＮＢＲ−ｎの他方の端子は電位ＨＶに接続される。コンデンサＮＣ−１〜ＮＣ−ｎ、抵抗ＮＢＲ−１〜ＮＢＲ−ｎ、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１〜ＮＴ−ｎによりプルダウン回路２を構成する。

以上のように構成された超音波診断装置の送信回路について、図１Ａ、１Ｂを用いてその動作を説明する。

まず、ゲート信号Ｎ発生回路１は、図１Ｂのゲート信号Ｎを発生する。ゲート信号ＮはＬレベルとＨレベルを有しＨレベルのパルス幅はＴＷである。ゲート信号ＮはコンデンサＮＣ−ｉ（１≦ｉ≦ｎ）を介してＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉのゲートに供給される。ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉのゲートとソースは抵抗ＮＢＲ−ｉで接続されており、ゲート信号ＮがＬレベルにおいてはＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉはオフ状態にある。

また、コンデンサＮＣ−ｉと抵抗ＮＢＲ−ｉの積からなる時定数はパルス幅ＴＷより十分に大きく、ゲート信号ＮがＨレベルの期間でＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉはオン状態にある。

また、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉがオフ状態にある場合のソースとドレイン間の抵抗値は抵抗ＮＢＲ−ｉより十分に大きく、そのドレイン電圧は抵抗ＮＢＲ−ｉにより決定され、オン状態にある場合のソースとドレイン間の抵抗値は抵抗ＮＢＲ−ｉより十分に小さく、そのドレイン電圧はＧＮＤ電位、略０Ｖとなる。ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉがオフ状態にある場合をプルダウン回路２がオフ、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｉがオン状態にある場合をプルダウン回路２がオンにあるという。

図１Ｂに示すように例えば、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１のドレイン電圧はオフ状態では、抵抗ＮＢＲ−ｉによる電位Ｖ１に保たれ、またオン状態では電位ＧＮＤ、略０Ｖとなる。

従って、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１のドレインソース間の最大電位差は電位ＨＶより小さい値Ｖ１となる。また、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−２のドレイン電圧はオフ状態では、抵抗ＮＢＲ−ｉによる電位Ｖ２に保たれ、またオン状態では電位ＧＮＤ、略０Ｖとなる。

従って、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−２のドレインソース間の最大電位差は電位ＨＶより小さい値（Ｖ２−Ｖ１）となる。そして、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｎのソース電圧はオフ状態では、抵抗ＮＢＲ−ｉによる電位Ｖｎ−１に保たれ、ドレイン電圧は抵抗３による電位ＨＶに保たれ、またオン状態では電位ＧＮＤ、略０Ｖとなる。

従って、ＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｎのドレインソース間の最大電位差は電位ＨＶより小さい値（ＨＶ−Ｖｎ−１）となる。抵抗ＮＢＲ−ｉは等しい抵抗値が選ばれ、各バイアス電圧Ｖｉの差、Ｖｉ−Ｖｉ−１が等しくなるように異なるバイアス電圧Ｖｉが供給される。再び、ゲート信号ＮがＬレベルに戻るとプルダウン回路２はオフとなり、出力は抵抗３と負荷の容量成分で決まる時定数で電位ＨＶに収束する。

このような本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の送信回路によれば、ｎ個のコンデンサＮＣ−１〜ＮＣ−ｎはそれぞれｎ個のＮＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ｎ個の抵抗ＮＲ−１〜ＮＲ−ｎはそれぞれｎ個のＮＭＯＳトランジスタのゲートとソースに接続され、トランジスタＮＴ−１のソースは電位ＧＮＤに接続され、ドレインはトランジスタＮＴ−２のソースに接続される。

このようにしてｎ個のＮＭＯＳトランジスタＮＴ−１〜ＮＴ−ｎを直列接続することにより、ｎ個のＮＭＯＳトランジスタのドレインソース間の最大電位差を電位ＨＶより小さい値にすることができ、ＮＭＯＳトランジスタを低電圧のトランジスタで構成し、回路の出力を電位ＨＶから電位ＧＮＤまで変化させることができ、振幅ＨＶのパルスを得ることができる。あるいは、低電圧のＭＯＳ集積回路プロセスで送信回路をモノリシックに実現することができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の送信回路のブロックを図２Ａに示す。図２Ａにおいて、第１の実施の形態で参照した図１Ａと同じ構成および機能を有する部分については同一の符号または記号を付して説明を省略する。

図２Ａにおいて、ゲート信号Ｐ発生回路５は、複数ｎ個のコンデンサＰＣ−１〜ＰＣ−ｎに接続される。ｎ個のコンデンサＰＣ−１〜ＰＣ−ｎはそれぞれｎ個のＰＭＯＳトランジスタＰＴ−１〜ＰＴ−ｎのゲートに接続される。

ｎ個の抵抗ＰＢＲ−１〜ＰＢＲ−ｎはそれぞれｎ個のＰＭＯＳトランジスタＰＴ−１〜ＰＴ−ｎのゲートとソースに接続される。トランジスタＰＴ−１のソースは電位ＨＶに接続され、ドレインはトランジスタＰＴ−２のソースに接続される。このようにしてｎ個のＰＭＯＳトランジスタＰＴ−１〜ＰＴ−ｎは直列接続される。

トランジスタＰＴ−ｎのドレインは出力であり、プルダウン回路２のＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｎのドレインに接続されるとともに、初期値設定抵抗６に接続される。初期値設定抵抗６の他の端子は電位ＨＶに接続される。ｎ個の抵抗ＰＢＲ−１〜ＰＢＲ−ｎは直列接続される。

抵抗ＰＢＲ−１〜ＰＢＲ−ｎの間の各接続点のバイアス電圧は、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ−１〜ＰＴ−ｎ間の各接続点に接続される。抵抗ＰＢＲ−１の他方の端子は電位ＨＶに接続され、抵抗ＰＢＲ−ｎの他方の端子は出力に接続される。コンデンサＰＣ−１〜ＰＣ−ｎ、抵抗ＰＢＲ−１〜ＰＢＲ−ｎ、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ−１〜ＰＴ−ｎによりプルアップ回路４を構成する。

以上のように構成された超音波診断装置の送信回路について、図２Ｂを用いてその動作を説明する。

まず、ゲート信号Ｐ発生回路５は、図２Ｂのゲート信号Ｐを発生する。ゲート信号ＰはＨレベルとＬレベルを有し、Ｌレベルのパルス幅はＴＷである。ゲート信号ＰはコンデンサＰＣ−ｉを介してＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉのゲートに供給される。ＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉのゲートとソースは抵抗ＰＢＲ−ｉで接続されており、ゲート信号ＰがＨレベルにおいてはＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉはオフ状態にある。

また、コンデンサＰＣ−ｉと抵抗ＰＢＲ−ｉの積からなる時定数はパルス幅ＴＷより十分に大きく、ゲート信号ＰがＬレベルの期間でＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉはオン状態にある。

また、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉがオフ状態にある場合のソースとドレイン間の抵抗値は抵抗ＰＢＲ−ｉより十分に大きく、そのドレイン電圧は抵抗ＰＢＲ−ｉにより決定され、オン状態にある場合のソースとドレイン間の抵抗値は抵抗ＰＢＲ−ｉより十分に小さく、そのドレイン電圧は電位ＨＶとなる。ＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉがオンにある状態をプルアップ回路４がオン、ＰＭＯＳトランジスタＰＴ−ｉがオフにある状態をプルアップ回路４がオフにあるという。

ゲート信号ＮがＬレベル、ゲート信号ＰがＨレベルにおいてはプルダウン回路２とプルアップ回路４はオフであり、出力は初期値設定抵抗６により電位ＨＶとなる。次に、ゲート信号ＮがＨレベルになるとプルダウン回路がオンになり、出力は電位ＧＮＤ、略０Ｖとなる。次に、ゲート信号ＮがＬレベルにり、ゲート信号ＰがＬレベルになるとプルダウン回路がオフになり、プルアップ回路がオンになり、出力は急速に電位ＨＶとなる。次に、ゲート信号ＰがＬレベルになるとプルアップ回路がオフになり、出力は電位ＨＶに保たれる。

以上のように本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の送信回路によれば、ｎ個のコンデンサＰＣ−１〜ＰＣ−ｎはそれぞれｎ個のＰＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、ｎ個の抵抗ＰＲ−１〜ＰＲ−ｎはそれぞれｎ個のＰＭＯＳトランジスタのゲートとソースに接続され、トランジスタＰＴ−１のソースは電位ＨＶに接続され、ドレインはトランジスタＰＴ−２のソースに接続される。

このようにしてｎ個のＰＭＯＳトランジスタＰＴ−１〜ＰＴ−ｎを直列接続することにより、ｎ個のＰＭＯＳトランジスタのドレインソース間の最大電位差を電位ＨＶより小さい値にすることができ、ＰＭＯＳトランジスタを低電圧のトランジスタで構成し、初期値設定抵抗６を用いることにより回路の出力を電位ＨＶから電位ＧＮＤまで急速に変化させることができ、振幅ＨＶの良好な波形のパルスを得ることができるる。

次に、本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置の送信回路のブロックを図２Ａに示す。図３Ａにおいて、第１の実施の形態で参照した図１Ａ、あるいは第２の実施の形態で参照した図２Ａと同じ構成および機能を有する部分については同一の符号または記号を付して説明を省略する。

図３Ａにおいて、トランジスタＰＴ−ｎのドレインは出力であり、プルダウン回路２のＮＭＯＳトランジスタＮＴ−ｎのドレインに接続されるとともに、初期値設定抵抗７に接続される。初期値設定抵抗７の他の端子は電位ＧＮＤに接続される。プルダウン回路２の抵抗ＮＢＲ−ｎの一方の端子は出力に接続され、プルアップ回路４の抵抗ＰＢＲ−ｎの一方の端子は電位ＧＮＤに接続される。

以上のように構成された超音波診断装置の送信回路について、図３Ｂを用いてその動作を説明する。

まず、ゲート信号ＮがＬレベル、ゲート信号ＰがＨレベルにおいてはプルダウン回路２とプルアップ回路４はオフであり、出力は初期値設定抵抗７により電位ＧＮＤとなる。次に、ゲート信号ＰがＬレベルになるとプルアップ回路がオンになり、出力は電位ＨＶとなる。次に、ゲート信号ＮがＨレベルにり、ゲート信号ＰがＨレベルになるとプルダウン回路がオンになり、プルダアップ回路がオフになり、出力は急速に電位ＧＮＤとなる。次に、ゲート信号ＮがＬレベルになるとプルダウン回路がオフになり、出力は電位ＧＮＤに保たれる。

以上のように本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の送信回路によれば、直列接続されたＰＭＯＳトランジスタからなるプルアップ回路４と、直列接続されたＮＭＯＳトランジスタからなるププルダウン回路２と初期値設定抵抗７を用いることにより出力を電位ＧＮＤから電位ＨＶまで急速に変化させることができ、振幅ＨＶの良好な波形のパルスを得ることができる。

以上のように、本発明にかかる超音波診断装置は、出力を電位ＧＮＤと電位ＨＶの間で急速に変化させることができ、振幅ＨＶの波形のパルスを得ることができるという効果を有し、低耐圧のＭＯＳトランジスタを用いた高電圧送信回路を有した超音波診断装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の送信回路のブロック図と送信回路の波形を示す図本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の送信回路のブロック図と送信回路の波形を示す図本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置の送信回路のブロック図とを示す図

符号の説明

１ゲート信号Ｎ発生回路
２プルダウン回路
３抵抗
ＮＣ−１コンデンサ
ＮＲ−１抵抗
ＮＴ−１ＭＯＳトランジスタ
ＮＢＲ−１抵抗

Claims

トランスデューサを駆動する送信回路を有し、前記送信回路のプルダウン回路がＮチャンネルＭＯＳトランジスタを直列接続したものであり、前記プルダウン回路の前記各トランジスタのゲートとソースがそれぞれ抵抗により接続され、前記各トランジスタのゲートにはコンデンサが設けられ、前記各コンデンサには共通のゲート信号Ｎが供給され、前記プルダウン回路の隣接するトランジスタのドレインとソースの接続点にはそれぞれ異なるバイアス電圧が供給される超音波診断装置。
トランスデューサを駆動する送信回路を有し、前記送信回路のプルダウン回路がＮチャンネルＭＯＳトランジスタを、前記送信回路のプルアップ回路がＰチャンネルＭＯＳトランジスタを直列接続したものであり、前記プルアップ回路の前記各トランジスタのゲートとソースがそれぞれ抵抗により接続され、前記各トランジスタのゲートにはコンデンサが設けられ、前記各コンデンサには共通のゲート信号Ｐが供給され、前記プルアップ回路の隣接するトランジスタのドレインとソースの接続点にはそれぞれ異なるバイアス電圧が供給される超音波診断装置。