JP3144796B2 - Changeover switch and ultrasonic diagnostic apparatus using the same - Google Patents
Changeover switch and ultrasonic diagnostic apparatus using the sameInfo
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Description
本発明は、超音波診断装置等における振動子を選択す
る高耐圧の切り換えスイッチに係る。The present invention relates to a high withstand voltage changeover switch for selecting a transducer in an ultrasonic diagnostic apparatus or the like.
従来の超音波診断装置は、アレー状に複数個配列され
た振動子のうち送受信口径を構成する素子群を選択し、
これらの各素子に印加するドライブパルスを相互に所定
時間ずらすことにより所定の位置にフォーカスしたビー
ムを形成し、前記素子群を順次ずらしつつ口径移動する
ことにより前記ビームを走査して1画面を形成するもの
である。従来のスイッチは特開昭56−12846、特開昭57
−153639、等に記載されているようにダイオードのオ
ン、オフをバイアスで制御する構成であった。また、MO
SFETを用いた例を、第9図に示す。高耐圧MOSFETのドレ
イン−ソース間を用いた例である。入力端(ドレイン)
Vxに送波パルス列が印加され、MOSFETのゲートにVth以
上の電圧を印加すると、通過し、Vth以下にすると遮断
される。また、ソースから微弱な受信信号が入力する
が、同様にMOSFETのオン、オフによって制御できる。A conventional ultrasonic diagnostic apparatus selects an element group constituting a transmission / reception aperture among a plurality of transducers arranged in an array,
A drive pulse applied to each of these elements is shifted from each other by a predetermined time to form a focused beam at a predetermined position, and the beam is scanned by moving the aperture while sequentially shifting the element group to form one screen. Is what you do. Conventional switches are disclosed in JP-A-56-12846 and JP-A-57
As described in US Pat. No. -153639, the on / off of the diode is controlled by the bias. Also, MO
An example using an SFET is shown in FIG. This is an example in which a region between the drain and source of a high breakdown voltage MOSFET is used. Input end (drain)
When a transmission pulse train is applied to Vx and a voltage higher than Vth is applied to the gate of the MOSFET, the signal passes, and when the voltage is lower than Vth, it is cut off. In addition, although a weak reception signal is input from the source, it can be similarly controlled by turning on and off the MOSFET.
上記従来技術は、ダイオードスイッチの場合、バイア
スには超音波振動子を駆動するパルスの波高以上の電位
の切り換えが必要であり切り換え時間が遅い問題があっ
た。MOSFETのスイッチの場合、第9図に示すように波高
VHの送波パルスを印加すると、MOSFETのソース電位はVH
に上昇しゲート電位はゲート、ソース間容量Cgsで、Vb
+VHとなる。この値は、印加パルスが落ちるまでCgsと
抵抗の時定数で減少する。途中でソースが−VH変化する
ためゲート電位は、Vb以下になる。その繰返しにより、
MOSFETはVgsがVthをきりオフする。抵抗を大きくして特
定数を長くすることで改良は見られるが、切り換え時間
が遅くなる。従って、第9図に示すように多数の送波パ
ルスが通らなくなる問題があった。 本発明は、切り替え時間を遅くせずに多数の送波パル
スを通過できる切り換えスイッチを提供することを目的
とする。In the above-mentioned prior art, in the case of a diode switch, the bias requires switching of a potential equal to or higher than the pulse height of a pulse for driving the ultrasonic vibrator, and the switching time is long. In the case of a MOSFET switch, as shown in FIG.
When a VH transmission pulse is applied, the source potential of the MOSFET becomes VH
And the gate potential rises to the gate-source capacitance Cgs, Vb
+ VH. This value decreases with the time constant of Cgs and the resistance until the applied pulse falls. Since the source changes -VH on the way, the gate potential becomes equal to or lower than Vb. By the repetition,
In the MOSFET, Vgs turns off Vth. Improvements can be seen by increasing the resistance and increasing the specific number, but the switching time is slowed. Therefore, there is a problem that a large number of transmission pulses cannot pass as shown in FIG. An object of the present invention is to provide a switch capable of passing a large number of transmission pulses without delaying the switching time.
上記目的を達成するために、MOSFETのゲートにオン電
位を供給する側に第1のダイオードを接続し、オフ時に
は、スイッチにより強制接地する構成とした。In order to achieve the above object, a configuration is adopted in which a first diode is connected to a side for supplying an ON potential to the gate of a MOSFET, and when OFF, the switch is forcibly grounded by a switch.
MOSFETのゲートが振られた後、第1のダイオードがオ
フしているため逃げ道が遮断されゲート電位が維持され
る。従って、ソースが低電位になってもVbが保持され、
MOSFETは導通状態を維持し、繰返しによっても影響され
ない。MOSFETをオフさせる場合には、スイッチにより接
地することで実現できる。After the gate of the MOSFET is swung, the escape path is cut off because the first diode is off, and the gate potential is maintained. Therefore, even if the source becomes low potential, Vb is held,
The MOSFET remains conductive and unaffected by repetition. Turning off the MOSFET can be realized by grounding with a switch.
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。 第1図は、本発明の原理図である。MOSFET−M1は双方
向スイッチを構成し、そのゲート電圧を制御するゲート
制御回路3は、オン、オフ信号又は、オン電圧を印加す
るゲート駆動信号1と、ゲート電荷を引き抜くオフ回路
2よりなる。波高電圧VhのパルスがVxに入力した際、M1
のゲート電位Vgは、V1より印加された電位Vbにたいし、
M1のゲート.ソース容量 により瞬時に、Vb+Vhになる。パルスが下向するまでの
間、従来はこのゲート駆動回路を通って減少する。この
ゲート駆動回路1は、その逃げ道を遮断する構成とする
ものである。オフ回路2は、M1をオフ電位に下げる回路
である。 第2図は本発明の第1の実施例である。端子V1より第
1の抵抗R1を介して第1のダイオードD1のアノードに接
続し該ダイオードのカソードをMOSFETのゲートに接続す
る。該ゲートより第2のスイッチsw.2で接地した構成で
ある。第2のスイッチがオフしているときMOSFETのゲー
ト電位はほぼ端子V1に印加される電位になる。端子V1に
印加するのはDC電源でもオン、オフを制御する信号でも
良い。波高Vhのパルスが多波数印加されると、Vhのとき
MOSFETのゲート電位は、Vh+Vbとなる。この電位は、第
1のダイオードが逆バイアスでオフとなるため下がら
ず、印加パルスが0Vに落ちたときVbを確保できMOSFETは
オン状態を持続でき多波数が通過できる。 第3図は、オフ回路2にダイオードD2とMOSFET−M2で
構成した例である。V1とV2には逆位相の信号を入力す
る。あるいは、V1は、M1をオンするに充分なDC電源でも
良い。後者の場合、オフ時にM2がオンし電源から電流が
流れる。又、V1,V2と端子が二ついるため、第4図のよ
うにインバータ4をV1とV2の間に挿入することで端子を
減少でき、電流が流れるのを防ぐこともできる。 第3図あるいは第4図でSW2にMOSFETを用いると、Vx
にパルスが印加されるとM1のゲート.ソース容量 とM2の出力容量 で分割されVyはVxより小さくなる。また、オフからオン
になって最初にパルスが印加されたときD2のカソードが
低電位のため を充電する電流が流れる。その結果、D2のカソード電位
は上昇する。一般にMOSFETの容量はドレイン.ソース電
位が高いほど小さくなる。したがって、次のブロックの
パルスが印加されるときの は最初より小さいためVyは、大きくなる。よって、この
構成では、M2の容量は絶対値及びバラツキをできるだけ
小さくしストレー容量も抑える必要が在る。また、M1の を切り替え時間の許す範囲で大きな値のものにし、負荷
効果を低減する必要が在る。第5図はその例で抵抗を介
してD2のカソードをVh電位にすることでM2の容量の影響
を除去したものである。 次に双極パルスのバーストが印加された場合を考える
と、−VhのときVgは−Vh+VbとなD1が順バイアスされVg
が上昇する。この繰返しでVgsがM1の許容Vgsを超え破壊
する怖れが在る。第6図は、M1のゲート.ソース間にツ
ェナダイオードを挿入して保護したものである。C1を挿
入してあるのは、M1の を大きくするためである。 第7図は、スイッチのオフ時の漏れを小さくするため
に他のスイッチと組み合わせた例である。ここでは、ダ
イオードスイッチとした。V3≦V4の関係としV4が印加電
圧以上であればさらにその効果は増す。12のスイッチ1
は、本発明のスイッチを示す。M1がオフのときD3のカソ
ードが高い電位になりD3は逆バイアスでオフし、ダイオ
ードとMOSFETと二重の効果が得られるものである。V3を
グランドにしR2を共振に関与しない値のコイルにし、R3
を負電位に引くことでVw端のスイッチのオン、オフによ
るDC変動を抑制できる。 第8図は、超音波診断装置への適用例である。送波フ
ォーカスをするタイミング回路10により最大口径数のド
ライバ9に印加され送受分離回路8を通り、切り替えス
イッチ6により選択された圧電振動子7が各位相を持っ
て駆動される。放射された超音波が、被検体より反射し
再び圧電振動子7に受信された微弱な信号が、切り替え
スイッチ6を通り送受分離回路8により信号処理回路11
へと導かれる。この切り替えスイッチに前記スイッチを
使用するものである。 前記sw.2にMOSFETを用いたがこのかぎりではない。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention. The MOSFET-M1 constitutes a bidirectional switch, and a gate control circuit 3 for controlling a gate voltage of the MOSFET-M1 comprises an ON / OFF signal or a gate drive signal 1 for applying an ON voltage, and an OFF circuit 2 for extracting a gate charge. When a pulse of peak voltage Vh is input to Vx, M1
Of the gate potential Vg is higher than the potential Vb applied from V1.
Gate of M1. Source capacity Instantaneously, Vb + Vh. Until the pulse goes down, it conventionally decreases through this gate drive circuit. The gate drive circuit 1 is configured to cut off the escape route. The OFF circuit 2 is a circuit that lowers M1 to an OFF potential. FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention. The terminal V1 is connected to the anode of the first diode D1 via the first resistor R1, and the cathode of the diode is connected to the gate of the MOSFET. The gate is grounded by a second switch sw.2. When the second switch is off, the gate potential of the MOSFET becomes almost the potential applied to the terminal V1. What is applied to the terminal V1 may be a DC power supply or a signal for controlling on / off. When a pulse with a wave height of Vh is applied at multiple waves,
The gate potential of the MOSFET becomes Vh + Vb. This potential does not decrease because the first diode is turned off by the reverse bias, and when the applied pulse falls to 0 V, Vb can be secured, the MOSFET can be kept on and the multi-wave number can pass. FIG. 3 shows an example in which the off circuit 2 is constituted by a diode D2 and a MOSFET-M2. Input signals of opposite phases to V1 and V2. Alternatively, V1 may be a DC power supply sufficient to turn on M1. In the latter case, when off, M2 turns on and current flows from the power supply. In addition, since there are two terminals V1 and V2, the number of terminals can be reduced by inserting the inverter 4 between V1 and V2 as shown in FIG. 4, and current can be prevented from flowing. If a MOSFET is used for SW2 in FIG. 3 or FIG.
When a pulse is applied to the gate of M1. Source capacity And M2 output capacity And Vy is smaller than Vx. Also, when the pulse is applied for the first time after turning on from off, the cathode of D2 is at a low potential, The current to charge the battery flows. As a result, the cathode potential of D2 rises. Generally, the capacitance of MOSFET is drain. It becomes smaller as the source potential becomes higher. Therefore, when the pulse of the next block is applied, Vy is larger because is smaller than the beginning. Therefore, in this configuration, it is necessary to reduce the absolute value and the variation of the capacity of M2 as much as possible and to suppress the stray capacity. Also, M1 Needs to be set to a large value as long as the switching time permits, to reduce the load effect. FIG. 5 shows an example in which the effect of the capacitance of M2 is removed by setting the cathode of D2 to the Vh potential via a resistor. Next, considering the case where a burst of a bipolar pulse is applied, when -Vh, Vg becomes -Vh + Vb, and D1 is forward-biased and Vg
Rises. With this repetition, there is a fear that Vgs may exceed the allowable Vgs of M1 and be destroyed. Figure 6 shows the gate of M1. This is protected by inserting a Zener diode between the sources. C1 is inserted in M1 In order to increase. FIG. 7 shows an example in which a switch is combined with another switch to reduce leakage when the switch is turned off. Here, a diode switch is used. When V4 is equal to or higher than the applied voltage, the effect is further enhanced. 12 switches 1
Indicates a switch of the present invention. When M1 is off, the cathode of D3 is at a high potential, and D3 is turned off by reverse bias, so that a dual effect of a diode and a MOSFET can be obtained. Set V3 to ground and R2 to a coil that does not contribute to resonance.
Can be suppressed to a negative potential to suppress DC fluctuations caused by turning on and off the switch at the Vw end. FIG. 8 is an example of application to an ultrasonic diagnostic apparatus. The piezoelectric vibrator 7 applied to the driver 9 having the maximum aperture by the timing circuit 10 for focusing the transmission wave and passing through the transmission / reception separation circuit 8 is driven with each phase by the changeover switch 6. The weak signal reflected by the radiated ultrasonic wave from the subject and received again by the piezoelectric vibrator 7 passes through the changeover switch 6 and is transmitted and received by the transmission / reception separation circuit 8 to the signal processing circuit 11.
It is led to. The switch is used as the changeover switch. Although a MOSFET was used for the above sw.2, this is not the only case.
本発明によれば、超音波診断装置の素子選択等に良好
なスイッチ特性を実現できる。ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, favorable switch characteristics can be implement | achieved for element selection etc. of an ultrasonic diagnostic apparatus.
第1図は本発明の原理図、第2〜7図は、本発明の実施
例、第8図は超音波診断装置の適用例を示す。第9図は
従来例を示す。 符号の説明 1……ゲート駆動回路、2……オフ回路 3……ゲート制御回路、12……スイッチ1 4……インバータ、5……他のスイッチ 6……切り替えスイッチ、7……圧電振動子 8……送受分離回路、9……ドライバ 10……タイミング発生回路、11……信号処理回路FIG. 1 shows the principle of the present invention, FIGS. 2 to 7 show an embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows an application example of an ultrasonic diagnostic apparatus. FIG. 9 shows a conventional example. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Gate drive circuit 2... Off circuit 3... Gate control circuit 12... Switch 14 4... Inverter 5... Other switches 6. 8 transmission / reception separation circuit, 9 driver 10 timing generation circuit, 11 signal processing circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高杉 和夫 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−175517(JP,A) 特開 昭64−62015(JP,A) 実開 昭57−53733(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00 - 17/70 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Takasugi 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-63-175517 (JP, A) JP-A-64 −62015 (JP, A) Actually open 57-53733 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H03K 17/00-17/70
Claims (3)
グする切り換えスイッチにおいて、第1のダイオードの
カソード、及び第2のダイオードのアノードが前記MOSF
ETのゲートに接続され、前記第1のダイオードのアノー
ドが抵抗を介して電源に接続され、前記第2のダイオー
ドのカソードがスイッチング素子を介して接地され、前
記スイッチング素子のオン、オフにより前記MOSFETのオ
ン、オフを制御することを特徴とする切り換えスイッ
チ。In a changeover switch for controlling and switching a gate voltage of a MOSFET, a cathode of a first diode and an anode of a second diode are connected to the MOSF.
Connected to a gate of the ET, an anode of the first diode is connected to a power supply via a resistor, a cathode of the second diode is grounded via a switching element, and the MOSFET is turned on and off by the switching element. A changeover switch for controlling on / off of a switch.
超音波の送受信を分離する送受分離回路と、超音波を送
受信する前記圧電振動子を選択する素子選択回路と、前
記圧電振動子により受信された信号を処理する信号処理
回路とを具備する超音波診断装置において、前記複数の
圧電振動子の各々に前記素子選択回路が接続され、前記
前記素子選択回路は、第1のダイオードのカソード、及
び第2のダイオードのアノードがMOSFETのゲートに接続
され、前記第1のダイオードのアノードが抵抗を介して
前記MOSFETをオン、オフする信号を入力する入力源に接
続され、前記第2のダイオードのカソードがスイッチン
グ素子を介して接地されて構成され、前記スイッチング
素子のオン、オフにより前記MOSFETのオン、オフが制御
されることを特徴とする超音波診断装置。2. A plurality of piezoelectric vibrators for transmitting and receiving ultrasonic waves,
A transmission / reception separation circuit for separating transmission and reception of ultrasonic waves, an element selection circuit for selecting the piezoelectric vibrator for transmitting and receiving ultrasonic waves, and a signal processing circuit for processing a signal received by the piezoelectric vibrator In the diagnostic device, the element selection circuit is connected to each of the plurality of piezoelectric vibrators, and the element selection circuit has a cathode of a first diode and an anode of a second diode connected to a gate of a MOSFET, An anode of the first diode is connected via a resistor to an input source for inputting a signal for turning on / off the MOSFET, and a cathode of the second diode is grounded via a switching element; An ultrasonic diagnostic apparatus wherein on / off of the MOSFET is controlled by on / off of an element.
当音波の送受信を分離する送受分離回路と、超音波を送
受信する前記圧電振動子を選択する素子選択回路と、前
記圧電振動子により受信された信号を処理する信号処理
回路とを具備する超音波診断装置において、前記複数の
圧電振動子の各々に前記素子選択回路が接続され、前記
前記素子選択回路は、第1のダイオードのカソード、及
び第2のダイオードのアノードがMOSFETのゲートに接続
され、前記第1のダイオードのアノードが抵抗を介して
前記MOSFETをオン、オフする信号を入力する入力源に接
続され、前記第2のダイオードのカソードがスイッチン
グ素子を介して接地されて構成され、前記スイッチング
素子のオン、オフを前記MOSFETをオン、オフする前記信
号のインバート信号により行ない、前記MOSFETのオン、
オフを制御することを特徴とする超音波診断装置。3. A plurality of piezoelectric vibrators for transmitting and receiving ultrasonic waves,
An ultrasonic wave comprising: a transmission / reception separating circuit for separating transmission and reception of the sound wave; an element selection circuit for selecting the piezoelectric vibrator for transmitting and receiving the ultrasonic wave; and a signal processing circuit for processing a signal received by the piezoelectric vibrator. In the diagnostic device, the element selection circuit is connected to each of the plurality of piezoelectric vibrators, and the element selection circuit has a cathode of a first diode and an anode of a second diode connected to a gate of a MOSFET, An anode of the first diode is connected via a resistor to an input source for inputting a signal for turning on / off the MOSFET, and a cathode of the second diode is grounded via a switching element; The device is turned on and off by an inverted signal of the signal for turning on and off the MOSFET, and turning on and off the MOSFET.
An ultrasonic diagnostic apparatus that controls turning off.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP30890890A JP3144796B2 (en) | 1990-11-16 | 1990-11-16 | Changeover switch and ultrasonic diagnostic apparatus using the same |
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JPH04181811A JPH04181811A (en) | 1992-06-29 |
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DE10331804A1 (en) * | 2003-06-30 | 2005-02-03 | Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg | Electronic switch |
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- 1990-11-16 JP JP30890890A patent/JP3144796B2/en not_active Expired - Fee Related
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