KR0120660Y1

KR0120660Y1 - 초음파 진단장치의 초음파신호 필터회로

Info

Publication number: KR0120660Y1
Application number: KR2019930000528U
Authority: KR
Inventors: 조형준; 변종덕
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1993-01-15
Filing date: 1993-01-15
Publication date: 1998-07-01
Also published as: KR940018973U

Abstract

본 고안은 의료기기에 주로 사용되는 초음파 진단장치의 초음파신호 필터회로에 관한 것으로, 특히 파사체로 부터 반사되어 수신되는 초음파신호의 통과대역을 고역에서 저역으로의 이동을 선형적으로 하고, 그 통과대역폭을 외부에서 조절하여 초음파 수신신호에 대하여 왜곡없이 추출할 수 있도록 한 초음파 진단장치의 초음파신호 필터회로에 관한 것으로, 수신되는 초음파신호의 대역폭의 변화를 가변 하는 가변저항(VR)으로 구성되는 가변수단과, 상기 가변수단에서 가변된 초음파수신신호를 제어전압(VC)에 의하여 가변된 임피던스값을 귀환시켜 통과대역의 중심주파수를 고역에서 저역으로 선형적 이동시켜 주는 저항(R1~R9), 전계효과트랜지스터(FET), 연산증폭기(OP1-OP3), 임피던스(Z1)(Z2)로 구성되는 제어전압가변 임피던스수단(LEG)으로 구성하여 수신되는 초음파신호에 대하여 왜곡없는 신호를 탐지할 수 있도록 한 것임.

Description

초음파 진단장치의 초음파신호 필터회로

제1도는 초음파 진단장치의 제어블럭도

제2도는 종래 초음파신호필터회로도

제3도는 종래 초음파신호필터회로의 주파수 특성도

제4도는 본 고안 초음파신호필터회로도

제5도는 제4도의 등가회로도

제6도는 본 고안 초음파신호필터회로의 주파수 특성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1:제어회로2:송수신회로

3:초음파탐촉자4:수신증폭부

5:대역통과필터6:로직증폭부

7:디지탈스캔 콘버터8:씨알티제어회로

9:씨알티R1-R9:저항

FET:전계효과트랜지스터OP1-OP3:연산증폭기

본 고안은 의료기기에 주로 사용되는 초음파 진단장치의 초음파신호 필터회로에 관한 것으로, 특히 파사체로 부터 반사되어 수신되는 초음파신호의 통과대역을 고역에서 저역으로의 이동을 선형적으로 하고, 그 통과대역폭을 외부에서 조절하여 초음파 수신신호에 대하여 왜곡없이 추출할 수 있도록 한 초음파 진단장치의 초음파신호 필터회로에 관한 것이다.

일반적으로 초음파 진단장치는 제1도에 도시한 바와같이, 제어회로(1)로 부터 제어신호를 받은 송수신회로(2)가 구동하면서 초음파탐촉자(1)를 구동시켜 초음파신호를 탐지하고 이 탐지된 초음파신호는 상기 송수신회로(2)를 통해서 수신하며 이 수신된 초음파신호는 수신증폭부(4)를 통해서 증폭한후 상기 제어회로(1)의 제어신호에 의하여 소정의 주파수 대역만을 통과시키는 대역통과필터(5)를 거쳐 소정의 대역을 로직증폭부(6)에서 증폭하고 이 증폭된 신호는 디지탈스캔 콘버터(7)를 통해서 초음파 증폭신호를 디지탈신호로 바꾸어 씨알티(9)에 입력하며 상기 씨알티(9)에서는 상기 제어회로(1)로 부터 제어신호를 받아 구동하는 씨알티제어회로(8)의 제어에 의하여 상기 디지탈스캔 콘버터(7)에서 입력된 디지탈 신호를 디스플레이 시켜 초음파 진단을 하도록 되어 있다.

상기와 같이 초음파탐촉자(1)로 탐지된 초음파신호를 씨알티(9)로 디스플레이 하기위하여 소정의 주파수 대역으로 필터링을 하게 되는 초음파신호 필터회로의 경우, 종래에는 제2도에 도시한 바와 같이, 직렬접속 되는 콘덴서(C1-C3)각각에 병렬로 각각의 전계효과트랜지스터(FET1-FET3)를 접속하여서 된 고역통과필터(HPF)와, 직렬접속 되는 각각의 전계효과트랜지스터(FET4-FET6) 각각에 병렬로 콘덴서(C4-C6)를 접속한 저역통과필터(LPF)를 각각 구성하거나, 또는 상기의 필터들을 트랜지스터의 다이오드 접속, 가변용량, 다이오드소자 들로 구성하는 경우 이들 조합을 통해서 초음파신호에 대한 필터 동작을 행하였으나, 상기와 같은 전계효과트랜지스터, 콘덴서 또는 트랜지스터, 가변용량, 다이오드를 조합하여 구성한 대역통과필터는 채용된 각각의 소자 즉 트랜지스터의 다이오드 접속, 단순 전계효과트랜지스터, 가변용량, 다이오드의 특성상 조정전압에 비해 통과대역 이동에 대한 선형성을 보장하기 어려워 초음파 수신신호의 심도에 따른 변화 즉 통과대역의 고역에서 저역으로 이동하는 변화를 선형적으로 조절 및 통과대역의 선형적인 변화를 보장하기 어렵고, 또한 저역통과필터(LPF)와, 고역통과필터(HPF)의 조합으로 구성된 필터를 이용하여 초음파 수신신호를 대역통과 시킬때, 통과대역의 대역폭은 고정된 소자값 과의 관계에 따라 대역폭이 결정되어 수신신호의 대역폭이 변화할 수가 없어, 그 부근의 신호왜곡이 있을수 밖에 없게 되어 제3도에 도시한 바와같이, 통과대역 내에서 감쇄가 발생하고 저역차단주파수 근처의 신호나 고역차단주파수 근처의 신호들에 대하여 신호왜곡이 발생하며, 또한 심도에 따라 변화하는 초음파 신호의 통과대역이 고정되어 필요한 정보에 왜곡이 발생됨으로 해서 초음파 수신 신호에 대한 정확한 정보 추출이 어려운 문제점을 가지게 되었다.

따라서 본 고안의 목적은 초음파탐촉자로 탐지되어 수신되는 초음파신호중 소정의 대역폭을 통과시키는 필터를 전계효과트랜지스터와 연산증폭기로 구성되는 제어전압가변임피던스수단으로 구성하여 통과대역내의 감쇄를 줄이고 수신신호의 왜곡을 막으며 통과대역의 이동을 고역으로 부터 저역으로 까지 제어전압에 따라 선형변화를 가능케 하여 정확한 초음파 진단장치를 제공하고자 하는데 있으며, 상기의 목적을 실현하기 위하여 본 고안은 수신되는 초음파신호의 통과대역폭을 조정하는 가변수단과, 상기 가변수단을 통과한 통과대역에 대하여 가변된 임피던스값을 증폭하고 귀환시켜 대역폭변화를 선형적으로 변화하는 제어전압가변 임피던스수단으로 구성하여서 된 것이다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 고안 초음파 진단장치의 반사신호 필터회로도로서, 수신되는 초음파신호의 대역폭의 변화를 가변 하는 가변저항(VR)으로 구성되는 가변수단과, 상기 가변수단에서 가변된 초음파수신신호를 제어전압(VC)에 의하여 가변된 임피던스값을 귀환시켜 통과대역의 중심주파수를 고역에서 저역으로 선형적 이동시켜 주는 저항(R1-R9), 전계효과트랜지스터(FET), 연산증폭기(OP1-OP3), 임피던스(Z1)(Z2)로 구성되는 제어전압가변 임피던스수단(LEG)으로 구성하여서 된 것이다.

도면중 미설명부호 C는 캐패시터 이고, 임피던스(Z1) 1/S C1, 임피던스(Z2)는 R1으로 구성한다.

제5도는 제4도의 반사신호 필터회로의 등가회로 이다.

제6도는 본 고안에 적용되는 초음파신호의 중심주파수 이동상태를 나타낸 특성도이다.

상기와 같이 구성된 본 고안의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

피사체로부터 반사되는 초음파신호를 초음파탐촉자(3)로 탐지하고 이탐지된 초음파신호는 송수신회로(2)와 수신증폭부(4)를 통해서 증폭되고, 이증폭된 초음파신호는 소정의 대역만을 통과시키는 가변저항(VR), 전계효과트랜지스터(FET), 연산증폭기(OP1-OP3)를 통해서 상기 가변된 임피던스값을 귀환시켜 주고 그 통과대역이 선형적으로 변화시켜 주게 되는데, 이때 통과대역이 선형적으로 변화시키는 과정을 살펴보면, 상기 제어전압가변 임피던스수단(LEG)은 제5도에 도시한 바와같이, 등가회로로 구성할 수 있어, 상기 등가회로의 등가 임피던스(Leg)는 임피던스(Z1)에 캐패시터(C1)를 접속하였을 경우, 임피던스 Z1=1/SC1, 임피던스(Z2)에 저항(R)을 접속하였을 경우 임피던스 Z2=R으로 되어, 전계효과트랜지스터(FET)의 드레인에 흐르는 전류 ID는

ID=2 IDSS / VP²(VGS-VP-VDS/2) VDS 로 되며,

여기서 ID=FET의 드레인 전류

IDSS=포화 전류

VGS=게이트 와 소오스 간 전압

VDS=드레인 과 소오스 간 전압

VP=핀치오프 전압 이다.

상기 VGS를 VC / 2+VDS / 2 가 되도록 하면,

ID=2 IDSS / VP²(VC / 2-VP) VDS 가 되고, 이때 VC=제어 전압이다.

따라서 전계효과트랜지스터(FET)간의 저항값 RDS는

RDS=VP²/ IDSS (VC-2 VP) 가 된다.

이때 제5도에서 보는바와 같이 임피던스 Z1=1 / SC1, Z2=R 으로 하면,

제어전압가변 임피던스부(Lge)는 Leg=C1·R·RDS

즉 leg=C1·R·VP²/ IDSS (VC-2 VP)가 되어 제어전압 VC에 따라 임피던스 값이 변화하게 된다.

또한 통과대역폭 BW=1 / VR·C 로 결정되어 가변저항(VR)의 변화에 따라 통과대역폭을 바뀌 줄 수 있고 최종으로 통과대역 중심주파수 fo는

로 되어 제6도에 도시한 바와같이 초음파 수신신호의 중심주파수를 고역에서 저역으로 제어전압 VC에 따라 선형적으로 통과대역을 조절 및 이동할 수가 있게 된다.

상기와같이 통과대역의 중심주파수를 선형적으로 이동 조절된 초음파탐지 신호는 로직증폭부(6), 디지탈스캔 콘버터(7)를 통해서 디지탈신호로 바꾸어 제어회로(1)와 씨알티제어회로(8)의 제어신호로 상기 씨알티(9)를 통해서 상기 탐지된 초음파신호를 디스플레이 시키게 되는 것이다.

이와같이 반사되어 수신되는 초음파신호를 소정의 주파수대역 만을 통과시키는 대역통과필터를 제어전압 가변 임피던스부(LEG)로 구성하여 상기 통과대역의 고역에서 저역으로 이동하는 변화를 선형적으로 조절 및 통과대역의 선형적인 변화를 갖게 함으로써, 통과대역내의 수신신호 감쇄를 피할수 있어 부가적인 증폭장치 즉 감쇄에 따른 별도의 보상장치가 필요가 없으며, 또한 가변저항을 이용하여 저역통과 주파수와 고역통과주파수 부근의 신호왜곡(통과대역폭의 변화)를 조정할 수 있어 신호왜곡을 최소화 할 수 있고, 상기 제어전압 가변 임피던스부에는 그 가변값의 선형성 보장을 위하여 임피던스 귀환 증폭기를 채용하여 통과대역의 중심주파수의 이동을 고역으로 부터 저역으로 까지 제어전압에 따라 선형변화를 가능하게 함으로써 정확한 초음파 진단성능을 발휘할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims

초음파탐촉자로 부터 탐지된 초음파 신호중 소정의 주파수 대역만을 통과 시키는 필터를 구비한 초음파 진단장치에 있어서, 상기 탐지된 초음파신호의 통과대역폭을 조정하는 가변수단과, 상기 가변수단을 통과한 통과대역에 대하여 가변된 임피던스값을 증폭하고 귀환시켜 대역폭변화를 선형적으로 변화하는 제어전압가변 임피던스수단으로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 초음파진단장치의 초음파신호필터회로.
제1항에 있어서, 통과대역에 대하여 중심주파수의 이동을 제어전압에 따라 고역에서 저역으로 선형적변화 시켜줄 수 있도록 하여서 된 것을 특징으로 하는 초음파진단장치의 초음파신호 필터회로.
제1항에 있어서, 제어전압가변 임피던스수단은 저항(R1-R9), 전계효과트랜지스터(FET) 연산증폭기(OP1-OP3)로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 초음파 진단장치의 초음파신호필터회로.