WO2016167006A1 - 超音波プローブ - Google Patents

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WO2016167006A1
WO2016167006A1 PCT/JP2016/052670 JP2016052670W WO2016167006A1 WO 2016167006 A1 WO2016167006 A1 WO 2016167006A1 JP 2016052670 W JP2016052670 W JP 2016052670W WO 2016167006 A1 WO2016167006 A1 WO 2016167006A1
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chip
circuit
substrate
transducer
ultrasonic probe
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PCT/JP2016/052670
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Inventor
吉岡　正人
和幸 金指
Original Assignee
株式会社ソシオネクスト
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10431—Details of mounted components
    • H05K2201/10507—Involving several components
    • H05K2201/10545—Related components mounted on both sides of the PCB

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic probe.
  • FIG. 11 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 90.
  • the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 90 includes a transducer 91, IC (Integrated Circuit) chips 92 to 94, and a monitor 95.
  • IC Integrated Circuit
  • the transducer 91 transmits ultrasonic waves and receives ultrasonic waves (echoes) reflected by the subject.
  • the IC chip 92 transmits a high-voltage pulse to the transducer 91 and receives a voltage signal (hereinafter, echo signal) corresponding to the echo from the transducer 91.
  • the IC chip 92 transmits an echo signal to the IC chip 93.
  • the IC chip 93 receives the echo signal, amplifies the echo signal with an amplifier, and converts it to a digital value.
  • the IC chip 93 transmits the echo signal converted into the digital value to the IC chip 94.
  • the IC chip 94 receives the echo signal converted into the digital value, performs image processing based on the echo signal converted into the digital value, generates an image, and displays the image on the monitor 95.
  • An analog cable is used for connection between the transducer 91 and the IC chip 92.
  • This analog cable is a bundle of N-ch coaxial cables.
  • the analog cable transmits a high-voltage signal (for example, a voltage of 100 V or more), but has a high cost because it transmits a weak signal from the transducer 91 with low noise.
  • the transducer 91 is provided in the probe, and the IC chips 92 to 94 and the monitor 95 are provided in the apparatus main body. Since the ultrasonic diagnosis is performed by applying the probe to the diagnosis location, the diagnosis location may be limited depending on the length of the cable. Moreover, it is necessary to consider the sanitary aspect due to the contact between the cable and the human body. For this reason, a technique is known in which the transducer 91 and the IC chips 92 to 94 are accommodated in the probe and the probe and the monitor 95 are wirelessly connected so that the probe and the monitor 95 are cable-free.
  • a power source for supplying power to the transducer 91 and the IC chips 92 to 94 is accommodated in the probe. Therefore, a reduction in power consumption of the probe is required.
  • the voltage of the pulse significantly (for example, changing the voltage from 100V to 25V)
  • the power can be reduced.
  • the pulse voltage is lowered, the transmission / reception power of the ultrasonic wave is also attenuated. Therefore, when noise is mixed in the echo signal, an image generated based on the echo signal may be deteriorated.
  • an object is to suppress noise mixing in a signal.
  • An ultrasonic probe includes a transducer that transmits and receives an ultrasonic wave and converts an ultrasonic signal and a voltage signal to each other, a pulse voltage signal to the transducer, and the transducer from the transducer
  • a first circuit that receives a voltage signal
  • a second circuit that converts the voltage signal received from the first circuit from an analog value to a digital value
  • a battery unit that supplies power to the first circuit and the second circuit
  • mixing of noise into a signal can be suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of an ultrasonic diagnostic imaging apparatus.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the ultrasonic probe.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of an IC chip (first IC).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of an IC chip (second IC).
  • FIG. 5A is a partial cross-sectional view of an ultrasonic probe.
  • FIG. 5B is a partial cross-sectional view of the ultrasonic probe.
  • FIG. 5C is a partial cross-sectional view of the ultrasonic probe.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an arrangement of IC chips (first IC and second IC).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the arrangement of battery units.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the arrangement of battery units.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the ultrasonic probe.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the arrangement of IC chips (first IC and second IC).
  • FIG. 11 is a block diagram of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus.
  • the ultrasonic probe according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the configuration of the ultrasonic probe shown below is an example, and the configuration of the ultrasonic probe according to the embodiment is not limited to the configuration shown below.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1.
  • the ultrasonic diagnostic imaging apparatus 1 includes an ultrasonic probe 2, an image processing unit 3, and a monitor 4.
  • the ultrasonic probe 2 and the image processing unit 3 can communicate with each other wirelessly. That is, there is no cable between the ultrasonic probe 2 and the image processing unit 3.
  • the image processing unit 3 and the monitor 4 are wired via a cable. However, the image processing unit 3 and the monitor 4 may be wirelessly connected.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the ultrasonic probe 2.
  • the ultrasonic probe 2 includes a transducer 10, an IC chip (first IC) 11, an IC chip (second IC) 12, an IC chip (third IC) 13, a wireless module 14, an antenna 15, and power ICs 16 and 17. And a battery unit 18.
  • a transducer 10, IC chips 11 to 13, a wireless module 14, an antenna 15, power supply ICs 16 and 17 and a battery unit 18 are accommodated.
  • the IC chip 11 is an example of a first circuit.
  • the IC chip 12 is an example of a second circuit.
  • the IC chip 13 is an example of a third circuit.
  • the transducer 10 transmits ultrasonic waves and receives ultrasonic waves (echoes) reflected by the subject. Moreover, the transducer 10 mutually converts an ultrasonic signal and a voltage signal.
  • the transducer 10 has a plurality of transducers arranged in a strip shape.
  • the vibrator has a piezoelectric body such as a piezoelectric element and electrodes formed on both sides of the piezoelectric body. A voltage is applied to the electrodes and the piezoelectric body expands and contracts to generate ultrasonic waves from each vibrator.
  • each transducer receives an ultrasonic wave to expand and contract to generate an electrical signal.
  • the transducer 10 transmits a voltage signal corresponding to the echo (hereinafter referred to as an echo signal) to the IC chip 11 based on the electrical signal generated by each transducer.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the IC chip 11.
  • the IC chip 11 has a plurality of connection terminals 111 and a plurality of transmission / reception circuits 112.
  • the connection terminal 111 is used for connection with the transducer 10.
  • the transmission / reception circuit 112 transmits a pulse voltage signal to the transducer 10 via the connection terminal 111 and receives an echo signal from the transducer 10.
  • a plurality of connection terminals 111 are arranged on the IC chip 11 along one side or a plurality of sides of the IC chip 11. In the example shown in FIG. 3, a plurality of connection terminals 111 are arranged on the IC chip 11 along the three sides of the IC chip 11.
  • the IC chip 11 includes a control circuit 113, an output selector circuit 114, a plurality of control terminals 115, and a plurality of output terminals 116.
  • the control circuit 113 receives a control signal from the IC chip 13 via the control terminal 115 and controls the operation of the IC chip 11 based on the control signal.
  • An arbitrary channel (transmission path including the connection terminal 111 and the transmission / reception circuit 112) is selected based on a control signal input to the control circuit 113, and a pulse voltage signal is transmitted from the IC chip 11 to the transducer 10.
  • the output selector circuit 114 selects an echo signal input to the output selector circuit 114 based on the control signal input to the control circuit 113, and the selected echo signal is sent to the IC chip 12 via the plurality of output terminals 116. Output to. Therefore, an arbitrary channel (transmission path including the connection terminal 111 and the transmission / reception circuit 112) is selected based on the control signal input to the control circuit 113, and an echo signal is transmitted from the IC chip 11 to the IC chip 12.
  • the output terminal 116 is used for connection with the IC chip 12. In the example shown in FIG. 3, a plurality of output terminals 116 are arranged on the IC chip 11 along one side of the IC chip 11.
  • the output terminal 116 is disposed on a side different from the side where the connection terminal 111 of the IC chip 11 is disposed.
  • echo signals for a maximum of 8 channels are transmitted to the IC chip 12 via a plurality of output terminals 116 (a1 to a8).
  • the IC chip 12 receives the echo signal from the IC chip 11, amplifies the echo signal with an amplifier, and converts the amplified echo signal from an analog value to a digital value.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the IC chip 12.
  • the IC chip 12 includes a plurality of connection terminals 121, a plurality of signal adjustment circuits 122, a control circuit 123, a plurality of control terminals 124, an output buffer 125, and a plurality of output terminals 126.
  • the plurality of connection terminals 121 are used for connection to the IC chip 11.
  • the plurality of output terminals 126 are used for connection with the IC chip 13.
  • the IC chip 12 may receive an echo signal from the IC chip 11 and convert the echo signal from an analog value to a digital value. That is, the IC chip 12 may convert the echo signal from an analog value to a digital value without amplifying the echo signal.
  • the signal adjustment circuit 122 is, for example, an AFE (Analog Front End).
  • the signal adjustment circuit 122 includes an amplifier 127 and an ADC (Analog-to-Digital Converter) 128.
  • the amplifier 127 amplifies the input echo signal.
  • the ADC 128 converts the input echo signal from an analog value to a digital value and outputs the converted value. That is, the ADC 128 converts an analog echo signal into a digital echo signal.
  • the echo signal output from the ADC 128 is transmitted to the IC chip 13 via the output buffer 125 and the output terminal 126.
  • the amplifier 127 may be omitted.
  • the control circuit 123 receives a control signal from the IC chip 13 via the control terminal 124, and controls the operation of the IC chip 12 based on the control signal.
  • the control signal input via the control terminal 124 includes a signal that controls the gain of the amplifier 127.
  • a signal adjustment circuit 122 is arranged for each channel, and echo signals for a maximum of 8 channels are amplified and A / D converted.
  • four connection terminals 121 are arranged along two opposing sides of the IC chip 12. Accordingly, echo signals for four channels are input to each of two opposing sides of the IC chip 12.
  • the control terminal 124 is arranged along one side different from the side where the connection terminal of the IC chip 12 is arranged, and faces the side where the control terminal 124 of the IC chip 12 is arranged.
  • An output terminal 126 is arranged along the side.
  • a portion where an analog echo signal is input and a portion where a digital echo signal is output are separated.
  • a portion to which an analog echo signal is input and a portion to which a control signal is input are separated.
  • the IC chip 13 transmits a control signal to the IC chips 11 and 12.
  • the IC chip 13 receives a digital echo signal from the IC chip 12.
  • the IC chip 13 performs image processing based on the echo signal and generates an image signal.
  • the IC chip 13 transmits an image signal to the wireless module 14.
  • the wireless module 14 receives an image signal from the IC chip 13.
  • the wireless module 14 wirelessly transmits an image signal to the wireless module included in the image processing unit 3 via the antenna 15.
  • the image processing unit 3 displays an image on the monitor 4 based on the image signal.
  • the image processing unit 3 is a computer that includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory (storage device) such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory).
  • the monitor 4 is a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube), a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL (electroluminescence) display.
  • the IC chip 13 may transmit an echo signal to the wireless module 14, and the wireless module 14 may receive the echo signal from the IC chip 13.
  • the wireless module 14 wirelessly transmits an echo signal to the wireless module included in the image processing unit 3 via the antenna 15.
  • the image processing unit 3 performs image processing based on the echo signal, generates an image signal, and displays an image on the monitor 4 based on the image signal.
  • connection wiring (signal line) for connecting the transducer 10 and the IC chip 11 and the connection wiring for connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 are wirings for transmitting and receiving a weak echo signal. Therefore, sufficient noise countermeasures are required for the connection wiring connecting the transducer 10 and the IC chip 11 and the connection wiring connecting the IC chip 11 and the IC chip 12. A noise countermeasure in the connection wiring that connects the transducer 10 and the IC chip 11 and the connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12 will be described.
  • the connection wiring that connects the transducer 10 and the IC chip 11 is an example of a first connection wiring.
  • the connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12 is an example of a second connection wiring.
  • Measures against noise include avoiding crossing with signal wiring that can be a noise source and shielding the substrate provided in the ultrasonic probe 2.
  • the noise source is, for example, switching noise or external radiation noise.
  • FIGS. 5A to 5C are partial cross-sectional views of the ultrasonic probe 2.
  • the wiring board 20 is provided with a transducer 10 and IC chips 11 to 13, and the transducer 10 and the IC chips 11 to 13 use inner layer wiring and through holes of the wiring board (substrate) 20.
  • the inner layer wiring is a metal wiring formed of, for example, copper (Cu).
  • the through hole has a hole provided in the wiring board 20 and a copper plating formed on the side wall of the hole. The through hole is also called a via.
  • the transducer 10 is attached to the side surface of the wiring board 20.
  • the wiring board 20 is, for example, a PCB (Printed Circuit Board).
  • the wiring board 20 is an example of a substrate.
  • the wiring board 20 As a multilayer wiring having two or more layers, it is possible to suppress the occurrence of crosstalk in the upper, lower, left and right layers inside the wiring board 20. Further, by ground shielding around the inner layer wiring of the wiring board 20, it is possible to suppress noise from the outside of the ultrasonic probe 2.
  • FIG. 5A shows connection wiring for connecting the transducer 10 and the IC chip 11.
  • the IC chip 11 is disposed on the upper surface (first surface) of the wiring board 20.
  • a connector 21 and a pad (electrode) 22 are formed on the upper surface of the wiring board 20.
  • Through holes 23 and 24 and inner layer wiring 25 are formed inside the wiring board 20.
  • the connector 21 and the through hole 23 are electrically connected, and the pad 22 and the through hole 24 are electrically connected.
  • the inner layer wiring 25 is electrically connected to each of the through holes 23 and 24.
  • the connection terminal 111 of the IC chip 11 and the pad 22 are electrically connected.
  • connection terminal 101 of the transducer 10 contacts the connector 21 and the connection terminal 101 of the transducer 10 and the connector 21 are electrically connected, the transducer 10 and the IC chip 11 are electrically connected.
  • a ground line connected to the ground is formed around the through holes 23 and 24 and the inner layer wiring 25, and the surroundings of the through holes 23 and 24 and the inner layer wiring 25 are ground shielded. Therefore, noise mixture with respect to the echo signal propagating (passing) through the connection wiring (the wiring including the through holes 23 and 24 and the inner layer wiring 25 in the example shown in FIG. 5A) for connecting the transducer 10 and the IC chip 11 is suppressed. .
  • FIG. 5B shows connection wiring for connecting the IC chip 11 and the IC chip 12.
  • the IC chip 11 is disposed on the upper surface of the wiring board 20, and the IC chip 12 is disposed on the lower surface (second surface) of the wiring board 20.
  • the lower surface of the wiring board 20 is a surface opposite to the upper surface of the wiring board 20.
  • Pads (electrodes) 26 are formed on the upper surface of the wiring board 20.
  • Pads (electrodes) 27 are formed on the lower surface of the wiring board 20.
  • Through holes 28 and 29 and an inner layer wiring 30 are formed inside the wiring board 20.
  • the pad 26 and the through hole 28 are electrically connected, and the pad 27 and the through hole 29 are electrically connected.
  • the inner layer wiring 30 is electrically connected to each of the through holes 28 and 29.
  • the output terminal 116 of the IC chip 11 and the pad 26 are electrically connected.
  • the connection terminal 121 of the IC chip 12 and the pad 27 are electrically connected. With these electrical connections, the IC chip 11 and the IC chip 12 are electrically connected.
  • the IC chip 11 is arranged on the upper surface of the wiring board 20, and the IC chip 12 is arranged on the lower surface of the wiring board 20. That is, the IC chip 11 and the IC chip 12 are disposed on the upper and lower surfaces (front and back surfaces) of the wiring board 20. Therefore, the connection wiring (the wiring including the through holes 28 and 29 and the inner layer wiring 30 in the example shown in FIG. 5B) for connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 can be shortened. Compared with the case where both of the IC chips 11 and 12 are arranged on the same surface of the wiring board 20, the connection wiring for connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 can be shortened.
  • connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12 By shortening the connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12, mixing of noise into the echo signal that propagates through the connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12 is suppressed. Further, as compared with the case where both of the IC chips 11 and 12 are arranged on the same surface of the wiring board 20, the area of the connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12 can be reduced.
  • a ground line connected to the ground is formed around the through holes 28 and 29 and the inner layer wiring 30, and the surroundings of the through holes 28 and 29 and the inner layer wiring 30 are ground shielded. Therefore, mixing of noise in the echo signal propagating through the connection wiring connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 is suppressed.
  • FIG. 5C shows connection wiring for connecting the IC chip 11 and the IC chip 13 and connection wiring for connecting the IC chip 12 and the IC chip 13.
  • the IC chip 11 is disposed on the upper surface of the wiring board 20, and the IC chips 12 and 13 are disposed on the lower surface of the wiring board 20.
  • the IC chip 13 is disposed on the lower surface of the wiring board 20, but the IC chip 13 may be disposed on the upper surface of the wiring board 20.
  • Pads (electrodes) 31 are formed on the upper surface of the wiring board 20.
  • Pads (electrodes) 32 and 33 are formed on the lower surface of the wiring board 20. Through holes 34, 35, 36 and inner layer wiring 37 are formed inside the wiring board 20.
  • the pad 31 and the through hole 34 are electrically connected, the pad 32 and the through hole 35 are electrically connected, and the pad 33 and the through hole 36 are electrically connected.
  • the inner layer wiring 37 is electrically connected to each of the through holes 34, 35, 36.
  • the control terminal 115 of the IC chip 11 and the pad 31 are electrically connected.
  • the IC chip 12 has a plurality of external terminals 129.
  • the external terminal 129 is the control terminal 124 or the output terminal 126.
  • the external terminal 129 of the IC chip 12 and the pad 32 are electrically connected.
  • the IC chip 13 has a plurality of external terminals 131.
  • the external terminal 131 is a control terminal or a signal terminal.
  • the external terminal 131 of the IC chip 13 and the pad 33 are electrically connected.
  • the IC chip 11 and the IC chip 13 are electrically connected, and the IC chip 12 and the IC chip 13 are electrically connected. With these electrical connections, the IC chip 11 and the IC chip 13 are electrically connected, and the IC chip 12 and the IC chip 13 are electrically connected.
  • a ground line connected to the ground is formed around the through holes 34, 35, and 36 and the inner layer wiring 37, and the periphery of the through holes 34, 35, and 36 and the inner layer wiring 37 is ground shielded. Therefore, mixing of noise into the control signal propagating through the connection wiring connecting the IC chip 11 and the IC chip 13 (in the example shown in FIG. 5C, the wiring including the through holes 34 and 36 and the inner layer wiring 37) is suppressed. In addition, the mixing of noise into the control signal or echo signal propagating through the connection wiring (the wiring including the through holes 34 and 35 and the inner layer wiring 37 in the example shown in FIG. 5C) connecting the IC chip 12 and the IC chip 13 is suppressed.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the arrangement of the IC chips 11 and 12.
  • the arrangement position of the IC chip 11 on the wiring board 20 and the arrangement position of the IC chip 12 on the wiring board 20 are shown transparently in a plan view.
  • a plurality of wirings connecting the output terminal 116 of the IC chip 11 and the connection terminal 121 of the IC chip 12 are illustrated.
  • a wiring that connects the output terminal 116 of the IC chip 11 and the connection terminal 121 of the IC chip 12 is a connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12.
  • Each of the plurality of connection wirings connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 is formed in the wiring board 20 so as not to cross each other in plan view.
  • connection terminal 111 of the IC chip 11 is formed so as to surround the connection terminal 121 of the IC chip 12 in a plan view. In this way, by preventing the connection terminals of the IC chip 11 and the IC chip 12 from crossing, occurrence of crosstalk at the connection terminal portion is suppressed.
  • the wiring board 20 is configured such that the plurality of connection wirings connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 do not intersect with the plurality of wirings connected to the output terminal 126 of the IC chip 12 in plan view. Is formed inside.
  • the wiring connected to the output terminal 126 of the IC chip 12 is a connection wiring that connects the IC chip 12 and the IC chip 13, and is a wiring through which a digital signal transmitted from the IC chip 12 to the IC chip 13 propagates. .
  • the connection wiring that connects the IC chip 12 and the IC chip 13 is an example of a second connection wiring.
  • the echo signal transmitted from the IC chip 11 to the IC chip 12 propagates through the connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12.
  • An echo signal transmitted from the IC chip 12 to the IC chip 13 propagates through the connection wiring connected to the output terminal 126 of the IC chip 12.
  • the echo signal transmitted from the IC chip 11 to the IC chip 12 is a weak analog signal.
  • the echo signal transmitted from the IC chip 12 to the IC chip 13 is a high-speed digital signal, and it is necessary to consider the influence of switching noise. Therefore, the connection wiring through which the echo signal transmitted from the IC chip 11 to the IC chip 12 propagates does not intersect the connection wiring through which the echo signal transmitted from the IC chip 12 to the IC chip 13 propagates in plan view. Are formed in the wiring board 20. Thereby, mixing of noise into the echo signal transmitted from the IC chip 11 to the IC chip 12 is suppressed. Therefore, noise countermeasures can be taken for wiring with high noise sensitivity.
  • connection wiring for connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 and the wiring connected to the control terminal 124 of the IC chip 12 are arranged in different layers of the wiring board 20. Therefore, as shown in FIG. 6, the connection wiring for connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 and the wiring connected to the control terminal 124 of the IC chip 12 partially intersect in plan view.
  • a control signal transmitted from the IC chip 13 to the IC chip 12 propagates through the wiring connected to the control terminal 124 of the IC chip 12. Since the control signal transmitted from the IC chip 13 to the IC chip 12 is a low-speed digital signal, the influence of noise on the echo signal transmitted from the IC chip 11 to the IC chip 12 is small.
  • the power supply IC 16 controls the power supplied to the IC chips 11 and 12. That is, the power supply IC 16 boosts or lowers the voltage of the power input from the battery unit 18 and supplies power to the IC chips 11 and 12.
  • the power supply IC 17 controls the power supplied to the IC chip 13. That is, the power supply IC 17 boosts or lowers the voltage of the power input from the battery unit 18 and supplies power to the IC chip 13.
  • the battery unit 18 is connected to an external power source, receives electric power from the external power source, and accumulates electric power.
  • the battery unit 18 supplies power to the IC chips 11 and 12 through the power supply IC 16 and supplies power to the IC chip 13 through the power supply IC 17.
  • power is supplied from the power supply unit 18 to the IC chips 11 and 12 via the power supply IC 16, and power is supplied to the IC chip 13 from the power supply unit 18 via the power supply IC 17.
  • a digital echo signal is input to the IC chip 13
  • power is supplied from the battery unit 18 to the IC chip 13 via a power supply IC 17 different from the power supply IC 16.
  • the IC chips 11 and 12 are driven by the same power supply IC (power supply IC 16 in FIG. 2), and the IC chip 13 is driven by another power supply IC (power supply IC 17 in FIG. 2).
  • it can suppress that the power supply noise of IC chip 13 is transmitted to IC chips 11 and 12 via power supply IC. Therefore, noise mixture with respect to the echo signals input to the IC chips 11 and 12 is suppressed.
  • the power supply ICs 16 and 17 are, for example, DC-DC converters or LDOs (Low Drop Out).
  • the DC-DC converter is also called a switching regulator, and the LDO is also called a linear regulator or a series regulator. Since a DC-DC converter performs power conversion (voltage or current conversion) by high-speed switching using a semiconductor element, switching noise occurs.
  • Each transducer of the transducer 10 resonates at a unique frequency (for example, 6.5 MHz).
  • the operating frequency (switching frequency) of the switching operation of the power supply IC 16 is shifted from the resonance frequency of each transducer of the transducer 10.
  • a predetermined frequency band (a width of a predetermined frequency) including the resonance frequency of each vibrator of the transducer 10 is different from an operating frequency of the switching operation of the power supply IC 16.
  • the predetermined frequency band including the resonance frequency of each transducer of the transducer 10 may be 6.5 MHz to 9.5 MHz, and the operating frequency of the switching operation of the power supply IC 16 may be 10 MHz.
  • the power supply IC 17 is a DC-DC converter, the operating frequency of the switching operation of the power supply IC 17 may be shifted from the resonance frequency of each vibrator of the transducer 10.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the arrangement of the battery units 18.
  • the ultrasonic probe 2 is disposed between the wiring board 20, the wiring board (substrate) 40 disposed to face the wiring board 20, and the wiring board 20 and the wiring board 40. And a connector 41.
  • the wiring board 40 is an example of a second substrate.
  • Power supply ICs 16 and 17 and a battery unit 18 are provided on the wiring board 40.
  • a support (not shown) is provided on the upper surface (main surface) of the wiring board 20, and the wiring board 40 is fixed to the support of the wiring board 20.
  • Power supply ICs 16 and 17 and a battery unit 18 are arranged on the upper surface of the wiring board 40. In FIG. 7, the power supply IC 17 is not shown.
  • the upper surface of the wiring board 40 is a surface facing the upper surface of the wiring board 20.
  • Pads (electrodes) 42 and 43 are formed on the upper surface of the wiring board 40.
  • the power supply ICs 16 and 17 are electrically connected to the pad 42, and the battery unit 18 is electrically connected to the pad 43.
  • the power supply ICs 16 and 17 and the battery unit 18 are connected to the wiring board 20 via the connector 41. That is, power is supplied from the power supply unit 18 to the IC chips 11 and 12 through the power supply IC 16 and the connector 41, and power is supplied from the power supply unit 18 to the IC chip 13 through the power supply IC 17 and the connector 41. Is done.
  • the battery unit 18 is disposed so as to face the IC chip 11, and a space is provided between the IC chip 11 and the battery unit 18. That is, in the ultrasonic probe 2 shown in FIG. 7, the IC chip 11 and the battery unit 18 are three-dimensionally mounted so that the IC chip 11 and the battery unit 18 face each other.
  • the battery unit 18 has a feature that noise is small and it is difficult to become a noise source. Therefore, by arranging the battery unit 18 so as to face the IC chip 11, the battery unit 18 functions as a shield, and radiation noise from the outside of the ultrasonic probe 2 to the IC chip 11 can be reduced.
  • FIG. 7 is not limited to the arrangement example of the battery unit 18 shown in FIG. 7, and the battery unit 18 may be arranged to face the IC chip 12 as shown in FIG. 8.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the battery units 18.
  • a support (not shown) is provided on the lower surface of the wiring board 20, and the wiring board 40 is fixed to the support of the wiring board 20.
  • the power supply ICs 16 and 17 and the battery unit 18 are disposed on the upper surface (main surface) of the wiring board 40. In FIG. 8, the power supply IC 17 is not shown.
  • the upper surface of the wiring board 40 is a surface facing the lower surface of the wiring board 20.
  • the battery unit 18 is disposed so as to face the IC chip 12, and a space is provided between the IC chip 12 and the battery unit 18. That is, in the ultrasonic probe 2 shown in FIG. 8, the IC chip 12 and the battery unit 18 are three-dimensionally mounted so that the IC chip 12 and the battery unit 18 face each other. By disposing the battery unit 18 so as to face the IC chip 12, the battery unit 18 functions as a shield, and radiation noise from the outside of the ultrasonic probe 2 to the IC chip 12 can be reduced.
  • FIG. 9 is a partial cross-sectional view of the ultrasonic probe 2. As shown in FIG. 9, by providing solder balls 50 between the IC chips 11 to 13 and the wiring board 20, the IC chips 11 to 13 are electrically connected to each other.
  • FIG. 4 shows an example in which four connection terminals 121 are arranged along each of two opposing sides of the IC chip 12. Not limited to the example shown in FIG. 4, eight connection terminals 121 may be arranged along one side of the IC chip 12.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the IC chips 11 and 12 when eight connection terminals 121 are arranged along one side of the IC chip 12. In FIG. 10, the arrangement position of the IC chip 11 on the wiring board 20 and the arrangement position of the IC chip 12 on the wiring board 20 are shown transparently in a plan view.
  • Each of the plurality of connection wirings connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 is formed in the wiring board 20 so as not to cross each other in a plan view. Therefore, occurrence of crosstalk in a plurality of connection wirings connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 is suppressed.
  • the wiring board 20 is configured such that a plurality of connection wirings connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 do not intersect with wirings connected to the control terminals 124 of the IC chip 12 in plan view. Is placed inside. Therefore, occurrence of crosstalk in the connection wiring connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 and the wiring connected to the control terminal 124 of the IC chip 12 is suppressed.
  • the wiring connected to the control terminal 124 of the IC chip 12 is a connection wiring that connects the IC chip 12 and the IC chip 13, and is a wiring through which a control signal transmitted from the IC chip 13 to the IC chip 12 propagates. .
  • the ultrasonic probe 2 it is possible to suppress noise from being mixed into an echo signal propagating through a connection wiring that connects the transducer 10 and the IC chip 11, and connection wiring that connects the IC chip 11 and the IC chip 12. Can be prevented from being mixed into the echo signal propagating through the. Therefore, even if the voltage of the pulse transmitted to the transducer 10 is lowered and the transmission / reception power of the ultrasonic wave is attenuated, it is possible to suppress noise from being mixed into the echo signal. Therefore, the voltage of the pulse transmitted to the transducer 10 can be lowered, and the power consumption of the ultrasonic probe 2 is improved. According to the ultrasonic probe 2, since the area of the connection wiring connecting the IC chip 11 and the IC chip 12 can be reduced, the mounting area of the wiring board 20 is reduced and the miniaturization of the ultrasonic probe 2 is improved. To do.

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Abstract

　信号に対する雑音混入を抑制する。超音波プローブは、超音波を送受信し、かつ、超音波信号と電圧信号とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサにパルス電圧信号を送信し、かつ、前記トランスデューサから前記電圧信号を受信する第１回路と、前記第１回路から受信した前記電圧信号をアナログ値からデジタル値に変換する第２回路と、前記第１回路及び前記第２回路に電力を供給する電池ユニットと、前記トランスデューサ、前記第１回路及び前記第２回路が設けられた基板と、を備え、前記第１回路は、前記基板の第１面に配置され、前記第２回路は、前記基板の前記第１面の反対側の第２面に配置されている。

Description

超音波プローブ
　本発明は、超音波プローブに関する。
　被検体、例えば、人体内の超音波画像を取得して、診断に供する超音波画像診断装置が用いられている。図１１は、超音波画像診断装置９０のブロック図である。超音波画像診断装置９０は、トランスデューサ９１、ＩＣ（Integrated Circuit）チップ９２～９４及びモニタ９５を備える。
　トランスデューサ９１は、超音波を送信し、被検体によって反射された超音波（エコー）を受信する。ＩＣチップ９２は、高電圧のパルスをトランスデューサ９１に送信し、トランスデューサ９１からエコーに応じた電圧信号（以下、エコー信号）を受信する。ＩＣチップ９２は、エコー信号をＩＣチップ９３に送信する。ＩＣチップ９３は、エコー信号を受信し、エコー信号をアンプで増幅した後、デジタル値に変換する。ＩＣチップ９３は、デジタル値に変換されたエコー信号をＩＣチップ９４に送信する。ＩＣチップ９４は、デジタル値に変換されたエコー信号を受信し、デジタル値に変換されたエコー信号に基づいて画像処理を行って画像を生成し、モニタ９５に画像を表示する。
　トランスデューサ９１とＩＣチップ９２との接続はアナログケーブルが用いられている。このアナログケーブルは、Ｎ－ｃｈの同軸ケーブルの束である。アナログケーブルは、高電圧（例えば、１００Ｖ以上の電圧）の信号を伝達する一方で、トランスデューサ９１からの微弱な信号を低雑音で伝搬させるためコストが高い。トランスデューサ９１はプローブ内に設けられ、ＩＣチップ９２～９４及びモニタ９５は装置本体に設けられる。プローブを診断箇所に当てて超音波診断が行われるため、ケーブルの長さによって診断箇所が制限される場合がある。また、ケーブルと人体とが接触することによる衛生面を考慮する必要がある。そのため、トランスデューサ９１及びＩＣチップ９２～９４をプローブ内に収容し、プローブとモニタ９５とを無線接続することにより、プローブとモニタ９５との間をケーブルレスとする技術が知られている。
特表２００２－５３０１４２号公報 特表２０１０－５２８６９６号公報 特表２００３－５０６１７２号公報 特開２００７－２４４５８０号公報
　プローブとモニタ９５との間をケーブルレスとする場合、トランスデューサ９１及びＩＣチップ９２～９４に電力を供給する電源をプローブ内に収容することになる。したがって、プローブの低電力化が要求されている。パルスの電圧を大幅に下げる（例えば、電圧を１００Ｖから２５Ｖに変更する）ことにより、低電力化が図られる。しかし、パルスの電圧を下げると、超音波の送受信パワーも減衰するため、エコー信号に雑音が混入すると、エコー信号に基づいて生成される画像が劣化するおそれがある。
　本願の一つの側面では、信号に対する雑音混入を抑制することを目的とする。
　本願の一つの側面による超音波プローブは、超音波を送受信し、かつ、超音波信号と電圧信号とを相互に変換するトランスデューサと、前記トランスデューサにパルス電圧信号を送信し、かつ、前記トランスデューサから前記電圧信号を受信する第１回路と、前記第１回路から受信した前記電圧信号をアナログ値からデジタル値に変換する第２回路と、前記第１回路及び前記第２回路に電力を供給する電池ユニットと、前記トランスデューサ、前記第１回路及び前記第２回路が設けられた基板と、を備え、前記第１回路は、前記基板の第１面に配置され、前記第２回路は、前記基板の前記第１面の反対側の第２面に配置されている。
　本願の一つの側面によれば、信号に対する雑音混入を抑制することができる。
図１は、超音波画像診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、超音波プローブの構成の一例を示すブロック図である。 図３は、ＩＣチップ（第１のＩＣ）の構成の一例を示す図である。 図４は、ＩＣチップ（第２のＩＣ）の構成の一例を示す図である。 図５Ａは、超音波プローブの部分断面図である。 図５Ｂは、超音波プローブの部分断面図である。 図５Ｃは、超音波プローブの部分断面図である。 図６は、ＩＣチップ（第１のＩＣ、第２のＩＣ）の配置の一例を示す図である。 図７は、電池ユニットの配置の一例を示す図である。 図８は、電池ユニットの配置の一例を示す図である。 図９は、超音波プローブの部分断面図である。 図１０は、ＩＣチップ（第１のＩＣ、第２のＩＣ）の配置の一例を示す図である。 図１１は、超音波画像診断装置のブロック図である。
　以下、図面を参照して実施形態に係る超音波プローブについて説明する。以下に示す超音波プローブの構成は例示であり、実施形態に係る超音波プローブの構成は、以下に示す構成に限定されない。
　図１は、超音波画像診断装置１の構成の一例を示すブロック図である。超音波画像診断装置１は、超音波プローブ２、画像処理部３及びモニタ４を備える。超音波プローブ２と画像処理部３とは無線により相互に通信が可能である。すなわち、超音波プローブ２と画像処理部３との間はケーブルレスとなっている。画像処理部３とモニタ４との間はケーブルを介して有線接続されている。ただし、画像処理部３とモニタ４との間を無線接続してもよい。
　図２は、超音波プローブ２の構成の一例を示すブロック図である。超音波プローブ２は、トランスデューサ１０、ＩＣチップ（第１のＩＣ）１１、ＩＣチップ（第２のＩＣ）１２、ＩＣチップ（第３のＩＣ）１３、無線モジュール１４、アンテナ１５、電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８を備える。超音波プローブ２内に、トランスデューサ１０、ＩＣチップ１１～１３、無線モジュール１４、アンテナ１５、電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８が収容されている。ＩＣチップ１１は、第１回路の一例である。ＩＣチップ１２は、第２回路の一例である。ＩＣチップ１３は、第３回路の一例である。
　トランスデューサ１０は、超音波を送信し、被検体によって反射された超音波（エコー）を受信する。また、トランスデューサ１０は、超音波信号と電圧信号とを相互に変換する。トランスデューサ１０は、短冊状に配列された複数の振動子を有している。振動子は、圧電素子等の圧電体と、圧電体の両側に形成された電極とを有している。電極に電圧が印加され、圧電体が伸縮することにより各振動子から超音波が発生する。また、各振動子が超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生する。トランスデューサ１０は、各振動子が発生した電気信号に基づいて、エコーに応じた電圧信号（以下、エコー信号）をＩＣチップ１１に送信する。
　ＩＣチップ１１は、高電圧のパルス（パルス電圧信号）をトランスデューサ１０に送信し、トランスデューサ１０からエコー信号を受信する。ＩＣチップ１１は、エコー信号をＩＣチップ１２に送信する。図３は、ＩＣチップ１１の構成の一例を示す図である。ＩＣチップ１１は複数の接続端子１１１及び複数の送受信回路１１２を有する。接続端子１１１は、トランスデューサ１０との接続に用いられる。送受信回路１１２は、接続端子１１１を介して、トランスデューサ１０へパルス電圧信号を送信し、トランスデューサ１０からのエコー信号を受信する。ＩＣチップ１１の１辺又は複数辺に沿って、複数の接続端子１１１がＩＣチップ１１に配置されている。図３に示す例では、ＩＣチップ１１の３辺に沿って、複数の接続端子１１１がＩＣチップ１１に配置されている。
　また、ＩＣチップ１１は、制御回路１１３、出力セレクタ回路１１４、複数の制御端子１１５及び複数の出力端子１１６を有する。制御回路１１３は、制御端子１１５を介してＩＣチップ１３からの制御信号を受信し、制御信号に基づいて、ＩＣチップ１１の動作を制御する。制御回路１１３に入力される制御信号に基づいて、任意のチャネル（接続端子１１１及び送受信回路１１２を含む送信経路）が選択され、ＩＣチップ１１からトランスデューサ１０にパルス電圧信号が送信される。
　出力セレクタ回路１１４は、制御回路１１３に入力される制御信号に基づいて、出力セレクタ回路１１４に入力されるエコー信号を選択し、選択されたエコー信号を複数の出力端子１１６を介してＩＣチップ１２に出力する。したがって、制御回路１１３に入力される制御信号に基づいて、任意のチャネル（接続端子１１１及び送受信回路１１２を含む送信経路）が選択され、ＩＣチップ１１からＩＣチップ１２にエコー信号が送信される。出力端子１１６は、ＩＣチップ１２との接続に用いられる。図３に示す例では、ＩＣチップ１１の１辺に沿って、複数の出力端子１１６がＩＣチップ１１に配置されている。出力端子１１６は、ＩＣチップ１１の接続端子１１１が配置されている辺とは異なる辺に配置されている。図３に示す例では、最大８チャネル分のエコー信号が、複数の出力端子１１６（ａ１～ａ８）を介してＩＣチップ１２に送信される。
　ＩＣチップ１２は、ＩＣチップ１１からエコー信号を受信し、エコー信号をアンプで増幅し、増幅されたエコー信号をアナログ値からデジタル値に変換する。図４は、ＩＣチップ１２の構成の一例を示す図である。ＩＣチップ１２は、複数の接続端子１２１、複数の信号調整回路１２２、制御回路１２３、複数の制御端子１２４、出力バッファ１２５及び複数の出力端子１２６を備える。複数の接続端子１２１は、ＩＣチップ１１との接続に用いられる。複数の出力端子１２６は、ＩＣチップ１３との接続に用いられる。また、ＩＣチップ１２は、ＩＣチップ１１からエコー信号を受信し、エコー信号をアナログ値からデジタル値に変換してもよい。すなわち、ＩＣチップ１２は、エコー信号を増幅させずに、エコー信号をアナログ値からデジタル値に変換してもよい。
　信号調整回路１２２は、例えば、ＡＦＥ（Analog Front End）である。信号調整回路１２２は、アンプ１２７及びＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１２８を有する。アンプ１２７は、入力されるエコー信号を増幅する。ＡＤＣ１２８は、入力されるエコー信号をアナログ値からデジタル値に変換して出力する。すなわち、ＡＤＣ１２８は、アナログのエコー信号をデジタルのエコー信号に変換する。ＡＤＣ１２８から出力されるエコー信号は、出力バッファ１２５及び出力端子１２６を介してＩＣチップ１３に送信される。ＩＣチップ１２が、エコー信号を増幅させずに、エコー信号をアナログ値からデジタル値に変換する場合、アンプ１２７を省略してもよい。
　制御回路１２３は、制御端子１２４を介してＩＣチップ１３からの制御信号を受信し、制御信号に基づいて、ＩＣチップ１２の動作を制御する。制御端子１２４を介して入力される制御信号は、アンプ１２７のゲインを制御する信号を含む。
　図４に示す例では、信号調整回路１２２が各チャネルに対して配置されており、最大８チャネル分のエコー信号が増幅及びＡ／Ｄ変換される。図４に示す例では、ＩＣチップ１２の対向する２辺の其々に沿って４つの接続端子１２１が配置されている。したがって、ＩＣチップ１２の対向する２辺の其々に対して４チャネル分のエコー信号が入力される。図４に示す例では、ＩＣチップ１２の接続端子が配置されている辺とは異なる１辺に沿って制御端子１２４が配置され、ＩＣチップ１２の制御端子１２４が配置されている辺と対向する辺に沿って出力端子１２６が配置されている。したがって、ＩＣチップ１２は、アナログのエコー信号が入力される部分と、デジタルのエコー信号が出力される部分とが分離されている。また、ＩＣチップ１２は、アナログのエコー信号が入力される部分と、制御信号が入力される部分とが分離されている。
　ＩＣチップ１３は、ＩＣチップ１１、１２に制御信号を送信する。ＩＣチップ１３は、ＩＣチップ１２からデジタルのエコー信号を受信する。ＩＣチップ１３は、エコー信号に基づいて画像処理を行い、画像信号を生成する。ＩＣチップ１３は、画像信号を無線モジュール１４に送信する。無線モジュール１４は、ＩＣチップ１３から画像信号を受信する。無線モジュール１４は、アンテナ１５を介して画像処理部３が有する無線モジュールに、画像信号を無線送信する。画像処理部３は、画像信号に基づいて画像をモニタ４に表示する。画像処理部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ（記憶装置）とを備えるコンピュータである。モニタ４は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ及び有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ等の表示装置である。
　ＩＣチップ１３が、エコー信号を無線モジュール１４に送信し、無線モジュール１４は、ＩＣチップ１３からエコー信号を受信してもよい。この場合、無線モジュール１４は、アンテナ１５を介して画像処理部３が有する無線モジュールに、エコー信号を無線送信する。画像処理部３は、エコー信号に基づいて画像処理を行い、画像信号を生成し、画像信号に基づいて画像をモニタ４に表示する。
　トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線（信号線）、及びＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線は、微弱なエコー信号が送受信される配線である。そのため、トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線、及びＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線は、十分な雑音対策が要求されている。トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線、及びＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線における雑音対策について説明する。トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線は、第１接続配線の一例である。ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線は、第２接続配線の一例である。
　雑音対策として、超音波プローブ２が備える基板において、雑音源となり得る信号配線との交差を避けたり、シールドを行ったりすることが挙げられる。雑音源は、例えば、スイッチング雑音や外部からの輻射雑音である。
　図５Ａ～図５Ｃは、超音波プローブ２の部分断面図である。図５Ａ～図５Ｃに示すように、配線板２０にトランスデューサ１０及びＩＣチップ１１～１３が設けられ、トランスデューサ１０及びＩＣチップ１１～１３は、配線板（基板）２０の内層配線及びスルーホールを用いて接続されている。内層配線は、例えば、銅（Ｃｕ）等で形成された金属配線である。スルーホールは、配線板２０に設けられた孔と、孔の側壁に形成された銅めっきとを有する。スルーホールは、ビアとも呼ばれる。トランスデューサ１０は、配線板２０の側面に取り付けられている。配線板２０は、例えば、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）である。配線板２０は、基板の一例である。配線板２０を２層以上の多層配線とすることで、配線板２０の内部における上下左右の層でのクロストークの発生を抑制することができる。また、配線板２０の内層配線の周囲をグランドシールドすることにより、超音波プローブ２の外部からの雑音混入を抑制することができる。
　図５Ａは、トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線を示している。配線板２０の上面（第１面）にＩＣチップ１１が配置されている。配線板２０の上面にコネクタ２１及びパッド（電極）２２が形成されている。配線板２０の内部にスルーホール２３、２４及び内層配線２５が形成されている。コネクタ２１とスルーホール２３とが電気的に接続され、パッド２２とスルーホール２４とが電気的に接続されている。内層配線２５は、スルーホール２３、２４の其々と電気的に接続されている。ＩＣチップ１１の接続端子１１１とパッド２２とが電気的に接続されている。
　トランスデューサ１０の接続端子１０１がコネクタ２１に接触し、トランスデューサ１０の接続端子１０１とコネクタ２１とが電気的に接続することにより、トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とが電気的に接続される。スルーホール２３、２４及び内層配線２５の周囲には、グランドに接続されたグランド線が形成され、スルーホール２３、２４及び内層配線２５の周囲がグランドシールドされている。したがって、トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線（図５Ａに示す例では、スルーホール２３、２４及び内層配線２５を含む配線）を伝播する（通る）エコー信号に対する雑音混入が抑制される。
　図５Ｂは、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線を示している。配線板２０の上面にＩＣチップ１１が配置され、配線板２０の下面（第２面）にＩＣチップ１２が配置されている。配線板２０の下面は、配線板２０の上面の反対側の面である。配線板２０の上面にパッド（電極）２６が形成されている。配線板２０の下面にパッド（電極）２７が形成されている。配線板２０の内部にスルーホール２８、２９及び内層配線３０が形成されている。
　パッド２６とスルーホール２８とが電気的に接続され、パッド２７とスルーホール２９とが電気的に接続されている。内層配線３０は、スルーホール２８、２９の其々と電気的に接続されている。ＩＣチップ１１の出力端子１１６とパッド２６とが電気的に接続されている。ＩＣチップ１２の接続端子１２１とパッド２７とが電気的に接続されている。これらの電気的な接続により、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とが電気的に接続される。
　図５Ｂに示すように、配線板２０の上面にＩＣチップ１１が配置され、配線板２０の下面にＩＣチップ１２が配置されている。すなわち、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とが、配線板２０の上下面（表裏面）に配置されている。そのため、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線（図５Ｂに示す例では、スルーホール２８、２９及び内層配線３０を含む配線）を短くすることができる。ＩＣチップ１１、１２の両方を配線板２０の同一面に配置する場合と比較して、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線を短くすることができる。ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線を短くすることにより、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２を接続する接続配線を伝播するエコー信号に対する雑音混入が抑制される。また、ＩＣチップ１１、１２の両方を配線板２０の同一面に配置する場合と比較して、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線の領域を小さくすることができる。
　スルーホール２８、２９及び内層配線３０の周囲には、グランドに接続されたグランド線が形成され、スルーホール２８、２９及び内層配線３０の周囲がグランドシールドされている。したがって、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線を伝播するエコー信号に対する雑音混入が抑制される。
　図５Ｃは、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１３とを接続する接続配線及びＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とを接続する接続配線を示している。配線板２０の上面にＩＣチップ１１が配置され、配線板２０の下面にＩＣチップ１２、１３が配置されている。図５Ｃに示す例では、配線板２０の下面にＩＣチップ１３を配置しているが、配線板２０の上面にＩＣチップ１３を配置してもよい。配線板２０の上面にパッド（電極）３１が形成されている。配線板２０の下面にパッド（電極）３２、３３が形成されている。配線板２０の内部にスルーホール３４、３５、３６及び内層配線３７が形成されている。
　パッド３１とスルーホール３４とが電気的に接続され、パッド３２とスルーホール３５とが電気的に接続され、パッド３３とスルーホール３６とが電気的に接続されている。内層配線３７は、スルーホール３４、３５、３６の其々と電気的に接続されている。ＩＣチップ１１の制御端子１１５とパッド３１とが電気的に接続されている。ＩＣチップ１２は、複数の外部端子１２９を有する。外部端子１２９は、制御端子１２４又は出力端子１２６である。ＩＣチップ１２の外部端子１２９とパッド３２とが電気的に接続されている。ＩＣチップ１３は、複数の外部端子１３１を有する。外部端子１３１は、制御端子又は信号端子である。ＩＣチップ１３の外部端子１３１とパッド３３とが電気的に接続されている。ＩＣチップ１１とＩＣチップ１３とが電気的に接続され、ＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とが電気的に接続されている。これらの電気的な接続により、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１３とが電気的に接続され、ＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とが電気的に接続される。
　スルーホール３４、３５、３６及び内層配線３７の周囲には、グランドに接続されたグランド線が形成され、スルーホール３４、３５、３６及び内層配線３７の周囲がグランドシールドされている。したがって、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１３とを接続する接続配線（図５Ｃに示す例では、スルーホール３４、３６及び内層配線３７を含む配線）を伝播する制御信号に対する雑音混入が抑制される。また、ＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とを接続する接続配線（図５Ｃに示す例では、スルーホール３４、３５及び内層配線３７を含む配線）を伝播する制御信号又はエコー信号に対する雑音混入が抑制される。
　図６は、ＩＣチップ１１、１２の配置の一例を示す図である。図６では、配線板２０におけるＩＣチップ１１の配置位置と、配線板２０におけるＩＣチップ１２の配置位置とを平面視で透視的に示している。図６に示すように、ＩＣチップ１１の出力端子１１６及びＩＣチップ１２の接続端子１２１を繋ぐ複数の配線が図示されている。ＩＣチップ１１の出力端子１１６及びＩＣチップ１２の接続端子１２１を繋ぐ配線が、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線である。ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する複数の接続配線の其々が、平面視で互いに交差しないようにして配線板２０内に形成されている。したがって、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する複数の接続配線におけるクロストークの発生が抑制される。また、ＩＣチップ１１の接続端子１１１はＩＣチップ１２の接続端子１２１を平面視で囲むように形成されている。このようにＩＣチップ１１とＩＣチップ１２の接続端子を交差させないことにより接続端子部分でのクロストークの発生が抑制される。
　図６に示すように、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する複数の接続配線が、ＩＣチップ１２の出力端子１２６に繋がっている複数の配線と平面視で交差しないようにして配線板２０内に形成されている。ＩＣチップ１２の出力端子１２６に繋がっている配線は、ＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とを接続する接続配線であって、ＩＣチップ１２からＩＣチップ１３に送信されるデジタル信号が伝播する配線である。ＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とを接続する接続配線は、第２接続配線の一例である。
　ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線は、ＩＣチップ１１からＩＣチップ１２に送信されるエコー信号が伝播する。ＩＣチップ１２の出力端子１２６に繋がっている接続配線は、ＩＣチップ１２からＩＣチップ１３に送信されるエコー信号が伝播する。ＩＣチップ１１からＩＣチップ１２に送信されるエコー信号は、微弱なアナログ信号である。一方、ＩＣチップ１２からＩＣチップ１３に送信されるエコー信号は、高速なデジタル信号であり、スイッチングノイズの影響を考慮する必要がある。そのため、ＩＣチップ１１からＩＣチップ１２に送信されるエコー信号が伝播する接続配線と、ＩＣチップ１２からＩＣチップ１３に送信されるエコー信号が伝播する接続配線とが、平面視で交差しないようにして配線板２０内に形成されている。これにより、ＩＣチップ１１からＩＣチップ１２に送信されるエコー信号に対する雑音混入が抑制される。したがって、雑音感度の高い配線に対する雑音対策を施すことができる。
　ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線と、ＩＣチップ１２の制御端子１２４に繋がっている配線とが配線板２０の異なる層に配置されている。そのため、図６に示すように、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線と、ＩＣチップ１２の制御端子１２４に繋がっている配線とが、平面視で部分的に交差している。ＩＣチップ１２の制御端子１２４に繋がっている配線は、ＩＣチップ１３からＩＣチップ１２に送信される制御信号が伝播する。ＩＣチップ１３からＩＣチップ１２に送信される制御信号は、低速なデジタル信号であるため、ＩＣチップ１１からＩＣチップ１２に送信されるエコー信号に対する雑音混入の影響が小さい。
　図２に戻り、電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８について説明する。電源ＩＣ１６は、ＩＣチップ１１、１２に供給される電力を制御する。すなわち、電源ＩＣ１６は、電池ユニット１８から入力される電力の電圧を昇圧又は降圧して、ＩＣチップ１１、１２に電力を供給する。電源ＩＣ１７は、ＩＣチップ１３に供給される電力を制御する。すなわち、電源ＩＣ１７は、電池ユニット１８から入力される電力の電圧を昇圧又は降圧して、ＩＣチップ１３に電力を供給する。電池ユニット１８は、外部電源に接続され、外部電源からの電力供給を受けて、電力を蓄積する。電池ユニット１８は、電源ＩＣ１６を介して、ＩＣチップ１１、１２に電力を供給し、電源ＩＣ１７を介して、ＩＣチップ１３に電力を供給する。
　図２に示すように、ＩＣチップ１１、１２には、電源ＩＣ１６を介して、電源ユニット１８から電力が供給され、ＩＣチップ１３には、電源ＩＣ１７を介して、電源ユニット１８から電力が供給される。ＩＣチップ１１、１２には、アナログのエコー信号が入力されるため、電源ＩＣ１６を介して、電池ユニット１８からＩＣチップ１１、１２に電力が供給されている。一方、ＩＣチップ１３には、デジタルのエコー信号が入力されるため、電源ＩＣ１６とは異なる電源ＩＣ１７を介して、電池ユニット１８からＩＣチップ１３に電力が供給されている。ＩＣチップ１１、１２を同じ電源ＩＣ（図２では電源ＩＣ１６）で駆動し、ＩＣチップ１３を別の電源ＩＣ（図２では電源ＩＣ１７）で駆動する。これにより、ＩＣチップ１３の電源ノイズが、電源ＩＣを介してＩＣチップ１１、１２に伝達されることを抑制できる。したがって、ＩＣチップ１１、１２に入力されるエコー信号に対する雑音混入が抑制される。
　電源ＩＣ１６、１７は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ又はＬＤＯ（Low Drop Out）である。ＤＣ－ＤＣコンバータは、スイッチングレギュレータとも呼ばれ、ＬＤＯは、リニアレギュレータ又はシリーズレギュレータとも呼ばれる。ＤＣ－ＤＣコンバータは、半導体素子による高速スイッチングで電力変換（電圧や電流の変換）を行うため、スイッチングノイズが発生する。トランスデューサ１０の各振動子は、固有の周波数（例えば、６．５ＭＨｚ）で共振する。
　電源ＩＣ１６が、ＤＣ－ＤＣコンバータである場合、電源ＩＣ１６のスイッチング動作の動作周波数（スイッチング周波数）を、トランスデューサ１０の各振動子の共振周波数からずらす。例えば、トランスデューサ１０の各振動子の共振周波数を含む所定周波数帯域（所定周波数の幅）と、電源ＩＣ１６のスイッチング動作の動作周波数とを異ならせる。これにより、トランスデューサ１０からＩＣチップ１１に送信されるエコー信号及びＩＣチップ１１からＩＣチップ１２に送信されるエコー信号に対する雑音混入を抑制することができる。例えば、トランスデューサ１０の各振動子の共振周波数を含む所定周波数帯域を６．５ＭＨｚ以上９．５ＭＨｚ以下とし、電源ＩＣ１６のスイッチング動作の動作周波数を１０ＭＨｚとしてもよい。なお、電源ＩＣ１７が、ＤＣ－ＤＣコンバータである場合、電源ＩＣ１７のスイッチング動作の動作周波数を、トランスデューサ１０の各振動子の共振周波数からずらしてもよい。
　図７は、電池ユニット１８の配置の一例を示す図である。図７に示すように、超音波プローブ２は、配線板２０と、配線板２０と対向して配置された配線板（基板）４０と、配線板２０と配線板４０との間に配置されたコネクタ４１とを備える。配線板４０は、第２基板の一例である。配線板４０に電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８が設けられている。配線板２０の上面（主面）に支柱（図示せず）が設けられており、配線板２０の支柱に配線板４０が固定されている。配線板４０の上面に電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８が配置されている。なお、図７では、電源ＩＣ１７の図示が省略されている。配線板４０の上面は、配線板２０の上面と対向する側の面である。配線板４０の上面にパッド（電極）４２、４３が形成されている。
　電源ＩＣ１６、１７は、パッド４２と電気的に接続され、電池ユニット１８は、パッド４３と電気的に接続されている。電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８は、コネクタ４１を介して配線板２０と接続されている。すなわち、ＩＣチップ１１、１２には、電源ＩＣ１６及びコネクタ４１を介して、電源ユニット１８から電力が供給され、ＩＣチップ１３には、電源ＩＣ１７及びコネクタ４１を介して、電源ユニット１８から電力が供給される。
　図７に示すように、電池ユニット１８が、ＩＣチップ１１と向かい合うようにして配置され、ＩＣチップ１１と電池ユニット１８との間には空間が設けられている。すなわち、図７に示す超音波プローブ２では、ＩＣチップ１１と電池ユニット１８とが向かい合わせになるように、ＩＣチップ１１及び電池ユニット１８が３次元的に実装されている。電池ユニット１８は、雑音が小さく雑音源となり難い特徴を有する。そのため、電池ユニット１８を、ＩＣチップ１１と向かい合うようにして配置することにより、電池ユニット１８がシールドとして機能し、ＩＣチップ１１に対する超音波プローブ２の外部からの輻射雑音を低減できる。
　図７に示す電池ユニット１８の配置例に限らず、図８に示すように、電池ユニット１８を、ＩＣチップ１２と向かい合うようにして配置してもよい。図８は、電池ユニット１８の配置の一例を示す図である。配線板２０の下面に支柱（図示せず）が設けられており、配線板２０の支柱に配線板４０が固定されている。配線板４０の上面（主面）に電源ＩＣ１６、１７及び電池ユニット１８が配置されている。なお、図８では、電源ＩＣ１７の図示が省略されている。配線板４０の上面は、配線板２０の下面と対向する側の面である。
　図８に示すように、電池ユニット１８が、ＩＣチップ１２と向かい合うようにして配置され、ＩＣチップ１２と電池ユニット１８との間には空間が設けられている。すなわち、図８に示す超音波プローブ２では、ＩＣチップ１２と電池ユニット１８とが向かい合わせになるように、ＩＣチップ１２及び電池ユニット１８が３次元的に実装されている。電池ユニット１８を、ＩＣチップ１２と向かい合うようにして配置することにより、電池ユニット１８がシールドとして機能し、ＩＣチップ１２に対する超音波プローブ２の外部からの輻射雑音を低減できる。
　トランスデューサ１０によって超音波が送受信されている間、トランスデューサ１０からＩＣチップ１１にエコー信号を送信する間、及びＩＣチップ１１からＩＣチップ１２にエコー信号を送信する間、電池ユニット１８への充電を停止する。電池ユニット１８の充電中は、充電用ＩＣ（図示せず）が動作するため、充電用ＩＣによるスイッチングノイズがエコー信号に影響を与える可能性がある。したがって、上記の期間、電池ユニット１８への充電を停止することにより、充電用ＩＣが発生するスイッチングノイズがエコー信号に混入することを抑止することができる。
　上記では、ＩＣチップ１１～１３の端子を用いて、ＩＣチップ１１～１３の相互間の電気的な接続を行う例を示している。この例に限らず、図９に示すように、ＢＧＡ（Ball Grid Array）の半田ボールを用いて、ＩＣチップ１１～１３の相互間の電気的な接続を行ってもよい。図９は、超音波プローブ２の部分断面図である。図９に示すように、ＩＣチップ１１～１３と配線板２０との間に半田ボール５０を設けることにより、ＩＣチップ１１～１３の相互間の電気的な接続が行われている。
　図４は、ＩＣチップ１２の対向する２辺の其々に沿って４つの接続端子１２１を配置する例を示している。図４に示す例に限らず、ＩＣチップ１２の１辺に沿って８つの接続端子１２１を配置してもよい。図１０は、ＩＣチップ１２の１辺に沿って８つの接続端子１２１を配置した場合におけるＩＣチップ１１、１２の配置の一例を示す図である。図１０では、配線板２０におけるＩＣチップ１１の配置位置と、配線板２０におけるＩＣチップ１２の配置位置とを平面視で透視的に示している。
　ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する複数の接続配線の其々が、平面視で互いに交差しないようにして配線板２０内に形成されている。したがって、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する複数の接続配線におけるクロストークの発生が抑制される。また、図１０に示すように、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する複数の接続配線が、ＩＣチップ１２の制御端子１２４に繋がっている配線と平面視で交差しないようにして配線板２０内に配置されている。したがって、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線及びＩＣチップ１２の制御端子１２４に繋がっている配線におけるクロストークの発生が抑制される。ＩＣチップ１２の制御端子１２４に繋がっている配線は、ＩＣチップ１２とＩＣチップ１３とを接続する接続配線であって、ＩＣチップ１３からＩＣチップ１２に送信される制御信号が伝播する配線である。
　超音波プローブ２によれば、トランスデューサ１０とＩＣチップ１１とを接続する接続配線を伝播するエコー信号に対する雑音混入を抑制することができ、また、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線を伝播するエコー信号に対する雑音混入を抑制することができる。そのため、トランスデューサ１０に送信されるパルスの電圧を下げ、超音波の送受信パワーが減衰しても、エコー信号に対する雑音混入を抑制することができる。したがって、トランスデューサ１０に送信されるパルスの電圧を下げることが可能となり、超音波プローブ２の低電力化が向上する。超音波プローブ２によれば、ＩＣチップ１１とＩＣチップ１２とを接続する接続配線の領域を小さくすることができるため、配線板２０の実装面積が小さくなり、超音波プローブ２の小型化が向上する。
１　　超音波画像診断装置
２　　超音波プローブ
３　　画像処理部
４　　モニタ
１０　　トランスデューサ
１１～１３　　ＩＣチップ
１４　　無線モジュール
１５　　アンテナ
１６、１７　　電源ＩＣ
１８　　電池ユニット
２０、４０　　配線板

Claims (8)

  1. 　超音波を送受信し、かつ、超音波信号と電圧信号とを相互に変換するトランスデューサと、
    　前記トランスデューサにパルス電圧信号を送信し、かつ、前記トランスデューサから前記電圧信号を受信する第１回路と、
    　前記第１回路から受信した前記電圧信号をアナログ値からデジタル値に変換する第２回路と、
    　前記第１回路及び前記第２回路に電力を供給する電池ユニットと、
    　前記トランスデューサ、前記第１回路及び前記第２回路が設けられた基板と、
    　を備え、
    　前記第１回路は、前記基板の第１面に配置され、
    　前記第２回路は、前記基板の前記第１面の反対側の第２面に配置されていることを特徴とする超音波プローブ。
  2. 　前記第１回路と前記第２回路とを接続する複数の第１接続配線を更に備え、
    　前記複数の第１接続配線の其々が、平面視で互いに交差しないようにして前記基板内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ。
  3. 　デジタル値に変換された前記電圧信号を前記第２回路から受信する第３回路と、
    　前記第２回路と前記第３回路とを接続する第２接続配線と、
    　を更に備え、
    　前記第３回路は、前記基板の前記第１面又は前記第２面に配置され、
    　前記複数の第１接続配線と前記第２接続配線とが、平面視で互いに交差しないようにして前記基板内に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波プローブ。
  4. 　前記第１回路及び前記第２回路に供給される電力を制御する第１電源回路と、
    　前記第３回路に供給される電力を制御する第２電源回路と、
    　を更に備える請求項３に記載の超音波プローブ。
  5. 　前記第１電源回路は、ＤＣ－ＤＣコンバータであり、
    　前記トランスデューサは、振動子を有し、
    　前記振動子の共振周波数を含む所定周波数と、前記ＤＣ－ＤＣコンバータの動作周波数とを異ならせることを特徴とする請求項４に記載の超音波プローブ。
  6. 　前記基板と対向して配置され、前記電池ユニットが設けられた第２基板を更に備え、
    　前記電池ユニットは、前記第１回路と向かい合うようにして前記第２基板に配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の超音波プローブ。
  7. 　前記基板と対向して配置され、前記電池ユニットが設けられた第２基板を更に備え、
    　前記電池ユニットは、前記第２回路と向かい合うようにして前記第２基板に配置されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の超音波プローブ。
  8. 　前記基板の前記第１面に配置された前記第１回路との複数の接続端子は、前記基板の前記第２面に配置された前記第２回路との複数の接続端子を平面視で囲むように形成されていることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の超音波プローブ。
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