WO2006059600A1

WO2006059600A1 - スイッチ回路とその制御方法及び超音波診断装置

Info

Publication number: WO2006059600A1
Application number: PCT/JP2005/021887
Authority: WO
Inventors: Kenji Hara; Junichi Sakano; Satoshi Tamano
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-06-08
Also published as: JP2006149720A

Abstract

　縦横に並んだ信号線の各交点にアナログスイッチを接続し、予定のスケジュールに従って、周期的に多数のスイッチのオン／オフ状態の設定を行い、多数の入出力端子間でアナログ信号の振分けを行うスイッチ回路において、スイッチの設定期間において、オン／オフ状態の切換え時に発生するスパイク電圧を低減する。　多数のスイッチのうち、オン／オフ間切換えを行う順序が隣合うスイッチを、それぞれ別グループとなる複数グループに分け、各グループ間でスイッチのオン／オフ間切換えタイミングをずらす。これにより、スイッチ切換え時のスパイクが重畳せず、大きなノイズの発生を防止できる。

Description

スィッチ回路とその制御方法及び超音波診断装置

技術分野

[0001] 本発明は、スィッチ回路とその制御方法及び超音波診断装置に係り、特に、複数の第 1の端子と、複数又は 1つの第 2の端子との間で、アナログ信号を振分ける複数のスィッチを備えたスィッチ回路とその制御方法及びこのようなスィッチ回路を用いた超音波診断装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、入力した複数のアナログ信号を、複数の出力端子へ振分けるスィッチ回路の要求が強くなつている。特に、超音波診断装置においては、送信回路から振動子への超音波信号の送信切換え及び振動子から受信回路への超音波信号の受信振分け機能を持ち、超音波診断装置の高画質化に伴い、高精度に信号の伝達 Z遮断を制御できるスィッチ回路が望まれている。し力も、高画質化に対応するため、超音波信号及び振動子の多チャネル化が進み、これに伴うスィッチ数は増大する傾向にある。

[0003] このようなスィッチ回路において、スィッチのオン/オフ切換え時に発生するスパイク電圧が問題となる場合がある。例えば、超音波診断装置の整相回路に上記スイツチ回路が用いられた場合を考える。ここで、超音波診断装置における整相回路とは、探触子に備わる各振動子が、被験体内で反射されて戻ってくる超音波 (エコー)を受信することで出力する信号 (エコー信号)を、各振動子毎に適宜な量だけ遅延して加算する機能を備えた回路である。この整相回路は、各振動子力ものエコー信号を遅延し加算する遅延線の他に、多数のアナログスィッチを含むスィッチ回路を備えている。すなわち、スィッチ回路は、それぞれ複数の第 1及び第 2の信号線を網の目状に交差させて配置し、全ての交点に各々アナログスィッチを接続した構成である。この第 1の信号線群が振動子群にそれぞれ接続され、第 2の信号線群が遅延線に設けられたタップ群にそれぞれ接続されて、る。各振動子力のエコー信号の遅延量の制御は、超音波ビームの発射方向に応じてスィッチ回路内の各スィッチのオン Zオフ状態を設定することによって、それらエコー信号を入力させるタップを切換えることで行われる。

[0004] このスィッチ回路の設定時、すなわち各スィッチのオン Zオフ状態の切換え時にはノイズが発生し、そのノイズは、第 2の信号線を介して遅延線に侵入する。遅延線に侵入したノイズは、侵入した遅延線によって決まる遅延時間が経過した後、遅延線から出力される。出力されたノイズは、受信回路内で本来のエコー信号と共に処理され、診断画像の画質を低下させるという不具合がある。この不具合に対処するために、例えば、特許文献 1に開示された技術がある。

[0005] 特許文献 1では、遅延線を有する整相回路において、ノイズによる画質の低下を回避するため、スィッチ回路の設定時に発生したノイズがすべて遅延線を通過するのを待って、本来の超音波ビームの送受信を行う。このため、遅延時間の大きな遅延線に接続すべき振動子に接続されるスィッチの設定順序を早くすることで、全てのノィズが遅延線を通過するのに要する時間を短縮している。

[0006] 特許文献 1：特開平 10— 5129号公報 (全体）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、特許文献 1では、多数のスィッチの設定時に発生したノイズがすべて遅延線を通過するのを待って本来の超音波ビームの送受信を行うものであり、無駄時間による効率悪ィ匕は避けられない。また、このスィッチ回路では、複数のスィッチの同時設定によって大きなスパイク電圧が発生する。例えば、超音波信号を 2次元に配列された振動子アレイ上で走査し、 3次元像を取得する 3次元超音波診断装置において、振動子への超音波信号の送波切換えにスィッチ回路を使用する場合、数万から数十万個のスィッチを必要とする。この場合、多数のスィッチの切換え動作を開始するタイミングが同一となることで、スィッチ切換え時の電源力もの貫通電流が入出力端子にて重畳し、大きなスパイク電圧が発生する。発生したスパイク電圧は振動子において超音波ビームに変換され、被験体内に飛散しノイズとなる。これにより虚像が現れるなど診断画像の画質を低下させる問題があり、前記無駄時間を取去ることは困難であった。 [0008] 本発明は、各スィッチのオン Zオフ状態の設定時におけるスパイクノイズを低減できるスィッチ回路を提供することを目的とする。

[0009] また、本発明の他の目的は、ノイズ消滅を待つ無駄時間を省き高効率でかつ超音波像の画質改善を図ることのできる超音波診断装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 本発明はその一面において、複数の第 1の端子と、 1つ又は複数の第 2の端子と、これら第 1と第 2の端子の間に接続された複数のスィッチと、これら複数のスィッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン Zオフ状態の設定を行う設定手段とを備え、前記第 1と第 2の端子の間でアナログ信号を振分けるスィッチ回路において、複数の前記スィッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスィッチを、前記設定期間内にお、てずらしたタイミングで、オン Zオフ切換え駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。

[0011] 本発明は他の一面において、スィッチ回路が絶縁膜により素子分離された半導体基板上に集積して形成され、信号入力端子及び信号出力端子に接続される複数の素子をトレンチ溝で分離する。

[0012] 本発明は、さらに他の一面において、 1つの方向に隣合う負荷に接続された 2つのスィッチが互いに別グループとなるようにグループ分けし、それぞれのグループ間でスィッチのオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらして駆動するスィッチ回路を、超音波診断装置の振動子と送受信回路の間で超音波信号の切換え手段として用いることを特徴とする。

発明の効果

[0013] 本発明の望ましい実施態様によれば、スィッチのオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらして駆動することにより、スィッチ切換え時の電源からの貫通電流をタイミング的に分散させ、発生するスパイク電圧が重畳されて大きくなることを防止する。スパイク電圧の大きさを小さく抑えることにより、スノイク電圧により励起される超音波信号 (ノイズ)が低減される。

[0014] また、本発明の望ま、実施態様によれば、複数の半導体スィッチをトレンチ溝で分離することにより、基板への寄生容量を低減し、高周波、大振幅の超音波信号を駆動でき、超音波信号の SZN比を改善し、超音波診断装置の画質の改善を図ることがでさる。

[0015] さらに、本発明の望ましい実施態様によれば、超音波診断装置の振動子と送受信回路の間で超音波信号を切換えるスィッチ回路のスノイク電圧の大きさを小さく抑えることにより、スィッチ回路の設定のための無駄時間を小さくし、効率的診断が可能な超音波診断装置を実現できる。

[0016] 本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の説明によって明らかにする。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の一実施形態によるスィッチ回路の構成図。

[図 2]図 1におけるスィッチのオン Zオフ間の切換え動作のタイムチャート。

[図 3]図 1におけるスィッチのオン Zオフ間の切換え動作の他のタイムチャート。

[図 4]本発明の第 2の実施形態によるスィッチ回路の構成図。

[図 5]図 4におけるスィッチのオン Zオフ間の切換え動作のタイムチャート。

[図 6]本発明の第 3の実施形態によるスィッチ回路の構成図。

[図 7]図 6におけるスィッチのオン Zオフ間の切換え動作のタイムチャート。

[図 8]スィッチ回路を含む半導体装置を接続した本発明の実施形態を示す構成図。

[図 9]図 8における半導体装置のオン Zオフ状態切換え動作のタイムチャート。

[図 10]スィッチ回路を半導体基板上に集積した本発明の一実施形態による半導体装置の断面図。

[図 11]本発明のスィッチ回路を半導体基板上に集積した別の実施形態の構成ィメージ図。

[図 12]図 11の一部分の断面構造図。

[図 13]スィッチ回路を用いて構成した超音波診断装置の本発明による一実施形態の全体概略構成ブロック図。

[図 14]本発明の一実施形態による超音波診断装置の探触子の具体的構成例図。

[図 15]同じく超音波診断装置に用いるスィッチ回路の具体的構成例図。

[図 16]図 15におけるスィッチ回路ブロック # 1の具体的構成例図。 [図 17]図 16におけるスィッチのオン Zオフ間の切換え動作のタイムチャート。

符号の説明

[0018] 10· ··スィッチ回路、 101〜106, 111〜： L lk, 121〜12k, 131〜13k, lnl〜： Lnk …スィッチ、 110〜130, 151〜15m…スィッチ回路ブロック、 141〜144· ··スィッチ回路を含む半導体装置、 201〜20k, 211〜24m…第 1の入出力端子、 301〜306 …第 1の信号線、 40, 401〜40η· ··第 2の入出力端子、 50…第 2の信号線、 60· ··探触子、 601-606, 611〜61m…振動子、 70· ··制御回路、 92· ··送信回路、 93· ··受信回路、 94· ··超音波表示回路、 95· ··画像表示器。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

[0020] 図 1は、本発明の一実施形態によるスィッチ回路の構成図である。図 1において、スイッチ回路 10は、まず、 6つの第 1の入出力端子 201〜206に繋がる第 1の信号線 3 01〜306と、第 2の入出力端子 40に繋がる第 2の信号線 50を持つ。そして、これらの入出力端子間で、入力した 1つ又は複数のアナログ信号を複数又は 1つの出力信号に振分ける機能を持つ。この振分け機能を達成するため、第 1の信号線 301〜30 6と第 2の信号線 50との交点にアナログスィッチ 101〜106を設けている。

[0021] 第 1の入出力端子 201〜206には、それぞれ負荷（出力）となり、あるいは信号発生源 (入力）となる振動子 601〜606が接続され、これらの振動子 601〜606は、直線上に並べて配置されている。一方、第 2の入出力端子 40には、例えば、整相回路の遅延線のあるタップが接続される。これにより、 1つの入出力端子 40から入力した 1つのアナログ信号を、複数の入出力端子 201〜206に振分けて出力することができ、あるいは、複数の入出力端子 201〜206から入力した複数のアナログ信号を、 1つの入出力端子 40から出力することができる。

[0022] ここで、この実施形態においては、スィッチ回路 10内の各アナログスィッチ 101〜1 06を、隣合う振動子 601-606に接続されるスィッチが互、に別グループとなるようにグループ分けしている。例えば、スィッチ 101と 104は第 1グループ、スィッチ 102 と 105は第 2グループ、スィッチ 103と 106は第 3グループである。

[0023] 図 2は、スィッチ回路 10内の各スィッチ 101〜106のオン Zオフ状態の設定動作を示すタイムチャートである。

[0024] まず、スィッチ回路 10内の各スィッチのオン Zオフ状態の設定は、ある規則性を持つスケジュールに沿って行われることに注意すべきである。この例においては、図 2 に示したように、超音波送受波期間 1〜3において、それぞれスィッチ 101, 102, 10 3の順に、唯一のスィッチだけがオンされている。これは、超音波診断装置の走査動作により、例えば、振動子 601の状態力順次、隣の振動子 602, 603へとシフトされるカゝらである。

[0025] そこで、この実施形態においては、各設定期間 1や 2においてオン Zオフ状態の切換えや更新を行う場合、各スィッチ 101〜106は、図 2に示すように、各設定期間 1, 2内において、グループ毎にタイミングをずらしている。すなわち、スィッチ 101, 104 は、図 2の時刻 tl, t4にてオン Zオフ間の切換えもしくはオン Zオフ状態の更新を行う。次に、スィッチ 102, 105は、時刻 t2, t5にてオン Zオフ間の切換えや更新を行い、最後に、スィッチ 103, 106は、時刻 t3, t6にてオン/オフ間の切換えや更新を行う。この結果、図 2に符号 A及び Bで示すように、同一の設定期間 1又は 2内において、オン/オフ間の切換えが必要な隣接スィッチ 101と 102又は 102と 103は、時刻 tlと t2又は t5と t6というように、タイミングをずらして切換え駆動される。

[0026] スィッチ 101〜106のオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらすことなく行った場合、スィッチのオン/オフ間の切換え時に発生するスパイクノイズは、入出力端子 40 に重畳して大きく現れる。

[0027] これに対し、本実施形態では、スィッチ 101〜106のオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらしており、比較的大きなスパイクノイズを発生するオン Zオフ間の複数の切換えが同一時刻で発生し、重畳して大きなノイズとなることは無い。このため、例えば、超音波診断装置の画質に悪影響を与えるようなことはな、。

[0028] 振動子 601〜606に接続されるスィッチ 101〜106のうち、オン Zオフ間切換えが連続するスィッチを別グループとすることは、特に、超音波診断装置の走査動作のように、ある状態が、隣合うスィッチに順次シフトするような用途において有効である。図 2に示したように、超音波送受波期間 1においては、図 1のスィッチ 101がオン、その他のスィッチ 102〜106はオフに設定されている。次の超音波送受波期間 2においては、送受波期間 1の状態がシフトし、スィッチ 102がオン、その他はオフに設定される。一般にスィッチは、オン Zオフ間で状態を切換える際に発生するノイズは大きぐオン力オン及びオフ力オフに状態を更新する際に発生するノイズは小さい。ここで、オン Zオフ間の切換え時に発生するノイズのエネルギーを 1、更新時に発生するノイズのエネルギーを 0. 1として入出力端子 40に現れるノイズのエネルギーを計算してみる。すると、全スィッチの切換えを同時に行う場合、設定期間 1, 2でスィッチ回路 10を設定する際に入出力端子 40に現れるノイズのエネルギーは、全スィッチで発生するノイズエネルギーが重畳してそれらの総和となり、 2. 4である。

[0029] 一方、この実施形態により、スィッチのオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらした場合、入出力端子 40に現れるノイズのエネルギーは、最大でも、時刻 tl, t2や t5 , t6における 1. 1となる。このように、ノイズのエネルギーは、同時に切換えを行った場合の 1Z2以下となる。

[0030] この実施形態を要約すると次の通りである。まず、複数の第 1端子 201〜206と、 1 つの第 2端子 40と、これら第 1第 2端子間に接続された複数のスィッチ 101〜106と、これら複数のスィッチに対し周期的設定期間毎に予定スケジュールでオン Zオフ状態の設定を行う設定手段を備えている。これにより、第 1と第 2の端子の間でアナログ信号を振分けるスィッチ回路を構成している。ここで、複数のスィッチ 101〜106を 3 つのグループ G1〜G3に分割する分割手段を備えている。また、分割された複数のグループ間のスィッチを、設定期間 1や 2内において、ずらしたタイミング tl〜t3で、オン Zオフ切換え駆動する駆動手段を備えてヽる。

[0031] このように、スィッチのオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらして駆動することにより、発生するスノイク電圧が重畳されて大きくなることを防止でき、スパイク電圧により励起されるノイズを低減できる。

[0032] 図 3は、本発明のスィッチ回路の図 1の実施形態における別のスィッチ投入順序の例を示す動作タイムチャートである。この例では、各超音波送受波期間 1〜3において、それぞれ隣接する 2つのスィッチ 101と 102、 102と 103並びに 103と 104力 Sオンされる場合を示している。

[0033] スィッチ 101〜106のオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらすことなく行った場合、スィッチのオン zオフ間の切換え時に発生するスパイクノイズは、前述同様に、入出力端子 40に重畳して大きく現れる。

[0034] これに対し、本実施形態では、スィッチ 101〜106のオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらしており、図 3に符号 C及び Dで示すように、設定期間 1や 2において、複数のオン Zオフ状態の切換えが同時に生じることは無い。したがって、比較的大きなスパイクノイズを発生するオン Zオフ間の複数の切換えが同一時刻で発生し、重畳して大きなノイズとなることは無い。このため、例えば、超音波診断装置の画質に悪影響を与えるようなことはな、。

[0035] この場合も、図 2と同様に、全スィッチの切換えを同時に行う場合、設定期間 1, 2にお!、て入出力端子 40に現れるノイズのエネルギーは、全スィッチで発生するノイズェネルギ一が重畳して、 2. 4である。これに対して、本実施形態によれば、入出力端子 40に現れるノイズのエネルギーは、最大でも、時刻 tl, t3や t4, t5における 1. 1となり、やはり、同時に切換えを行った場合の 1Z2以下となる。

[0036] 図 4は、本発明の第 2の実施形態によるスィッチ回路の構成図である。図 4において、スィッチ回路 10と、振動子 601〜606の構成については、図 1と同じである。図 1と異なるのは、隣接するスィッチ 101と 102、 103と 104、及び 105と 106をそれぞれ対としてスィッチブロック 110〜130とし、隣接ブロックが別グループとなるように、交互に 2つのグループ G1と G2に振分けていることである。

[0037] 図 5は、図 4の実施形態におけるスィッチ設定の動作を説明するタイムチャートである。図 5に示すように、図 3で述べたと同様に、各超音波送受波期間 1〜3において、それぞれ隣接する 2つのスィッチ 101と 102、 102と 103並びに 103と 104がオンされる場合に適したグループ分けの例を示している。すなわち、隣接する 2つのスィッチがオンし、かつ、その状態が 1つづつシフトしていくこのスイッチングスケジュールにおいては、隣接する 2つのスィッチが同一の設定期間内でいずれもオン Zオフ間に切換えが行われることはない。したがって、これら 2つのグループ G1と G2の切換えタイミングをずらすのみで、大きなノイズの発生を防止できる。

[0038] 具体的には、図 5において、符号 E, F, G及び Hで示すように、同一ブロック内で隣接するスィッチ 101と 102あるいはスィッチ 103と 104力同一の設定期間 1又は 2内でオン Zオフ間に切換えが生じることはないのである。そこで、同一の設定期間 1や 2 内で同時にオン/オフ間に切換えが生じる 1つ飛びのスィッチ例えば 101と 103並びに 102と 104等を別グループとして切換えタイミングをずらしておく。これにより、どの設定期間のどの時刻においても、複数のスィッチのオン/オフ間の切換りの重なりによる大きなノイズの発生を防止して、る。

[0039] この実施形態によれば、入出力端子 40に現れるノイズのエネルギーは、時刻 tl及び t3において、最大 1. 3となり、同時に切換えを行った場合の 1Z2程度となる。

[0040] 図 6は、本発明の第 3の実施形態によるスィッチ回路の構成図である。図 6において、スィッチ回路 10は、第 1の入出力端子 201, 202と、これらに接続される第 1の信号線 301, 302と、第 2の入出力端子 401, 402と、これらに接続される第 2の信号線 50 1, 502を備えている。また、第 1の信号線 301, 302と第 2の信号線 501, 502を交差させて配置した交点に、スィッチ 111, 112, 121及び 122を備えている。これらのスィッチ 111〜122は、制御回路 70からの制御信号 701により、オン Zオフ間の切換え又は更新が行われる。

[0041] 図 7は、図 6におけるスィッチ回路 10の設定動作を説明するタイムチャートである。

この実施形態の場合、 4つのスィッチ 111〜122のオン Zオフ状態の切換えは、たすきがけの位置に配置された 2対をそれぞれ同時に行い、縦横に隣接する 4対間では互いに切換えタイミングをずらせてある。すなわち、たすきがけの位置に配置されたスイッチ 111と 122及び 112と 121を同一タイミングで切換え、縦横に隣接するスィッチ 111と 112、 111と 121、 121と 122及び 112と 122間では切換免タイミングをずらせている。

[0042] 図 7は、図 6の実施形態におけるスィッチ投入順序の例を示す動作タイムチャートである。この設定スケジュールの例では、スィッチ 111と 112のいずれかが 1つづつ交互にオンし、また、スィッチ 121と 122のいずれかが 1つづつ交互にオンする規則性をもっている。この実施形態では、設定期間 1内の時刻 tlにおいて、スィッチ 111と 1 22を同時に切換えあるいは更新し、時刻 t2において、スィッチ 112と 121を同時に切換えあるいは更新する。また、設定期間 2内の時刻 t3において、スィッチ 112と 12 1を同時に切換えあるいは更新し、時刻 t4において、スィッチ 111と 122を同時に切換えあるいは更新する。

[0043] 全スィッチの切換えを同時に行った場合、入出力端子 201, 202あるいは 401, 40 2には、複数のスパイクが重畳して大きなスパイクノイズとして現れる。一方、この実施形態のように、スィッチのオン Zオフ状態の切換えタイミングをずらした場合、スパイクノイズはタイミング的に分散され、入出力端子に現れるノイズの大きさは、小さく抑えられる。

[0044] 図 7において、前述同様、オン Zオフ間の切換え時に発生するノイズのエネルギーを 1、更新時に発生するノイズのエネルギーを 0. 1として計算する。まず、全スィッチの切換えを同時に行う場合、スィッチの切換え時に入出力端子に現れるノイズのエネルギ一は同一の信号線に接続されたスィッチのノイズエネルギーの和となり、最大 2となる。一方、この実施形態により切換えや更新のタイミングをずらした場合、入出力端子に現れるノイズの重畳は全く発生せず、ノイズエネルギーは最大 1であり、同時に切換えを行った場合の 1/2となる。

[0045] 図 8は、スィッチ回路を含む半導体装置を接続した本発明の実施形態を示す構成図である。本発明の実施形態によるスィッチ回路を含む半導体装置 141〜144は、入出力端子 401〜40nに接続される第 2の信号線を介して半導体装置同士が接続されている。また、各々入出力端子 211〜21m、 221〜22m、…ゝ 241〜24mに接続される第 1の信号線に接続され、これら半導体装置の内部では、第 1第 2の信号線が交差するように配置され、その交点に各々スィッチが設けられている。これらのスィツチのオン Zオフ状態を設定することにより、第 1の信号線と第 2の信号線が接続又は遮断される。

[0046] ここで、半導体装置 141と 143は第 1の半導体装置グループを、半導体装置 142と 144は第 2の半導体装置グループを構成し、隣合う半導体装置が互いに別グループとなるように交互にグループ分けされている。

[0047] 図 9は、図 8の実施形態における半導体装置のオン Zオフ状態の切換えや更新動作を説明するタイムチャートである。半導体装置 141〜144内の多数の半導体スイツチのオン Zオフ状態の設定は、制御回路 70より送られる切換えタイミング信号に従 V、、グループ間で内蔵するスィッチ回路の切換えや更新タイミングがずれるように行われる。すなわち、第 1の半導体装置グループ G1に属する半導体装置 141と 143の内蔵スィッチ回路は、図 9の時刻 tlにおいて、オン Zオフ間の切換えや更新が実行される。第 2の半導体装置グループ G2に属する半導体装置 142と 144の内蔵スイツチ回路は、時刻 t2において、オン/オフ間の切換えや更新が実行される。この場合、スノイクノイズは各グループ間でタイミング的に分散され、入出力端子に現れるノィズの大きさは、全半導体装置の内蔵スィッチ回路の切換え動作を同時に開始する場合と比較して低減される。

[0048] 図 10は、スィッチ回路を半導体基板上に集積した本発明の一実施形態による半導体装置の断面図であり、図 1のスィッチ回路の一部分に対応する断面構造を示したものである。支持基板である Si層 849上に、 Si02層 850が形成され、その上に形成された n型 Si層 851, 852, 864, 865は、 Si02トレンチ分離溝 854〜857で分離されて!ヽる。 879, 880ίまゲート端子 876、ソース端子 877を互! ヽ【こ接続する横型 nchM OSFETであり、図 1のスィッチ回路のスィッチ 101に相当する。ここで、 p層 853はチャネル、 n+層 860, 861はソース、 n層 851, 852はドレイン、 n+層 858, 859はドレインコンタクト層、 866, 870はドレイン電極、 808, 809はドレイン端子である。また、 867, 869はゲート電極、 868はソース電極である。なお、 881, 882は、スィッチ 87 9, 880の付随素子の例として、それぞれゲート電圧安定用の容量とゲート保護ダイオードを示している。なお、 n+層は、 n層と伝導型は同じでキャリア濃度が高いことを示す。

[0049] 本実施例のスィッチ回路では素子間が絶縁膜である Si02により分離されているため、寄生容量が少なぐ特に多数のスィッチを用いる場合において、入出力信号の高周波数、大振幅領域での特性の劣化が少な、と、う特徴をもつ。

[0050] なお、本実施例では、サイズ低減の観点から、スィッチを構成する nchMOSFET の pチャネル層を共通としている力むろん n+層 860, 861の間にトレンチ分離溝を設け MOSFET879と 880を分離しても何ら問題はない。

[0051] 図 11は、本発明のスィッチ回路を半導体基板上に集積した別の実施形態の構成ィメージ図であり、図 1の実施例におけるスィッチ 101と 102の平面構造を示している。

[0052] 図 12は、さらにその一部分の断面構造を示したものである。ここで集積された各半導体素子は、図 10と同様に、 Si02絶縁膜 850上に形成され、隣接する素子 879, 8 80、 883, 884ίま、 Si02卜レンチ分離溝 885, 886でそれぞれ二重【こ分離されて!ヽる。また、各素子を接続する配線イメージを実線にて示している。

[0053] 図 11のスィッチ 101, 102は、図 1のスィッチ回路 10内のスィッチ 101, 102であり、 MOSFET879, 880及び 883, 884は、図 10と同様に、ゲート端子 876、ソース端子 877を互いに接続する横型 nchMOSFETである。これらは、スィッチ切換え制御回路 701, 702からの制御信号に従い、オン Zオフ動作を行う。また、図 12において、図 10と同一符号は相当部を示し、重複説明は避ける。図 10と異なるところは、図の右方に、スィッチ切換え制御回路 701内の素子例として、 nchMOSFET898を示している。

[0054] 本実施例では入力又は出力端子に接続される素子のトレンチ分離溝が 2重に形成されるため、水平方向の電流経路によってトレンチ分離溝に発生する寄生容量は、直列に 2つ発生する。このため、入出力端子に接続される素子の全体の寄生容量は、トレンチ溝を 2重としない場合と比較して低減され、入出力信号の高周波数、大振幅領域での特性の劣化が少ない。このため、高周波、大振幅の信号を駆動可能となる。

[0055] 図 13は、スィッチ回路を用いて構成した超音波診断装置の本発明による一実施形態の全体概略構成ブロック図である。超音波診断装置は、被験体の計測対象の部位に対して超音波を送受信する m個の振動子 611〜61m力もなる超音波探触子 60 と、この超音波探触子 60に送信波の送信フォーカス処理をして超音波信号を送信する送信手段である送信回路 92を備えている。また、超音波探触子 60から出力される受信波の受信フォーカス処理をする整相手段を含む受信回路 93と、この受信回路 9 3から出力される受信信号を用いて超音波断面像などを表示する超音波表示回路 9 4を備えている。さらに、この超音波表示回路 94から出力される超音波画像情報を表示するために、例えば、モニタなどの画像表示器 95を備えて構成されている。ここで、探触子 60と送信回路 92、受信回路 93の間で伝達される超音波信号の切換え装置として、スィッチ回路 10を用いている。この図においては、スィッチ回路 10は、 m個のスィッチブロック 151〜 15mを備えている。そして、送信回路 92及び受信回路 93と、超音波探触子 60との間で、超音波探触子内の超音波を送受信する m個の振動子に対して、複数の超音波送受信チャネルの中から、 1つの送受信チャネルを選択し、あるいは全ての送受信チャネルを遮断する。

[0056] この超音波診断装置は、スィッチ回路 10を探触子 60と送信回路 92、受信回路 93 の間で伝達される超音波信号の切換え装置に用いたことにより、スィッチ切換え時のスパイク電圧の低減、及び、基板への寄生容量の低減が可能である。スパイク電圧の低減により、スパイク電圧によって振動子で励起される超音波信号 (ノイズ)及び受信回路に入力される不要な超音波受信信号が低減され、設定のための無駄時間を要することなぐ画質の改善を図ることが可能となる。また、基板への寄生容量が低減するために、高周波、大振幅の超音波信号を駆動可能となる。この結果、超音波信号の SZN比を改善し、超音波診断装置のさらなる画質改善を図ることが可能となる

[0057] なお、使用しない振動子の電極の両端を短絡するスィッチを設けた構成のスィッチ回路において、この短絡用スィッチについても、同様にオン Zオフ状態の切換えや更新タイミングをずらすように駆動することも可能である。

[0058] 次に、図 14から図 17を参照して、より具体的に超音波診断装置について説明する。図 14は、本発明の一実施形態による超音波診断装置に用いる探触子 60の具体的構成例図である。この例では、実質的に 2次元平面内に、（m2 X ml)個の振動子が配列されている。個々の振動子の番号を # 1〜# (m2 X ml)として示している。これらの多数の振動子 # 1〜 # (m2 X ml)は、スィッチ回路 10の第 1の信号線に繋がる入出力端子群へ接続されることとなる。

[0059] 図 15は、本発明の一実施形態による超音波診断装置に用いるスィッチ回路 10の具体的構成例図である。ここでは、図 14の (m2 X ml)個の振動子の各端子に接続される第 1の信号線端子を端子 # 1〜端子 # (m2 X ml)で示す。スィッチ回路 10は、それぞれが（k X n)個のスィッチを持つ（m2 X ml) Zk個のスィッチ回路ブロック # 1〜# (m2 X ml) /kで構成されている。前記第 1の信号線端子 # 1〜端子 # (m2 X ml)と、 nチャネル # 1〜 # nの第 2の信号線間に接続されるスィッチ回路ブロックを番号 # 1〜# (m2 X ml) Zkで示している。 [0060] スィッチ回路 10内の # 1〜# (m2 X ml)Zkのスィッチ回路ブロックは、それぞれ、振動子側端子に接続される k本（ # 1〜 # k等)の第 1の信号線と、 n個（ # 1〜 # n)の送受信回路側端子に接続される第 2の信号線を持つ。そして、両信号線を交差させて配置し、その交点に各々スィッチを接続する。したがって、 1つのスィッチ回路ブロックは、（k X n)個のスィッチを持つ。

[0061] 図 16は、図 15に示す 1つのスィッチ回路ブロック # 1の構成図である。第 1の信号線端子 201〜20kと、第 2の信号線端子 401〜40nとの間に前述した (k X n)個のスイッチ 111〜： Lnkのスィッチが配置されている。これらの多数のスィッチは、ある規則性をもつスケジュールに沿って、周期的にそれらのオン Zオフ状態の設定が行われ、複数の入出力端子間にアナログ信号の振分けを行う。このオン Zオフ状態の設定のために、この実施形態では、多数のスィッチを 3つのグループに分け、各グループ間でオン Zオフ状態の切換え動作のタイミングをずらしている。すなわち、スィッチ 11 1、 l lk、 123、 131、 13k、 1η3は第 1のスィッチグノレープ G1とする。次に、スィッチ 1 12、 121、 12k、 132、 lnl、 lnkiま第 2のスィッチグノレープ G2【こ、最後【こ、スィッチ 113、 122、 133、 1η2は第 3のスィッチグループ G3とし、隣合うスィッチが別グループに属するようにグループ分けして、る。

[0062] 図 17は、図 16のスィッチ回路ブロック # 1内のスィッチ 111〜113及び 121〜123 に絞って、設定動作を説明するタイムチャートである。スィッチのオン Zオフ状態の設定を行う場合、第 1〜 3のスィッチグループ G 1〜G3のオン Zオフ状態の切換え動作のタイミングをずらしている。すなわち、第 1のスィッチグループ G1に属するスィッチは、図 17の時刻 tlや t4にて、オン Zオフ間の切換えや更新を行い、第 2のスィッチグループ G2に属するスィッチは、時刻 t2や t5にて、オン Zオフ間の切換えや更新を行い、第 3のスィッチグループ G3に属するスィッチは、時刻 t3や t6にて、オン/オフ間の切換えや更新を行う。

[0063] 3次元超音波診断装置の走査動作においては、ある振動子に接続される送受信回路条件を、隣の振動子に順次シフトする動作が行われる。この予定のスケジュールの一例を示すと次のようになる。今、図 17の送受波期間 1において、全ての受信チヤネルは遮断状態である。次の送受波期間 2において、振動子 # 1は送受信チャネル # 1が選択され、振動子 # 2は送受信チャネル # 2が選択され、振動子 # 3及び振動子 # 4は全送受信チャネル遮断状態である。さらに、送受波期間 2に続く送受波期間 3 において、振動子 # 1は全送受信チャネル遮断、振動子 # 2は送受信チャネル # 1、振動子 # 3は送受信チャネル # 2、振動子 # 4は全送受信チャネル遮断の状態と変更される。この場合、超音波送受波期間 2と 3間の設定期間 2において、スィッチ 111 はオンからオフ、スィッチ 112はオフからオン、スィッチ 122はオンからオフ、スィッチ 123はオフ力オン、他のスィッチは同一状態の更新が行われる。

[0064] ここで、各グループ G1〜G3間でオン Zオフ間の切換えタイミングをずらした結果、同一の信号線に繋がる複数のスィッチが同時にオン/オフ間で切換えられることは無ヽ。すなわち、図 17に符号 Gや Hで示すように、スィッチ 111と 112及び 122と 12

3のオン Zオフ間切換えタイミングがずれており、複数のスィッチの同時切換えによるスパイクの重畳による大きなノイズの発生が防止される。

[0065] 前述と同様、オン Zオフ間切換え時に発生するノイズのエネルギーを 1、更新時に発生するノイズのエネルギーは無視すると、全スィッチの切換えを同時に行う場合、スィッチの切換え時に端子 201〜20k又は 401〜40nに現れるノイズのエネルギーは、同一の信号線に接続されて切換えられるスィッチのノイズエネルギーの和となり、最大 2となる。一方、この実施形態によりスィッチグループごとにスィッチのオン Zオフ間切換えタイミングをずらした場合、入出力端子に現れるノイズのエネルギーは最大 1となり、同時に切換えを行った場合の 1Z2となる。

[0066] また、図 15の構成において、図 8と同様に、複数のスィッチ回路ブロックでグループを構成し、グループごとにスィッチのオン Zオフ間の切換えタイミングをずらすことにより、さらなるスパイク電圧の低減が可能となる。

[0067] この実施形態を要約すると次の通りである。まず、多数の振動子 # 1〜 # (m2 X m 1)からなる探触子 60と、これらの振動子をそれぞれ同数の第 1端子 # 1〜# (m2 X ml)に接続したスィッチ回路 10を備えている。また、このスィッチ回路 10の多数の第 2の端子 # l〜# nに接続された送信回路 92及び受信回路 93と、この受信回路 93 に超音波表示回路 94を介して接続された画像表示器 95を備えた超音波診断装置を対象とする。ここで、スィッチ回路 10は、第 1と第 2の端子の間に接続された多数のスィッチ 111〜 1 nk等と、これら多数のスィッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン Zオフ状態の設定を行う設定手段 (制御回路） 70を備えている。また、多数の前記スィッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスィッチを、前記設定期間 1や 2内においてずらしたタイミング tl〜t3で、オン Zオフ切換え駆動する駆動手段 (制御回路） 70を備えている。このように、本実施形態によるスィッチ回路を、振動子と送受信回路の間で伝達される超音波信号の切換え装置に用いたことにより、スィッチ切換え時のスパイク電圧の低減が可能である。スパイク電圧の低減により、スパイク電圧によって振動子で励起される超音波信号 (ノイズ)及び受信回路に入力される不要な超音波受信信号が低減され、設定のために無駄時間を取る必要が無ぐ作業効率を向上できる。また、本実施形態によるスィッチ回路を用いることにより、前述の理由から、基板への寄生容量が低減するために、高周波、大振幅の超音波信号を駆動可能となる。この結果、超音波信号の SZN比を改善し、 3次元超音波診断装置の画質の改善を図ることが可能となる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の第 1の端子と、 1つ又は複数の第 2の端子と、これら第 1と第 2の端子の間に接続された複数のスィッチと、これら複数のスィッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン Zオフ状態の設定を行う設定手段とを備え、前記第 1 と第 2の端子の間でアナログ信号を振分けるスィッチ回路において、複数の前記スィツチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスィツチを、前記設定期間内においてずらしたタイミングで、オン Zオフ切換え駆動する駆動手段を備えたことを特徴とするスィッチ回路。

[2] 請求項 1にお!、て、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スィッチを別グループとなるように分割することを特徴とするスィッチ回路。

[3] 請求項 1にお!、て、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が連続する複数の前記スィッチを別グループとなるように分割することを特徴とするスィッチ回路。

[4] 請求項 1にお！ヽて、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が近接する複数の前記スィッチを別グループとなるように分割することを特徴とするスィッチ回路。

[5] 請求項 1にお!、て、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スィッチをまとめて同一グループとなるように分割することを特徴とするスィッチ回路。

[6] 請求項 1において、前記第 1の端子と前記第 2の端子はいずれも複数であり、これら第 1の端子と第 2の端子にそれぞれ繋がる第 1及び第 2の信号線を交差させて配置し

、それらの交点で両信号線を接続又は切離すように多数のスィッチを配置したことを特徴とするスィッチ回路。

[7] 請求項 1にお、て、前記分割手段は、複数の前記スィッチを含むスィッチ回路プロック毎に複数のグループに分割することを特徴とするスィッチ回路。

[8] 請求項 1にお、て、前記分割手段は、複数の前記スィッチを含むスィッチ回路プロック内において、複数のスィッチグループに分割することを特徴とするスィッチ回路。

[9] 請求項 1にお、て、複数の前記スィッチは、半導体基板上に集積された半導体スィツチであることを特徴とするスィッチ回路。

[10] 請求項 1にお、て、複数の前記スィッチは、半導体基板上に集積された半導体スィツチであり、隣接する半導体スィッチ間を絶縁膜により分離したことを特徴とするスィツチ回路。

[11] 請求項 1において、複数の前記スィッチは、半導体基板上に集積された半導体スィツチであり、隣接する半導体スィッチ間をトレンチ溝により分離したことを特徴とするスイッチ回路。

[12] 多数の振動子からなる探触子と、これらの振動子をそれぞれ多数の第 1端子に接続したスィッチ回路と、このスィッチ回路の多数の第 2の端子に接続された送信回路及び受信回路と、この受信回路に接続された画像表示器を備えた超音波診断装置において、前記スィッチ回路は、前記第 1と第 2の端子の間に接続された多数のスィツチと、これら多数のスィッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従つてオン Zオフ状態の設定を行う設定手段と、多数の前記スィッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスィッチを、前記設定期間内にお、てずらしたタイミングで、オン Zオフ切換え駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。

[13] 請求項 12において、前記多数の振動子はほぼ 2次元平面上に配置され、前記分割手段は、前記 2次元平面上に近接して配置された複数の前記スィッチを、異なるグループに属させるように多数の前記スィッチを複数のグループに分割することを特徴とする超音波診断装置。

[14] 請求項 12において、前記多数の振動子はほぼ 2次元平面上に配置され、前記スィツチ回路は、前記画像表示器に 3次元像を取得するように、前記スケジュールに従う多数の前記スィッチのオン Zオフ状態の設定により、前記振動子と、前記送信回路及び前記受信回路との間でアナログ信号を振分けることを特徴とする超音波診断装置。

[15] 複数の第 1の端子と、 1つ又は複数の第 2の端子と、これら第 1と第 2の端子の間に接続された複数のスィッチと、これら複数のスィッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン Zオフ状態の設定を行う設定手段とを備え、前記第 1 と第 2の端子の間でアナログ信号を振分けるスィッチ回路の制御方法であって、複数の前記スィッチを複数のグループに分割する分割ステップと、分割された複数のダループ間のスィッチを、前記設定期間内においてずらしたタイミングで、オン zオフ切換え駆動するステップを備えたことを特徴とするスィッチ回路の制御方法。

[16] 請求項 15にお、て、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スィッチを別グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスィッチ回路の制御方法。

[17] 請求項 15において、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が連続する複数の前記スィッチを別グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスィッチ回路の制御方法。

[18] 請求項 15にお、て、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が近接する複数の前記スィッチを別グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスィッチ回路の制御方法。

[19] 請求項 15にお、て、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン Zオフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スィッチをまとめて同一グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスィッチ回路の制御方法。

[20] 請求項 15にお、て、前記分割ステップは、複数の前記スィッチを含むスィッチ回路ブロック毎に複数のグループに分割するステップであることを特徴とするスィッチ回路の制御方法。