专利名称：超声成像设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括生成用于驱动压电换能器(piezoelectrictransducer )的电信号的脉冲器(pulsar)的超声成像设备。
背景技术：
最近，在驱动用于生成在超声成像设备中的超声波的压电换能器的电信号中使用了包括多个相同的波形的脉沖群波形(参考专利文献1)。脉冲群波形具有对应于压电换能器的谐振频率的约3MHz到10 MHz的频率，并具有约100V的电压幅值。同时被驱动的压电换能器的数目达到几十个信道，超声成像设备的特征在于紧凑性，这样，最好是用于生成这些脉沖群波形的发射单元具有简单的配置。
作为用于生成脉沖群波形的、具有简单的配置的发射单元，存在有多电平(multilevel)脉冲器，在其中具有不同电平的电源电压的推挽电路(push-pull circuit)并联地耦合。多电平脉冲器通过接通或关断推挽电路而逐段(stepwise)切换输出电压，以便简单地生成由类似于正弦波的伪(pseudo)正弦波组成的脉冲群波形。日本专利申请公开No. 2000-005169 (第一页，图7)
然而，根据上述的背景技术，当输出电压被逐段切换时，将发生功率损失。具体地，当多电平脉冲器的输出电压被逐段切换时，将发生被向具有电容性电特性的压电换能器进行充电的电荷的充电和放电。在压电换能器与被并联耦合到电容性压电换能器的接地电阻器之间发生充电和放电，这造成功率损失的发生。
具体地，功率损失造成热生成，并对于驱动多信道的超声成像设备而言变为相当大的水平。
希望解决前述的问题。
发明内容
根据本发明的第 一 方面的超声成像设备，提供预定的电压到压电换能器，用来发射超声波，该设备包括脉冲器，其包括被耦合到压电换能器的输出线和多个第一推挽电路，这些第一推挽电路的输出单
元被耦合到输出线；以及电源单元，其把多个具有不同电平的电源电
压提供到多个第一推挽电路，其中多个第一推挽电路的至少任一个第
一推挽电路包括第一整流元件(rectification element )，它阻止反向电流流到配置第 一推挽电路的第 一互补晶体管中，以及脉冲器包括第二推挽电路，其输出单元被耦合到输出线，将与在具有第一整流元件的第 一推挽电路中相同的电源电压施加到第二推挽电路，通过接通配置第二推挽电路的第二互补晶体管，在第二推挽电路中流过与在第一推挽电^各中的电流方向相反的电流。
在根据第一方面的发明中，通过接通配置第二推挽电路的第二互补晶体管，在第二推挽电路中流过与在第 一推挽电路中的电流方向相
反的电 流。
根据本发明的第二方面的超声成像设备，其中电源单元把多个电源电压中间的最大驱动电压提供到不带有第 一整流元件的第 一推挽电路。
在根据第二方面的发明中，具有最大驱动电压的第一推挽电路不配备第一整流元件。
根据本发明的第三方面的超声成像设备，其中在第一或第二方面描述的超声成像设备中，第一推挽电路包括相对于输出单元在电源电压的高电压侧处的P沟道第一场效应晶体管；和相对于输出单元在电源电压的低电压侧处的N沟道场效应晶体管，以作为第一互补晶体管。
根据本发明的第四方面的超声成像设备，其中在第三方面描述的超声成像设备中，第二推挽电路包括相对于被耦合到输出线的输出单元在高电压侧处的N沟道第二场效应晶体管；和相对于输出单元在低电压侧处的P沟道场效应晶体管，以作为第二互补晶体管，并且该第二推挽电路还包括第二整流元件，其被串联地耦合到各个第二场效应晶体管。
在根据第四方面的发明中，第二推挽电路的互补晶体管的N沟道或P沟道极性与第一推挽电路的互补晶体管的N沟道或P沟道极性相反，以及输出单元的第二整流元件限制其中电流流动的方向。
根据本发明的第五方面的超声成像设备，其中在第四方面描述的超声成像设备中，被串联地耦合到各个N沟道第二场效应晶体管的每个第二整流元件是以从输出单元朝向电源单元的正向(forward)方向被耦合的二极管，以及被串联地耦合到各个P沟道第二场效应晶体管
的二极管。
在根据第五方面的发明中，在第二推挽电路中电流被允许以与在具有第 一 整流元件的第 一 推挽电路的互补晶体管中流动电流的方向不同的方向流动。
根据本发明的第六方面的超声成像设备，在第四或第五方面描述的超声成像设备中，包括脉冲器控制单元，其接通或关断第一场效应晶体管和第二场效应晶体管。
在根据第六方面的发明中，第 一 和第二推挽电路由脉冲器控制单元控制。
根据本发明的第七方面的超声成像设备，其中在第六方面描述的超声成像设备中，脉沖器控制单元包括第一驱动器，其接通或关断第一场效应晶体管；和第二驱动器，其接通或关断第二场效应晶体管。
在根据第七方面的发明中，第一场效应晶体管和第二场效应晶体管被彼此不同的第 一和第二驱动器接通或关断。
根据本发明的第八方面的超声成像设备，其中在第六或第七方面描述的超声成像设备中，脉冲器控制单元包括伪正弦波生成装置，它通过以预定的次序接通或关断第一场效应晶体管而把多个电源电压以正弦波形状输出到输出线。
在根据第八方面的发明中，类似于正弦波的波形由伪正弦波生成装置简单地生成。
根据本发明的第九方面的超声成像设备，其中在第八方面描述的超声成像设备中，与不带有第一整流元件的第一推挽电路的N沟道或P沟道第 一场效应晶体管的关断和带有第 一整流元件的第 一推挽电路的N沟道或P沟道第一场效应晶体管的接通同步，伪正弦波生成装置接通第二推挽电路的N沟道或P沟道第二场效应晶体管。
在根据第九方面的发明中，与带有第 一整流元件的第 一推挽电路的接通同步，带有第二整流元件的第二推挽电路的对应的第二场效应晶 体管被接通。根据本发明的第十方面的超声成像设备，其中在第九方面描述的
超声成像设备中，与带有第一整流元件的第一推挽电路的N沟道或P沟道第 一 场效应晶体管的关断同步，伪正弦波生成装置关断第二推挽电路的N沟道或P沟道第二场效应晶体管。
在根据第十方面的发明中，当带有第 一整流元件的第 一推挽电路的N沟道或P沟道第一场效应晶体管被接通时，第二推挽电路的N沟道或P沟道第二场效应晶体管被接通。
根据本发明的第十一方面的超声成像设备，其中在第九方面描述的超声成像设备中，在自不带有第一整流元件的第一推挽电路的N沟道或P沟道第一场效应晶体管被关断以及带有第一整流元件的第一推挽电路的N沟道或P沟道第一场效应晶体管被接通以来经过预定的时间段之后，伪正弦波生成装置关断第二推挽电路的N沟道或P沟道第二场效应晶体管。
在根据第十一方面的发明中，第二场效应晶体管在自带有第一整流元件的第一推挽电路的N沟道或P沟道第一场效应晶体管被接通以来经过预定的时间段之后被关断。
根据本发明的第十二方面的超声成像设备，其中在第六方面描述的超声成像设备中，脉冲器控制单元只接通或关断不带有第 一整流元件的第一推挽电路的N沟道或P沟道第一场效应晶体管，以便把电源电压以矩形形状输出到输出线，在此情形下，脉沖器控制单元不接通或关断第二推挽电路的N沟道或P沟道第二场效应晶体管。
在根据第十二方面的发明中，第二推挽电路不工作。
根据本发明的第十三方面的超声成像设备，其中与在第四到第十二方面中的任一方面描述的超声成像设备中的第一场效应晶体管相比较，第二场效应晶体管在漏极与源极之间流动的漏极电流的最大额定值方面是较低的。
在根据第十三方面的发明中，第二场效应晶体管的形状做得很'J、，由于添加晶体管而引起的尺寸增加被抑制。
根据本发明的第十四方面的超声成像设备，其中在第一到第十三方面中的任一方面描述的超声成像设备中，电源单元生成具有相同的电平和具有正的和负的电压才及性的电源电压。
在根据第十四方面的发明中，使用于驱动压电换能器的电信号是稳定的，以便相对于作为中心的地电位进行振荡。
根据本发明的第十五方面的超声成像设备，其中在第一到第十四方面中的任一方面描述的超声成像设备中，脉沖器包括接地电路，它接通或关断在输出线与接地端之间的连接。
在根据第十五方面的发明中，将用于驱动压电换能器的电信号的地电位做成安全的。
根据本发明，消除了由形成伪正弦波的脉冲器生成的稳定的电流的消耗，可以减小在电压发生改变的过渡状态中生成的功耗，并且可以减小脉冲器的热生成。
从下面如在附图中图示的本发明的优选实施例的说明，将明白本发明的另外的目的和优点。
图1是用于示出超声成像设备的整个配置的框图。
图2是用于示出超声成像设备的图像产生单元(image production
unit )的配置的框图。
图3是用于示出超声成像设备的发射单元的配置的框图。
图4是用于示出根据一个实施例的多电平脉冲器的配置的电路图。
图5是用于示出根据一个实施例的多电平脉冲器的整个输出操作
的说明图。
图6是用于示出根据一个实施例的多电平脉沖器的电路操作的说明图。
图7是用于示出根据一个实施例的、多电平脉沖器的输出电压和流到晶体管的电流的说明图。
图8是用于示出具有简单的配置的多电平脉冲器的配置和操作的说明图。
图9是用于示出当具有简单的配置的多电平脉沖器的输出电压被切换时的操作和电流的改变的说明图。
具体实施例方式
下面参照附图描述根据本发明的、用于实现超声成像设备的优选实施例。应当指出，本发明不限于所述实施例。首先，将描述根据实施例的超声成像设备100的整个配置。图1
是用于示出根据实施例的超声成像设备ioo的整个配置的框图。超声
成像设备100包括超声探头10、图像产生单元102、图像存储器单元104、图像显示控制单元105、显示单元106、输入单元107、和控制单元108。
超声探头10配备有压电换能器阵列，并且发射和接收超声波。紧密地附着到对象(subject ) 2的表面的超声探头IO把超声波辐射到成像截面上，并接收每次从对象2的内部反射的超声回波作为时间序列声辐射线(sound ray)。超声探头10在顺序切换超声波的辐射方向的同时执行电子扫描。
图像产生单元102生成用于驱动超声探头的压电换能器阵列的电信号，并通过使用由压电换能器阵列接收的电信号来形成B模式图像信息或多普勒图像信息而执行B模式过程或多普勒过程(Dopplerprocess)。图像产生单元102的详细功能将在后面描述。
图像存储器单元104包括大容量存储器，并且存储二维断层技术(tomographic)图像信息和作为随时间改变的二维断层技术图像信息的电影(cine)图像信息。
图像显示控制单元105执行由B模式过程生成的B模式图像信息以及由多普勒过程生成的血液流动图像信息的显示帧速率转换，并控制图像显示的形状和位置。
显示单元106包括CRT(阴极射线管)和LCD(液晶显示器)等等，它显示B模式图像或血液流动图像。
输入单元107包括键盘等等，操作信息由操作员输入。例如，通过输入单元107输入用于选择以B模式显示或多普勒过程的显示的操作信息和用于设置执行多普勒过程的多普勒成像区域的操作信息。
控制单元108根据通过输入单元107输入的操作信息和事先存储的程序和数据，控制包括超声探头的超声成像设备的各个单元的操作。
图2是用于示出图像产生单元102的配置的框图。图像产生单元102包括发射波束形成器(beamformer) 21、发射单元22、接收单元23、接收波束形成器24、 B模式处理单元25、和多普勒处理单元26。发射波束形成器21以预定延时生成驱动信号，以便根据来自控制单元10 8的信息在设置的焦点深度位置执行电子聚焦。发射单元22形成脉沖群波形，以根据来自发射波束形成器21的 驱动信号驱动超声探头10的压电换能器。应当指出，发射单元22在
后面详纟田4苗述。
接收单元23执行对于由超声探头10的压电换能器接收的电信号 的初始放大。接收波束形成器24执行延迟添加，在其中类似于在发射 时的延时，预定的延时被加到由接收单元23接收的电信号上，并在声 辐射线上形成电信号。
B模式处理单元25对于在其中添加延时的声辐射线上的电信号执 行诸如对数转换和滤波过程之类的过程，并形成B模式图像。多普勒 处理单元26对于在其中添加延时的声辐射线上的电信号执行正交检 测、滤波过程等，并显示对象2中的血液流动信息作为频谱信息或 CMF(彩色血流成1象，Colour Flow Mapping)信息。
图3是用于示出发射单元22的配置的框图。发射单元22包括脉 沖器电源单元31、脉冲器控制单元32、和多个多电平脉冲器33。脉沖 器控制单元32包括第一驱动器34、第二驱动器35和伪正弦波生成装 置36，并且允许多电平脉沖器33根据来自发射波束形成器21的驱动 信号生成预定的驱动波形。驱动波形包括矩形波或伪正弦波，在生成 例如伪正弦波的情形下，控制信号由伪正弦波生成装置36形成。
第一驱动器34和第二驱动器35包括多个驱动器(未示出)，并驱 动将在后面描述的晶体管Ql到Q8。应当指出，与第一驱动器34相比 较，第二驱动器35是在输出电流的最大额定值和驱动能力方面较低的 驱动器。
脉冲器电源单元31是通过使用开关调节器(switching regulator)等等而配置的高电压电源单元。脉沖器电源单元31生成
对应于要被生成的伪正弦波的最大幅值的正的和负的最大驱动电压± HVH以及具有最大驱动电压±HVH的近似一半电平的正的和负的中间的 驱动电压±HVL。
多电平脉冲器33根据来自脉冲器控制单元32的控制信号生成矩 形波或伪正弦波。图4是用于示出多电平脉沖器33的配置的电路图。 多电平脉冲器33包括由被耦合到压电换能器11的电导体、晶体管Ql 到Q8、 二极管D1到D8、 D30、 D40、 D70和D80、电阻器R1到R4、 R7 和R8、和电容器C1到C4、 C7和C8组成的输出线1。晶体管Ql到Q8包括使用P沟道场效应晶体管的Q1、Q3、Q5和Q8, 以及使用N沟道场效应晶体管的Q2、 Q4、 Q6和Q7。晶体管Ql到Q6形 成第一场效应晶体管，并包括互补晶体管，其中晶体管特性在额定值 上是相同的。晶体管Q7和Q8形成第二场效应晶体管，以及正如将在 后面描述的，它们仅在被充电到压电换能器11的电荷被放电时才工作。 第二场效应晶体管需要小的电流，因此，与第一场效应晶体管相比较， 在漏极电流的最大额定值方面它是较低的。
晶体管Ql和Q2形成第一互补晶体管，并配置不带有第一整流元 件的第一推挽电路41。在第一推挽电路41中，正的和负的电源电压土 HVH (作为被耦合到晶体管Ql和Q2的源极端的最大驱动电压)到输出 线1的耦合，由晶体管Ql和Q2的接通/关断操作来控制。用于接通或 关断晶体管Ql和Q2的电信号由脉冲器控制单元32的第一驱动器34 形成，并通过用来执行AC耦合的电容器Cl和C2被输入到晶体管Ql 和Q2的栅极端。晶体管Ql和Q2的栅极端分别通过电阻器Rl和R2以 及保护二极管Dl和D2被耦合到源极端，并^丸行工作电位的确定和4册 极端的过压保护。晶体管Ql和Q2的漏极端彼此耦合，并用作第一推 挽电路41的输出单元。输出单元被耦合到输出线1。
晶体管Q3和Q4形成第一互补晶体管，并配置带有第一整流元件 的第 一推挽电路42 。带有第 一整流元件的第 一推挽电路42是其电压低 于由脉冲器电源单元31提供的最大驱动电压的电路，以及正的和负的 电源电压土HVL (作为被耦合到晶体管Q3和Q4的源极端的中间驱动电 压)到输出线l的耦合，由晶体管Q3和Q4的接通/关断操作来控制。 用于接通或关断晶体管Q3和Q4的电信号由脉沖器控制单元32的第一 驱动器34形成，并通过用来执行AC耦合的电容器C3和C4被输入到 晶体管Q3和Q4的栅极端。晶体管Q3和Q4的栅极端分别通过电阻器 R3和R4以及保护二极管D3和D4被耦合到源4及端，并纟丸行工作电位的 确定和4册纟及端的过压保护。
作为第一整流元件的二极管D30和D40耦合在晶体管Q3和Q4的 漏极端与输出线1之间，并且在它们之间的耦合部分用作为第一推挽 电路42的输出单元。当输出线1的电压高于晶体管Q3的源极端的电 压+HVL时，作为第一整流元件的二极管D30阻止流向提供电压+VHL的 那侧(流向脉沖器电源单元31)的反向电流流入晶体管Q3。当输出线1的电压低于晶体管Q4的源极端的电压-HVL时，作为第一整流元件的二 极管D40阻止流向输出线1侧的反向电流流入晶体管Q4。
晶体管Q5和Q6形成接地电路，它通过晶体管Q5和Q6的接通/关 断操作而控制接地端到输出线1的耦合。接通或关断作为接地电路的 晶体管Q5和Q6的控制信号由脉冲器控制单元32形成。
晶体管Q7和Q8形成第二互补晶体管，并配置带有第二整流元件 的第二推挽电路43。在第二推挽电路43中，正的和负的电源电压±HVL (作为被耦合到晶体管Q7和Q8的源极端的中间驱动电压)到输出线1 的耦合，由晶体管Q7和Q8的接通/关断操作来控制。在本例中，第二 推挽电路4 3把在第 一推挽电路42中的晶体管Q3与电源电压+HVL之间 的互联部分耦合到输出线1，并把在第一推挽电路42中的晶体管Q4与 电源电压-HVL之间的互联部分耦合到输出线1。当反向电压被施加到 二极管D30和D40时，第二推挽电路43接通晶体管Q7和Q8,以允许 电流以与流过第一推才免电^各42的电流方向相反的方向流动。
晶体管Q7和Q8是N沟道和P沟道场效应晶体管，与晶体管Ql到 Q4相比较，它们需要较小的电流，例如约为漏极电流的最大额定值的 一半。
用于接通或关断晶体管Q7和Q8的电信号由脉冲器控制单元32的、 具有较小驱动能力的第二驱动器35形成，并通过用来执行AC耦合的 电容器C7和C8被输入到晶体管Q7和Q8的栅极端。晶体管Q7和Q8 的栅极端分别通过电阻器R7和R8以及保护二极管D7和D8被耦合到 源极端，并执行工作电位的确定和栅极端的过压保护。
作为第二整流元件的二极管D70和D80耦合在晶体管Q7和Q8的 漏极端与输出线1之间，并且在它们之间的耦合部分用作第二推挽电 路43的输出单元。当输出线1的电压高于晶体管Q7的源极端的电压 十HVL时，作为第二整流元件的二极管D70被耦合到晶体管Q7，以便电 流流动。当输出线1的电压低于晶体管Q8的源极端的电压-HVL时，作 为第二整流元件的二极管D80被耦合到晶体管Q8,以便电流流动。
从脉沖器控制单元32到多电平脉沖器33的晶体管Ql到Q8的控 制信号分别用DVPH、 DVNH、 DVPL、 DVPL*、 DVNL、 DVNL*、 CPP和CPN 表示。在这些字符串中，DV是驱动的缩写，N是N沟道的缩写，P是P 沟道的缩写，H是最大驱动电压HVH的缩写，以及L是中间驱动电压HVL的缩写。另外，每个在字符串的右上角处具有标记*的控制信号代 表由第二驱动器35驱动的、与DVPL和DVNL同步的控制信号。
接着，将使用图5和6描述多电平脉冲器33的运行。图5是用于 示出驱动多电平脉冲器33的晶体管Ql到Q8的控制信号的时间改变 (time change)和要被输出的伪正弦波的图。水平轴代表时间轴，垂 直轴代表电压。应当指出，在图5(A)和5(B)中示出的图共用时间轴。 分别作为使用P沟道场效应晶体管的晶体管Q3、 Ql、 Q5和Q8的 控制信号的DVPL、 DVPH、 CPP和DVP"允许晶体管当控制信号处于低电 压电平的L电平时成为接通状态(on-state)以及当控制信号处于高 电压电平的H电平时成为关断状态(off-state)。而且，分别作为使 用N沟道场效应晶体管的晶体管Q2、 Q4、 Q6和Q7的控制信号的DVNL、 DVNH、 CPN和DVNI^允许晶体管当控制信号处于低电压电平的L电平时 成为关断状态以及当控制信号处于高电压电平的H电平时成为关断状 态。
在图5(A)中，控制信号的DVPL变为L电平，晶体管Q3变为接通 状态(阶段(Step)l)。在这时候，中间驱动电压+HVL作为阶段1的输出 电压被输出，如图5(B)所示。
此后，当控制信号的DVPL变为H电平时，晶体管Q3变为关断状 态，同时，当控制信号的DVPH变为L电平时，晶体管Ql变为接通状 态(阶段2)。在这时候，最大驱动电压+HVH作为阶段2的输出电压被 输出，如图5(B)所示。
此后，当控制信号的DVPH变为H电平时，晶体管Q1变为关断状 态，同时，当控制信号的DVPL变为L电平时，晶体管Q3变为接通状 态(阶段3)。在这时候，中间驱动电压+HVL作为阶段3的输出电压被 输出，如图5(B)所示，同时，当控制信号的DVNb变为H电平时，晶 体管Q7变为关断状态。应当指出，在这时候的运行在后面详细地描述。
此后，当控制信号的DVPL和DVNb分别变为H电平和L电平时， 晶体管Q3和Q7变为关断状态，同时，当控制信号的CPN变为H电平 时，晶体管Q6变为接通状态(阶段4)。在这时候，地电位作为阶段4 的输出电压被输出，如图5(B)所示。
此后，当控制信号的CPN变为L电平时，晶体管Q6变为关断状态， 同时，当控制信号的DVNL变为H电平时，晶体管Q4变为接通状态(阶段5)。在这时候，负的中间驱动电压-HVL作为阶段5的输出电压被输 出，如图5(B)所示。
此后，当控制信号的DVNL变为L电平时，晶体管Q4变为关断状 态，同时，当控制信号的DVNH变为H电平时，晶体管Q2变为接通状 态(阶段6)。在这时候，负的最大驱动电压-HVH作为阶段6的输出电 压被输出，如图5(B)所示。
此后，当控制信号的DVNH变为L电平时，晶体管Q2变为关断状 态，同时，当控制信号的DVNL变为H电平时，晶体管Q4变为接通状 态(阶段7)。在这时候，负的中间驱动电压-HVL作为阶段7的输出电 压被输出，如图5(B)所示。另外，在这时候，控制信号的DVPb变为L 电平，同时晶体管Q8变为接通状态。
此后，当控制信号的DVNL和DVPb分别变为L电平和H电平时， 晶体管Q4和Q8变为关断状态，同时，当控制信号的CPP变为L电平 时，晶体管Q5变为接通状态(阶段8)。在这时候，地电位作为阶段8 的输出电压被输出，如图5(B)所示。
通过上述运行，形成伪正弦波的一个波长。此后，阶段1到8的 运行重复进行，形成具有预定数目的伪正弦波的脉冲群波形。
图6是用于示意地说明在阶段3中晶体管Ql变为关断状态且晶体 管Q3和Q7变为接通状态的电路状态的图。在该图中，晶体管Ql到Q8 被图示为简化的接通-关断开关，作为接地电路的晶体管Q5和Q6在关 断状态下的图示被省略。
图7是用于说明当阶段2移到阶段3时被输出到输出线1的增大 的电压和电流波形的图。在图7(A)中，水平轴代表时间，垂直轴代表 输出线1的输出电压。另外，在图7(B)中，水平轴共用类似于图7 (A) 的时间轴，以及垂直轴代表在晶体管Q7中流过的电流的电平。
这里，在作为阶段3的在前阶段的阶段2中，最大驱动电压+HVH 被输出到输出线1。在此状态下，对应于+HVH的施加电压的电荷被充 电到作为电容性负载的压电换能器11。
此后，在阶段3中，当晶体管Ql变为关断状态时，晶体管Q3和 Q7变为接通状态，如图6所示。在这时候，通过将电荷充电到压电换 能器ll， +HVH的电压被保持在输出线1上，以及二极管D30变为关断 状态。在此期间，二极管D70变为接通状态(对其施加正向电压)。在此状态下，被充电到压电换能器11的、具有+HVH电位的电荷通过二 极管D7和晶体管Q7被放电到脉冲器电源单元31，该脉冲器电源单元 31输出中间驱动电压+HVL。
与晶体管Ql到Q8相比较，晶体管Q7在漏极电流的最大额定值方 面是较低的，因此，在晶体管Q7中流动的电流在放电时基本上变为恒 定的。图7 (B)是用于示出当从阶段2移到阶段3时在晶体管Q7中流 动的电流的图。在过渡时间Tl (当被充电到压电换能器11的电荷的电 位从+HVH改变到+HVL时)期间，在晶体管Q7中流过基本上恒定的漏 极电流Id。
图7 (A)示出输出线1的输出电压随时间改变时的状态。输出电 压以基本上直线的方式从+HVH减小到+HVL,以及当输出电压达到+HVL 时，二极管D70变为关断状态(在其中施加反向偏压)。在这时候， 二才及管D30变为接通状态(在其中施加正向偏压)。
甚至在阶段6移到阶段7的情形下，即使电压的极性是相反的， 但仍执行相同的操作。在此情形下，当输出线1的电压从负的最大驱 动电压-HVH改变到负的中间驱动电压-HVL时，二极管D80变为接通状 态。因此，电流从晶体管Q8和二极管D80流到压电换能器11，并且被 放电到压电换能器11的电荷仅在过渡时间期间被放电。
由多电平脉沖器33消耗的电功率小于例如由具有下面所示配置的 多电平脉冲器53消耗的电功率。图8是用于说明类似于图6的多电平 脉冲器53的简化配置的图。晶体管Ql到Q4、 二极管D30和D40、电 源电压土HVH和士HVL、作为接地电路的晶体管Q5和Q6(未示出)以及 多电平脉冲器53的输出线1与多电平脉沖器33的那些部件相同。在 多电平脉沖器53中，布置了耦合输出线1到接地端的电阻器R44，以 便放电被充电到压电换能器11的电荷。这里，电阻器R44的数值约为 100到300Q。
这里，在作为阶段3的在前阶段的阶段2中，最大驱动电压+HVH 被输出到输出线l,类似于图6。在此状态下，对应于+HVH的施加电压 的电荷被充电到作为电容性负载的压电换能器11。
此后，当晶体管Ql变为关断状态时，晶体管Q3变为接通状态， 如图8所示。在这时候，+HVH的电压通过被充电到压电换能器11的电 荷被保持在输出线l上，以及二极管D30变为关断状态。在此状态下,被充电到压电换能器11的电荷穿过电阻器R44，这样，电流流到接地 端，并在过渡时间T2期间生成过渡电流。
图9是用于说明在使用多电平脉沖器53的情形下的操作的图。在 图9(A)中，水平轴代表时间轴，在其上阶段2移到阶段3和阶段4， 以及垂直轴代表电压轴，用于示出多电平脉冲器53的输出电压的改变。 图9(B)共用类似于图9(A)的时间轴，并具有示出在电阻器R44中流 过的电流的垂直轴。如图8所示在电阻器R44中流过的过渡电流在图9 (A )的电压波形中在过渡时间T2 (当阶段2移到阶段3时)期间流过。
此后，由于被积累在压电换能器11中的电荷的放电，输出线l的 输出电压从+HVH减小到+HVL。这里，在当二极管D30变为接通状态和 晶体管Q3变为接通状态时的时段内，输出线1被保持在中间驱动电压 +HVL。在图9 ( A)所示的电压波形中，在从当在阶段3中过渡时间T2 消逝时的时间到当阶段3移到阶段4时的时间的时段内+HVL的电压被 输出到输出线1。应当指出，在该时段内电流+HVL/R44在电阻器R44 中流动。
在阶段l到8中产生的多电平脉冲器53的功耗大于在多电平脉冲 器33中产生的功耗。具体地，在当在阶段1到8中的输出电压不是0 伏时的时段内，在多电平脉沖器53中产生在电阻44中恒定地流过的 电流。电流增加使用电阻器R44的多电平脉冲器53的功耗。在此期间， 在多电平脉冲器33中电流不是恒定地消耗的，除了压电换能器11被 充电或放电的情形以外。在被充电到压电换能器11的电荷被放电的情 形下，在接通晶体管Q7或Q8的同时，有可能以高速度放电，这样， 功耗可以进一步减小。在充电到压电换能器11的情形下产生的功耗与 在多电平脉冲器33和多电平脉沖器53中产生的功耗相同。
如上所述，在实施例中，提供了具有被耦合在中间驱动电压±HVL 与输出线1之间的晶体管Q7和Q8以及二极管D70和D80的第二推挽 电路，在阶段1到8中恒定消耗的电流被消除，以便以高速放电被充 电到压电换能器11的电荷。因此，有可能减小功耗并减少多电平脉沖 器33的热生成。
以上描述了本发明的实施例，显然本发明可以在不改变本发明本 质的范围中进行各种改变和实施。例如，虽然没有具体地示出，作为 包括多电平脉冲器33的晶体管Q5和Q6的接地电路的一部分，还可以提供耦合在输出线1与接地端之间的电阻。在此情形下，电阻器的数
值是500Q或更多，其与多电平脉冲器53的电阻器R44相比更大。因 此，有可能配置这样的多电平脉冲器，其中与具有简单的配置的多电 平脉冲器53相比较，功耗的增加被抑制。
此外，第二场效应晶体管Q7和Q8在与实施例中的第一场效应晶 体管Q3和Q4同步的同时被接通或关断。然而，第二场效应晶体管Q7 和Q8可以仅在超过例如第一场效应晶体管Q3或Q4被接通后的过渡时 间Tl的预定时段内被接通。
此外，第二场效应晶体管Q7和Q8在与实施例中的第一场效应晶 体管Q3和Q4同步的同时被接通或关断。然而，在通过在保持第一场 效应晶体管Q3和Q4处于关断状态的同时接通或关断第一场效应晶体 管Ql和Q2而生成矩形波形的电信号的情形下，有可能在不接通它们 的情况下并不操作第二场效应晶体管Q7和Q8。
此外，可以看到，示出图4所示的多电平脉沖器33的配置的电路 图可以在不改变本发明本质的范围中作适当的改变。
在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以配置本发明的许多不
同的实施例。应当理解，本发明不限于在说明书中描述的具体实施例， 除了在所附权利要求中所限定的。
权利要求
1.一种超声成像设备(100)，其把预定的电压提供到压电换能器(11)以便发射超声波，该设备(100)包括脉冲器(33)，包括被耦合到压电换能器(11)的输出线(1)和多个第一推挽电路(41、42)，这些第一推挽电路(41、42)的输出单元被耦合到输出线(1)；以及电源单元(31)，把多个具有不同电平的电源电压提供到多个第一推挽电路(41、42)，其中多个第一推挽电路(41、42)中的至少任一个第一推挽电路包括第一整流元件，该第一整流元件阻止反向电流流到配置第一推挽电路(42)的第一互补晶体管(Q3、Q4)中，以及脉冲器(33)包括第二推挽电路(43)，该第二推挽电路(43)的输出单元被耦合到输出线(1)，将与在具有第一整流元件的第一推挽电路(42)中相同的电源电压施加到第二推挽电路(43)，通过接通配置第二推挽电路(43)的第二互补晶体管(Q7、Q8)，在第二推挽电路(43)中流过与在第一推挽电路(42)中的电流方向相反的电流。
2. 根据权利要求1所述的超声成像设备(IOO)，其中电源单元(31)把多个电源电压中间的最大驱动电压提供到不带有 第 一整流元件的第 一推挽电路(41)。
3. 根据权利要求1或2所述的超声成像设备(IOO)，其中 第一推挽电路(41、 42)包括相对于输出单元在电源电压的高电压侧处的P沟道第一场效应晶体管(Ql、 Q3);和相对于输出单元在电 源电压的低电压侧处的N沟道场效应晶体管(Q2、 Q4)，以作为第一互 补晶体管。
4. 根据权利要求3所述的超声成像设备(100)，其中 第二推挽电路(43)包括相对于被耦合到输出线(1)的输出单元在高电压侧处的N沟道第二场效应晶体管(Q7);和相对于输出单元在 低电压侧处的P沟道场效应晶体管(Q8),以作为第二互补晶体管，并 且该第二推挽电路(4 3)包括还包括被串联地耦合到各个第二场效应晶 体管(Q7、 Q8)的第二整流元件。
5. 根据权利要求4所述的超声成像设备(IOO),其中 被串联地耦合到各个N沟道第二场效应晶体管(Q7、 Q8)的每个第二整流元件是以从输出单元朝向电源单元(31)的正向方向被耦合的二 极管，以及被串联地耦合到各个P沟道第二场效应晶体管(Q7)的每个:极管。、；'、、。、、。、。、、
6. 根据权利要求4或5所述的超声成像设备(IOO)，包括脉冲器 控制单元(32),该脉冲器控制单元(32)接通或关断第一场效应晶体管 (Ql、 Q2、 Q3、 Q4)和第二场效应晶体管(Q7、 Q8)。
7. 根据权利要求6所述的超声成像设备(IOO),其中 脉冲器控制单元(32)包括接通或关断第一场效应晶体管(Ql、 Q2、Q3、 Q4)的第一驱动器(34);以及接通或关断第二场效应晶体管(Q7、 Q8)的第二驱动器(35)。
8. 根据权利要求6或7所述的超声成像设备(IOO)，其中 脉沖器控制单元(32)包括伪正弦波生成装置(36)，该伪正弦波生成装置(36)通过以预定的次序接通或关断第一场效应晶体管(Ql、 Q2、 Q3 、 Q4)而把多个电源电压以正弦波形状输出到输出线(1)。
9. 根据权利要求8所述的超声成像设备(IOO)，其中 与不带有第一整流元件的第一推挽电路(41)的N沟道或P沟道第一场效应晶体管(Q 1 、 Q2)的关断和带有第 一整流元件的第 一推挽电路 (42)的N沟道或P沟道第一场效应晶体管(Q3、 Q4)的接通同步，伪正 弦波生成装置(36)接通第二推挽电路(43)的N沟道或P沟道第二场效 应晶体管(Q7、 Q8)。
10. 根据权利要求6所述的超声成像设备(IOO),其中脉沖器控制单元(32)只接通或关断不带有第 一整流元件的第 一推 挽电路(41)的N沟道或P沟道第一场效应晶体管(Q1、 Q2),以便把电 源电压以矩形形状输出到输出线(l),在此情形下，脉沖器控制单元(32) 不接通或关断第二推挽电路(43)的N沟道或P沟道第二场效应晶体管 (Q7、 Q8)。
全文摘要
本发明涉及超声成像设备。超声成像设备把预定电压提供到压电换能器以发射超声波。设备包括脉冲器，其包括被耦合到压电换能器的输出线和多个第一推挽电路，这些第一推挽电路的输出单元被耦合到输出线；和电源单元，其把多个具有不同电平的电源电压提供到多个第一推挽电路。多个第一推挽电路中的至少任一个包括第一整流元件，它阻止反向电流流到配置第一推挽电路的第一互补晶体管中。脉冲器包括第二推挽电路，其输出单元被耦合到输出线，将与在具有第一整流元件的第一推挽电路中相同的电源电压施加到第二推挽电路，并且通过接通配置第二推挽电路的第二互补晶体管，在第二推挽电路中流过与在第一推挽电路中的电流方向相反的电流。
文档编号A61B8/00GK101647714SQ200910165760
公开日2010年2月17日 申请日期2009年8月13日 优先权日2008年8月13日
发明者P·A·林纳鲁德, R·瓦勒, 雨宫慎一 申请人:Ge医疗系统环球技术有限公司