專利名稱：超聲成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括生成用于驅(qū)動壓電換能器(piezoelectrictransducer )的電信號的脈沖器(pulsar)的超聲成像設(shè)備。
背景技術(shù)：
最近，在驅(qū)動用于生成在超聲成像設(shè)備中的超聲波的壓電換能器的電信號中使用了包括多個相同的波形的脈沖群波形(參考專利文獻(xiàn)1)。脈沖群波形具有對應(yīng)于壓電換能器的諧振頻率的約3MHz到10 MHz的頻率，并具有約100V的電壓幅值。同時被驅(qū)動的壓電換能器的數(shù)目達(dá)到幾十個信道，超聲成像設(shè)備的特征在于緊湊性，這樣，最好是用于生成這些脈沖群波形的發(fā)射單元具有簡單的配置。
作為用于生成脈沖群波形的、具有簡單的配置的發(fā)射單元，存在有多電平(multilevel)脈沖器，在其中具有不同電平的電源電壓的推挽電路(push-pull circuit)并聯(lián)地耦合。多電平脈沖器通過接通或關(guān)斷推挽電路而逐段(stepwise)切換輸出電壓，以便簡單地生成由類似于正弦波的偽(pseudo)正弦波組成的脈沖群波形。日本專利申請公開No. 2000-005169 (第一頁，圖7)
然而，根據(jù)上述的背景技術(shù)，當(dāng)輸出電壓被逐段切換時，將發(fā)生功率損失。具體地，當(dāng)多電平脈沖器的輸出電壓被逐段切換時，將發(fā)生被向具有電容性電特性的壓電換能器進行充電的電荷的充電和放電。在壓電換能器與被并聯(lián)耦合到電容性壓電換能器的接地電阻器之間發(fā)生充電和放電，這造成功率損失的發(fā)生。
具體地，功率損失造成熱生成，并對于驅(qū)動多信道的超聲成像設(shè)備而言變?yōu)橄喈?dāng)大的水平。
希望解決前述的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第 一 方面的超聲成像設(shè)備，提供預(yù)定的電壓到壓電換能器，用來發(fā)射超聲波，該設(shè)備包括脈沖器，其包括被耦合到壓電換能器的輸出線和多個第一推挽電路，這些第一推挽電路的輸出單
元被耦合到輸出線；以及電源單元，其把多個具有不同電平的電源電
壓提供到多個第一推挽電路，其中多個第一推挽電路的至少任一個第
一推挽電路包括第一整流元件(rectification element )，它阻止反向電流流到配置第 一推挽電路的第 一互補晶體管中，以及脈沖器包括第二推挽電路，其輸出單元被耦合到輸出線，將與在具有第一整流元件的第 一推挽電路中相同的電源電壓施加到第二推挽電路，通過接通配置第二推挽電路的第二互補晶體管，在第二推挽電路中流過與在第一推挽電^各中的電流方向相反的電流。
在根據(jù)第一方面的發(fā)明中，通過接通配置第二推挽電路的第二互補晶體管，在第二推挽電路中流過與在第 一推挽電路中的電流方向相
反的電 流。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的超聲成像設(shè)備，其中電源單元把多個電源電壓中間的最大驅(qū)動電壓提供到不帶有第 一整流元件的第 一推挽電路。
在根據(jù)第二方面的發(fā)明中，具有最大驅(qū)動電壓的第一推挽電路不配備第一整流元件。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的超聲成像設(shè)備，其中在第一或第二方面描述的超聲成像設(shè)備中，第一推挽電路包括相對于輸出單元在電源電壓的高電壓側(cè)處的P溝道第一場效應(yīng)晶體管；和相對于輸出單元在電源電壓的低電壓側(cè)處的N溝道場效應(yīng)晶體管，以作為第一互補晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面的超聲成像設(shè)備，其中在第三方面描述的超聲成像設(shè)備中，第二推挽電路包括相對于被耦合到輸出線的輸出單元在高電壓側(cè)處的N溝道第二場效應(yīng)晶體管；和相對于輸出單元在低電壓側(cè)處的P溝道場效應(yīng)晶體管，以作為第二互補晶體管，并且該第二推挽電路還包括第二整流元件，其被串聯(lián)地耦合到各個第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第四方面的發(fā)明中，第二推挽電路的互補晶體管的N溝道或P溝道極性與第一推挽電路的互補晶體管的N溝道或P溝道極性相反，以及輸出單元的第二整流元件限制其中電流流動的方向。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面的超聲成像設(shè)備，其中在第四方面描述的超聲成像設(shè)備中，被串聯(lián)地耦合到各個N溝道第二場效應(yīng)晶體管的每個第二整流元件是以從輸出單元朝向電源單元的正向(forward)方向被耦合的二極管，以及被串聯(lián)地耦合到各個P溝道第二場效應(yīng)晶體管
的二極管。
在根據(jù)第五方面的發(fā)明中，在第二推挽電路中電流被允許以與在具有第 一 整流元件的第 一 推挽電路的互補晶體管中流動電流的方向不同的方向流動。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面的超聲成像設(shè)備，在第四或第五方面描述的超聲成像設(shè)備中，包括脈沖器控制單元，其接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第六方面的發(fā)明中，第 一 和第二推挽電路由脈沖器控制單元控制。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面的超聲成像設(shè)備，其中在第六方面描述的超聲成像設(shè)備中，脈沖器控制單元包括第一驅(qū)動器，其接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體管；和第二驅(qū)動器，其接通或關(guān)斷第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第七方面的發(fā)明中，第一場效應(yīng)晶體管和第二場效應(yīng)晶體管被彼此不同的第 一和第二驅(qū)動器接通或關(guān)斷。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面的超聲成像設(shè)備，其中在第六或第七方面描述的超聲成像設(shè)備中，脈沖器控制單元包括偽正弦波生成裝置，它通過以預(yù)定的次序接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體管而把多個電源電壓以正弦波形狀輸出到輸出線。
在根據(jù)第八方面的發(fā)明中，類似于正弦波的波形由偽正弦波生成裝置簡單地生成。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面的超聲成像設(shè)備，其中在第八方面描述的超聲成像設(shè)備中，與不帶有第一整流元件的第一推挽電路的N溝道或P溝道第 一場效應(yīng)晶體管的關(guān)斷和帶有第 一整流元件的第 一推挽電路的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管的接通同步，偽正弦波生成裝置接通第二推挽電路的N溝道或P溝道第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第九方面的發(fā)明中，與帶有第 一整流元件的第 一推挽電路的接通同步，帶有第二整流元件的第二推挽電路的對應(yīng)的第二場效應(yīng)晶 體管被接通。根據(jù)本發(fā)明的第十方面的超聲成像設(shè)備，其中在第九方面描述的
超聲成像設(shè)備中，與帶有第一整流元件的第一推挽電路的N溝道或P溝道第 一 場效應(yīng)晶體管的關(guān)斷同步，偽正弦波生成裝置關(guān)斷第二推挽電路的N溝道或P溝道第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第十方面的發(fā)明中，當(dāng)帶有第 一整流元件的第 一推挽電路的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管被接通時，第二推挽電路的N溝道或P溝道第二場效應(yīng)晶體管被接通。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面的超聲成像設(shè)備，其中在第九方面描述的超聲成像設(shè)備中，在自不帶有第一整流元件的第一推挽電路的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管被關(guān)斷以及帶有第一整流元件的第一推挽電路的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管被接通以來經(jīng)過預(yù)定的時間段之后，偽正弦波生成裝置關(guān)斷第二推挽電路的N溝道或P溝道第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第十一方面的發(fā)明中，第二場效應(yīng)晶體管在自帶有第一整流元件的第一推挽電路的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管被接通以來經(jīng)過預(yù)定的時間段之后被關(guān)斷。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面的超聲成像設(shè)備，其中在第六方面描述的超聲成像設(shè)備中，脈沖器控制單元只接通或關(guān)斷不帶有第 一整流元件的第一推挽電路的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管，以便把電源電壓以矩形形狀輸出到輸出線，在此情形下，脈沖器控制單元不接通或關(guān)斷第二推挽電路的N溝道或P溝道第二場效應(yīng)晶體管。
在根據(jù)第十二方面的發(fā)明中，第二推挽電路不工作。
根據(jù)本發(fā)明的第十三方面的超聲成像設(shè)備，其中與在第四到第十二方面中的任一方面描述的超聲成像設(shè)備中的第一場效應(yīng)晶體管相比較，第二場效應(yīng)晶體管在漏極與源極之間流動的漏極電流的最大額定值方面是較低的。
在根據(jù)第十三方面的發(fā)明中，第二場效應(yīng)晶體管的形狀做得很'J、，由于添加晶體管而引起的尺寸增加被抑制。
根據(jù)本發(fā)明的第十四方面的超聲成像設(shè)備，其中在第一到第十三方面中的任一方面描述的超聲成像設(shè)備中，電源單元生成具有相同的電平和具有正的和負(fù)的電壓才及性的電源電壓。
在根據(jù)第十四方面的發(fā)明中，使用于驅(qū)動壓電換能器的電信號是穩(wěn)定的，以便相對于作為中心的地電位進行振蕩。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面的超聲成像設(shè)備，其中在第一到第十四方面中的任一方面描述的超聲成像設(shè)備中，脈沖器包括接地電路，它接通或關(guān)斷在輸出線與接地端之間的連接。
在根據(jù)第十五方面的發(fā)明中，將用于驅(qū)動壓電換能器的電信號的地電位做成安全的。
根據(jù)本發(fā)明，消除了由形成偽正弦波的脈沖器生成的穩(wěn)定的電流的消耗，可以減小在電壓發(fā)生改變的過渡狀態(tài)中生成的功耗，并且可以減小脈沖器的熱生成。
從下面如在附圖中圖示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明，將明白本發(fā)明的另外的目的和優(yōu)點。


圖1是用于示出超聲成像設(shè)備的整個配置的框圖。
圖2是用于示出超聲成像設(shè)備的圖像產(chǎn)生單元(image production
unit )的配置的框圖。
圖3是用于示出超聲成像設(shè)備的發(fā)射單元的配置的框圖。
圖4是用于示出根據(jù)一個實施例的多電平脈沖器的配置的電路圖。
圖5是用于示出根據(jù)一個實施例的多電平脈沖器的整個輸出操作
的說明圖。
圖6是用于示出根據(jù)一個實施例的多電平脈沖器的電路操作的說明圖。
圖7是用于示出根據(jù)一個實施例的、多電平脈沖器的輸出電壓和流到晶體管的電流的說明圖。
圖8是用于示出具有簡單的配置的多電平脈沖器的配置和操作的說明圖。
圖9是用于示出當(dāng)具有簡單的配置的多電平脈沖器的輸出電壓被切換時的操作和電流的改變的說明圖。
具體實施例方式
下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的、用于實現(xiàn)超聲成像設(shè)備的優(yōu)選實施例。應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不限于所述實施例。首先，將描述根據(jù)實施例的超聲成像設(shè)備100的整個配置。圖1
是用于示出根據(jù)實施例的超聲成像設(shè)備ioo的整個配置的框圖。超聲
成像設(shè)備100包括超聲探頭10、圖像產(chǎn)生單元102、圖像存儲器單元104、圖像顯示控制單元105、顯示單元106、輸入單元107、和控制單元108。
超聲探頭10配備有壓電換能器陣列，并且發(fā)射和接收超聲波。緊密地附著到對象(subject ) 2的表面的超聲探頭IO把超聲波輻射到成像截面上，并接收每次從對象2的內(nèi)部反射的超聲回波作為時間序列聲輻射線(sound ray)。超聲探頭10在順序切換超聲波的輻射方向的同時執(zhí)行電子掃描。
圖像產(chǎn)生單元102生成用于驅(qū)動超聲探頭的壓電換能器陣列的電信號，并通過使用由壓電換能器陣列接收的電信號來形成B模式圖像信息或多普勒圖像信息而執(zhí)行B模式過程或多普勒過程(Dopplerprocess)。圖像產(chǎn)生單元102的詳細(xì)功能將在后面描述。
圖像存儲器單元104包括大容量存儲器，并且存儲二維斷層技術(shù)(tomographic)圖像信息和作為隨時間改變的二維斷層技術(shù)圖像信息的電影(cine)圖像信息。
圖像顯示控制單元105執(zhí)行由B模式過程生成的B模式圖像信息以及由多普勒過程生成的血液流動圖像信息的顯示幀速率轉(zhuǎn)換，并控制圖像顯示的形狀和位置。
顯示單元106包括CRT(陰極射線管)和LCD(液晶顯示器)等等，它顯示B模式圖像或血液流動圖像。
輸入單元107包括鍵盤等等，操作信息由操作員輸入。例如，通過輸入單元107輸入用于選擇以B模式顯示或多普勒過程的顯示的操作信息和用于設(shè)置執(zhí)行多普勒過程的多普勒成像區(qū)域的操作信息。
控制單元108根據(jù)通過輸入單元107輸入的操作信息和事先存儲的程序和數(shù)據(jù)，控制包括超聲探頭的超聲成像設(shè)備的各個單元的操作。
圖2是用于示出圖像產(chǎn)生單元102的配置的框圖。圖像產(chǎn)生單元102包括發(fā)射波束形成器(beamformer) 21、發(fā)射單元22、接收單元23、接收波束形成器24、 B模式處理單元25、和多普勒處理單元26。發(fā)射波束形成器21以預(yù)定延時生成驅(qū)動信號，以便根據(jù)來自控制單元10 8的信息在設(shè)置的焦點深度位置執(zhí)行電子聚焦。發(fā)射單元22形成脈沖群波形，以根據(jù)來自發(fā)射波束形成器21的 驅(qū)動信號驅(qū)動超聲探頭10的壓電換能器。應(yīng)當(dāng)指出，發(fā)射單元22在
后面詳纟田4苗述。
接收單元23執(zhí)行對于由超聲探頭10的壓電換能器接收的電信號 的初始放大。接收波束形成器24執(zhí)行延遲添加，在其中類似于在發(fā)射 時的延時，預(yù)定的延時被加到由接收單元23接收的電信號上，并在聲 輻射線上形成電信號。
B模式處理單元25對于在其中添加延時的聲輻射線上的電信號執(zhí) 行諸如對數(shù)轉(zhuǎn)換和濾波過程之類的過程，并形成B模式圖像。多普勒 處理單元26對于在其中添加延時的聲輻射線上的電信號執(zhí)行正交檢 測、濾波過程等，并顯示對象2中的血液流動信息作為頻譜信息或 CMF(彩色血流成1象，Colour Flow Mapping)信息。
圖3是用于示出發(fā)射單元22的配置的框圖。發(fā)射單元22包括脈 沖器電源單元31、脈沖器控制單元32、和多個多電平脈沖器33。脈沖 器控制單元32包括第一驅(qū)動器34、第二驅(qū)動器35和偽正弦波生成裝 置36，并且允許多電平脈沖器33根據(jù)來自發(fā)射波束形成器21的驅(qū)動 信號生成預(yù)定的驅(qū)動波形。驅(qū)動波形包括矩形波或偽正弦波，在生成 例如偽正弦波的情形下，控制信號由偽正弦波生成裝置36形成。
第一驅(qū)動器34和第二驅(qū)動器35包括多個驅(qū)動器(未示出)，并驅(qū) 動將在后面描述的晶體管Ql到Q8。應(yīng)當(dāng)指出，與第一驅(qū)動器34相比 較，第二驅(qū)動器35是在輸出電流的最大額定值和驅(qū)動能力方面較低的 驅(qū)動器。
脈沖器電源單元31是通過使用開關(guān)調(diào)節(jié)器(switching regulator)等等而配置的高電壓電源單元。脈沖器電源單元31生成
對應(yīng)于要被生成的偽正弦波的最大幅值的正的和負(fù)的最大驅(qū)動電壓± HVH以及具有最大驅(qū)動電壓±HVH的近似一半電平的正的和負(fù)的中間的 驅(qū)動電壓±HVL。
多電平脈沖器33根據(jù)來自脈沖器控制單元32的控制信號生成矩 形波或偽正弦波。圖4是用于示出多電平脈沖器33的配置的電路圖。 多電平脈沖器33包括由被耦合到壓電換能器11的電導(dǎo)體、晶體管Ql 到Q8、 二極管D1到D8、 D30、 D40、 D70和D80、電阻器R1到R4、 R7 和R8、和電容器C1到C4、 C7和C8組成的輸出線1。晶體管Ql到Q8包括使用P溝道場效應(yīng)晶體管的Q1、Q3、Q5和Q8, 以及使用N溝道場效應(yīng)晶體管的Q2、 Q4、 Q6和Q7。晶體管Ql到Q6形 成第一場效應(yīng)晶體管，并包括互補晶體管，其中晶體管特性在額定值 上是相同的。晶體管Q7和Q8形成第二場效應(yīng)晶體管，以及正如將在 后面描述的，它們僅在被充電到壓電換能器11的電荷被放電時才工作。 第二場效應(yīng)晶體管需要小的電流，因此，與第一場效應(yīng)晶體管相比較， 在漏極電流的最大額定值方面它是較低的。
晶體管Ql和Q2形成第一互補晶體管，并配置不帶有第一整流元 件的第一推挽電路41。在第一推挽電路41中，正的和負(fù)的電源電壓土 HVH (作為被耦合到晶體管Ql和Q2的源極端的最大驅(qū)動電壓)到輸出 線1的耦合，由晶體管Ql和Q2的接通/關(guān)斷操作來控制。用于接通或 關(guān)斷晶體管Ql和Q2的電信號由脈沖器控制單元32的第一驅(qū)動器34 形成，并通過用來執(zhí)行AC耦合的電容器Cl和C2被輸入到晶體管Ql 和Q2的柵極端。晶體管Ql和Q2的柵極端分別通過電阻器Rl和R2以 及保護二極管Dl和D2被耦合到源極端，并^丸行工作電位的確定和4冊 極端的過壓保護。晶體管Ql和Q2的漏極端彼此耦合，并用作第一推 挽電路41的輸出單元。輸出單元被耦合到輸出線1。
晶體管Q3和Q4形成第一互補晶體管，并配置帶有第一整流元件 的第 一推挽電路42 。帶有第 一整流元件的第 一推挽電路42是其電壓低 于由脈沖器電源單元31提供的最大驅(qū)動電壓的電路，以及正的和負(fù)的 電源電壓土HVL (作為被耦合到晶體管Q3和Q4的源極端的中間驅(qū)動電 壓)到輸出線l的耦合，由晶體管Q3和Q4的接通/關(guān)斷操作來控制。 用于接通或關(guān)斷晶體管Q3和Q4的電信號由脈沖器控制單元32的第一 驅(qū)動器34形成，并通過用來執(zhí)行AC耦合的電容器C3和C4被輸入到 晶體管Q3和Q4的柵極端。晶體管Q3和Q4的柵極端分別通過電阻器 R3和R4以及保護二極管D3和D4被耦合到源4及端，并纟丸行工作電位的 確定和4冊纟及端的過壓保護。
作為第一整流元件的二極管D30和D40耦合在晶體管Q3和Q4的 漏極端與輸出線1之間，并且在它們之間的耦合部分用作為第一推挽 電路42的輸出單元。當(dāng)輸出線1的電壓高于晶體管Q3的源極端的電 壓+HVL時，作為第一整流元件的二極管D30阻止流向提供電壓+VHL的 那側(cè)(流向脈沖器電源單元31)的反向電流流入晶體管Q3。當(dāng)輸出線1的電壓低于晶體管Q4的源極端的電壓-HVL時，作為第一整流元件的二 極管D40阻止流向輸出線1側(cè)的反向電流流入晶體管Q4。
晶體管Q5和Q6形成接地電路，它通過晶體管Q5和Q6的接通/關(guān) 斷操作而控制接地端到輸出線1的耦合。接通或關(guān)斷作為接地電路的 晶體管Q5和Q6的控制信號由脈沖器控制單元32形成。
晶體管Q7和Q8形成第二互補晶體管，并配置帶有第二整流元件 的第二推挽電路43。在第二推挽電路43中，正的和負(fù)的電源電壓±HVL (作為被耦合到晶體管Q7和Q8的源極端的中間驅(qū)動電壓)到輸出線1 的耦合，由晶體管Q7和Q8的接通/關(guān)斷操作來控制。在本例中，第二 推挽電路4 3把在第 一推挽電路42中的晶體管Q3與電源電壓+HVL之間 的互聯(lián)部分耦合到輸出線1，并把在第一推挽電路42中的晶體管Q4與 電源電壓-HVL之間的互聯(lián)部分耦合到輸出線1。當(dāng)反向電壓被施加到 二極管D30和D40時，第二推挽電路43接通晶體管Q7和Q8,以允許 電流以與流過第一推才免電^各42的電流方向相反的方向流動。
晶體管Q7和Q8是N溝道和P溝道場效應(yīng)晶體管，與晶體管Ql到 Q4相比較，它們需要較小的電流，例如約為漏極電流的最大額定值的 一半。
用于接通或關(guān)斷晶體管Q7和Q8的電信號由脈沖器控制單元32的、 具有較小驅(qū)動能力的第二驅(qū)動器35形成，并通過用來執(zhí)行AC耦合的 電容器C7和C8被輸入到晶體管Q7和Q8的柵極端。晶體管Q7和Q8 的柵極端分別通過電阻器R7和R8以及保護二極管D7和D8被耦合到 源極端，并執(zhí)行工作電位的確定和柵極端的過壓保護。
作為第二整流元件的二極管D70和D80耦合在晶體管Q7和Q8的 漏極端與輸出線1之間，并且在它們之間的耦合部分用作第二推挽電 路43的輸出單元。當(dāng)輸出線1的電壓高于晶體管Q7的源極端的電壓 十HVL時，作為第二整流元件的二極管D70被耦合到晶體管Q7，以便電 流流動。當(dāng)輸出線1的電壓低于晶體管Q8的源極端的電壓-HVL時，作 為第二整流元件的二極管D80被耦合到晶體管Q8,以便電流流動。
從脈沖器控制單元32到多電平脈沖器33的晶體管Ql到Q8的控 制信號分別用DVPH、 DVNH、 DVPL、 DVPL*、 DVNL、 DVNL*、 CPP和CPN 表示。在這些字符串中，DV是驅(qū)動的縮寫，N是N溝道的縮寫，P是P 溝道的縮寫，H是最大驅(qū)動電壓HVH的縮寫，以及L是中間驅(qū)動電壓HVL的縮寫。另外，每個在字符串的右上角處具有標(biāo)記*的控制信號代 表由第二驅(qū)動器35驅(qū)動的、與DVPL和DVNL同步的控制信號。
接著，將使用圖5和6描述多電平脈沖器33的運行。圖5是用于 示出驅(qū)動多電平脈沖器33的晶體管Ql到Q8的控制信號的時間改變 (time change)和要被輸出的偽正弦波的圖。水平軸代表時間軸，垂 直軸代表電壓。應(yīng)當(dāng)指出，在圖5(A)和5(B)中示出的圖共用時間軸。 分別作為使用P溝道場效應(yīng)晶體管的晶體管Q3、 Ql、 Q5和Q8的 控制信號的DVPL、 DVPH、 CPP和DVP"允許晶體管當(dāng)控制信號處于低電 壓電平的L電平時成為接通狀態(tài)(on-state)以及當(dāng)控制信號處于高 電壓電平的H電平時成為關(guān)斷狀態(tài)(off-state)。而且，分別作為使 用N溝道場效應(yīng)晶體管的晶體管Q2、 Q4、 Q6和Q7的控制信號的DVNL、 DVNH、 CPN和DVNI^允許晶體管當(dāng)控制信號處于低電壓電平的L電平時 成為關(guān)斷狀態(tài)以及當(dāng)控制信號處于高電壓電平的H電平時成為關(guān)斷狀 態(tài)。
在圖5(A)中，控制信號的DVPL變?yōu)長電平，晶體管Q3變?yōu)榻油?狀態(tài)(階段(Step)l)。在這時候，中間驅(qū)動電壓+HVL作為階段1的輸出 電壓被輸出，如圖5(B)所示。
此后，當(dāng)控制信號的DVPL變?yōu)镠電平時，晶體管Q3變?yōu)殛P(guān)斷狀 態(tài)，同時，當(dāng)控制信號的DVPH變?yōu)長電平時，晶體管Ql變?yōu)榻油?態(tài)(階段2)。在這時候，最大驅(qū)動電壓+HVH作為階段2的輸出電壓被 輸出，如圖5(B)所示。
此后，當(dāng)控制信號的DVPH變?yōu)镠電平時，晶體管Q1變?yōu)殛P(guān)斷狀 態(tài)，同時，當(dāng)控制信號的DVPL變?yōu)長電平時，晶體管Q3變?yōu)榻油?態(tài)(階段3)。在這時候，中間驅(qū)動電壓+HVL作為階段3的輸出電壓被 輸出，如圖5(B)所示，同時，當(dāng)控制信號的DVNb變?yōu)镠電平時，晶 體管Q7變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)指出，在這時候的運行在后面詳細(xì)地描述。
此后，當(dāng)控制信號的DVPL和DVNb分別變?yōu)镠電平和L電平時， 晶體管Q3和Q7變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，同時，當(dāng)控制信號的CPN變?yōu)镠電平 時，晶體管Q6變?yōu)榻油顟B(tài)(階段4)。在這時候，地電位作為階段4 的輸出電壓被輸出，如圖5(B)所示。
此后，當(dāng)控制信號的CPN變?yōu)長電平時，晶體管Q6變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)， 同時，當(dāng)控制信號的DVNL變?yōu)镠電平時，晶體管Q4變?yōu)榻油顟B(tài)(階段5)。在這時候，負(fù)的中間驅(qū)動電壓-HVL作為階段5的輸出電壓被輸 出，如圖5(B)所示。
此后，當(dāng)控制信號的DVNL變?yōu)長電平時，晶體管Q4變?yōu)殛P(guān)斷狀 態(tài)，同時，當(dāng)控制信號的DVNH變?yōu)镠電平時，晶體管Q2變?yōu)榻油?態(tài)(階段6)。在這時候，負(fù)的最大驅(qū)動電壓-HVH作為階段6的輸出電 壓被輸出，如圖5(B)所示。
此后，當(dāng)控制信號的DVNH變?yōu)長電平時，晶體管Q2變?yōu)殛P(guān)斷狀 態(tài)，同時，當(dāng)控制信號的DVNL變?yōu)镠電平時，晶體管Q4變?yōu)榻油?態(tài)(階段7)。在這時候，負(fù)的中間驅(qū)動電壓-HVL作為階段7的輸出電 壓被輸出，如圖5(B)所示。另外，在這時候，控制信號的DVPb變?yōu)長 電平，同時晶體管Q8變?yōu)榻油顟B(tài)。
此后，當(dāng)控制信號的DVNL和DVPb分別變?yōu)長電平和H電平時， 晶體管Q4和Q8變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，同時，當(dāng)控制信號的CPP變?yōu)長電平 時，晶體管Q5變?yōu)榻油顟B(tài)(階段8)。在這時候，地電位作為階段8 的輸出電壓被輸出，如圖5(B)所示。
通過上述運行，形成偽正弦波的一個波長。此后，階段1到8的 運行重復(fù)進行，形成具有預(yù)定數(shù)目的偽正弦波的脈沖群波形。
圖6是用于示意地說明在階段3中晶體管Ql變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)且晶體 管Q3和Q7變?yōu)榻油顟B(tài)的電路狀態(tài)的圖。在該圖中，晶體管Ql到Q8 被圖示為簡化的接通-關(guān)斷開關(guān)，作為接地電路的晶體管Q5和Q6在關(guān) 斷狀態(tài)下的圖示被省略。
圖7是用于說明當(dāng)階段2移到階段3時被輸出到輸出線1的增大 的電壓和電流波形的圖。在圖7(A)中，水平軸代表時間，垂直軸代表 輸出線1的輸出電壓。另外，在圖7(B)中，水平軸共用類似于圖7 (A) 的時間軸，以及垂直軸代表在晶體管Q7中流過的電流的電平。
這里，在作為階段3的在前階段的階段2中，最大驅(qū)動電壓+HVH 被輸出到輸出線1。在此狀態(tài)下，對應(yīng)于+HVH的施加電壓的電荷被充 電到作為電容性負(fù)載的壓電換能器11。
此后，在階段3中，當(dāng)晶體管Ql變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時，晶體管Q3和 Q7變?yōu)榻油顟B(tài)，如圖6所示。在這時候，通過將電荷充電到壓電換 能器ll， +HVH的電壓被保持在輸出線1上，以及二極管D30變?yōu)殛P(guān)斷 狀態(tài)。在此期間，二極管D70變?yōu)榻油顟B(tài)(對其施加正向電壓)。在此狀態(tài)下，被充電到壓電換能器11的、具有+HVH電位的電荷通過二 極管D7和晶體管Q7被放電到脈沖器電源單元31，該脈沖器電源單元 31輸出中間驅(qū)動電壓+HVL。
與晶體管Ql到Q8相比較，晶體管Q7在漏極電流的最大額定值方 面是較低的，因此，在晶體管Q7中流動的電流在放電時基本上變?yōu)楹?定的。圖7 (B)是用于示出當(dāng)從階段2移到階段3時在晶體管Q7中流 動的電流的圖。在過渡時間Tl (當(dāng)被充電到壓電換能器11的電荷的電 位從+HVH改變到+HVL時)期間，在晶體管Q7中流過基本上恒定的漏 極電流Id。
圖7 (A)示出輸出線1的輸出電壓隨時間改變時的狀態(tài)。輸出電 壓以基本上直線的方式從+HVH減小到+HVL,以及當(dāng)輸出電壓達(dá)到+HVL 時，二極管D70變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)(在其中施加反向偏壓)。在這時候， 二才及管D30變?yōu)榻油顟B(tài)(在其中施加正向偏壓)。
甚至在階段6移到階段7的情形下，即使電壓的極性是相反的， 但仍執(zhí)行相同的操作。在此情形下，當(dāng)輸出線1的電壓從負(fù)的最大驅(qū) 動電壓-HVH改變到負(fù)的中間驅(qū)動電壓-HVL時，二極管D80變?yōu)榻油?態(tài)。因此，電流從晶體管Q8和二極管D80流到壓電換能器11，并且被 放電到壓電換能器11的電荷僅在過渡時間期間被放電。
由多電平脈沖器33消耗的電功率小于例如由具有下面所示配置的 多電平脈沖器53消耗的電功率。圖8是用于說明類似于圖6的多電平 脈沖器53的簡化配置的圖。晶體管Ql到Q4、 二極管D30和D40、電 源電壓土HVH和士HVL、作為接地電路的晶體管Q5和Q6(未示出)以及 多電平脈沖器53的輸出線1與多電平脈沖器33的那些部件相同。在 多電平脈沖器53中，布置了耦合輸出線1到接地端的電阻器R44，以 便放電被充電到壓電換能器11的電荷。這里，電阻器R44的數(shù)值約為 100到300Q。
這里，在作為階段3的在前階段的階段2中，最大驅(qū)動電壓+HVH 被輸出到輸出線l,類似于圖6。在此狀態(tài)下，對應(yīng)于+HVH的施加電壓 的電荷被充電到作為電容性負(fù)載的壓電換能器11。
此后，當(dāng)晶體管Ql變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)時，晶體管Q3變?yōu)榻油顟B(tài)， 如圖8所示。在這時候，+HVH的電壓通過被充電到壓電換能器11的電 荷被保持在輸出線l上，以及二極管D30變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。在此狀態(tài)下,被充電到壓電換能器11的電荷穿過電阻器R44，這樣，電流流到接地 端，并在過渡時間T2期間生成過渡電流。
圖9是用于說明在使用多電平脈沖器53的情形下的操作的圖。在 圖9(A)中，水平軸代表時間軸，在其上階段2移到階段3和階段4， 以及垂直軸代表電壓軸，用于示出多電平脈沖器53的輸出電壓的改變。 圖9(B)共用類似于圖9(A)的時間軸，并具有示出在電阻器R44中流 過的電流的垂直軸。如圖8所示在電阻器R44中流過的過渡電流在圖9 (A )的電壓波形中在過渡時間T2 (當(dāng)階段2移到階段3時)期間流過。
此后，由于被積累在壓電換能器11中的電荷的放電，輸出線l的 輸出電壓從+HVH減小到+HVL。這里，在當(dāng)二極管D30變?yōu)榻油顟B(tài)和 晶體管Q3變?yōu)榻油顟B(tài)時的時段內(nèi)，輸出線1被保持在中間驅(qū)動電壓 +HVL。在圖9 ( A)所示的電壓波形中，在從當(dāng)在階段3中過渡時間T2 消逝時的時間到當(dāng)階段3移到階段4時的時間的時段內(nèi)+HVL的電壓被 輸出到輸出線1。應(yīng)當(dāng)指出，在該時段內(nèi)電流+HVL/R44在電阻器R44 中流動。
在階段l到8中產(chǎn)生的多電平脈沖器53的功耗大于在多電平脈沖 器33中產(chǎn)生的功耗。具體地，在當(dāng)在階段1到8中的輸出電壓不是0 伏時的時段內(nèi)，在多電平脈沖器53中產(chǎn)生在電阻44中恒定地流過的 電流。電流增加使用電阻器R44的多電平脈沖器53的功耗。在此期間， 在多電平脈沖器33中電流不是恒定地消耗的，除了壓電換能器11被 充電或放電的情形以外。在被充電到壓電換能器11的電荷被放電的情 形下，在接通晶體管Q7或Q8的同時，有可能以高速度放電，這樣， 功耗可以進一步減小。在充電到壓電換能器11的情形下產(chǎn)生的功耗與 在多電平脈沖器33和多電平脈沖器53中產(chǎn)生的功耗相同。
如上所述，在實施例中，提供了具有被耦合在中間驅(qū)動電壓±HVL 與輸出線1之間的晶體管Q7和Q8以及二極管D70和D80的第二推挽 電路，在階段1到8中恒定消耗的電流被消除，以便以高速放電被充 電到壓電換能器11的電荷。因此，有可能減小功耗并減少多電平脈沖 器33的熱生成。
以上描述了本發(fā)明的實施例，顯然本發(fā)明可以在不改變本發(fā)明本 質(zhì)的范圍中進行各種改變和實施。例如，雖然沒有具體地示出，作為 包括多電平脈沖器33的晶體管Q5和Q6的接地電路的一部分，還可以提供耦合在輸出線1與接地端之間的電阻。在此情形下，電阻器的數(shù)
值是500Q或更多，其與多電平脈沖器53的電阻器R44相比更大。因 此，有可能配置這樣的多電平脈沖器，其中與具有簡單的配置的多電 平脈沖器53相比較，功耗的增加被抑制。
此外，第二場效應(yīng)晶體管Q7和Q8在與實施例中的第一場效應(yīng)晶 體管Q3和Q4同步的同時被接通或關(guān)斷。然而，第二場效應(yīng)晶體管Q7 和Q8可以僅在超過例如第一場效應(yīng)晶體管Q3或Q4被接通后的過渡時 間Tl的預(yù)定時段內(nèi)被接通。
此外，第二場效應(yīng)晶體管Q7和Q8在與實施例中的第一場效應(yīng)晶 體管Q3和Q4同步的同時被接通或關(guān)斷。然而，在通過在保持第一場 效應(yīng)晶體管Q3和Q4處于關(guān)斷狀態(tài)的同時接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體 管Ql和Q2而生成矩形波形的電信號的情形下，有可能在不接通它們 的情況下并不操作第二場效應(yīng)晶體管Q7和Q8。
此外，可以看到，示出圖4所示的多電平脈沖器33的配置的電路 圖可以在不改變本發(fā)明本質(zhì)的范圍中作適當(dāng)?shù)母淖儭?br> 在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以配置本發(fā)明的許多不
同的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于在說明書中描述的具體實施例， 除了在所附權(quán)利要求中所限定的。
權(quán)利要求
1.一種超聲成像設(shè)備(100)，其把預(yù)定的電壓提供到壓電換能器(11)以便發(fā)射超聲波，該設(shè)備(100)包括脈沖器(33)，包括被耦合到壓電換能器(11)的輸出線(1)和多個第一推挽電路(41、42)，這些第一推挽電路(41、42)的輸出單元被耦合到輸出線(1)；以及電源單元(31)，把多個具有不同電平的電源電壓提供到多個第一推挽電路(41、42)，其中多個第一推挽電路(41、42)中的至少任一個第一推挽電路包括第一整流元件，該第一整流元件阻止反向電流流到配置第一推挽電路(42)的第一互補晶體管(Q3、Q4)中，以及脈沖器(33)包括第二推挽電路(43)，該第二推挽電路(43)的輸出單元被耦合到輸出線(1)，將與在具有第一整流元件的第一推挽電路(42)中相同的電源電壓施加到第二推挽電路(43)，通過接通配置第二推挽電路(43)的第二互補晶體管(Q7、Q8)，在第二推挽電路(43)中流過與在第一推挽電路(42)中的電流方向相反的電流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲成像設(shè)備(IOO)，其中電源單元(31)把多個電源電壓中間的最大驅(qū)動電壓提供到不帶有 第 一整流元件的第 一推挽電路(41)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲成像設(shè)備(IOO)，其中 第一推挽電路(41、 42)包括相對于輸出單元在電源電壓的高電壓側(cè)處的P溝道第一場效應(yīng)晶體管(Ql、 Q3);和相對于輸出單元在電 源電壓的低電壓側(cè)處的N溝道場效應(yīng)晶體管(Q2、 Q4)，以作為第一互 補晶體管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲成像設(shè)備(100)，其中 第二推挽電路(43)包括相對于被耦合到輸出線(1)的輸出單元在高電壓側(cè)處的N溝道第二場效應(yīng)晶體管(Q7);和相對于輸出單元在 低電壓側(cè)處的P溝道場效應(yīng)晶體管(Q8),以作為第二互補晶體管，并 且該第二推挽電路(4 3)包括還包括被串聯(lián)地耦合到各個第二場效應(yīng)晶 體管(Q7、 Q8)的第二整流元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲成像設(shè)備(IOO),其中 被串聯(lián)地耦合到各個N溝道第二場效應(yīng)晶體管(Q7、 Q8)的每個第二整流元件是以從輸出單元朝向電源單元(31)的正向方向被耦合的二 極管，以及被串聯(lián)地耦合到各個P溝道第二場效應(yīng)晶體管(Q7)的每個:極管。、；'、、。、、。、。、、
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的超聲成像設(shè)備(IOO)，包括脈沖器 控制單元(32),該脈沖器控制單元(32)接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體管 (Ql、 Q2、 Q3、 Q4)和第二場效應(yīng)晶體管(Q7、 Q8)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲成像設(shè)備(IOO),其中 脈沖器控制單元(32)包括接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體管(Ql、 Q2、Q3、 Q4)的第一驅(qū)動器(34);以及接通或關(guān)斷第二場效應(yīng)晶體管(Q7、 Q8)的第二驅(qū)動器(35)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的超聲成像設(shè)備(IOO)，其中 脈沖器控制單元(32)包括偽正弦波生成裝置(36)，該偽正弦波生成裝置(36)通過以預(yù)定的次序接通或關(guān)斷第一場效應(yīng)晶體管(Ql、 Q2、 Q3 、 Q4)而把多個電源電壓以正弦波形狀輸出到輸出線(1)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲成像設(shè)備(IOO)，其中 與不帶有第一整流元件的第一推挽電路(41)的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管(Q 1 、 Q2)的關(guān)斷和帶有第 一整流元件的第 一推挽電路 (42)的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管(Q3、 Q4)的接通同步，偽正 弦波生成裝置(36)接通第二推挽電路(43)的N溝道或P溝道第二場效 應(yīng)晶體管(Q7、 Q8)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲成像設(shè)備(IOO),其中脈沖器控制單元(32)只接通或關(guān)斷不帶有第 一整流元件的第 一推 挽電路(41)的N溝道或P溝道第一場效應(yīng)晶體管(Q1、 Q2),以便把電 源電壓以矩形形狀輸出到輸出線(l),在此情形下，脈沖器控制單元(32) 不接通或關(guān)斷第二推挽電路(43)的N溝道或P溝道第二場效應(yīng)晶體管 (Q7、 Q8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲成像設(shè)備。超聲成像設(shè)備把預(yù)定電壓提供到壓電換能器以發(fā)射超聲波。設(shè)備包括脈沖器，其包括被耦合到壓電換能器的輸出線和多個第一推挽電路，這些第一推挽電路的輸出單元被耦合到輸出線；和電源單元，其把多個具有不同電平的電源電壓提供到多個第一推挽電路。多個第一推挽電路中的至少任一個包括第一整流元件，它阻止反向電流流到配置第一推挽電路的第一互補晶體管中。脈沖器包括第二推挽電路，其輸出單元被耦合到輸出線，將與在具有第一整流元件的第一推挽電路中相同的電源電壓施加到第二推挽電路，并且通過接通配置第二推挽電路的第二互補晶體管，在第二推挽電路中流過與在第一推挽電路中的電流方向相反的電流。
文檔編號A61B8/00GK101647714SQ200910165760
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月13日
發(fā)明者P·A·林納魯?shù)? R·瓦勒, 雨宮慎一 申請人:Ge醫(yī)療系統(tǒng)環(huán)球技術(shù)有限公司