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JP2688440B2 - Electronic scanning ultrasonic device - Google Patents

Electronic scanning ultrasonic device

Info

Publication number
JP2688440B2
JP2688440B2 JP1143066A JP14306689A JP2688440B2 JP 2688440 B2 JP2688440 B2 JP 2688440B2 JP 1143066 A JP1143066 A JP 1143066A JP 14306689 A JP14306689 A JP 14306689A JP 2688440 B2 JP2688440 B2 JP 2688440B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
switch
oscillators
electronic scanning
beam control
Prior art date
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JP1143066A
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Japanese (ja)
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Inventor
久雄 岡田
義則 武捨
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数の微小超音波振動子をアレイ状に並べ
た超音波振動子群から超音波を発し反射してきた超音波
を該超音波振動群で受信し解析する電子走査式超音波装
置に係り、特に、発信及び受信用の超音波振動子を順次
走査するために設けられた切換器のマトリクス回路に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of use] The present invention relates to an ultrasonic wave generated by reflecting ultrasonic waves from an ultrasonic vibrator group in which a large number of minute ultrasonic vibrators are arranged in an array. The present invention relates to an electronic scanning ultrasonic device that receives and analyzes vibration groups, and more particularly to a matrix circuit of a switching device provided for sequentially scanning ultrasonic vibrators for transmission and reception.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第4図は、超音波装置で使用する電子走査回路の従来
の構成図である。
FIG. 4 is a conventional configuration diagram of an electronic scanning circuit used in an ultrasonic device.

超音波によって人体内部を映像化する超音波診断装置
や、部材内部の傷等を映像化する超音波深傷装置等の超
音波装置では、探触子19を使用して電気信号/音波間の
変換を行う。通常、探触子19は、n個の微小超音波振動
子をアレイ状に並べて構成され、そのうち連続するm
(<n)個の超音波振動子を同時選択して発信・受信を
行い、この同時選択するm個の超音波振動子を1個づつ
ずらすことで走査を行い、受信した超音波信号による映
像化を図る。
In an ultrasonic diagnostic apparatus that visualizes the inside of a human body by ultrasonic waves, or an ultrasonic device such as an ultrasonic deep injury apparatus that visualizes scratches inside a member, etc., a probe 19 is used to Do the conversion. Usually, the probe 19 is configured by arranging n micro ultrasonic transducers in an array, and the continuous m
(<N) ultrasonic transducers are simultaneously selected for transmission / reception, and m ultrasonic transducers that are selected at the same time are shifted one by one to perform scanning, and an image based on the received ultrasonic signals is displayed. Try to change.

振動子を選択する場合、先ず最初に、振動子選択回路
20で1〜mまでのm個の振動子を選択して超音波の送受
信を行い、次に、2〜m+1までのm個の振動子を選択
して送受信を行い、以下順に1振動子づつずらしてm個
の振動子を同時に選択し送受信を行うものである。この
ため、n本の信号線1(i)(i:1〜n)からm本の出
力信号線2(j)(j:1〜m)を取り出す様になってい
る。
When selecting a vibrator, first select the vibrator selection circuit.
At 20, select m transducers from 1 to m to transmit / receive ultrasonic waves, then select m transducers from 2 to m + 1 to transmit / receive, one transducer at a time in order. It shifts and simultaneously selects and transmits m transducers. Therefore, m output signal lines 2 (j) (j: 1 to m) are taken out from the n signal lines 1 (i) (i: 1 to n).

一方、超音波ビームを電子的に集束・偏向させるため
のビーム制御回路40は、m個の各振動子対応に設けられ
た遅延量の異なる遅延回路41と各遅延回路41の出力を加
算して図示しない増幅器に出力する加算回路42とを備え
ている。例えば選択したm個の振動子のうち、端にある
振動子と真ん中にある振動子とは、被検体の超音波反射
源までの距離が異なり、この距離の差に対応する超音波
遅延量に応じた遅延を与えるため、受信時には各振動子
の出力信号を距離の差に対応する遅延回路41に入力させ
る必要がある。n個の振動子のうちm個の振動子を順次
走査していく関係上、各遅延回路41に接続する振動子を
順次変えていく必要があり、このため、前記出力信号2
(j)とビーム制御回路40との間にマトリクス回路11を
設けている。
On the other hand, the beam control circuit 40 for electronically focusing and deflecting the ultrasonic beam is configured by adding the outputs of the delay circuits 41 and the delay circuits 41 provided for the respective m transducers and having different delay amounts. And an adder circuit 42 for outputting to an amplifier (not shown). For example, among the selected m transducers, the transducer at the end and the transducer in the middle have different distances to the ultrasonic reflection source of the subject, and the ultrasonic delay amount corresponding to this difference in distance is In order to give a corresponding delay, it is necessary to input the output signal of each transducer to the delay circuit 41 corresponding to the difference in distance at the time of reception. Since m oscillators are sequentially scanned out of n oscillators, it is necessary to sequentially change the oscillators connected to each delay circuit 41. Therefore, the output signal 2
The matrix circuit 11 is provided between (j) and the beam control circuit 40.

最初に1〜mの振動子を選択した場合には、m本の信
号線2(j)はそのままの順番でビーム制御回路40に入
力すればよい。このため、第9図のマトリクス回路11の
○印の交点のスイッチを閉じ、信号線2(j)の信号を
信号線3(j)に伝達させる。次に、2〜m+1の振動
子を選択した場合、△印のスイッチを閉じ、選択された
各振動子に接続する遅延回路も変える。以下、同様にし
て、選択する振動子を順次走査する毎に、マトリクス回
路11における信号線2(j)と3(j)を接続するスイ
ッチもずらしていく。
When 1 to m transducers are first selected, the m signal lines 2 (j) may be input to the beam control circuit 40 in the same order. Therefore, the switch at the intersection of the circles in the matrix circuit 11 in FIG. 9 is closed, and the signal on the signal line 2 (j) is transmitted to the signal line 3 (j). Next, when the vibrators of 2 to m + 1 are selected, the switch marked with Δ is closed and the delay circuit connected to each selected vibrator is also changed. Thereafter, in the same manner, each time the selected transducer is sequentially scanned, the switch connecting the signal lines 2 (j) and 3 (j) in the matrix circuit 11 is also shifted.

この従来のクトリクス回路11は、m×mのクロスポイ
ントスイッチであり、各信号線には、選択した振動子の
数mと同数のスイッチが接続されることになる。従っ
て、各信号線には、スイッチm個分の入力容量または出
力容量等の寄生容量がつながることになる。この寄生容
量は、回路の高周波帯域の目安である−3dB低下周波数f
Hと次式(1)の関係がある。
The conventional kutrix circuit 11 is an m × m cross-point switch, and the same number of switches as the number m of selected transducers are connected to each signal line. Therefore, each signal line is connected to a parasitic capacitance such as an input capacitance or an output capacitance for m switches. This parasitic capacitance is a measure of the high frequency band of the circuit.
There is a relationship between H and the following expression (1).

fH=1/(2πRC) ……(1) この第(1)式で、Rは信号線につながる回路のイン
ピーダンスであり、高周波では通常他の回路との接続に
同軸ケーブルを用いることを考えて通常は55Ωに設定さ
れる。Cは信号線につながるスイッチの寄生容量の和で
ある。この式(1)で示されるように、Cが大きくなる
と回路の高周波での帯域を低下させるという影響があ
り、特に同時選択振動子数mが多くなると、その容量C
も大きくなり、帯域低下が大問題となってくる。
fH = 1 / (2πRC) (1) In this formula (1), R is the impedance of the circuit connected to the signal line, and at high frequencies, consider using a coaxial cable for connection to other circuits. Normally set to 55Ω. C is the sum of the parasitic capacitances of the switches connected to the signal lines. As shown in this equation (1), when C becomes large, there is an effect that the high frequency band of the circuit is lowered, and particularly when the number m of simultaneously selected transducers becomes large, the capacitance C
Also becomes large, and bandwidth reduction becomes a big problem.

ところで、超音波診断装置等の分解能を向上させる場
合、超音波周波数の高周波化を行う必要がある。従っ
て、特にアナログ信号を扱う受信系の回路を広体域化し
なければならない。しかし、マトリクス回路の前記寄生
容量Cが、この広帯域化の障害になる。
By the way, in order to improve the resolution of an ultrasonic diagnostic apparatus or the like, it is necessary to increase the ultrasonic frequency. Therefore, it is necessary to widen the area of the receiving circuit that handles analog signals in particular. However, the parasitic capacitance C of the matrix circuit becomes an obstacle to widening the band.

寄生容量Cを減らすにはスイッチの数を減らせばよ
い。このため、特公昭62−18019号公報記載の従来技術
では、マトリクス回路を多段階にして、スイッチの数を
減らす工夫をしている。第10図は、特公昭62−18019号
公報記載の従来技術に基づく改良型のマトリクス回路で
あり、マトリクス回路を、第1マトリクス回路12(1)
と第2マトリクス回路12(2)の2段階とすることで、
スイッチの数を減らしている。
To reduce the parasitic capacitance C, the number of switches may be reduced. For this reason, in the conventional technique described in Japanese Patent Publication No. 62-18019, the matrix circuit is provided in multiple stages to reduce the number of switches. FIG. 10 shows an improved matrix circuit based on the prior art described in Japanese Patent Publication No. Sho 62-18019. The matrix circuit is a first matrix circuit 12 (1).
By setting the two stages of the second matrix circuit 12 (2),
We are reducing the number of switches.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

第11図は、この上記技術における同時選択振動子数m
とスイッチの数との関係を示したものである。
FIG. 11 shows the number m of simultaneously selected transducers in this technique.
And the number of switches.

第11図から明らかなように、特公昭62−18019号公報
に示された方法を用いれば、従来に比べてスイッチの数
を減らすことができる。しかし、同時選択振動子の数m
を増やすと、これに伴ってスイッチの数が増えてしまう
ことには変わりなく、寄生容量も大きくなってしまう。
従って、受信系の広帯域化を図る上で、この従来技術は
根本的な解決策を与えるものではない。
As is apparent from FIG. 11, the number of switches can be reduced as compared with the conventional method by using the method disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-18019. However, the number of simultaneously selected transducers m
If the number of switches is increased, the number of switches will be increased accordingly, and the parasitic capacitance will also be increased.
Therefore, this conventional technique does not provide a fundamental solution for widening the band of the receiving system.

帯域低下を回避するためには、第(1)式における容
量Cが大きくなった分だけインピーダンスRを小さく
し、RCの積が大きくならないようにすればよい。しか
し、インピーダンスRを小さくするために、例えば信号
線につながる回路のインピーダンスを50Ωから10Ωと小
さくし、他の回路との接続にも同じ10Ωのインピーダン
スの同軸ケーブルを用いると、同じ電圧振幅を得るため
に多大な電流を流さなければならないという新たな問題
が生じてしまう。この例では、インピーダンスが50Ωの
場合の5倍の電流を流す必要が生じ、信号線を駆動する
増幅器として出力電流の大きいものが必要となり、消費
電流の増大と発熱量の増大を招いてしまう。
In order to avoid the band reduction, the impedance R may be reduced by the amount of increase in the capacitance C in the equation (1) so that the product of RC does not increase. However, in order to reduce the impedance R, for example, if the impedance of the circuit connected to the signal line is reduced from 50Ω to 10Ω and the coaxial cable with the same 10Ω impedance is used for connection with other circuits, the same voltage amplitude is obtained. Therefore, a new problem arises that a large amount of current must be passed. In this example, it is necessary to pass a current five times as large as that when the impedance is 50Ω, and an amplifier with a large output current is required as an amplifier for driving the signal line, resulting in an increase in current consumption and an increase in heat generation.

本発明の目的は、寄生容量による悪影響を受けること
のない高分解能を有する超音波装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to provide an ultrasonic device having high resolution that is not adversely affected by parasitic capacitance.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的は、超音波装置で用いるマトリクス回路の信
号線にインダクタの機能を持たせ、このインダクタとス
イッチの容量とでLC遅延線を構成させることで、達成さ
れる。
The above object can be achieved by providing a signal line of a matrix circuit used in the ultrasonic device with an inductor function and configuring an LC delay line with the inductor and the capacitance of the switch.

〔作用〕[Action]

従来技術において、マトリクス回路の容量Cが大きく
なるのは、各スイッチの容量が加算されるのが原因であ
る。しかし、本発明では、各スイッチの容量はインダク
タで分離されて加算されることがない。従って、スイッ
チ数が増えても回路の寄生容量Cがそれに伴って増大し
てしまうということはなく、回路特性が高周波領域で低
下することがない。このため、高分解能を達成するため
に高周波超音波の使用が可能となる。
In the conventional technique, the capacitance C of the matrix circuit becomes large because the capacitance of each switch is added. However, in the present invention, the capacitance of each switch is not separated by the inductor and added. Therefore, even if the number of switches increases, the parasitic capacitance C of the circuit does not increase with it, and the circuit characteristics do not deteriorate in the high frequency region. This allows the use of high frequency ultrasound to achieve high resolution.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図〜第8図を参照して
説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

本発明の具体的実施例を説明する前に、本発明の原理
とその効果を説明する。
Before explaining specific embodiments of the present invention, the principle and effects of the present invention will be described.

第4図(a)は、従来のマトリクス回路における一本
の信号線の等価回路であり、選択される振動子の数と同
数のm個のキャパシタCi(交差する信号線間のスイッチ
の寄生容量に相当する。)が並列に接続され、全体とし
てC=Ci×mの容量となる。一方、第4図(b)は、本
発明の一例に係るマトリクス回路の一本の信号線の等価
回路である。この例では、各スイッチ(容量Cdで表して
ある。)間を夫々微小なインダクタLで接続してある。
つまり、インダクタLと容量CでLC遅延線が構成されて
いる。今、この第4図に示す従来例と本発明実施例の周
波数帯域を考えてみる。
FIG. 4 (a) is an equivalent circuit of one signal line in the conventional matrix circuit, in which m capacitors Ci (the parasitic capacitance of the switch between the intersecting signal lines) are equal in number to the selected oscillators. Are connected in parallel, and the total capacitance is C = Ci × m. On the other hand, FIG. 4B is an equivalent circuit of one signal line of the matrix circuit according to the example of the present invention. In this example, each switch (represented by a capacitance Cd) is connected by a minute inductor L.
That is, the inductor L and the capacitance C form an LC delay line. Now, consider the frequency bands of the conventional example and the embodiment of the present invention shown in FIG.

第4図(a)の従来例における周波数帯域は、信号線
駆動回路60(アンプ)の出力抵抗Rと、信号線につなが
る寄生容量Cとで構成されるRC回路の、−3dB低下高域
周波数fHで評価される。そのfHは次式(2)で計算され
る。
The frequency band in the conventional example of FIG. 4 (a) is −3 dB lower high frequency of the RC circuit configured by the output resistance R of the signal line drive circuit 60 (amplifier) and the parasitic capacitance C connected to the signal line. It is evaluated at fH. The fH is calculated by the following equation (2).

R:出力抵抗,Ci:スイッチの寄生容量 前述した様に、周波数fHは同時選択振動子数mが多く
なると、それに反比例して低くなってくる。
R: Output resistance, Ci: Parasitic capacitance of switch As described above, the frequency fH decreases in inverse proportion to the number m of simultaneously selected transducers.

一方、第4図(b)の本発明実施例では、周波数帯域
はLC遅延線の遮断周波数fcで評価される。そのfcは次式
(3)で計算される。
On the other hand, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 (b), the frequency band is evaluated by the cutoff frequency fc of the LC delay line. The fc is calculated by the following equation (3).

L:インダクタ Cd:スイッチ回路の容量 ここで、L,Cdの具体的な値としては、このLC遅延線の
インピーダンス が信号線駆動回路(アンプ)の出力抵抗Rと整合するよ
うに組合せを決める。インピーダンス整合を取るのは、
LC遅延線の終端で信号の反射を生じさせないためであ
り、高周波信号を扱う場合通常的に取る措置である。な
お、容量Cdは、スイッチ回路の寄生容量だけでなく、コ
ンデンサが併用されることもある。この第(3)式か
ら、遮断周波数fcは遅延線の長さに依存しないという事
実が分かる。遮断周波数fcが遅延線の長さに依存しない
ということは、同時選択振動子数mを増やしLC遅延線を
長くしても、高周波での周波数帯域が低下しないことを
意味する。
L: Inductor Cd: Switch circuit capacitance Here, the specific value of L and Cd is the impedance of this LC delay line. Is determined so as to match the output resistance R of the signal line drive circuit (amplifier). The impedance matching is
This is to prevent signal reflection at the end of the LC delay line, and is a measure that is usually taken when handling high frequency signals. Note that the capacitance Cd is not limited to the parasitic capacitance of the switch circuit, and a capacitor may be used together. From the equation (3), it can be seen that the cutoff frequency fc does not depend on the length of the delay line. The fact that the cut-off frequency fc does not depend on the length of the delay line means that the frequency band at high frequencies does not decrease even if the number m of simultaneously selected transducers is increased and the LC delay line is lengthened.

周波数特性の概略は、第5図に示すようになる。従来
例では、周波数が高くなってくると周波数fHから伝達率
が徐々に低下していく特性となり、しかも同時選択振動
数mが大きくなるほど周波数fHが低くなる。これに対
し、本発明実施例では、遮断周波数fc付近まで伝達率が
変わらず、遮断周波数fcに近づいたところで急激に低下
する特性となる。しかも、同時選択振動子数mと無関係
である。従って、周波数fHが周波数fc以下となるような
構成の場合には、本発明の方が従来例より周波数帯域が
広くなることは明らかである。同時選択振動子数mが大
きい場合のほとんどはfH≦fcとなり、本方式によるマト
リクス回路の方が広帯域となる。
The outline of the frequency characteristic is as shown in FIG. In the conventional example, the transmissibility gradually decreases from the frequency fH as the frequency increases, and the frequency fH decreases as the simultaneous selection frequency m increases. On the other hand, in the embodiment of the present invention, the transmissivity does not change up to the vicinity of the cutoff frequency fc, and the characteristic is that it rapidly decreases when approaching the cutoff frequency fc. Moreover, it is irrelevant to the number m of simultaneously selected transducers. Therefore, it is apparent that the present invention has a wider frequency band than the conventional example when the frequency fH is equal to or lower than the frequency fc. In most cases where the number m of simultaneously selected transducers is large, fH ≦ fc, and the matrix circuit of this method has a wider band.

次に、本発明の具体的実施例を第1図を用いて説明す
る。第1図に示す電子走査回路で使われているマトリク
ス回路10では、各信号線2(1)〜2(m)および信号
線3(1)〜3(m)を、微小インダクタ101を直列に
接続し構成してある。そして、信号線2と信号線3の交
点(この交点は夫々の信号線においてインダクタ101の
中間点となっている。)において、両信号線は高入出力
インピーダンスを有するスイッチ回路102で接続されて
いる。つまり、信号線2にはススイッチ回路102の入力
端子が接続され、信号線3にはスイッチ回路102の出力
端子が接続される。このスイッチ回路102としては、各
種のスイッチ回路及びこれと等価な動作をするものが使
用可能である。例えば、スイッチ回路102(第2図
(a))として第2図(b),(c),(d)に示す各
種スイッチ回路が使用可能である。
Next, a specific embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the matrix circuit 10 used in the electronic scanning circuit shown in FIG. 1, the signal lines 2 (1) to 2 (m) and the signal lines 3 (1) to 3 (m) are connected in series with the minute inductor 101. Connected and configured. At the intersection of the signal line 2 and the signal line 3 (this intersection is the middle point of the inductor 101 in each signal line), both signal lines are connected by the switch circuit 102 having a high input / output impedance. There is. That is, the input terminal of the switch circuit 102 is connected to the signal line 2, and the output terminal of the switch circuit 102 is connected to the signal line 3. As the switch circuit 102, various switch circuits and those that operate equivalently thereto can be used. For example, various switch circuits shown in FIGS. 2B, 2C, and 2D can be used as the switch circuit 102 (FIG. 2A).

第2図(b)のスイッチ回路は、シングルゲートのバ
イアスVBを変えて利得を変化させるものである。同図
(c)のスイッチ回路は、デュアルゲートFFTの第2ゲ
ートのバイアスVBを変えて利得を変化させるものであ
る。また同図(d)のスイッチ回路は、ダイオード8の
高周波抵抗をバイアスVBで変えられることを利用した回
路である。なお、第2図に示す各種スイッチ回路の入力
/出力には、容量C1,C2が接続されているが、入力にい
れた容量用C1は、FETの入力容量Ciと共に、信号線2
(1)〜2(m)のインダクタと組み合わされてLC遅延
線を構成するために使われる。同様に、出力に入れた容
量C2は、FETの出力容量Coと共に、信号線3(1)〜3
(m)のインダクタと組み合わされてLC遅延線を構成す
るために使われる。
The switch circuit shown in FIG. 2B changes the gain by changing the bias VB of the single gate. The switch circuit of FIG. 7C changes the gain by changing the bias VB of the second gate of the dual gate FFT. The switch circuit shown in FIG. 3D is a circuit that utilizes the fact that the high frequency resistance of the diode 8 can be changed by the bias VB. Note that the capacitors C1 and C2 are connected to the input / output of the various switch circuits shown in FIG. 2, but the capacitor C1 input to the input is connected to the signal line 2 together with the input capacitance Ci of the FET.
Used in combination with inductors (1) to 2 (m) to form an LC delay line. Similarly, the capacitance C2 input to the output is the same as the output capacitance Co of the FET, together with the signal lines 3 (1) to 3
Used in combination with the (m) inductor to form an LC delay line.

次に、第1図に示す実施例に係るマトリクス回路の周
波数帯域を従来例と比べてみる。本実施例マトリクス回
路10の周波数帯域は、前述した様にLC遅延線の遮断周波
数fcで評価される。インダクタや容量の具体的な数値と
して、本実施例では、 インダクタ L=0.05μH, コンデンサの容量 C1=C2=15pF FETの寄生容量 Ci=Co=5pF とする。これに対し従来例における最適な数値として スイッチの寄生容量 Ci=Co=5pF インピーダンス R=50Ω とした場合を比較して見る。上記数値例における本実施
例の遮断周波数fcと従来例の−3dB低下周波数fHとを算
出した結果が第3図である。尚、本実施例におけるマト
リクス回路の遅延線のインピーダンスは、高周波回路で
の一般的な値である50Ωとしてある。即ち、 第3図を見て分かる様に、遮断周波数fcは、同時選択
振動子数mに無関係に318MHzとなるが、改良型従来例
(特公昭62−18019)の−3dB低下周波数fHは同時選択振
動子数mが“8"の場合でも265MHzであり、同時選択振動
子数mが“32"では159MHzになってしまう。つまり、本
実施例のマトリクス回路10は、スイッチ回路102の入力
や出力にコンデンサ容量を追加しているにもかかわら
ず、従来例より広帯域となっている。
Next, the frequency band of the matrix circuit according to the embodiment shown in FIG. 1 will be compared with the conventional example. The frequency band of the matrix circuit 10 of this embodiment is evaluated by the cutoff frequency fc of the LC delay line as described above. In the present embodiment, specific values of the inductor and the capacitance are: inductor L = 0.05 μH, capacitor capacitance C1 = C2 = 15 pF FET parasitic capacitance Ci = Co = 5 pF. On the other hand, a comparison will be made with the case where the parasitic capacitance of the switch Ci = Co = 5 pF impedance R = 50 Ω is set as the optimum value in the conventional example. FIG. 3 shows the results of calculating the cutoff frequency fc of the present embodiment and the −3 dB reduction frequency fH of the conventional example in the above numerical example. The impedance of the delay line of the matrix circuit in this embodiment is 50Ω which is a general value in a high frequency circuit. That is, As can be seen from Fig. 3, the cut-off frequency fc is 318MHz regardless of the number m of simultaneously selected transducers, but the -3dB lowering frequency fH of the improved conventional example (Japanese Patent Publication No. 62-18019) is the simultaneous selected oscillation. Even when the number m of children is "8", it is 265 MHz, and when the number m of simultaneously selected transducers is "32", it is 159 MHz. That is, the matrix circuit 10 of the present embodiment has a wider band than the conventional example, although the capacitor capacitance is added to the input and output of the switch circuit 102.

以上に説明したように、本実施例のマトリクス回路を
超音波装置に用いることで、容量による周波数帯域の低
下が無くなり、超音波周波数を高周波化して高分解能化
を図ることができる。尚、本実施例のマトリクス回路10
では、信号の経路によって各信号線における信号の伝播
遅延時間に差がでるが、これは、ビーム制御回路40の遅
延回路41で補正を行えば良いので問題はない。具体的に
は、遅延回路41を可変遅延回路とし、マトリクス回路10
の切り換え状況に応じて生じる伝播遅延時間の差を補正
する。
As described above, by using the matrix circuit of the present embodiment in the ultrasonic device, it is possible to eliminate the decrease in the frequency band due to the capacitance, and to increase the ultrasonic frequency to achieve high resolution. The matrix circuit 10 of this embodiment is
Then, there is a difference in the propagation delay time of the signal in each signal line depending on the signal path, but this can be corrected by the delay circuit 41 of the beam control circuit 40, so there is no problem. Specifically, the delay circuit 41 is a variable delay circuit, and the matrix circuit 10
The difference in the propagation delay time that occurs depending on the switching situation of is corrected.

上記実施例は、一本の信号線につながるスイッチ回路
間を全てインダクタで分離した構成である。しかし、本
発明はこれに限定されるものではなく、第6図に示す様
に、幾つかのスイッチ回路でグループを作り、グループ
間をインダクタ101′で分離する構成でも、上記実施例
と同じ効果を得ることができる。この第6図に示す実施
例では、一つのスイッチ回路グループ122をIC化してし
まうことによって、マトリクス回路10′を小型化できる
という効果がある。また、このとき、後述するバイアス
回路も一緒にIC化し、小型化と共に高性能化を図ること
も可能である。
In the above-described embodiment, the switch circuits connected to one signal line are all separated by the inductor. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 6, the same effect as that of the above embodiment can be obtained by forming a group with some switch circuits and separating the groups with inductors 101 '. Can be obtained. The embodiment shown in FIG. 6 has the effect that the matrix circuit 10 'can be miniaturized by integrating one switch circuit group 122 into an IC. Further, at this time, a bias circuit described later can be integrated into an IC to achieve miniaturization and high performance.

次に、マトリクス回路の高入出力インピーダンススイ
ッチ回路102のバイアスを微調整して、伝達率のばらつ
きを補償するスイッチ駆動回路の実施例を、第7図と第
8図を用いて説明する。マトリクス回路に伝達率のばら
つきがあると、超音波診断装置等で診断結果を映像化し
たとき映像むらが生じ、誤診断の原因となる。従って、
ばらつきの低減は重要課題である。第7図は、第2図
(b)や同図(c)に示したFETのゲートに加えるバイ
アス電圧VBと伝達率(順方向コンダクタンス)との関係
を表した図である。バイアス電圧がVth以下のVoffでは
伝達率が“0"であり、スイッチoffの状態に対応する。
バイアス電圧がVth以上になると伝達率が徐々に大きく
なり、これはスイッチonの状態に対応する。このよう
に、バイアス電圧を変えることで伝達率を変えることが
でき、スイッチと等価な動作をFETにさせることができ
る。このバイアス電圧を変えるための回路としては、第
8図に示すような構成のバイアス回路31が使える。この
バイアス回路31はスイッチ回路102対応に設けられ、ス
イッチ制御回路30の指令にしたがってスイッチ32をon−
offし、バイアス電圧VBxを変えて第1図のマトリクス回
路10内の対応するスイッチ回路102に印加する。このバ
イアス電圧VBは、バイアス回路31の抵抗R1と抵抗R2で電
圧Vcc−Voffを分圧して得られる。スイッチ32がonの場
合は、 であり、VB>Vthとなるように抵抗R1または抵抗R2の値
を決めることでスイッチ回路102をonにできる。また、
スイッチ32がoffの場合は、 VB=Voff<Vth ……(5) であり、スイッチ回路102をoffにできる。ここで、第8
図より明らかなように、VB>Vthではバイアス電圧を変
化させることによって伝達率を変えることができる。ま
た、第(4)式から、抵抗R1または抵抗R2の値を変える
ことで、バイアス電圧VBが変わることが分かる。そこ
で、マトリクス回路10のスイッチ回路102に対応するバ
イアス回路の抵抗R1,R2の値を微調整(前述した様にこ
のバイアス回路31をIC化した場合、この抵抗R1,R2の調
整は、例えばトリミングで行なうことになる。)してや
る構成とすることによって、各スイッチ回路102毎の伝
達率のばらつきを補償することができる。これにより超
音波診断装置等での映像にむらがなくなり、誤診断の原
因がなくなる。
Next, an embodiment of a switch drive circuit that finely adjusts the bias of the high input / output impedance switch circuit 102 of the matrix circuit to compensate for variations in transmissibility will be described with reference to FIGS. 7 and 8. If the matrix circuit has a variation in transmissibility, image unevenness occurs when a diagnostic result is visualized by an ultrasonic diagnostic apparatus or the like, which causes erroneous diagnosis. Therefore,
Reducing variability is an important issue. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the bias voltage VB applied to the gate of the FET shown in FIGS. 2B and 2C and the transmissibility (forward conductance). At Voff where the bias voltage is Vth or less, the transmissibility is “0”, which corresponds to the switch off state.
When the bias voltage exceeds Vth, the transmissibility gradually increases, which corresponds to the switch on state. In this way, the transmissibility can be changed by changing the bias voltage, and the FET can perform an operation equivalent to that of the switch. As a circuit for changing the bias voltage, a bias circuit 31 having a structure as shown in FIG. 8 can be used. The bias circuit 31 is provided corresponding to the switch circuit 102, and turns on the switch 32 according to a command from the switch control circuit 30.
It is turned off and the bias voltage VBx is changed and applied to the corresponding switch circuit 102 in the matrix circuit 10 of FIG. The bias voltage VB is obtained by dividing the voltage Vcc-Voff by the resistors R1 and R2 of the bias circuit 31. If switch 32 is on, Therefore, the switch circuit 102 can be turned on by determining the value of the resistor R1 or the resistor R2 so that VB> Vth. Also,
When the switch 32 is off, VB = Voff <Vth (5), and the switch circuit 102 can be turned off. Here, the eighth
As is clear from the figure, when VB> Vth, the transmissibility can be changed by changing the bias voltage. Further, from the equation (4), it can be seen that the bias voltage VB is changed by changing the value of the resistor R1 or the resistor R2. Therefore, the values of the resistors R1 and R2 of the bias circuit corresponding to the switch circuit 102 of the matrix circuit 10 are finely adjusted (when the bias circuit 31 is integrated into an IC as described above, the adjustment of the resistors R1 and R2 is performed by trimming, for example. By adopting the configuration described above, it is possible to compensate for variations in the transmissibility of each switch circuit 102. As a result, there is no unevenness in the image on the ultrasonic diagnostic apparatus or the like, and the cause of erroneous diagnosis is eliminated.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、容量の悪影響を排除できるので、超
音波装置の高周波化つまり高分化能化を図ることが可能
となり、また、マトリクス回路の伝達率のばらつきを補
償できるので、画像ムラの無い良好な受信画像を得るこ
とができるという効果がある。
According to the present invention, since the adverse effect of the capacitance can be eliminated, it is possible to increase the frequency of the ultrasonic device, that is, increase the differentiation capability, and it is possible to compensate for the variation in the transmissibility of the matrix circuit, so that there is no image unevenness. There is an effect that a good received image can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1実施例に係る超音波装置に用いる
電子走査回路の全体構成図、第2図(a),(b),
(c),(d)は第1図に示すマトリクス回路に用いる
スイッチ回路の各種構成図、第3図は第1図に示す実施
例と従来例との周波数帯域の比較説明図、第4図
(a),(b)は夫々従来例と第1図に示す実施例の信
号線1本の等価回路図、第5図は第1図に示す実施例と
従来例との周波数特性比較図、第6図は本発明の第2実
施例に係る超音波装置に用いるマトリクス回路の構成
図、第7図はスイッチ回路に用いるFETの伝達率とバイ
アス電圧との関係を示すグラフ、第8図はバイアス回路
の一構成図、第9図は従来の電子走査回路の構成図、第
10図は改良型従来例に係るマトリクス回路の構成図、第
11図は従来例における同時選択振動子数とスイッチ数の
関係説明図である。 1(i)…振動子信号線、2(j)…マトリクス入力信
号線(振動子出力信号線)、3(j)…マトリクス出力
信号線、10,10′…マトリクス回路、19…探触子、20…
振動子選択回路、30…スイッチ制御回路、31…バイアス
回路、40…ビーム制御回路、41…遅延回路、42…加算回
路、101,101′…インダクタ、102…スイッチ回路、103
…終端抵抗。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electronic scanning circuit used in the ultrasonic apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a), (b),
(C) and (d) are various configuration diagrams of the switch circuit used in the matrix circuit shown in FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory diagram of comparison of frequency bands between the embodiment shown in FIG. 1 and a conventional example, and FIG. (A) and (b) are equivalent circuit diagrams of one signal line of the conventional example and the example shown in FIG. 1, respectively, and FIG. 5 is a frequency characteristic comparison diagram of the example shown in FIG. 1 and the conventional example. FIG. 6 is a configuration diagram of a matrix circuit used in the ultrasonic device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the transmissibility of the FET used in the switch circuit and the bias voltage, and FIG. FIG. 9 is a block diagram of a bias circuit, and FIG. 9 is a block diagram of a conventional electronic scanning circuit.
Figure 10 is a block diagram of the matrix circuit according to the improved conventional example.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the relationship between the number of simultaneously selected transducers and the number of switches in the conventional example. 1 (i) ... Oscillator signal line, 2 (j) ... Matrix input signal line (oscillator output signal line), 3 (j) ... Matrix output signal line, 10, 10 '... Matrix circuit, 19 ... Probe , 20 ...
Transducer selection circuit, 30 ... Switch control circuit, 31 ... Bias circuit, 40 ... Beam control circuit, 41 ... Delay circuit, 42 ... Addition circuit, 101, 101 '... Inductor, 102 ... Switch circuit, 103
... terminator.

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】アレイ状に配列したn(≧2)個の振動子
と、これら振動子の中から選択したm(<n)個の振動
子の送受信信号に遅延を与えるビーム制御回路と、前記
m個の振動子と前記ビーム制御回路との間を接続する複
数のクロスポイントスイッチとを備える電子走査式超音
波装置において、前記クロスポイントスイッチを高入出
力インピーダンスを有するスイッチで構成すると共に、
各スイッチ間をインダクタで接続する構成としたことを
特徴とする電子走査式超音波装置。
1. An n (≧ 2) oscillators arranged in an array, and a beam control circuit for delaying transmission / reception signals of m (<n) oscillators selected from the oscillators, In an electronic scanning ultrasonic apparatus including a plurality of crosspoint switches connecting between the m oscillators and the beam control circuit, the crosspoint switch is configured with a switch having high input / output impedance,
An electronic scanning ultrasonic device, wherein each switch is connected by an inductor.
【請求項2】アレイ状に配列したn(≧2)個の振動子
と、これら振動子の中から選択したm(<n)個の振動
子の送受信信号に遅延を与えるビーム制御回路と、前記
m個の振動子と前記ビーム制御回路との間を接続する複
数のクロスポイントスイッチとを備える電子走査式超音
波装置において、前記複数のクロスポイントスイッチを
複数のグループに分けると共に、各グループ間の接続線
をインダクタとしたことを特徴とする電子走査式超音波
装置。
2. An n (≧ 2) transducers arranged in an array, and a beam control circuit for delaying transmission / reception signals of m (<n) transducers selected from the transducers. In an electronic scanning ultrasonic apparatus including a plurality of crosspoint switches connecting the m transducers and the beam control circuit, the plurality of crosspoint switches are divided into a plurality of groups, and An electronic scanning ultrasonic device, characterized in that a connecting wire of the above is used as an inductor.
【請求項3】アレイ状に配列したn(≧2)個の振動子
と、これら振動子の中から選択したm(<n)個の振動
子の送受信信号に遅延を与えるビーム制御回路と、前記
m個の振動子と前記ビーム制御回路との間に設けられこ
れらを接続するマトリクス回路とを備える電子走査式超
音波装置おいて、前記マトリクス回路をLC遅延線で構成
したことを特徴とする電子走査式超音波装置。
3. An n (≧ 2) transducers arranged in an array, and a beam control circuit for delaying transmission / reception signals of m (<n) transducers selected from the transducers. In the electronic scanning ultrasonic apparatus including the matrix circuit provided between the m oscillators and the beam control circuit and connecting them, the matrix circuit is configured by an LC delay line. Electronic scanning ultrasonic device.
【請求項4】請求項3において、マトリクス回路の、振
動子に接続される信号線とビーム制御回路に接続される
信号線とを接続するスイッチを、高入出力インピーダン
ススイッチとしたことを特徴とする電子走査式超音波装
置。
4. The switch according to claim 3, wherein the switch connecting the signal line connected to the vibrator and the signal line connected to the beam control circuit of the matrix circuit is a high input / output impedance switch. Electronic scanning ultrasonic device.
【請求項5】請求項4記載の電子走査式超音波装置であ
って、前記高入出力インピーダンススイッチを、振動子
に接続される信号線とビーム制御回路に接続される信号
線との間の信号伝達率を調節可能なスイッチとしたこと
を特徴とする電子走査式超音波装置。
5. The electronic scanning ultrasonic apparatus according to claim 4, wherein the high input / output impedance switch is provided between a signal line connected to a transducer and a signal line connected to a beam control circuit. An electronic scanning ultrasonic device, characterized in that it is a switch whose signal transmission rate is adjustable.
【請求項6】請求項4記載の電子走査式超音波装置であ
って、高入出力インピーダンススイッチを半導体スイッ
チ回路で構成し、該半導体スイッチ回路のバイアス電圧
を調節するバイアス回路を設けたことを特徴とする電子
走査式超音波装置。
6. The electronic scanning ultrasonic apparatus according to claim 4, wherein the high input / output impedance switch is composed of a semiconductor switch circuit, and a bias circuit for adjusting a bias voltage of the semiconductor switch circuit is provided. A characteristic electronic scanning ultrasonic device.
【請求項7】アレイ状に配列したn(≧2)個の振動子
と、これら振動子の中から選択したm(<n)個の振動
子の送受信信号に遅延を与えるビーム制御回路との間に
設けられ、前記m個の振動子に接続される信号線と前記
ビーム制御回路に接続される信号線とを選択的に接続す
るクロスポイントスイッチを有するマトリクス回路にお
いて、各クロスポイントスイッチ間をインダクタで接続
する構成としたことを特徴とするマトリクス回路。
7. An n (≧ 2) oscillators arranged in an array and a beam control circuit for delaying transmission / reception signals of m (<n) oscillators selected from the oscillators. In a matrix circuit having a cross point switch which is provided between and which selectively connects a signal line connected to the m oscillators and a signal line connected to the beam control circuit, A matrix circuit characterized by being connected by an inductor.
【請求項8】アレイ状に配列したn(≧2)個の振動子
と、これら振動子の中から選択したm(<n)個の振動
子の送受信信号に遅延を与えるビーム制御回路との間に
設けられ、前記m個の振動子に接続される信号線と前記
ビーム制御回路に接続される信号線とを選択的に接続す
るクロスポイントスイッチを有するマトリクス回路にお
いて、各クロスポイントスイッチを複数のグループに分
けると共に、各グループ間を接続する接続線をインダク
タとしたことを特徴とするマトリクス回路。
8. An n (≧ 2) oscillators arranged in an array and a beam control circuit for delaying transmission / reception signals of m (<n) oscillators selected from the oscillators. In a matrix circuit having a crosspoint switch provided between the signal lines connected to the m transducers and the signal line connected to the beam control circuit, a plurality of crosspoint switches are provided. The matrix circuit is characterized in that the inductors are used as the connecting lines for connecting the groups into groups.
【請求項9】請求項7または請求項8において、各クロ
スポイントスイッチを半導体スイッチ回路で構成すると
共に、各半導体スイッチ回路のバイアス電圧を調整する
バイアス回路を備えることを特徴とするマトリクス回
路。
9. The matrix circuit according to claim 7, wherein each crosspoint switch is formed of a semiconductor switch circuit, and a bias circuit for adjusting a bias voltage of each semiconductor switch circuit is provided.
【請求項10】請求項8記載のマトリクス回路における
グループ化したクロスポイントスイッチを半導体集積回
路化したことを特徴とする電子走査式超音波装置用の半
導体チップ。
10. A semiconductor chip for an electronic scanning ultrasonic device, wherein the grouped crosspoint switches in the matrix circuit according to claim 8 are integrated into a semiconductor integrated circuit.
【請求項11】請求項10における半導体チップは、請求
項9記載のバイアス回路も同一チップ上に搭載したもの
であることを特徴とする半導体チップ。
11. The semiconductor chip according to claim 10, wherein the bias circuit according to claim 9 is also mounted on the same chip.
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