JPH10328186A - スイッチ回路及びそれを用いた超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを
小さくすることができるスイッチ回路及びそれを用いた
超音波診断装置を提供する。 【解決手段】 バイアス電流を制御することにより導
通、非導通が制御される第一のダイオードＤ１，Ｄ２を
有し、入力信号が低電圧である場合は導通とし入力信号
が高電圧である場合は非導通とし、入力信号を開閉する
スイッチ回路において、上記バイアス電流をバイパスす
る経路に設けられた第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’
と、上記第一のダイオードＤ１，Ｄ２のバイアス電流と
上記第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’の電流を制御する
差動増幅回路（Ｑ１，Ｑ１’，Ｑ２，Ｑ２’，Ｉ）とを
具備したものである。これにより、消費電力を抑制しつ
つ内部インピーダンスを小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消費電力を抑制し
つつ内部インピーダンスを小さくすることができるスイ
ッチ回路、及びこのスイッチ回路を送波パルス発生器か
ら印加される送波パルスを遮断し、探触子からの受波信
号のみを通過させる送受分離回路として用いた超音波信
診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波診断装置は、図４
に示すように、例えば短冊状に形成された複数の振動子
素子１₁，１₂，１₃，…，１ｎが吸音材の上に隣接して
配列され超音波を送受波する探触子２と、この探触子２
内の各振動子素子１₁，１₂，１₃，…，１ｎに所定の遅
延時間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する
送波パルス発生器３と、上記探触子２の振動子素子
１₁，１₂，１₃，…，１ｎを選択し切り換える切換スイ
ッチ４と、上記送波パルス発生器３から上記探触子２へ
印加される送波パルスと該探触子２からの受信信号とを
切り換える送受分離回路５ａ〜５ｅと、この送受分離回
路５ａ〜５ｅを介して出力される探触子２からの受波信
号を時間と共に利得を変化させて増幅する受信増幅器６
ａ〜６ｅと、この各受信増幅器６ａ〜６ｅからの出力信
号に所定の遅延時間を与える複数の遅延回路７ａ〜７ｅ
を有しこれらの遅延回路７ａ〜７ｅで位相が揃えられた
受波信号を加算する加算器８を備えた整相回路９と、こ
の整相回路９で整相された信号を検波する検波器１０
と、この検波器１０からの出力信号を画像として表示す
る表示装置１１とを備えて成っていた。

【０００３】ここで、上記送受分離回路５ａ〜５ｅとし
て用いられるスイッチ回路は、例えば図５，図６及び図
７で示す第一〜第三の従来例のような構成となってい
た。まず、第一の従来例としてのスイッチ回路１２は、
図５に示すように、二つのダイオードＤ１，Ｄ２と、一
つの抵抗Ｒとを有し、上記探触子２及び送波パルス発生
器３と入力インピーダンスＲｉｎを有する上記受信増幅
器６との間に配置されていた。このスイッチ回路１２に
上記送波パルス発生器３で発生された高電圧の送波信号
が印加すると、上記ダイオードＤ１，Ｄ２は導通するた
め、上記受信増幅器６に対しては送波信号の振幅が制限
され、高電圧の送波信号は印加されない。一方、探触子
２からの受波信号は、微小電圧であるためダイオードＤ
１，Ｄ２は導通せず、抵抗Ｒを介して受信増幅器６に印
加される。

【０００４】次に、第二の従来例としてのスイッチ回路
１２’は、図６に示すように、四つのダイオードＤ１〜
Ｄ４で構成されるダイオードブリッジを具備し、電圧源
により該ダイオードブリッジに対して電圧Ｖが印加され
ているものである。このスイッチ回路１２’に送波パル
ス発生器３で発生された高電圧の送波信号を印加する
と、上記ダイオードブリッジにより該送波信号の振幅が
制限され、受信増幅器６に対しては高電圧の送波信号は
印加されない。一方、探触子２からの受波信号は微小電
圧であるため、ダイオードブリッジのダイオードＤ１〜
Ｄ４は導通状態のままとなっている。よって、受波信号
はスイッチ回路１２’を通過して受波増幅器６に対して
印加される。

【０００５】次に、第三の従来例としてのスイッチ回路
１２”は、図７に示すように、二つのダイオードＤ１，
Ｄ２に対して電圧を印加する構成のものである。このス
イッチ回路１２”に受波信号が入力されない状態では、
ダイオードＤ１，Ｄ２に抵抗Ｒと電圧Ｖとによって決ま
る定常電流が流れている。そして、高電圧の送波信号が
入力され、点Ａの電位が＋Ｖより大きくなるか或いは−
Ｖより小さくなると、ダイオードＤ１，Ｄ２には逆バイ
アス電位が印加される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の超音波診断装置における送受分離回路５ａ〜５ｅと
して用いられるスイッチ回路は、以下に示すような問題
があった。超音波診断装置において受信増幅器６ａ〜６
ｅの入力インピーダンスを低くすることは、切換スイッ
チ４のオフアイソレーションや探触子２のケーブルに接
続された信号線のクロストークを低減させる効果がある
ため必要であるが、この効果を得ると共に挿入損失を抑
制するためには、受信増幅器６ａ〜６ｅと送受分離回路
５ａ〜５ｅの双方のインピーダンスを低くする必要があ
る。しかし、第一の従来例としてのスイッチ回路１２
は、入力インピーダンスが高いため、上記効果を得るこ
とが不可能であった。

【０００７】一方、第二の従来例としてのスイッチ回路
１２’では、ダイオードＤ１，Ｄ２の動作電流を大きく
することにより、そのインピーダンスを小さくすること
ができる。しかし、振動子素子１₁，１₂，１₃，…，１
ｎが多い探触子２を用いた超音波診断装置でダイオード
Ｄ１，Ｄ２の動作電流を大きくすることは、装置の消費
電力を大きくすることになり、電源の大型化，過大な発
熱等の問題が発生する。更に、ダイオードＤ１，Ｄ２か
らの雑音が増加し、装置のＳ／Ｎを劣化させる虞もあっ
た。なお、上記問題を解決するために、ダイオードＤ
１，Ｄ２としてＰＩＮダイオードを用いることが考えら
れる。このＰＩＮダイオードは、小さい動作電流にもか
かわらず、その動作抵抗が非常に小さいことが知られて
おり、装置の消費電力が大きくなることを抑制する効果
が期待できるからである。しかし、このＰＩＮダイオー
ドのような高周波での動作抵抗の小さいダイオードは、
一般に逆回復時間が長く、ダイオードＤ１，Ｄ２の逆回
復時間が送波パルス発生器３で発生された駆動パルスの
パルス幅より長いと、導通していたダイオードＤ１，Ｄ
２が逆バイアスされても直ちに非導通とはならず、スイ
ッチ回路としての動作が妨げられる虞があった。

【０００８】また、第三の従来例としてのスイッチ回路
１２”は、ダイオードＤ１，Ｄ２に定常電流が流れてい
ると、スイッチング速度が遅くなり、図７に示す点Ｂの
電位が＋Ｖ或いは−Ｖでクランプされる虞があった。よ
って、第二の従来例においてダイオードＤ１，Ｄ２をＰ
ＩＮダイオードとした場合と同様、導通していたダイオ
ードＤ１，Ｄ２が逆バイアスされても直ちに非導通とは
ならず、スイッチ回路としての動作が妨げられる虞があ
った。

【０００９】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを小さ
くすることができるスイッチ回路及びそれを用いた超音
波診断装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるスイッチ回路は、バイアス電流を制御
することにより導通、非導通が制御される第一のダイオ
ードを有し、入力信号を開閉するスイッチ回路におい
て、上記バイアス電流をバイパスする経路に設けられた
第二のダイオードと、上記第一のダイオードのバイアス
電流と上記第二のダイオードの電流を制御する差動増幅
回路とを具備したものである。

【００１１】また、関連発明としての超音波診断装置
は、複数の振動子素子が配列され超音波を送受波する探
触子と、この探触子内の各振動子素子に所定の遅延時間
を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パ
ルス発生器と、この送波パルス発生器から上記探触子へ
印加される送波パルスと該探触子からの受波信号とを切
り換える送受分離回路と、この送受分離回路を介して出
力される探触子からの受波信号を増幅する受信増幅器
と、この受信増幅器からの受波信号に所定の遅延時間を
与える遅延回路を有しこれらの遅延回路で位相が揃えら
れた受波信号を加算して出力する整相回路と、この整相
回路で整相された信号を検波する検波器と、この検波器
からの出力信号を画像として表示する表示装置とを備え
て成る超音波診断装置において、上記送受分離回路とし
て、上記手段のスイッチ回路を用いたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明による
スイッチ回路の実施形態を示す回路図である。このスイ
ッチ回路は、例えば図４に示す超音波診断装置において
送波パルス発生器３から探触子２へ印加される送波パル
スと該探触子２からの受波信号との切り換えを行なう送
受分離回路５ａ〜５ｅとして用いるもので、第一のダイ
オードＤ１，Ｄ２を有し、更に第二のダイオードＤ
１’，Ｄ２’と、トランジスタＱ１，Ｑ１’及びＱ２，
Ｑ２’と、定電流源Ｉとを具備したものである。これに
より、スイッチ回路１４が構成されている。なお、符号
Ｃはコンデンサを示し、符号Ｒ１〜Ｒ４は同一の抵抗値
の抵抗を示し、符号ｒ１〜ｒ４は同一の抵抗値の抵抗を
示し、符号Ｔはトランスを示している。また、符号３は
例えば超音波診断装置の送波パルス発生器、符号６は内
部インピーダンスＲｉｎを有する受信増幅器、符号１３
は電圧制御部、符号１６は入力端子を示している。

【００１３】上記第一のダイオードＤ１，Ｄ２は、バイ
アス電流を制御することにより導通、非導通が制御され
るもので、入力信号を開閉するものである。この第一の
ダイオードＤ１，Ｄ２は、第三の従来例のスイッチ回路
１２”で用いられたダイオードＤ１，Ｄ２と同様なもの
で、電圧Ｖ１によってバイアス電流が制御されるもので
ある。

【００１４】ここで、本発明においては、上記バイアス
電流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオード
Ｄ１’，Ｄ２’と、上記第一のダイオードＤ１，Ｄ２の
バイアス電流と上記第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’の
電流を制御する差動増幅回路（Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１’，Ｑ
２’，Ｉ）とが具備されている。そして、上記差動増幅
回路には、電圧制御部１３が接続されている。

【００１５】上記第二のダイオードＤ１’，Ｄ２’は、
第一のダイオードＤ１，Ｄ２が非導通とされた時に導通
状態とされるものである。この第二のダイオードＤ
１’，Ｄ２’には差動増幅回路が接続されており、この
差動増幅回路は、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ１’，Ｑ
２’と定電流源Ｉとから成っている。尚、該トランジス
タＱ１とＱ１’及びＱ２とＱ２’は、それぞれ特性の近
似したものである。以下、上記差動増幅回路について図
２を参照して説明する。

【００１６】図２は、本発明によるスイッチ回路１４の
差動増幅回路部分をスイッチＳ，Ｓ’として説明するた
めの説明図である。まず、スイッチＳを閉じスイッチ
Ｓ’を開いた状態にすると、ダイオードＤ１，Ｄ２に電
圧Ｖが印加され、該ダイオードＤ１，Ｄ２は導通状態と
されるため、入力した入力信号は受信増幅器６に送り出
される。また、スイッチＳを開きスイッチＳ’を閉じた
状態にすると、ダイオードＤ１，Ｄ２には電圧Ｖは印加
されず、ダイオードＤ１’，Ｄ２’に電圧Ｖが印加され
る。このため、入力した入力信号は受信増幅器６には送
り出されない。このように、上記スイッチＳが開いてい
る時にはスイッチＳ’が閉じ、スイッチＳが閉じている
時にはスイッチＳ’が開くようにしたものが、図１のト
ランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ１’，Ｑ２’及び定電流源Ｉ
で構成された差動増幅回路である。

【００１７】次に、上記のように構成された図１に示す
スイッチ回路１４の動作について説明する。まず、入力
端子１６からの入力信号をＯＮするには、電圧制御部１
３により電圧Ｖ１の大きさを調整し、ダイオードＤ１，
Ｄ２に電流Ｉｃ１が流れるようにする。この電流Ｉｃ１
は、ダイオードＤ１，Ｄ２を通った後、抵抗Ｒ２，Ｒ
３、抵抗ｒ２，ｒ３及び定電流源Ｉを通って接地され
る。よって、ダイオードＤ１，Ｄ２には電圧が印加さ
れ、該ダイオードＤ１，Ｄ２が導通され、入力信号がＯ
Ｎされる。次に、入力端子１６からの入力信号をＯＦＦ
するには、電圧制御部１３により電圧Ｖ１の大きさを調
整し、ダイオードＤ１’，Ｄ２’に電流Ｉｃ１’が流れ
るようにする。この電流Ｉｃ１’は、ダイオードＤ１，
Ｄ２を迂回する形で流れ、ダイオードＤ１’，Ｄ２’を
通った後、抵抗Ｒ１，Ｒ４、抵抗ｒ１，ｒ４及び定電流
源Ｉを通って接地される。よって、ダイオードＤ１，Ｄ
２には電圧が印加されず、該ダイオードＤ１，Ｄ２が非
導通とされ、入力信号はＯＦＦされる。

【００１８】以上述べたとおり、本発明によるスイッチ
回路１４は、トランジスタＱ１とＱ１’及びＱ２とＱ
２’の特性が近似していることから、図３で示すよう
に、Ｉｃ１≒Ｉｃ１’となり、スイッチの切換による図
１に示すＡ点とＢ点の電位の変動が抑制され、この電位
の変動によるノイズの発生を抑制することができる。よ
って、スイッチ回路のＳ／Ｎを向上することができる。

【００１９】図４は図１に示すスイッチ回路の関連発明
としての超音波診断装置の実施の形態を示すブロック図
である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検
体の診断部位について断層像を得るもので、例えば電子
リニア走査型とされており、短冊状に形成された複数の
振動子素子１₁，１₂，１₃，…，１ｎが配列され超音波
を送受波する探触子２と、この探触子２内の各振動子素
子１₁，１₂，１₃，…，１ｎに所定の遅延時間を与えて
超音波打ち出しの駆動パルスを印加する送波パルス発生
器３と、上記探触子２の振動子素子１₁，１₂，１₃，
…，１ｎを選択し切り換える切換スイッチ４と、上記送
波パルス発生器３から上記探触子２へ印加される送波パ
ルスと該探触子２からの受波信号とを切り換える送受分
離回路５ａ〜５ｅと、この送受分離回路５ａ〜５ｅを介
して出力される探触子２からの受波信号を時間と共に利
得を変化させて増幅する受信増幅器６ａ〜６ｅと、この
各受信増幅器６ａ〜６ｅからの出力信号に所定の遅延時
間を与える複数の遅延回路７ａ〜７ｅを有しこれらの遅
延回路７ａ〜７ｅで位相が揃えられた受波信号を加算す
る加算器８を備えた整相回路９と、この整相回路９で整
相された信号を検波する検波器１０と、この検波器１０
からの出力信号を画像として表示する表示装置１１とを
備えて成る。

【００２０】なお、切換スイッチ４は例えば五つに分け
られた振動子素子群を一端方から順次選択してそれぞれ
次段の送受分離回路５ａ〜５ｅに接続するようになって
おり、上記五つの振動子素子群を順次切り換えて並進さ
せるようになっている。従って、送受分離回路は５個
（５ａ〜５ｅ）設けられている。また、上記各構成要素
の動作は、制御部１５からの制御信号で制御されるよう
になっている。

【００２１】ここで、本発明においては、上記送受分離
回路５ａ〜５ｅとしては、図１に示す回路構成とされ、
消費電力を抑制しつつ内部インピーダンスを小さくする
ことができるスイッチ回路１４が用いられている。この
ような構成により、本発明の超音波診断装置において
は、装置の信頼性を向上することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成されたの
で、バイアス電流をバイパスする経路に設けられた第二
のダイオードと、上記第一のダイオードのバイアス電流
と上記第二のダイオードの電流を制御する差動増幅回路
とを具備することにより、消費電力を抑制しつつ内部イ
ンピーダンスを小さくすることができる。

【００２３】また、本発明による超音波診断装置は以上
のように構成されたので、送波パルス発生器からの探触
子へ印加される送波パルスと該探触子からの受波信号と
を切り換える送受分離回路として、前記のスイッチ回路
を用いることにより、装置の信頼性を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスイッチ回路の実施の形態を示す
回路図である。

【図２】本発明によるスイッチ回路の差動増幅回路部分
をスイッチＳ，Ｓ’として説明するための説明図であ
る。

【図３】上記差動増幅回路を構成するトランジスタの電
圧−電流特性を示すグラフである。

【図４】図１に示すスイッチ回路の関連発明としての超
音波診断装置の実施の形態及び従来の技術を説明するた
めのブロック図である。

【図５】第一の従来例によるスイッチ回路を示す回路図
である。

【図６】第二の従来例によるスイッチ回路を示す回路図
である。

【図７】第三の従来例によるスイッチ回路を示す回路図
である。

【符号の説明】

１₁〜１ｎ 振動子素子 ２ 探触子 ３ 送波パルス発生器 ４ 切換スイッチ ５ａ〜５ｅ 送受分離回路 ６ａ〜６ｅ 受信増幅器 ７ａ〜７ｅ 遅延回路 ８ 加算器 ９ 整相回路 １０ 検波器 １１ 表示装置 Ｄ１，Ｄ２ 第一のダイオード Ｄ１’，Ｄ２’ 第二のダイオード Ｑ１，Ｑ１’，Ｑ２，Ｑ２’ トランジスタ Ｉ 定電流源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バイアス電流を制御することにより導
   通、非導通が制御される第一のダイオードを有し、入力
   信号を開閉するスイッチ回路において、上記バイアス電
   流をバイパスする経路に設けられた第二のダイオード
   と、上記第一のダイオードのバイアス電流と上記第二の
   ダイオードの電流を制御する差動増幅回路とを具備した
   ことを特徴とするスイッチ回路。
2. 【請求項２】 複数の振動子素子が配列され超音波を送
   受波する探触子と、この探触子内の各振動子素子に所定
   の遅延時間を与えて超音波打ち出しの駆動パルスを印加
   する送波パルス発生器と、この送波パルス発生器から上
   記探触子へ印加される送波パルスと該探触子からの受波
   信号とを切り換える送受分離回路と、この送受分離回路
   を介して出力される探触子からの受波信号を増幅する受
   信増幅器と、この受信増幅器からの受波信号に所定の遅
   延時間を与える遅延回路を有しこれらの遅延回路で位相
   が揃えられた受波信号を加算して出力する整相回路と、
   この整相回路で整相された信号を検波する検波器と、こ
   の検波器からの出力信号を画像として表示する表示装置
   とを備えて成る超音波診断装置において、上記送受分離
   回路として、請求項１記載のスイッチ回路を用いたこと
   を特徴とする超音波診断装置。