JP6951191B2 - Voltage supply circuit and ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
本発明は電圧供給回路に関し、特には異なるレベル(振幅)の電圧を選択的に出力可能な電圧供給回路に関する。本発明はまた、電圧供給回路からの電圧を振動子の駆動に用いる超音波診断装置に関する。 The present invention relates to a voltage supply circuit, and more particularly to a voltage supply circuit capable of selectively outputting voltages of different levels (amplitude). The present invention also relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that uses the voltage from the voltage supply circuit to drive the vibrator.
超音波診断装置ではプローブに設けられた振動子を駆動して超音波を送信させるが、振動子の駆動には高電圧が必要である。また、振動子が発生する超音波を広帯域化するために双極性パルス(バイポーラパルス)によって振動子を駆動することが知られている(特許文献1)。 In the ultrasonic diagnostic apparatus, the vibrator provided in the probe is driven to transmit ultrasonic waves, but a high voltage is required to drive the vibrator. Further, it is known that the vibrator is driven by a bipolar pulse (bipolar pulse) in order to widen the ultrasonic wave generated by the vibrator (Patent Document 1).
バイポーラパルスの生成には、正電圧と負電圧とが必要である。また、超音波のパワーを可変にするためにバイポーラパルスの振幅を可変にする場合には異なる複数レベルの正電圧および負電圧が必要である。 A positive voltage and a negative voltage are required to generate a bipolar pulse. Also, different levels of positive and negative voltages are required to vary the amplitude of the bipolar pulse in order to vary the power of the ultrasonic waves.
異なる複数レベルの電圧を省スペースで生成可能な回路として、スイッチとコンデンサとを多段接続して、出力段ごとに入力電圧の整数倍の電圧を生成する回路が知られている(特許文献2)。 As a circuit capable of generating different multiple levels of voltage in a space-saving manner, a circuit is known in which a switch and a capacitor are connected in multiple stages to generate a voltage that is an integral multiple of the input voltage for each output stage (Patent Document 2). ..
特許文献2に記載されるような多段構成の回路を用いた場合、出力可能な複数レベルの電圧の1つを選択するためのスイッチが必要である。このようなスイッチとして一般に用いられるのはリレーである。しかし、リレーは部品の高さ寸法が大きいため、基板に実装する際には、リレーが装置の筐体と干渉しないようにスペーサー等で基板と筐体内面との距離を確保する必要がある。そのため、装置が小型である場合など、筐体内のスペースに余裕がない場合にはリレーを使用できないことがある。
When a circuit having a multi-stage configuration as described in
また、正電圧を出力するためのスイッチには高さ寸法の小さな半導体スイッチを利用可能な場合があるが、負電圧を出力するための小型半導体スイッチは存在していなかった。 Further, although a semiconductor switch having a small height dimension may be used as a switch for outputting a positive voltage, there has been no small semiconductor switch for outputting a negative voltage.
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その主な目的は、複数レベルの負電圧を供給可能で、小型化およびスイッチ制御が容易な電圧供給回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and a main object thereof is to provide a voltage supply circuit capable of supplying a plurality of levels of negative voltage, which is easy to miniaturize and switch control. be.
上述の目的は、レベルの異なる負電圧を出力可能な第1の電圧生成回路と、第1の電圧生成回路から出力する負電圧のレベルを選択するための複数の第1の選択スイッチと、を有する電圧供給回路であって、第1の選択スイッチが、正電圧を用いてオンオフ制御可能な半導体スイッチであることを特徴とする電圧供給回路によって達成される。 The above-mentioned purpose is to provide a first voltage generation circuit capable of outputting negative voltages having different levels, and a plurality of first selection switches for selecting the level of the negative voltage output from the first voltage generation circuit. It is achieved by a voltage supply circuit having a voltage supply circuit, wherein the first selection switch is a semiconductor switch that can be turned on and off using a positive voltage.
このような構成により、本発明によれば、複数レベルの負電圧を供給可能で、小型化およびスイッチ制御が容易な電圧供給回路を提供することができる。 With such a configuration, according to the present invention, it is possible to provide a voltage supply circuit capable of supplying a plurality of levels of negative voltage and facilitating miniaturization and switch control.
以下、図面を参照して本発明をその例示的な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る電圧供給回路100の模式的な回路図である。電圧供給回路100は電圧生成回路110と選択スイッチ回路120とを有する。電圧生成回路110はコンデンサをスイッチングして電源PWの電源電圧VIN(>0)の−1倍から−n倍(nは2以上の整数であり、ここではn=5)の複数レベルの電圧を生成する多段構成のチャージポンプ回路である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on an exemplary embodiment.
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of the
インバータINVに接地電位(0V)と電源電圧VINの2レベルを有するパルス信号を外部から入力することにより、電源電圧VINによるコンデンサの充電期間と、充電期間とコンデンサの極性を反転する出力期間とが繰り返される。なお、チャージポンプ回路としてはインバータを用いたコンデンサのスイッチング(極性の反転)を用いる構成に限らず、スイッチを用いてコンデンサの接続経路を切り替える構成など、公知な回路構成のいずれを用いてもよい。 By inputting a pulse signal having two levels of ground potential (0V) and power supply voltage VIN to the inverter INV from the outside, the charging period of the capacitor by the power supply voltage VIN and the charging period and the output period of reversing the polarity of the capacitor can be set. Repeated. The charge pump circuit is not limited to a configuration that uses capacitor switching (polarity reversal) using an inverter, and any known circuit configuration such as a configuration that switches the capacitor connection path using a switch may be used. ..
なお、電圧生成回路110は多段構成であり、生成可能な電圧レベルの種類は接続する単位回路の段数を増減することによって変更可能である。段数を増やすほど、レベル(振幅)が大きい電圧(絶対値の大きな電圧)が生成可能となる。
The
点O1〜O5に直列に接続されている複数のダイオードは出力期間に電荷が逆流することを防止するために設けられている。出力期間において、電圧生成回路110の点O1〜O5からみると、充電期間に−VINに充電されたコンデンサがインバータINVとの間にそれぞれ異なる数だけ接続された状態になり、点O1〜O5の電位は−VIN〜−5VINとなる。
A plurality of diodes connected in series to points O1 to O5 are provided to prevent backflow of charge during the output period. In the output period, when viewed from points O1 to O5 of the
したがって、点O1〜O5のうち1つを選択的に出力線と接続することにより、接続した点に応じたレベルの電圧を出力線から供給することができる。なお、本実施形態では−VINが得られる点O1については用いないため選択スイッチ回路120に接続されていないが、点O1を選択スイッチ回路120で選択できるように構成してもよい。
Therefore, by selectively connecting one of the points O1 to O5 to the output line, a voltage at a level corresponding to the connected point can be supplied from the output line. In the present embodiment, the point O1 at which −VIN is obtained is not used and is not connected to the
選択スイッチ回路120は、電圧生成回路110の点O2〜O5の1つを選択的に出力線に接続するための回路であり、点O2〜O5と1対1の対応で設けられた4つの選択スイッチSW1〜SW4を有している。選択スイッチSW1〜SW4はそれぞれMOS−FETを用いた同一構成であり、制御信号の電圧によってオンおよびオフを制御することができる。
The
本実施形態においては、出力する負電圧のレベルを選択する選択スイッチを、FETを用いた半導体スイッチとして実現した。そのため、選択スイッチのオンオフを電圧制御することができるほか、実装時の高さ寸法の点で有利である。さらに、オンオフ制御に用いる制御信号として、ロジックレベル(3.3〜5V)の正電圧を用いることができるように構成したため、装置に組み込んで用いる際に特別な電源や電圧変換回路などが不要である。 In the present embodiment, the selection switch for selecting the level of the negative voltage to be output is realized as a semiconductor switch using FET. Therefore, it is possible to control the on / off of the selection switch by voltage, and it is advantageous in terms of height dimension at the time of mounting. Furthermore, since it is configured so that a positive voltage of logic level (3.3 to 5 V) can be used as a control signal used for on / off control, a special power supply or voltage conversion circuit is not required when it is incorporated into a device and used. be.
具体的な図2(a)は、スイッチ回路120に含まれる選択スイッチSW1〜SW4の1つを抜き出して示したものである。選択スイッチはPch MOS−FET(以下、P−FETと呼ぶ)とNch MOS−FET(以下、N−FETと呼ぶ)を1つずつ用いて構成されている。
Specifically, FIG. 2A shows one of the selection switches SW1 to SW4 included in the
P−FET121Pは、ゲートが接地され、ソースに制御信号が入力される。また、N−FET121Nは、ソースに入力(点O2〜O5の1つ)が接続され、ドレインが出力線に接続されている。また、P−FET121PのドレインとN−FET121Nのゲートとが接続されている。抵抗122、123はN−FET121Nのソース−P−FET121Pのドレイン間の電位を分圧してN−FET121Nのゲート電位を生成する。
The gate of the P-
P−FET121Pはソースに入力される、論理ローおよびハイレベルを取り得る制御信号がハイレベルのときにオンする。選択スイッチSW1〜SW4はそれぞれ、N−FET121Nのソースが接続される点O2〜O5の電位が異なるため、接続されているP−FET121Pのオンに応じてN−FET121Nがオンするように抵抗122、123の値がそれぞれ定められる。
The P-FET 121P is turned on when the control signal input to the source, which can take a logical low and a high level, is at a high level. Since the potentials of the points O2 to O5 to which the source of the N-
図3は、電圧供給回路100とともに好適に用いることのできる電圧供給回路200の模式的な回路図である。電圧供給回路200は電圧生成回路210と選択スイッチ回路220とを有する。電圧生成回路210はコンデンサをスイッチングして電源PWの電源電圧VIN(>0)の2倍からn倍(nは3以上の整数であり、ここではn=5)の電圧を生成する多段構成のチャージポンプ回路である。
FIG. 3 is a schematic circuit diagram of a
インバータINVに接地電位(0V)と電源電圧VINの2レベルを有するパルス信号を外部から入力することにより、電源電圧VINによるコンデンサの充電期間と、充電期間とコンデンサの極性を反転する出力期間とが繰り返される。なお、チャージポンプ回路としてはインバータを用いたコンデンサのスイッチング(極性の反転)を用いる構成に限らず、スイッチを用いてコンデンサの接続経路を切り替える構成など、公知な回路構成のいずれを用いてもよい。 By inputting a pulse signal having two levels of ground potential (0V) and power supply voltage VIN to the inverter INV from the outside, the charging period of the capacitor by the power supply voltage VIN and the charging period and the output period of reversing the polarity of the capacitor can be set. Repeated. The charge pump circuit is not limited to a configuration that uses capacitor switching (polarity reversal) using an inverter, and any known circuit configuration such as a configuration that switches the capacitor connection path using a switch may be used. ..
なお、電圧生成回路210は多段構成であり、生成可能な電圧レベルの種類は接続する単位回路の段数を増減することによって変更可能である。段数を増やすほど、レベル(振幅)の大きい電圧(絶対値の大きな電圧)が生成可能となる。
The
点O2〜O5に直列に接続されている複数のダイオードは出力期間に電荷が逆流することを防止するために設けられている。出力期間において、電圧生成回路210の点O2〜O5からみると、充電期間にVINに充電されたコンデンサがインバータINVとの間にそれぞれ異なる数だけ接続された状態になり、点O2〜O5の電位は2VIN〜5VINとなる。
A plurality of diodes connected in series to points O2 to O5 are provided to prevent backflow of charge during the output period. In the output period, when viewed from points O2 to O5 of the
したがって、点O2〜O5のうち1つを選択的に出力線と接続することにより、接続した点に応じたレベルの電圧を出力線から供給することができる。本実施形態ではVINをそのまま出力として用いないため、VINをそのまま出力するための選択スイッチを設けていないが、VINを選択スイッチ回路220で選択できるように構成してもよい。
Therefore, by selectively connecting one of the points O2 to O5 to the output line, a voltage at a level corresponding to the connected point can be supplied from the output line. In the present embodiment, since VIN is not used as it is as an output, a selection switch for outputting VIN as it is is not provided, but the VIN may be configured so that it can be selected by the
選択スイッチ回路220は、電圧生成回路210の点O2〜O5の1つを選択的に出力線に接続するための回路であり、点O2〜O5と1対1の対応で設けられた4つの選択スイッチSW1〜SW4を有している。選択スイッチSW1〜SW4はそれぞれMOS−FETを用いた同一構成であり、制御信号の電圧によってオンおよびオフを制御することができる。
The
本実施形態においては、負電圧を供給する電圧供給回路100と同様、出力する正電圧のレベルを選択するための選択スイッチを、FETを用いた半導体スイッチとして実現した。そのため、選択スイッチのオンオフを電圧制御することができるほか、実装時の高さ寸法の点で有利である。さらに、電圧供給回路100と同様の制御信号を用いることができるため、正電圧と負電圧とが同じ絶対値を有するバイポーラパルスを生成する際に、電圧供給回路100および200で出力電位の絶対値が等しい1対の選択スイッチを同じ制御信号を用いてオンオフ制御することができる。
In the present embodiment, similarly to the
図2(b)は、スイッチ回路220に含まれる選択スイッチSW1〜SW4の1つを抜き出して示したものである。選択スイッチはPch MOS−FET(以下、P−FETと呼ぶ)とNch MOS−FET(以下、N−FETと呼ぶ)を1つずつ用いて構成されている。
FIG. 2B shows one of the selection switches SW1 to SW4 included in the
N−FET221Nは、ソースが接地され、ゲートに制御信号が入力される。また、P−FET221Pは、ソースに入力(点O2〜O5の1つ)が接続され、ドレインが出力線に接続されている。また、N−FET221NのドレインとP−FET221Pのゲートとが接続されている。抵抗222、223はP−FET221Pのソース−N−FET221Nのドレイン間の電位を分圧し、P−FET221Pのゲート電位を生成する。
The source of the N-
N−FET221Nはゲートに入力される、論理ローおよびハイレベルを取り得る制御信号がハイレベルのときにオンする。選択スイッチSW1〜SW4はそれぞれ、P−FET221Pのソースが接続される点O2〜O5の電位が異なるため、接続されているN−FET221Nのオンに応じてP−FET221Pがオンするように抵抗222、223の値がそれぞれ定められる。
The N-
このように、本実施形態によれば、負電圧に対する選択スイッチSW1〜SW4(図2(a))と正電圧に対する選択スイッチSW1〜SW4(図2(b))とを、P−FETとN−FETとを入れ替えた回路構成によって実現することができる。 As described above, according to the present embodiment, the selection switches SW1 to SW4 (FIG. 2 (a)) for negative voltage and the selection switches SW1 to SW4 (FIG. 2 (b)) for positive voltage are used as P-FET and N. It can be realized by a circuit configuration in which the −FET is replaced.
図4は、図1〜図3を用いて説明した電圧供給回路100、200を用いた超音波診断装置を模式的に示した機能ブロック図である。なお、図4における超音波診断装置は、プローブに含まれる振動子を駆動するバイポーラパルスの生成に電圧供給回路100、200を用いる構成に着目して記載したものであり、一般的な超音波診断装置が有する構成であっても記載を省略しているものがある。
FIG. 4 is a functional block diagram schematically showing an ultrasonic diagnostic apparatus using the
制御部300は例えばCPUのようなプログラマブルプロセッサと、ROMと、RAMとを有し、ROMに記憶されたプログラムをRAMに読み込んで実行することによって超音波診断装置の各部を制御し、装置の機能を実現する。制御部300は例えばコンソールのような操作部360を通じたユーザ指示に応じて、制御信号生成回路310および切換回路330の動作を制御し、バイポーラパルスの電圧レベルやパルス幅などを変更する。
The
制御信号生成回路310は、制御部300の制御に従い、電圧供給回路100および200の選択スイッチ回路120および220のそれぞれにおいて選択スイッチSW1〜SW4のうち1つをオンにする制御信号を電圧供給回路100および200に供給する。
The control
クロック生成回路320は電源レベルと接地レベルとが所定周期で繰り返されるクロックパルスを生成し、電圧供給回路100および200のインバータINVに供給する。
切換回路330は、電圧供給回路100が出力する負電圧と、電圧供給回路200が出力する正電圧とを、制御部300の制御に従ったタイミングで交互に選択して出力することによりバイポーラパルスを生成し、振動子400に供給する。
The
The
振動子400は超音波パルスを送信し、受信したエコーを電気信号に変換して信号処理回路340に出力する。なお、ここでは便宜上1つの振動子の駆動についてのみ記載しているが、当分野で周知であるように、複数の振動子を様々なタイミングで駆動することが可能である。
The
信号処理回路340は受信した電気信号に対して測定モードに応じた処理を実行し、例えばLCDである表示部350に表示するための画像を生成する。そして、生成した画像を表示部350に表示する。
The
このように、本実施形態に係る電圧供給回路100、200を用いることによって、レベル(振幅の大きさ)の異なる複数種類のバイポーラパルスが容易に生成でき、たとえば超音波診断装置における振動子の駆動に好適に利用できる。
As described above, by using the
なお、本実施形態に係る電圧供給回路は、少なくとも負電圧について動的に異なるレベルの電圧を用いる任意の電子機器に適用することができる。医療機器であれば、2相性波形(バイフェージック)を用いる除細動器などを例示することができる。 The voltage supply circuit according to the present embodiment can be applied to any electronic device that dynamically uses different levels of voltage for at least negative voltage. For medical devices, defibrillators and the like that use a biphasic waveform can be exemplified.
100、200…電圧供給回路、110、210…電圧生成回路、120、220…選択スイッチ回路 100, 200 ... Voltage supply circuit, 110, 210 ... Voltage generation circuit, 120, 220 ... Selection switch circuit
Claims (8)
前記第1の電圧生成回路から出力する負電圧のレベルを選択するための複数の第1の選択スイッチと、
を有する電圧供給回路であって、
前記第1の選択スイッチが、正電圧を用いてオンオフ制御可能な半導体スイッチであることを特徴とする電圧供給回路。 A first voltage generation circuit that can output negative voltages of different levels,
A plurality of first selection switches for selecting the level of the negative voltage output from the first voltage generation circuit, and
Is a voltage supply circuit with
A voltage supply circuit, wherein the first selection switch is a semiconductor switch that can be turned on and off using a positive voltage.
前記Pch MOS−FETは、ゲートが接地され、スイッチの制御信号がソースに入力され、ドレインが前記Nch MOS−FETに接続され、
前記Nch MOS−FETは、前記第1の電圧生成回路が出力可能な1レベルの負電圧がソースに入力され、該ソースとゲートが接続され、前記制御信号が論理ハイレベルの際に前記ソースに入力されている負電圧をドレインから出力する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電圧供給回路。 Each of the first selection switches is composed of a combination of Nch MOS-FET and Pch MOS-FET.
In the Pch MOS-FET, the gate is grounded, the control signal of the switch is input to the source, and the drain is connected to the Nch MOS-FET.
In the Nch MOS-FET, a one-level negative voltage that can be output by the first voltage generation circuit is input to the source, the source and the gate are connected, and the control signal is sent to the source when the control signal is at a logical high level. Output the input negative voltage from the drain,
The voltage supply circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein the voltage supply circuit is characterized.
前記第2の電圧生成回路から出力する正電圧のレベルを選択するための複数の第2の選択スイッチと、
前記第1の選択スイッチが選択する負電圧と、前記第2の選択スイッチが選択する正電圧とを切り替えて出力する切り替え手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電圧供給回路。 A second voltage generation circuit that can output positive voltages of different levels,
A plurality of second selection switches for selecting the level of the positive voltage output from the second voltage generation circuit, and
A switching means for switching and outputting a negative voltage selected by the first selection switch and a positive voltage selected by the second selection switch.
The voltage supply circuit according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
前記電圧供給回路の前記切り替え手段が出力する電圧で駆動される振動子と、
前記振動子で検出した信号に基づいて画像を生成する生成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。 The voltage supply circuit according to claim 5 or 6,
An oscillator driven by the voltage output by the switching means of the voltage supply circuit, and
A generation means for generating an image based on the signal detected by the vibrator, and
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by having.
前記電圧供給回路の前記切り替え手段が出力する電圧を用いることを特徴とする電子機器。 The voltage supply circuit according to claim 5 or 6 is provided.
An electronic device using a voltage output by the switching means of the voltage supply circuit.
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