專利名稱：超聲換能器驅(qū)動電路和超聲診斷裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲換能器驅(qū)動電路和一種超聲診斷裝置，并且 更具體地涉及能夠抑制功率消耗并且允許減小電路尺寸的超聲換能器背景技術迄今為止，已知一種超聲診斷裝置，其包括在導通狀態(tài)下將正電壓輸出到通向超聲換能器的輸出線上的正FBT(場效應晶體管)、將負 電壓輸出到通向超聲換能器的輸出線上的負FET、以及驅(qū)動正FET和負 FET的驅(qū)動電路(例如，參見專利文件1和專利文件2 ).[專利文件l]日本未審專利公開No. 2006 - 101997 (困10、圖12、 圖14)[專利文件2]日本未審專利公開No. 2004 - 358133 (圖2 ) 在上述的現(xiàn)有技術的超聲診斷裝置中，給超聲換能器的輸出電壓可以通過調(diào)整FET的柵極電壓(調(diào)整每個FET上的電壓降)來控制. 然而，當將電壓脈沖施加到超聲換能器上時，每個FET在與脈沖寬度持續(xù)時間一樣長的時間內(nèi)保持導通，并且這造成了功率消耗增加的問題.由于這個原因，在上述的現(xiàn)有技術的超聲診斷裝置中，通過在給 超聲換能器的輸出電壓為低時將每個FET的電源電壓轉(zhuǎn)換成低壓(以 減小FET上的電壓降)來抑制功率消耗.然而，由于每個FET的電源電壓轉(zhuǎn)換電路是電源電路，所以出現(xiàn) 了電路尺寸變得更大的問題.發(fā)明內(nèi)容在第一方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于包括正場效應晶體管，該正場效應晶體管在導通狀態(tài)下將正電壓 輸出到通向超聲換能器的輸出線上；負場效應晶體管，該負場效應晶 體管在導通狀態(tài)下將負電壓輸出到所述輸出線上；接地箝位電路(ground clamp circuit)，用于當所述正場效應晶體管和所述負場 效應晶體管處于關斷狀態(tài)時使所述輸出線返回到接地電壓；以及驅(qū)動 電路，該驅(qū)動電路至少執(zhí)行下列之一根據(jù)所提供的正脈沖信號使所 述正場效應晶體管導通并且在經(jīng)過所述輸出線從接地電壓上升至預定 的正電壓的上升周期之后使所述正場效應晶體管關斷；以及根據(jù)所提 供的負脈沖信號使所述負場效應晶體管導通并且在經(jīng)過所述輸出線從 接地電壓下降至預定的負電壓的下降周期之后使所述負場效應晶體管 關斷，在根據(jù)上述第一方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，在根據(jù)正脈沖信 號使正場效應晶體管導通之后，在上升至預定的正電壓時，使正場效 應晶體管關斷；因此，給超聲換能器的輸出電壓上升，但是被限制在 預定的正電壓以下.然后，可以通過接地箝位電路使給超聲換能器的 輸出電壓返回到接地電壓.因而，施加到超聲換能器上的正脈沖的電 壓值和脈沖寬度都可以被控制.同樣，在根據(jù)負脈沖信號使負場效應 晶體管導通之后，在下降至預定的負電壓時，使負場效應晶體管關斷；因此，給超聲換能器的輸出電壓下降，但是被限制在預定的負電壓以 上.然后，可以通過接地箝位電路使給超聲換能器的輸出電壓返回到 接地電壓.因而，施加到超聲換能器上的負脈沖的電壓值和脈沖寬度 都可以被控制.由于當給超聲換能器的輸出電壓上升至預定的電壓或 下降到預定的電壓時各個FBT被關斷，所以可以抑制功率消耗.由于 對于FET來說不需要電源電壓轉(zhuǎn)換電路，所以電路尺寸可以被減小.在第二方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于，根據(jù)所述第一方面的超聲換能器驅(qū)動電路中的所述驅(qū)動電路基于 所述正脈沖信號、所述負脈沖信號和從所迷輸出線返回的返回電壓來 驅(qū)動所述正場效應晶體管和所述負場效應晶體管.在根據(jù)上述第二方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，使用從輸出線返 回的返回電壓來執(zhí)行控制；因而，即使存在電路元件的變化，給超聲 換能器的輸出電壓也可以精確地被控制.在第三方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于，根據(jù)所述第二方面的超聲換能器驅(qū)動電路中的所述驅(qū)動電路包括 驅(qū)動所述正場效應晶體管的正驅(qū)動電路和驅(qū)動所述負場效應晶體管的 負驅(qū)動電路.在根據(jù)上迷第三方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，正驅(qū)動電路和負驅(qū)動電路是分離的；因而，每個相應的邏輯電路變得易于構造.在第四方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于，根據(jù)所述第三方面的超聲換能器驅(qū)動電路中的所述正驅(qū)動電路包 括正比較器，該正比較器比較正閾值與所述返回電壓；以及正邏輯 電路，該正邏輯電路基于所述正脈沖信號和所述正比較器的輸出電壓 輸出用于所述正場效應晶體管的驅(qū)動信號.在根據(jù)上述第四方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，給超聲換能器的 正輸出電壓可以通過調(diào)整正闞值來調(diào)整.在第五方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于，根據(jù)所述笫四方面的超聲換能器驅(qū)動電路中的所述正邏輯電路是 觸發(fā)器電路.在根據(jù)上述第五方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，在當輸出線從接 地電壓上升至預定的正電壓時正場效應晶體管被關斷之后，即使輸出 線上的電壓下降，正場效應晶體管的關斷狀態(tài)也可以被維持.在第六方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于，根據(jù)所述第三至笫五方面中任一方面的超聲換能器驅(qū)動電路中的 所述負驅(qū)動電路包括負比較器，該負比較器比較負閾值與所述返回 電壓；以及負邏輯電路，該負邏輯電路基于所述負脈沖信號和所述負 比較器的輸出電壓輸出用于所述負場效應晶體管的驅(qū)動信號.在根據(jù)上述第六方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，給超聲換能器的 負輸出電壓可以通過調(diào)整負閾值來調(diào)整.在笫七方面中，本發(fā)明提供一種超聲換能器驅(qū)動電路，其特征在 于，根據(jù)所述第六方面的超聲換能器驅(qū)動電路中的所述負邏輯電路是 觸發(fā)器電路.在根據(jù)上述第七方面的超聲換能器驅(qū)動電路中，在當輸出線從接 地電壓下降至預定的負電壓時負場效應晶體管被關斷之后，即使輸出 線上的電壓上升，負場效應晶體管的關斷狀態(tài)也可以被維持.在笫八方面中，本發(fā)明提供一種超聲診斷裝置，其特征在于包括 超聲探頭；根據(jù)所述笫一至第七方面中任一方面的超聲換能器驅(qū)動電 路；為所述超聲換能器驅(qū)動電路提供所述正脈沖信號、所述負脈沖信 號、所述正閾值和所述負閣值的脈沖發(fā)生器裝置；接收在所述超聲探 頭處所獲得的回波信號并且輸出聲束信號的接收裝置；基于所迷聲束 信號產(chǎn)生超聲圖像的圖像產(chǎn)生裝置；以及顯示所述超聲圖像的顯示裝 置，在根據(jù)上述第八方面的超聲診斷裝置中，由于使用了所述第一至 第七方面中的任一方面中的超聲換能器驅(qū)動電路，所以功率消耗可以 被抑制并且電路尺寸可以被減小.根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器驅(qū)動電路和超聲診斷裝置，功率消耗可 以被抑制.此外，電路尺寸可以被減小.可以利用本發(fā)明的超聲換能器驅(qū)動電路和超聲診斷裝置來提高超 聲診斷裝置的性能并減小其尺寸.根據(jù)如附圖中示出的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的下列描述，本發(fā)明的 其它目的和優(yōu)點將是顯而易見的.


圖l是示出與實施例l相關的超聲診斷裝置的框圖.圖》是示出與實施例l相關的超聲換能器驅(qū)動電路的電路困.圖3是將預定的正電壓施加到超聲換能器上、隨后返回到接地電 壓以及施加預定的負電壓的周期的時序困.圖4是將預定的正電壓施加到超聲換能器上、隨后施加預定的負 電壓的周期的時序圖.具體實施方式
在下文中，將通過附困中示出的本發(fā)明的實施例更詳細地描述本 發(fā)明.這些實施例并不意困限制本發(fā)明. [實施例1]圖l是示出與實施例l相關的超聲診斷裝置IOO的結構圖.該超聲診斷裝置100包括超聲探頭1，在該超聲探頭中安裝有多 個超聲換能器E并且該超聲探頭將來自換能器的超聲束發(fā)射到樣本體 (specimen body)中并且接收來自樣本體內(nèi)的超聲回波；根據(jù)超聲回 波產(chǎn)生并輸出聲束信號的接收單元2;基于聲束信號產(chǎn)生超聲圖像的圖 像產(chǎn)生單元3;顯示超聲圖像的顯示單元4;驅(qū)動用于發(fā)射超聲脈沖的 超聲換能器E的超聲換能器驅(qū)動電路10;將用于發(fā)射的信號輸入到超
聲換能器驅(qū)動電路10的脈沖發(fā)生器單元5;全面控制該裝置的控制單 元6;以及被操作者用于操作該裝置的輸入單元7.圖2是示出與實施例1相關的超聲換能器驅(qū)動電路10的電路圖.通狀態(tài)下將正電壓+ HV輸出到通向超聲換能器E的輸出線W上；負FET IIN，該負FET IIN在導通狀態(tài)下將負電壓-HV輸出到輸出線W上； 正驅(qū)動電路12P,該正驅(qū)動電路基于從脈沖發(fā)生器單元5提供的正脈沖 信號PP和正閾值THP以及從輸出線W返回的返回電壓Vo來驅(qū)動正FET IIP;負驅(qū)動電路12N，該負驅(qū)動電路基于從脈沖發(fā)生器單元5提供的 負脈沖信號PN和負閾值THN以及返回電壓Vo來驅(qū)動負FET 11N;以 及有源接地箝位電路15.正驅(qū)動電路12P包括比較器13P，該比較器輸出正比較信號LVP， 當返回電壓Vo高于正閾值THP時該正比較信號為"H"，否則為"L"; 以及觸發(fā)器14P，該觸發(fā)器的輸出Q在正脈沖信號PP的"下降沿H 至L"轉(zhuǎn)換成"L"并且在正比較信號LVP的"上升沿L至H"轉(zhuǎn)換成負驅(qū)動電路12N包括比較器13N，該比較器輸出負比較信號LVN， 當返回電壓Vo高于負閾值THN時該負比較信號為"H"，否則為"L"; 以及觸發(fā)器14N，該觸發(fā)器的反相輸出Qbar在負脈沖信號PN的"上 升沿L至H"轉(zhuǎn)換成"H"并且在負比較信號LVN的"下降沿H至L" 轉(zhuǎn)換成"L".有源接地箝位電路15包括正FET 16P和負FET 16N，其用于在導 通狀態(tài)下使輸出線W返回到接地電壓.添加了圖2中所示的電阻器R5、 R6、 R7和電容器C5以使輸出響 應遲于返回響應并且使搮作穩(wěn)定，但是如果電路的基本元件確保了足 夠的操作，這些電阻器和電容器是可以省略的.圖3是將預定的正電壓施加到超聲換能器E上、隨后返回到接地 電壓以及施加預定的負電壓的周期的時序閨.當正脈沖信號PP在正脈沖信號PP的下降沿從"H"轉(zhuǎn)換至"L" 時，觸發(fā)器14P的輸出Q、即正驅(qū)動信號DVP從"H"轉(zhuǎn)換至"L". 然后，正FET11P的柵極電壓以(由R1、 R6、 Cl決定的)固定的時間 常數(shù)下降，給輸出線W的輸出電壓以固定的時間常數(shù)從接地電壓上升，IO包括正FET IIP,該正FET IIP在導
并且返回電壓Vo也以固定的時間常數(shù)從接地電壓上升.當返回電壓Vo 上升至正闞值THP時，正比較信號LVP從"L"轉(zhuǎn)換至"H".在正比 較信號LVP的上升沿，觸發(fā)器14P的輸出Q、即正驅(qū)動信號DVP從"L" 轉(zhuǎn)換至"H".然后，正FET IIP的柵極電壓以(由R6和Cl決定的) 固定的時間常數(shù)上升，但是由于輸出線W的(由浮動電容和R5、 C5等 決定的)時間常數(shù)較大，所以給輸出線W的輸出電壓基本上被維持在 THP . Rb/ (Ra + Rb).在經(jīng)過預定的時間周期時，有源接地箝位電路 15通過正箝位信號CPP和負箝位信號CPN使輸出線W返回到接地電 壓.以上面所述的方式，將正脈沖施加到超聲換能器E上，其中該脈 沖的電壓通過正閾值THP來控制并且脈沖寬度通過正脈沖信號PP和箝 位信號CPP、 CPN來控制.然后，當負脈沖信號PN在負脈沖信號PN的上升沿從"L"轉(zhuǎn)換主 "H"時，觸發(fā)器14N的反相輸出Qbar、即負驅(qū)動信號DVN從"L"轉(zhuǎn) 換至"H".然后，負FET11N的柵極電壓以(由R2、 R7、 C2決定的) 固定的時間常數(shù)下降，給輸出線W的輸出電壓以固定的時間常數(shù)從接 地電壓下降，并且返回電壓Vo也以固定的時間常數(shù)從接地電壓下降. 當返回電壓Vo下降至負閾值THN時，負比較信號LVN從"H"轉(zhuǎn)換至 "L".在負比較信號LVN的下降沿，觸發(fā)器14N的反相輸出Q、即負 驅(qū)動信號DVN從"H"轉(zhuǎn)換至"L",然后，負FET 11N的柵極電壓以 (由R7和C2決定的)固定的時間常數(shù)上升，但是由于輸出線W的(由 浮動電容和R5、 C5等決定的)時間常數(shù)較大，所以給輸出線W的輸出 電壓基本上被維持在-THN . Rb/ (Ra + Rb).在經(jīng)過預定的時間周期 時，有源接地箝位電路15通過正箝位信號CPP和負箝位信號CPN使輸 出線W返回到接地電壓.以上面所述的方式，將負脈沖施加到超聲換 能器E i,其中該脈沖的電壓通過負閾值THN來控制并且脈沖寬度通 過負脈沖信號PN和箝位信號CPP、 CPN來控制.圖4是將正電壓+ HV施加到超聲換能器E上、隨后施加負電壓—HV 的周期的時序圖.在該情況下，正脈沖的脈沖寬度通過正脈沖信號PP和負脈沖信號 PN來控制.ioo，可以獲得下列有益效果. _ _ (1) 功率消耗能夠得到抑制，因為當給超聲換能器E的輸出電壓 上升到預定的電壓或下降到預定的電壓時，F(xiàn)ET UP或llN被關斷.(2) 電路尺寸能夠被減小，因為對于FET 11P和11N來說不需要 電源電壓轉(zhuǎn)換電路.(3) 施加到超聲換能器E上的脈沖的電壓能夠精確地被控制. [實施例2〗當將預定的負電壓施加到超聲換能器B上、隨后返回到接地電壓 并施加預定的正電壓時，并且即使當將預定的負電壓施加到超聲換能 器E上、隨后施加預定的正電壓時，本發(fā)明也可以以與實施例1相同 的方式被應用.可以配置本發(fā)明的許多大大不同的實施例，而不背離本發(fā)明的精 神和范圍.應當理解，除了如在所附的權利要求中所限定的那樣之外， 本發(fā)明并不局限于在說明書中所描述的特定實施例.
權利要求
正場效應晶體管(UP)，該正場效應晶體管在導通狀態(tài)下將正電 壓輸出到通向超聲換能器(B)的輸出線(W)上；負場效應晶體管(11N),該負場效應晶體管在導通狀態(tài)下將負電 壓輸出到所述輸出線(W)上；接地箝位電路(15),用于當所述正場效應晶體管(IIP)和所述 負場效應晶體管(11N)處于關斷狀態(tài)時使所迷輸出線(W)返回到接 地電壓；以及驅(qū)動電路(12)，該驅(qū)動電路至少執(zhí)行下列之一根據(jù)所提供的 正脈沖信號使所述正場效應晶體管(IIP)導通并且在經(jīng)過所述輸出線 (W)從接地電壓上升至預定的正電壓的上升周期之后使所述正場效應 晶體管(IIP)關斷；以及根據(jù)所提供的負脈沖信號使所述負場效應晶 體管(11N)導通并且在經(jīng)過所述輸出線(W)從接地電壓下降至預定 的負電壓的下降周期之后使所述負場效應晶體管(UN)關斷.
2、 根據(jù)權利要求l所述的超聲換能器驅(qū)動電路(10)，其特征在 于，所述驅(qū)動電路(12)基于所述正脈沖信號、所述負脈沖信號和從 所述輸出線(W)返回的返回電壓來驅(qū)動所述正場效應晶體管(IIP) 和所述負場效應晶體管(UN).
3、 根據(jù)權利要求2所述的超聲換能器驅(qū)動電路(10)，其特征在 于，所迷驅(qū)動電路(12)包括驅(qū)動所述正場效應晶體管(IIP)的正驅(qū) 動電路(12P )和驅(qū)動所述負場效應晶體管(11N )的負驅(qū)動電路(12N ).
4、 根據(jù)權利要求3所述的超聲換能器驅(qū)動電路(10)，其特征在 于，所述正驅(qū)動電路(12P)包括正比較器(13P)，該正比較器比 較正閾值與所述返回電壓；以及正邏輯電路U4P),該正邏輯電路基 于所述正脈沖信號和所述正比較器(13P)的輸出電壓輸出用于所述正 場效應晶體管(IIP)的驅(qū)動信號.
5、 根據(jù)權利要求4所述的超聲換能器驅(qū)動電路(10)，其特征在 于，所述正邏輯電路(14P)是觸發(fā)器電路.
6、 根據(jù)權利要求3至5中任一權利要求所述的超聲換能器驅(qū)動電 路(IO),其特征在于，所述負驅(qū)動電路(12N)包括負比較器(13N), 該負比較器比較負閾值與所述返回電壓；以及負邏輯電路(14N)，該 負邏輯電路基于所述負脈沖信號和所述負比較器(13N)的輸出電壓輸 出用于所述負場效應晶體管(UN)的驅(qū)動信號.
7、 根據(jù)權利要求6所述的超聲換能器驅(qū)動電路(10)，其特征在 于，所述負邏輯電路(14N)是觸發(fā)器電路.
8、 一種超聲診斷裝置(100),包括超聲探頭(1);如權利要 求1至7中任一權利要求所述的超聲換能器驅(qū)動電路(10);為所述 超聲換能器驅(qū)動電路(10)提供所述正脈沖信號、所述負脈沖信號、 所述正閾值和所述負閾值的脈沖發(fā)生器設備(5 );接收在所迷超聲探 頭(1)處所獲得的回波信號并且輸出聲束信號的接收設備(2);基 于所述聲束信號產(chǎn)生超聲圖像的圖像產(chǎn)生設備(3);以及顯示所述超 聲圖像的顯示設備(4).
全文摘要
為了抑制功率消耗并且減小電路尺寸，根據(jù)正脈沖信號使正FET(11P)導通，并且當返回電壓上升至正閾值時使正FET(11P)關斷。在經(jīng)過預定的時間周期之后，有源接地箝位電路(15)使輸出線(W)返回到接地電壓。根據(jù)負脈沖信號使負FET(11N)導通，并且當返回電壓下降至負閾值時使負FET(11N)關斷。在經(jīng)過預定的時間周期之后，該有源接地箝位電路(15)使輸出線(W)返回到接地電壓。
文檔編號G01N29/34GK101144797SQ20071015367
公開日2008年3月19日 申請日期2007年9月14日 優(yōu)先權日2006年9月15日
發(fā)明者雨宮慎一 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術有限公司