JP4810092B2 - 超音波イメージング・システム用の集積化低電圧送受信切換えスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、一般的に云えば、超音波トランスデューサ素子に関連して使用するための集積回路に関するものである。具体的に云えば、本発明は、超音波イメージング・システム内の高電圧送信用電子回路によって発生されるパルスから敏感な低電圧受信用電子回路を保護するための送受信切換えスイッチに関するものである。

医用超音波イメージング・システムは、個別の超音波線（ビーム）を取得することによって画像を形成する。これらの線は互いに隣接していて、イメージング対象のターゲット領域をカバーする。各々の線は、特定の空間方向に超音波パルスを送信し且つ該方向からの反射エコーを受信することによって形成される。送信波の空間特性及び受信感度の特性により超音波画像の品質が決定される。超音波線は意図した方向からのみのターゲット情報を収集し且つ他の方向でのターゲットを無視することが望ましい。

従来の超音波イメージング・システムは、超音波ビームを送信し且つ検査中の対象物からの反射ビームを受信するために使用される超音波トランスデューサ素子のアレイを有している。このような走査は一連の測定を含んでおり、これらの測定においては、集束超音波を送信し、短い時間間隔後にシステムを受信モードに切り換えて、反射超音波を受信しビーム形成し、表示のために処理する。典型的には、送信及び受信は各測定の際に同じ方向に集束されて、音波ビーム又は走査線に沿って一連の点からデータを取得する。受信器は反射超音波を受信するとき走査線に沿った相次ぐ距離（レンジ）に動的に焦点合わせされる。

超音波イメージングのために、アレイは、典型的には、一列又は複数の列に配列されて、別々の電圧によって駆動される多数のトランスデューサ素子を有している。所与の列内の個々のトランスデューサ素子は、印加電圧の時間遅延（又は位相）及び振幅を選択することによって、超音波を生成するように制御することができる。それぞれの超音波は組み合わされて、好ましいベクトル方向に沿って進行し且つビームに沿った選択された区域に集束される正味の超音波を形成する。

同じ原理が、超音波プローブを用いて受信モードで反射音波を受信するときに適用される。受信するトランスデューサ素子で生成された電圧が加算されて、対象物内の単一の焦点区域から反射された超音波を表す正味の信号を生成する。送信モードの場合と同様に、この超音波エネルギの集束受信は、各々の受信トランスデューサ素子からの信号に別々の時間遅延（及び／又は位相シフト）及び利得を与えることによって達成される。時間遅延は反射信号の深さの増加につれて調節されて、受信についての動的集束を構成する。

形成された画像の品質又は分解能は、一部は、トランスデューサ・アレイの送信及び受信開口をそれぞれに構成するトランスデューサ素子の数の関数である。従って、高画像品質を達成するためには、２次元及び３次元の両方の用途で多数のトランスデューサ素子を用いることが望ましい。超音波トランスデューサ素子は、典型的には、手持ち型の超音波プローブ内に配置されており、これらの素子は可撓性ケーブルを介して、トランスデューサ信号を処理して超音波画像を生成する電子回路に接続される。トランスデューサ・プローブは、超音波送信回路及び超音波受信回路の両方を担持することができる。

個々の超音波トランスデューサ素子を駆動するために送信回路に高電圧部品を含むと共に、高電圧駆動回路に送信信号を供給するために低電圧高密度ディジタル論理回路を使用することが知られている。高電圧駆動回路が典型的にはほぼ１００ボルトまでの電圧で動作するのに対して、低電圧論理回路はＴＴＬ論理回路の場合には動作電圧が５ボルト程度である。高電圧駆動回路は個別部品として又は集積回路として製造することができ、他方、低電圧論理回路は別個の集積回路として、又は単一のチップ上に高電圧回路と組み合わせて製造することができる。高電圧駆動回路及び低電圧論理回路を含む送信回路に加えて、トランスデューサ・ヘッドは低ノイズ低電圧アナログ受信回路を含むことができる。低電圧受信回路は、送信論理回路と同様に、典型的には動作電圧が５ボルト程度であり、また、別個の集積回路とすることができ、或いは低電圧送信論理回路と共にモノリシック集積回路として製造することができる。

典型的には、送受信切換えスイッチが出力段トランジスタとトランスデューサ素子との間に配置される。送受信切換えスイッチはまた低電圧受信回路にも接続される。送受信切換えスイッチは２つの状態を持つ。送信状態では、送受信切換えスイッチは出力段トランジスタを超音波トランスデューサ素子に接続すると共に、受信回路を高電圧送信パルスから絶縁する。受信状態では、送受信切換えスイッチは出力段トランジスタを超音波トランスデューサ素子から分離するとと共に、受信回路を超音波トランスデューサ素子に接続する。

高品質の超音波画像を達成するようにトランスデューサ素子の数を最大にするために、回路がトランスデューサ・プローブ内に配置されのるか又はそれとは別個の電子回路ユニットに配置されるのかどうかに拘わらず、出来る限り小さい体積内に出来る限り多量の回路を集積化して、回路の寸法及び複雑さを低減することが望ましい。更に、用途によっては、例えば、超短波による超音波イメージングでは、送信回路は出来るだけトランスデューサ素子の近くに配置して、長いケーブルによる信号負荷を避けることが要求される。従って、上述の高電圧駆動回路を低電圧送信論理回路及び低電圧受信回路のいずれか又は両方と共にモノリシック集積回路として集積化することが提案されている。
米国特許第５６０３３２４号

そこで、超音波トランスデューサを駆動するために使用される高電圧パルス信号から敏感な低電圧電子回路を保護するように作用する低電圧送受信切換えスイッチが必要である。更に、ポータブル超音波システムにおいては、この回路は電力効率が良く且つ集積回路に組み込みやすくすべきである。

本発明は、一部では、超音波トランスデューサを駆動するために使用される高電圧パルス信号から敏感な低電圧電子回路を保護するように作用する低電圧送受信切換えスイッチを対象とする。一実施形態では、低電圧送受信切換えスイッチは直列抵抗と並列ＭＯＳＦＥＴ対とを含んでいる。並列のＭＯＳＦＥＴは低電圧デバイスである。低電圧送受信切換えスイッチは高電圧パルス発生回路の出力と受信用前置増幅器の入力との間に配置される。高電圧と低電圧の二重のパルス発生回路が使用される場合、低電圧パルス発生回路は低電圧送受信切換えスイッチによって高電圧パルス信号から保護されるように接続される。代替実施形態では、低電圧パルス発生回路及び受信用前置増幅器が高電圧送受信切換えスイッチによって高電圧パルス信号から保護される。

本発明の一面は、超音波トランスデューサ素子と集積回路とを有する装置である。集積回路は、高電圧送信パルス信号により超音波トランスデューサ素子を駆動するための高電圧パルス発生回路と、超音波トランスデューサ素子からの受信信号を受け取るための増幅器と、第１及び第２のスイッチ状態を持つ低電圧送受信切換えスイッチとを有している。増幅器は、第１のスイッチ状態の低電圧送受信切換えスイッチによって高電圧送信パルス信号から保護され、且つ低電圧送受信切換えスイッチが第２のスイッチ状態にあるときには保護されない。

本発明の別の面は、複数の超音波トランスデューサ素子と、該超音波トランスデューサ素子にそれぞれ電気的に結合された複数の集積回路とを有する装置である。各々の集積回路は、高電圧送信パルス信号によりそれぞれの超音波トランスデューサ素子を駆動するための高電圧パルス発生回路と、それぞれの超音波トランスデューサ素子からの受信信号を受け取るための増幅器と、第１及び第２のスイッチ状態を持つ低電圧送受信切換えスイッチとを有している。増幅器は、第１のスイッチ状態の低電圧送受信切換えスイッチによって高電圧送信パルス信号から保護され、且つ低電圧送受信切換えスイッチが第２のスイッチ状態にあるときには保護されない。

本発明の更に別の面は、超音波トランスデューサ素子と集積回路とを有する装置である。集積回路は、第１の動作段階の際に高電圧送信パルス信号により超音波トランスデューサ素子を駆動するための高電圧パルス発生回路と、第２の動作段階の際に低電圧送信パルス信号により超音波トランスデューサ素子を駆動するための低電圧パルス発生回路と、超音波トランスデューサ素子からの受信信号を受け取るための増幅器と、第１及び第２のスイッチ状態を持つ低電圧送受信切換えスイッチとを有している。増幅器及び低電圧パルス発生回路は共に、第１のスイッチ状態の低電圧送受信切換えスイッチによって第１の動作段階の際に高電圧送信パルス信号から保護され、且つ低電圧送受信切換えスイッチが第２の状態にあるときには保護されない。

本発明のまた更に別の面は、超音波トランスデューサ素子と集積回路とを有する装置である。集積回路は、第１の動作段階の際に高電圧送信パルス信号により超音波トランスデューサ素子を駆動するための高電圧パルス発生回路と、第２の動作段階の際に低電圧送信パルス信号により超音波トランスデューサ素子を駆動するための低電圧パルス発生回路と、超音波トランスデューサ素子からの受信信号を受け取るための増幅器と、第１及び第２のスイッチ状態を持つ送受信切換えスイッチとを有している。増幅器及び低電圧パルス発生回路は共に、第１のスイッチ状態の送受信切換えスイッチによって第１の動作段階の際に高電圧送信パルス信号から保護され、且つ送受信切換えスイッチが第２の状態にあるときには保護されない。

本発明の別の面は、超音波トランスデューサ素子と、第１の接合点と、第１の接合点を介して超音波トランスデューサ素子に結合された出力を持つ高電圧パルス発生回路と、第２の接合点と、第１及び第２の接合点の間に電圧降下を与えるように配置された抵抗と、第１及び第２の接合点並びに抵抗を介して超音波トランスデューサ素子に結合された入力を持つ増幅器と、第２の接合点と増幅器を損傷しないようなバイアス電圧との間に並列に接続された第１及び第２のトランジスタとを有する装置である。

本発明の他の面については以下に開示し且つ特許請求の範囲に記載している。

次に図面を参照して説明する。図面においては、異なる図にある同様な素子には同じ参照番号を付している。

図１には、１つの超音波トランスデューサ素子のための従来の送信用及び受信用電子回路についての信号系統を示している。送信論理回路１０は、トランスデューサ・アレイの素子を駆動するための波形を生成するディジタル回路である。送信モードにおいて、送信論理回路１０の出力が駆動回路（すなわち、パルス発生回路）１２を制御するために使用され、駆動回路は信号を緩衝し且つトランスデューサ素子２２に必要なバイアスを供給する。受信用電子回路を送信電圧から保護するために、送受信切換え（Ｔ／Ｒ）スイッチ１４が使用される。受信モードでは、トランスデューサ・アレイは反射超音波エコーを検出するように構成されている。信号を２０ｄＢ以上高めるために敏感な低ノイズ前置増幅器１６が使用される。前置増幅器の後に、時間利得制御（ＴＧＣ）増幅器１８が全体で１２０ｄＢの動的範囲を７０ｄＢの瞬時範囲に圧縮して、身体内での超音波の対数減衰を補償する。ＴＧＣ増幅器１８の出力はエイリアシングを防止するためにフィルタリングされ、次いでアナログ−ディジタル変換器（ＡＤＣ）２０によってディジタル化される。各チャンネルの出力はビームフォーマ（図１に示していない）へ送られ、ビームフォーマで、アレイ全体からのデータが画像を形成するために処理される。

典型的には、駆動回路は、低電流中間段によって制御される高電圧大電流出力段を含んでいる。例えば、図２に示されているように、出力段は、それぞれのドレインを相互接続したＰＭＯＳトランジスタＭ_３ とＮＭＯＳトランジスタＭ_４ とで構成することができる。中間段（図２に示されていない）は典型的には、出力トランジスタのゲートを、高電圧電源ＶＨ１＋よりも５〜１０Ｖだけ高い（ＮＭＯＳの場合）又は低い（ＰＭＯＳの場合）電圧で駆動する。立上り時間は、主に容量負荷である超音波トランスデューサを駆動するときのトランジスタ・オン抵抗値に直接関係する。これは、トランジスタ・オン抵抗値により、トランスデューサの容量を直接駆動するために使用される最大駆動電流が設定されるからである。トランジスタ・オン抵抗値はゲート−ソース間電圧（並びに他のパラメータ）の関数である。

超音波トランスデューサ・アレイ内の各素子２２は、図２に示されている構成を持つそれぞれの駆動回路又はパルス発生回路によって駆動することができる。超音波トランスデューサ素子２２は、ＰＭＯＳトランジスタＭ_３ のドレインをＮＭＯＳトランジスタＭ_４ のドレインに接続する接合点から出力される電圧Ｖ_ｏｕｔ によって駆動される。ＰＭＯＳトランジスタＭ_３ のソースは電位ＶＨ１＋の端子に接続され、またＮＭＯＳトランジスタ１４のソースは電位ＶＨ１−の端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタＭ_３ のゲートには制御信号電圧Ｖ_Ｐ が印加され、またＮＭＯＳトランジスタＭ_４ のゲートには制御信号電圧Ｖ_Ｎ が印加される。例えば、出力トランジスタＭ_３ 及びＭ_４ のゲートは、高電圧電源ＶＨ１＋よりも５Ｖ低い電圧及び低電圧電源ＶＨ１−よりも５Ｖ高い電圧でそれぞれ駆動することができる。トランジスタＭ_３ のゲートに入力される制御電圧Ｖ_Ｐ が５Ｖ低下したとき、トランジスタＭ_３ はターンオンされて、超音波トランスデューサ素子に対するＶ_ｏｕｔ が０からＶＨ１＋へ上昇する。その後、トランジスタＭ_４ のゲートに入力される制御電圧Ｖ_Ｎ が５Ｖ上昇したとき、トランジスタＭ_４ はターンオンされて、超音波トランスデューサ素子に対するＶ_ｏｕｔ がＶＨ１＋からＶＨ１−へ降下する。

図２の前置増幅器１６を含む敏感な低電圧受信用電子回路は、送受信切換えスイッチ１４によって、超音波トランスデューサ２２を駆動するために使用される高電圧パルス信号から保護される。従来技術では、低電圧受信用電子回路を保護するために２端子の個別のダイオードを使用することが知られている。また、トランスデューサ及び送信器と直列にＦＥＴを配置することも知られている。これについては、例えば、米国特許第５６０３３２４号を参照されたい。

図３に示す本発明の一実施形態によれば、送受信切換えスイッチは直列抵抗２４と並列ＦＥＴ対とを有している。並列のＦＥＴは低電圧デバイスである。図３に関して説明すると、Ｍ_３ 及びＭ_４ は高電圧パルス発生回路出力対であり、またＭ_５ 及びＭ_６ はオン抵抗値が５００オームの低電圧ＭＯＳＦＥＴである。図３に見られるように、低電圧ＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ_５ ／Ｍ_６ のドレインは第１の接合点に接続され、この第１の接合点は導体によって第２の接合点に接続され、この第２の接合点は、抵抗２４を前置増幅器１６の入力へ接続する導体上に位置している。抵抗２４の他方の端子は、高電圧パルス発生回路出力対Ｍ_３ ／Ｍ_４ の出力をトランスデューサ２２へ接続する導体上に位置している接合点に接続されている。低電圧ＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ_５ ／Ｍ_６ のソースは、バイアス電圧である電圧レベルＶＢ１の接合点に接続されている。

パルス発生回路Ｍ_３ ／Ｍ_４ が動作しているとき（すなわち、送信段階の際）、低電圧トランジスタ対Ｍ_５ ／Ｍ_６ はターンオンされる。図４に見られるように、この例では、低電圧トランジスタ対Ｍ_５ ／Ｍ_６ は、ディジタル制御信号Ｖ_ＣＮ及びＶ_ＣＰがそれぞれ「高」及び「低」であるときにターンオンされる。これにより強制的にＶ_ＲＸ（前置増幅器１６に対する電圧入力）が、抵抗２４と低電圧ＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ_５ ／Ｍ_６ とによって形成された分圧回路による低減した電圧になる。より詳しく述べると、電圧Ｖ_{ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ}（図３の超音波トランスデューサ２２への電圧）がＶＨ１−であるとき、電圧Ｖ_ＲＸはＶ_Ｃ１− になり、また、電圧Ｖ_{ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ}がＶＨ１＋であるとき、電圧Ｖ_ＲＸはＶ_Ｃ１＋ になる。

例示の目的で次の条件を仮定する。すなわち、（１）ＶＨ１＋＝５０Ｖ；（２）抵抗２４のインピーダンスが３．５キロオームである；（３）関心のある動作周波数におけるトランスデューサのインピーダンスが１００オームである；（４）低電圧ＭＯＳＦＥトランジスタＭ_５ ／Ｍ_６ のオン抵抗値が５００オームであると仮定する。その場合、Ｖ_ＲＸ＝５０Ｖ×５００／（３５００＋５００）＝５０Ｖ×５００／４０００＝５０Ｖ×１／８＝６．２５Ｖになる。同様に、ＶＨ１−＝−５０Ｖであるとき、Ｖ_ＲＸ＝−６．２５Ｖになる。従って、図３に示されている送受信切換えスイッチ回路は、高い電圧（±５０Ｖ）を低い電圧（±６．２５Ｖ）へ効果的に低下させて、前置増幅器の受信用電子回路を保護する。パルス発生回路はトランスデューサのインピーダンスを抵抗と並列に見るので、インピーダンスは１００×４０００／（１００＋４０００）＝９７．６オームとなる。この負荷は幾分より大きい抵抗性であるが、低いパルス発生回路のデューティサイクルにおいて抵抗／ＭＯＳＦＥＴの組合せで僅かにほぼ５０２／４０００＝６２５ｍＷ×１％＝６．２５ｍＷを消費するだけである。これは、常にターンオンされている従来のダイオードをベースとした送受信切換えスイッチで生じていた損失よりも遥かに小さい。

受信段階では、低電圧ＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ_５ ／Ｍ_６ の両方がターンオフされる。その場合、前置増幅器１６の入力と直列に３．５ｋΩの抵抗が存在する。高インピーダンスの前置増幅器では、これは入力信号を目につく程には低下させない。（１５ＭＨｚの帯域幅では）約３０μＶ程度の電圧ノイズが付加される。電力消費の増加を犠牲にすれば付加ノイズを低減するためにより小さい抵抗を使用することが可能である。

バイアス電圧ＶＢ１は公称０Ｖ、又はアース、又は相似形アースである。システムによっては、システムのアース・レベルと同じではない相似形アース・レベルを選ぶことが有利な場合がある。例えば、システムのアース・レベルを０Ｖとするのに対し、相似形アースを２．５Ｖとすることがある。この場合、ＶＢ１は２．５Ｖとすることができる。一般に、ＶＢ１は、前置増幅器１６を損傷しない電圧であると共に、送信パルスが前置増幅器１６を損傷するのを防止するために高い入力電圧を適切に分割できるようにする電圧である。

本書の説明のために、「低電圧」とは、広く利用可能である「標準的な」半導体プロセスで容易に実現される任意の電圧レベルを意味する。これは、２．５〜５Ｖ（ＣＭＯＳの場合）から２５〜３０Ｖ（バイポーラＣＭＯＳの場合）までの電圧であってよい。対照的に、「高電圧」とは、より特殊な半導体プロセス及びデバイス構造（例えば、ＤＭＯＳＦＥＴ、絶縁体上シリコン（ＳＯＩ）、溝型絶縁分離など）が使用される場合にのみ利用できる電圧レベルを意味する。従って、約３０Ｖから５００Ｖ程度までの任意の電圧レベルが「高電圧」と考えられよう。必然的に、本発明は、分圧回路が高電圧を、低電圧デバイスにとって許容できる電圧まで低下させるに充分な大きさである場合に、低電圧デバイスを保護するように働くだけである。

図３に示す送受信切換えスイッチは次の重要な特徴を持っている。すなわち、（１）本スイッチは、集積化するのが困難であり且つ（静的バイアス動作中に）かなりの量の電力を消費するようなダイオードを使用していない。（２）本スイッチは、高電圧を低下させ且つ低電圧受信回路を保護するために抵抗を使用する。（３）本スイッチは、高電圧を低下させるのに役立つ選択的に動作可能にされる抵抗として作用する低電圧ＭＯＳＦＥＴを使用する。（４）本スイッチは、直ぐに利用可能であるデバイス構造（抵抗及び低電圧ＭＯＳＦＥＴ）の使用により集積回路上に容易に集積化することができる。（５）本スイッチは、連続的にバイアスする必要がないので、消費電力が最小である。（６）本スイッチは、回路が両極性（例えば、±５０Ｖ）の送信パルスに対して適切に動作できるように保証するためにＮＭＯＳ及びＰＭＯＳトランジスタの両方を使用する。

心臓用の機能を持つポータブル超音波イメージング・システムでは、低電圧及び高電圧パルス・モード相互の間を素速く切り換えることのできる回路が必要である。高電圧モードでは、高電圧送信用電子回路によって発生されるパルスから敏感な低電圧受信用電子回路を保護することが不可欠である。更に、ポータブル超音波イメージング・システムでは、この回路は電力効率が良く且つ集積回路に組み込むのが容易である方がよい。

本発明の別の実施形態によれば、図３に示す抵抗をベースとした送受信切換えスイッチは、図５に示すように二重パルス発生回路と組み合わせることができる。この組合せは、集積回路で容易に実現することができる。高電圧に耐える必要のないので、低電圧パルス発生回路を形成するために、小さい低電流低電圧トランジスタを使用することができる。これにより、チップ上の面積が節約され、且つコストが低減する。

図５について説明すると、トランジスタＭ_３ 及びＭ_４ が高電圧パルス発生回路出力対を形成するのに対し、トランジスタＭ_１ 及びＭ_２ が低電圧パルス発生回路出力対を形成する。２つのパルス発生回路は関連して動作して、同じチャンネルを駆動する。一動作段階では、低電圧パルス発生回路のみが使用され、また別の動作段階では、高電圧パルス発生回路のみが使用される。高電圧パルス発生回路が使用されている段階では、低電圧パルス発生回路を保護することが必要である。このような保護は、抵抗２４と組み合わせたトランジスタＭ_５ 及びＭ_６ によって提供され、これらの素子は低電圧送受信切換えスイッチを形成する。低電圧パルス発生回路のトランジスタＭ_１ 及びＭ_２ は送受信切換えスイッチの後に接続されているので、これらのトランジスタは、前置増幅器１６と全く同様に、高電圧パルス発生回路から保護される。更に、実施手段によっては、送受信切換えスイッチ対Ｍ_５ 及びＭ_６ の代わりに低電圧パルス発生回路出力対Ｍ_１ 及びＭ_２ を使用することが可能なこともある。その場合、これらのトランジスタは二重の機能を持ち、またチップ面積及び費用の節約が実現される。

更に別の実施形態では、受信用電子回路の前置増幅器及び二重パルス発生回路の低電圧出力対の両方を保護するために（従来技術を含む）他の種類の送受信切換えスイッチを使用してもよい。図６は、ＦＥＴをベースとした送受信切換えスイッチと共に二重パルス発生回路を有する集積回路を示している。再び、トランジスタＭ_３ 及びＭ_４ が高電圧パルス発生回路出力対を形成するのに対し、トランジスタＭ_１ 及びＭ_２ が低電圧パルス発生回路出力対を形成する。トランジスタＭ_７ 及びＭ_８ が高電圧送受信切換えスイッチを形成する。トランジスタＭ_７ 及びＭ_８ のソースは相互に接続されており、またトランジスタＭ_７ のドレインは、低電圧パルス発生回路対Ｍ_１ 及びＭ_２ の出力を前置増幅器１６の入力に接続する導体上に位置する接合点に接続されており、またトランジスタＭ_８ のドレインは、高電圧パルス発生回路対Ｍ_３ 及びＭ_４ の出力を超音波トランスデューサ２２に接続する導体上に位置する接合点に接続されている。図５に示している低電圧送受信切換えスイッチの代わりに高電圧送受信切換えスイッチを使用することにより、送受信切換えスイッチの大きさが増大する。

図６に示している実施形態は、高電圧パルス発生回路とトランスデューサとの間にスイッチを追加することによって、図７に示すように変更することができる。［図４及び５に示している実施形態も同様に変更してもよい］。このスイッチは、受信の際にトランスデューサから高電圧パルス発生回路を分離して、受信負荷を低減するために使用することができる。このスイッチは一対のトランジスタＭ_９ 及びＭ_１０で構成される。トランジスタＭ_９ 及びＭ_１０のソースは相互に接続されており、またトランジスタＭ_９ のドレインは高電圧パルス発生回路対Ｍ_３ 及びＭ_４ の出力に接続されており、またトランジスタＭ_１０のドレインは、トランジスタＭ_８ のドレインを超音波トランスデューサ２２に接続する導体上に位置する接合点に接続されている。

本発明を好ましい実施形態について説明したが、当業者には本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更を為し得ること及びその構成要素を等価なものに置き換え得ることが理解されよう。更に、本発明の根本的な範囲から逸脱せずに特定の状況を本発明の教示に適応させるように多くの修正をなし得る。従って、本発明は、発明の最良の形態として開示した特定の実施形態に制限されるものではなく、特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むものであるとする。

従来の超音波トランスデューサ・アレイ・インターフェース電子回路を示す回路図である。 受信用前置増幅器を保護するための送受信切換えスイッチを備えた従来の超音波送信器構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に従って一対の低電圧ＦＥＴと抵抗とによって形成された送受信切換えスイッチを含む回路を示す回路図である。 図３に示されている低電圧送受信切換えスイッチについての動作波形を示すグラフである。 本発明の別の実施形態に従って受信用増幅器及び低電圧パルス発生回路を保護するための図３に示されている種類の低電圧送受信切換えスイッチを備えた二重パルス発生回路を含む回路を示す回路図である。 本発明のまた別の実施形態に従って受信用増幅器及び低電圧パルス発生回路を保護するためのＦＥＴベースの送受信切換えスイッチを備えた二重パルス発生回路を含む回路を示す回路図である。 本発明の更に別の実施形態に従って受信負荷を低減した二重パルス発生回路を含む回路を示す回路図である。

符号の説明

１６ 前置増幅器
２２ トランスデューサ素子
２４ 抵抗

Claims (8)

1. 超音波トランスデューサ素子（２２）と集積回路とを有する装置であって、
   前記集積回路は、
   高電圧駆動（Ｖ_Ｈ）の送受信切換え素子（Ｍ_３ ，Ｍ_４）を有し、高電圧送信パルス信号により前記超音波トランスデューサ素子（２２）を駆動する高電圧パルス発生回路（Ｍ_３ ，Ｍ_４）と、
   前記超音波トランスデューサ素子（２２）からの受信信号を受けて増幅する増幅器（１６）と、
   前記トランスデューサ素子の送信モードに対応する第１スイッチ状態と受信モードに対応する第２のスイッチ状態とを有し、前記高電圧パルス発生回路（Ｍ_３ ，Ｍ_４）と前記増幅器（１６）と間に電気的に結合され、前記高電圧パルス発生回路（Ｍ_３ ，Ｍ_４）よりも低電圧（Ｖ_Ｂ）で動作する低電圧送受信切換えスイッチ（１４）であって、前記第１のスイッチ状態で付勢され、前記第２のスイッチ状態で消勢される低電圧駆動の低電圧切換素子（Ｍ_５，Ｍ_６）を有する低電圧送受信切換えスイッチ（１４）、
   とを有しており、
   前記増幅器（１６）は、送信モードのときは、前記低電圧送受信切換えスイッチ（１４）が前記第１のスイッチ状態にあって付勢されていることにより、前記高電圧送信パルス信号から保護され、受信モードのときは、前記低電圧送受信切換えスイッチ（１４）が前記第２のスイッチ状態にあって消勢されることにより、前記超音波トランスデューサの出力信号を増幅するように動作することを特徴とする装置。
2. 前記装置は更に第１及び第２の接合点を含んでおり、前記高電圧パルス発生回路（Ｍ_３ ，Ｍ_４）の出力が前記第１の接合点を介して前記超音波トランスデューサ素子（２２）に電気的に結合されており、また前記増幅器（１６）の入力が前記第１及び第２の接合点を介して前記超音波トランスデューサ素子（２２）に電気的に結合されており、
   また前記低電圧送受信切換えスイッチ（１４）は、前記第１及び第２の接合点の間に電圧降下を与えるように配置された抵抗（２４）と、を有し、
   前記低電圧送受信切換えスイッチ（１４）の前記低電圧切換素子（Ｍ_５，Ｍ_６）は、前記第２の接合点と前記増幅器（１６）を損傷しないようなバイアス電圧（Ｖ_Ｂ）との間に並列に接続された第１及び第２のトランジスタ（Ｍ_５ ，Ｍ_６ ）とを含んでいる、請求項１記載の装置。
3. 前記第１及び第２のトランジスタ（Ｍ_５ ，Ｍ_６ ）のソースが第３の接合点に接続されており、前記第３の接合点はほぼ前記バイアス電圧（Ｖ_Ｂ）にあり、前記第１及び第２のトランジスタ（Ｍ_５ ，Ｍ_６ ）のドレインが第４の接合点に接続されており、前記第４の接合点は前記第２の接合点を介して前記抵抗（２４）に電気的に結合されている、請求項２記載の装置。
4. 前記第１のトランジスタ（Ｍ_５）はＮＭＯＳトランジスタであり、前記第２のトランジスタ（Ｍ_６ ）はＰＭＯＳトランジスタである、請求項３記載の装置。
5. 前記抵抗（２４）の値は、前記高電圧パルス発生回路（Ｍ_３ ，Ｍ_４）によって出力された電圧を、前記増幅器（１６）を損傷しないようなレベルへ低減させるのに充分な大きさである、請求項２記載の装置。
6. 前記装置は更に低電圧パルス発生回路（Ｍ_１ ，Ｍ_２ ）を含んでおり、該低電圧パルス発生回路の出力は、前記増幅器の前記入力が前記第２の接合点に電気的に結合される電流経路に沿っている位置にある第３の接合点を介して、前記増幅器の前記入力に電気的に結合されている、請求項２記載の装置。
7. 前記高電圧パルス発生回路は第１及び第２のトランジスタを有しており、これらのトランジスタのそれぞれのドレインが前記高電圧パルス発生回路の前記出力において相互に接続されている、請求項１記載の装置。
8. 更に、受信の際に前記高電圧パルス発生回路を分離するために前記高電圧パルス発生回路と前記第１の接合点との間にスイッチ（Ｍ_９ ，Ｍ_１０）を含んでいる請求項２記載の装置。

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