JP6364114B2 - 超音波探触子およびそれを備える超音波診断装置 - Google Patents
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Description
振動子と、
低電圧トランジスタと高電圧トランジスタとのカレント・ミラーから成り、前記振動子に前記高電圧トランジスタが接続される振動子駆動部と、前記振動子駆動部の低電圧トランジスタに動作電流を供給する電流源から構成される送波回路と、
前記振動子駆動部と同じ構成である送波回路駆動部レプリカと、前記送波回路駆動部レプリカに一定の電流を供給するバイアス部と、前記送波回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタに流れる電流をコピーして取り出す観測部とから構成される補正部と、
前記観測部で取り出した電流値と同じ電流値が流れるように、前記送波回路の電流源に信号を渡す分配部と、
を有するものである。
2DアレイIC12bは、2Dアレイ振動子12aに対向するようにして、2Dアレイ振動子12aの振動子を駆動する回路を複数有している。2DアレイIC12bの複数の回路は、2次元に配置されている。
2DアレイIC12bの複数の回路は、2Dアレイ振動子12aの複数の振動子に対応して設けられている。例えば、2DアレイIC12bの1つの回路は、2Dアレイ振動子12aの1つの振動子と電気的に接続されている。
サブアレイ21と周辺回路22,23は、例えば、1つのICチップ上に形成される。図2では、IC上に40個(S00〜S39)のサブアレイ21が形成されている。また、図2では、IC上に2個の周辺回路22,23が形成されている。
周辺回路22,23は、図示していないが、装置本体11と通信を行うためのIF回路を有している。また、周辺回路22,23は、図示していないが、装置本体11からの指示に基づいて、複数のサブアレイ21を制御する制御回路を有している。
2Dアレイ振動子12aの複数の振動子は、高画質化の要求に応じて小型化され、その数が増加している。それに伴い、素子回路31の数は、例えば、約1万個に達する。そのため、素子回路31のサイズおよび消費電力の低減は、重要である。なお、図2では、図示を簡略化し、40個(S00〜S39)×64個(EL00〜EL63)の素子回路31の例を示している。
同じ行の素子回路31(例えば、EL00〜EL07等)は、周辺回路22,23が有する、図示していない共通低圧電源回路および共通高圧電源回路と接続されている。例えば、同じ行の素子回路31は、低圧の正負一対の電源配線に接続されている。また、同じ行の素子回路31は、高圧の正負一対の電源配線に接続されている。以下では、低圧の正側電源配線を電源VDDと呼び、低圧の負側電源配線を電源VSSと呼ぶことがある。また、高圧の正側電源配線を電源HVDDと呼び、高圧の負側電源配線を電源HVSSと呼ぶことがある。
遅延制御回路32は、装置本体11からの制御に応じて、送波回路33から出力される、振動子41を駆動する駆動信号の出力タイミングを制御する。例えば、遅延制御回路32は、2Dアレイ振動子12aの複数の振動子から出力される、複数の超音波のフォーカスポイント(超音波が重なり合うポイント)を走査するように、送波回路33が出力する駆動信号の出力タイミングを制御する。また、遅延制御回路32は、例えば、2Dアレイ振動子12aの複数の振動子が受信する複数の反射波から、ターゲットの適切な画像が得られるよう、受信回路34の受信タイミングを制御する。遅延制御回路32は、受信回路34によって受信された反射波の信号を装置本体11に送信する。これにより、装置本体11は、遅延制御回路32から受信した信号を画像処理し、ターゲットの画像を出力装置に表示することができる。
送波回路33は、遅延制御回路32から出力される信号に基づいて、振動子41を駆動する駆動信号を出力する。送波回路33は、振動子41に出力する駆動信号の振幅を可変することができる。また、送波回路33は、振動子41に出力する駆動信号のスルーレートを調整できるようになっている。
受信回路34は、振動子41によって受信された信号を増幅して、遅延制御回路32に出力する。
駆動信号の立ち上りのスルーレートと、立下りのスルーレートとが異なると、断層像や血流像に虚像(アーチファクト)が発生する。そのため、送波回路33は、駆動信号の立ち上がりのスルーレートと立下りのスルーレートとが等しくなるように、調整できるようになっている。例えば、送波回路33は、図3の矢印A1に示す駆動信号の立下りのスルーレートと、矢印A2に示す駆動信号の立ち上りのスルーレートとを調整できるようになっている。立ち上りのスルーレートと立下りのスルーレートを調整し、差異が縮小するように補償することで、虚像(アーチファクト)を低減することができる。
図4に示すように、補正部50は、送波回路駆動部レプリカ51と、レプリカバイアス部52と、観測部53とを有する。補正部50は周辺回路22、23に配置され、例えば2DアレイICに1回路のみ搭載され、補正部50が生成したスルーレートが補償された送波回路33の駆動電流は分配部54で分配され、それぞれの送波回路33に伝送される。分配部54は例えば、周辺回路22、23に配置され、行または列方向の電気配線を通して送波回路33に伝送される。図4では、行方向の電気配線を通した伝送を示している。
また、図示していないが補正部50が出力するスルーレートの補償駆動電流は、立ち上りの補償駆動電流と、立下りの補償駆動電流の2つがあり、分配部54も立ち上りの補償駆動電流と、立下りの補償駆動電流を送波回路33に伝送する。また、分配部54は、消費電力を削減するため、入力される補償駆動電流を電圧に変換して、それぞれの送波回路33に電圧信号を補償駆動信号として伝送する。
図5に示すように送波回路33は、振動子41に正側の高電圧であるHVDDを印加する振動子駆動部a(61a)と、振動子駆動部aの駆動電流を生成する高耐圧電流源62aと、高耐圧電流源62aをON/OFF制御する送波制御回路63aとを有し、送波制御信号aがイネーブルされると補償駆動信号aが高耐圧電流源62aのトランジスタ66aに印加され、トランジスタ66aは補償駆動信号aの値に係る電流を振動子駆動部a(61a)に流し、振動子駆動部a(61a)は、高耐圧電流源62aの電流に係る値の電流を振動子41に流し込む。なお、振動子駆動部aの左側のトランジスタは低電圧トランジスタで、右側の振動子41が接続されているトランジスタは高電圧トランジスタであり、低電圧トランジスタと高電圧トランジスタでカレント・ミラー構成をとる。
図6に示すように、補正部50は、立ち上りのスルーレートを補償する駆動電流を生成する送波回路駆動部レプリカa(51a)と、送波回路駆動部レプリカaに駆動電流を供給するバイアス部a(52a)と、送波回路駆動部レプリカaで得られた補償駆動電流aをコピーして取り出す観測部a(53a)とを有する。送波回路駆動部レプリカa(51a)は振動子駆動部a(61a)と同じ構成である。
図7に示すように、分配部54は補正部50から入力される立ち上りのスルーレートを補償する補償駆動電流aを補償駆動信号aに変換する低電圧トランジスタ80aと、立下がりのスルーレートを補償する補償駆動電流bを補償駆動信号bに変換する低電圧トランジスタ80bと、を有する。
低電圧トランジスタ80aのドレインとゲートを短絡し、補償駆動電流aをドレインに流し込むことで発生するゲート電圧を補償駆動信号aとして、それぞれの送波回路へ伝送する。ここで、低電圧トランジスタ80aと送波回路の高耐圧電流源のトランジスタ66aは、同じトランジスタサイズであり、カレント・ミラー構成をとる。これにより、低電圧トランジスタ80aに入力された補償駆動電流aと同じ電流がトランジスタ66aに流すことができる。
また、低電圧トランジスタ80bのドレインとゲートを短絡し、補償駆動電流bをドレインから引き出すことで発生するゲート電圧を補償駆動信号bとして、それぞれの送波回路へ伝送する。ここで、低電圧トランジスタ80bと送波回路の高耐圧電流源のトランジスタ66bは、同じトランジスタサイズであり、カレント・ミラー構成をとる。これにより、低電圧トランジスタ80bに入力された補償駆動電流bと同じ電流がトランジスタ66bに流すことができる。
図8は、ICの動作温度3点で、それぞれ半導体プロセス変動を5点分(Typical、fast−fast、slow−slow、fast−slow、slow−fast)の合計15点で駆動信号の立ち上りと立下りの遷移時間の差がどのくらいあるかを示している。本発明の補償がある場合の標準偏差は0.9nsと、無い場合の標準偏差5.24nsに対して約1/5に低減できる。
図9に示すように、周辺回路22,23は、スルーレート設定部100を有している。スルーレート設定部100は、補正部50の出力信号が入力される。スルーレート設定部100の出力は分配部54の入力に接続される。
図10に示すように、スルーレート設定部100は、立ち上りのスルーレートを設定するスルーレート設定部a(100a)と、立下りのスルーレートを設定するスルーレート設定部b(100b)を有する。
このスルーレート設定部a(100a)の出力電流Icnt_aが分配部54を通して、それぞれの送波回路33に伝送される。したがって、送波回路33の振動子駆動部a(61a)の高電圧トランジスタに流れる電流Iout_aは、
振動子41は等価的に容量と抵抗の並列回路と見なせるため、スルーレートは流入する電流で決まる。つまり、スルーレート制御信号でT_tの値を制御することで、Iout_aを調整し、立ち上りスルーレートを変えることができる。
このスルーレート設定部b(100b)の出力電流Icnt_bが分配部54を通して、それぞれの送波回路33に伝送される。したがって、送波回路33の振動子駆動部b(61b)の高電圧トランジスタに流れる電流Iout_bは、
振動子41は等価的に容量と抵抗の並列回路と見なせるため、スルーレートは引き出される電流で決まる。つまり、スルーレート制御信号でT_tの値を制御することで、Iout_bを調整し、立下りスルーレートを変えることができる。
図11は、実施例3に係る補正部の回路例を示した図である。
トランジスタ120aは、トランジスタ70aと同じサイズであり、トランジスタ120aとトランジスタ70aは1対1のカレント・ミラーを構成する。つまり、トランジスタ120aにはIdrv_aのドレイン電流が流れる。トランジスタ121aのドレインとゲートは接続され、ドレインにトランジスタ120aのドレイン電流が流入される。また、トランジスタ122aのサイズはトランジスタ121aと同じであり、トランジスタ121aとトランジスタ122aは1対1のカレント・ミラーを構成する。したがって、トランジスタ122aにはIdrv_aの電流が流れる。高電圧トランジスタ72aに流れる電流をE*M*Idrv_a(Mはトランジスタ70aと高電圧トランジスタ72aの倍率、Eは変動率)とすると、
また、トランジスタ120bは、トランジスタ70bと同じサイズであり、トランジスタ120bとトランジスタ70bは1対1のカレント・ミラーを構成する。つまり、トランジスタ120bにはIdrv_bのドレイン電流が流れる。トランジスタ121bのドレインとゲートは接続され、ドレインにトランジスタ120bのドレイン電流が引き出される。また、トランジスタ122bのサイズはトランジスタ121bと同じであり、トランジスタ121bとトランジスタ122bは1対1のカレント・ミラーを構成する。したがって、トランジスタ122bにはIdrv_bの電流が流れる。高電圧トランジスタ72bに流れる電流をE*M*Idrv_b(Mはトランジスタ70bと高電圧トランジスタ72bの倍率、Eは変動率)とすると、
12:超音波探触子
12a:2Dアレイ振動子
12b:2DアレイIC
21:サブアレイ
22,23:周辺回路
31:素子回路
32:遅延制御回路
33:送波回路
34:受信回路
41:振動子
50:補正部
51:送波回路駆動部レプリカ
52:レプリカバイアス部
53:観測部
54:分配部
61a:振動子駆動部a
61b:振動子駆動部b
62a:高耐圧電流源a
62b:高耐圧電流源b
63a:送波制御回路a
63b:送波制御回路b
65:RZ回路
100:スルーレート設定部
Claims (7)
- 振動子と、
低電圧トランジスタと高電圧トランジスタとのカレント・ミラーから成り、前記振動子に前記高電圧トランジスタが接続される振動子駆動部と、前記振動子駆動部の低電圧トランジスタに動作電流を供給する電流源から構成される送波回路と、
前記振動子駆動部と同じ構成である送波回路駆動部レプリカと、前記送波回路駆動部レプリカに一定の電流を供給するバイアス部と、前記送波回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタに流れる電流をコピーして取り出す観測部とから構成される補正部と、
前記観測部で取り出した電流値と同じ電流値が流れるように、前記送波回路の電流源に信号を渡す分配部と、
を有する超音波探触子。 - 請求項1に記載の超音波探触子において、
前記送波回路と前記補正部とは、同一のICチップ上に形成されていることを特徴とする超音波探触子。 - 請求項1に記載の超音波探触子において、
前記観測部は低電圧トランジスタを有し、
前記観測部の低電圧トランジスタと前記送波回路駆動部レプリカの低電圧トランジスタとでカレント・ミラーを構成することを特徴とする超音波探触子。 - 請求項1に記載の超音波探触子において、
前記分配部と前記送波回路の電流源はトランジスタを有し、
前記分配部のトランジスタのドレインに前記観測部の出力電流が与えられるとともに、前記分配部のトランジスタと前記送波回路の電流源のトランジスタとでカレント・ミラーを構成することを特徴とする超音波探触子。 - 請求項1に記載の超音波探触子において、
前記分配部の出力が、複数の前記送波回路に接続されることを特徴とする超音波探触子。 - 請求項1に記載の超音波探触子において、
前記補正部と前記分配部との間に、スルーレート設定信号に基づいて、前記振動子の駆動信号のスルーレートを設定するスルーレート設定部を備えることを特徴とする超音波探触子。 - 請求項1〜6のいずれか一つに記載の超音波探触子を備える超音波診断装置。
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