JP6975721B2 - 両極性パルサー用の対称受信スイッチ - Google Patents

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本出願は、「SYMMETRIC RECEIVER SWITCH FOR BIPOLAR PULSER」と題された、２０１６年３月３１日に代理人整理番号Ｂ１３４８．７００２７ＵＳ００の下で出願された米国特許出願第１５／０８７，９４３号の、米国特許法第１２０条の下での利益を主張する継続出願であり、その出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本出願は、超音波撮像及び高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ）用の超音波機器に関する。

幾つかの従来の超音波機器は、超音波トランスデューサにパルスを供給するように構成されたパルス化回路を含む。しばしば、超音波トランスデューサは送信及び受信を行う。

本出願の態様は、フィードバックを備えるパルサーを有する集積回路を含む超音波オンチップ機器を提供する。超音波オンチップ機器には、対称受信スイッチも設けられ、超音波トランスデューサの出力に結合されて、超音波トランスデューサを駆動するためのマルチレベルパルサーの使用を容易にする。

本出願の態様は、静電容量型超音波トランスデューサと、静電容量型超音波トランスデューサに結合され、かつ出力端子から両極性入力信号を静電容量型超音波トランスデューサに供給するように構成された両極性パルサーと、静電容量型超音波トランスデューサによって出力された電気信号を処理するように構成された受信回路と、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを含む対称スイッチと、を含む超音波機器に関する。対称スイッチは、両極性パルサーの出力端子と静電容量型超音波トランスデューサとの間に結合された入力端子を有し、受信回路に結合された出力端子を有する。

本出願の態様は、超音波機器を動作させる方法に関し、この方法は、超音波機器の送信動作モード中は両極性パルサーから静電容量型超音波トランスデューサの第１の端子に両極性パルサー信号を供給することと、送信動作モード中は静電容量型超音波トランスデューサの第１の端子と受信回路との間に結合された対称スイッチを開状態で動作させることと、超音波機器の受信動作モード中は対称スイッチを閉状態で動作させることと、を含む。

本出願の様々な態様及び実施形態について、以降の図を参照して説明する。図は必ずしも正確な縮尺で描かれてはいないことを理解されたい。複数の図に現れる項目は、それらが現れる図の全てにおいて、同じ参照符号によって示される。

本出願の非限定的な実施形態による、複数のパルス化回路及び複数の受信スイッチを含む超音波機器を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、静電容量型超音波トランスデューサに結合されたパルス化回路を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、パルサー及びフィードバック回路を備えるパルス化回路を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、静電容量型超音波トランスデューサに結合されたパルス化回路を動作させる方法の動作を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、複数の閾値電圧を生成するように構成された抵抗ラダーを示す回路図である。 本出願の非限定的な実施形態による、検出信号を生成するように構成された分割回路を示す回路図である。 本出願の非限定的な実施形態による、パルス化回路によって静電容量型超音波トランスデューサに供給される例示的な信号を示すタイミング図を示す。 本出願の非限定的な実施形態による、パルス化回路によって静電容量型超音波トランスデューサに供給されるアポダイズされた信号を示すタイミング図を示す。 本出願の非限定的な実施形態による、複数の静電容量型超音波トランスデューサに結合された複数のパルス化回路を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、送信モードで動作している超音波機器を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、受信モードで動作している超音波機器を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、対称スイッチを備える超音波機器を示すブロック図である。 本出願の非限定的な実施形態による、図９の対称スイッチを駆動するように構成された制御信号を示すタイミング図を示す。 本出願の非限定的な実施形態による、対称スイッチを備える代替機器を示すブロック図である。

超音波オンチップ機器は、本明細書では「チップ」とも呼ばれる半導体ダイ上の回路と一体化された超音波トランスデューサを含むことがある。超音波オンチップ機器は、超音波プローブ内部で使用されて、超音波撮像、治療（例えば、高密度焦点式超音波（ＨＩＦＵ））、又はその両方を行うことができる。従って、超音波トランスデューサと一体化された回路は、そのような機能をサポートし、プローブ又は聴診器などの他のフォームファクター内で使用するのに適した形状を取ることがある。回路は、撮像及び／又はＨＩＦＵに適した超音波信号を生成するために、超音波オンチップ機器の超音波トランスデューサを駆動するために使用される電気パルスを生成するパルス化回路を含むことがある。パルス化回路は、デジタル、アナログ、又はアナログ・デジタル混合であることがある。

本出願の態様は、フィードバックを有する両極性のマルチレベルパルス化回路を提供する。単極性パルスを送信するように構成された超音波機器は、単極性パルスに関連した直流（ＤＣ）成分が受信回路を飽和させることがあるのでダイナミックレンジが制限され、従って、生成される画像のコントラストを低下させる、ということを本出願人は理解している。単極性パルスとは、ゼロ（０）以上の電圧、又は代替的に、ゼロ（０）以下の電圧しか取らないパルスである。対照的に、両極性バルスの使用により、ＤＣ成分の影響が制限され、従って、単極性パルスを利用する超音波機器と比較すると著しく増加したダイナミックレンジ及び画像コントラストがもたらされることを、本出願人は理解している。従って、本出願の態様は、両極性パルスを送信するように構成された超音波機器を提供する。両極性パルスは、ゼロ（０）より大きいか、小さいか、又はゼロ（０）に等しい電圧を取ることができる。

超音波画像のコントラストは、画像化されるターゲットに送信されるパルスの時間領域及び空間領域のアポダイゼーションを行うことにより大幅に向上され得るという本出願人の認識から、フィードバックを有するマルチレベルパルス化回路の使用が生まれた。アポダイゼーションは、送信されるパルスに関連するサイドローブの範囲を低減することができ、従って、生成される画像の解像度を高めることができる。時間的かつ空間的にアポダイズされたパルスの生成は、複数の値を取ることができる信号を制御する能力によって、促進することができる。本明細書で説明するタイプのマルチレベルパルスは、選択可能な値の集合の中から選択される任意の値を取ることができ、この集合は少なくとも３つの値を含むことがある。そのようなマルチレベルパルスの生成は、複数の供給電圧が供給される複雑なパルサー設計を必要とすることがある。複数の供給電圧を供給することは、実用的ではないことがある。これは、超音波機器が手持ち式の超音波プローブか又は他のコンパクトな形態の中に配置されることになる場合には、追加のオフチップの供給回路が必要となり得るので、特に当てはまることがある。本出願人は、フィードバック回路を使用することにより、複数の供給電圧に頼ることなく、マルチレベルパルスの生成及びアポダイズされたパルスの生成が容易になり、従って超音波機器の設計を単純化することができることを理解している。

本出願の態様は、超音波トランスデューサを受信回路に結合する対称スイッチを含む超音波機器を提供する。少なくとも上述した理由により、両極性パルス化回路の使用は有益であり得るが、それらの回路は超音波機器の受信回路にとっては好ましくないことがある。送信回路によって生成されたパルスは、不注意で直接的に電気的に受信回路に結合されることがあり、受信回路は、大きな正及び負の電圧スパイクに耐えるように設計されていないことがある。結果として、適切な保護が設けられていない場合、超音波機器は損傷を受けることがある。本出願人は、両極性パルスに関連した正及び負の電圧スパイクを阻止するように設計された適切に配置された対称スイッチが、受信回路への損傷を防ぐことができ、従って、超音波機器を保護し、両極性パルス化回路の使用を容易にすることを、理解している。

上述したＣＭＯＳ回路の特徴は、商業的に価値のあるフォームファクターで超音波撮像及び／又はＨＩＦＵを行うのに適した超音波オンチップ機器を生成するのを容易にすることがある。

上述した態様及び実施形態並びに追加の態様及び実施形態について、以下で更に説明する。これらの態様及び／又は実施形態は、個々に、全て纏めて、又は２つ以上の任意の組み合わせで使用することができる、というのも、本出願はこの点で限定されないからである。

上述したように、本出願の態様は、両極性のマルチレベルパルス化回路と、この両極性のマルチレベルパルス化回路を受信回路に結合する対称スイッチとを有する超音波機器を提供する。図１は、本出願の態様に従ったそのような特徴を含むことがある超音波機器の全体的なアーキテクチャを示す。超音波機器１００は、複数の静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎを有し、ここでＮは整数である。超音波機器１００は、複数の回路チャネル１０２_１...１０２_Ｎを含むことがある。回路チャネル１０２_１...１０２_Ｎは、それぞれの静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎに電気的に接続されることがある。超音波機器１００は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１１１を更に含むことがある。

静電容量型超音波トランスデューサは、実施形態によってはセンサであり、受信した超音波信号を表す電気信号を生成する。静電容量型超音波トランスデューサは、実施形態によっては、超音波信号を送信することもある。静電容量型超音波トランスデューサは、実施形態によっては、容量性微細加工超音波トランスデューサ（ＣＭＵＴ）であることがある。しかしながら、他の実施形態では、他のタイプの静電容量型超音波トランスデューサを使用することができる。

回路チャネル１０２_１...１０２_Ｎは、送信回路、受信回路、又はその両方を含むことがある。送信回路は、それぞれのパルス化回路１０３_１...１０３_Ｎに結合された送信デコーダー１０５_１...１０５_Ｎを含むことがある。パルス化回路１０３_１...１０３_Ｎは、それぞれの超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎを制御して超音波信号を放出することがある。

本出願の態様は、パルス化回路１０３_１...１０３_Ｎに関する。実施形態によっては、パルス化回路１０３_１...１０３_Ｎは両極性パルスを生成するように構成されることがある。実施形態によっては、パルス化回路１０３_１...１０３_Ｎはマルチレベルパルスを生成するように構成されることがある。以下で更に説明するように、実施形態によっては、パルス化回路１０３_１...１０３_Ｎは、パルサーに加えて追加の回路を含むことがある。実施形態によっては、パルス化回路１０３_１...１０３_Ｎは、パルサー及びフィードバック回路を含むことがある。

回路チャネル１０２_１...１０２_Ｎの受信回路は、それぞれの静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎから出力された電気信号を受信することがある。図示した例では、各回路チャネル１０２_１...１０２_Ｎは、それぞれの受信スイッチ１０７_１...１０７_Ｎ及び受信回路１０９_１...１０９_Ｎを含む。受信スイッチ１０７_１...１０７_Ｎは、所与の超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎからの電気信号の読み出しを活性化／不活性化するように制御されることがある。受信回路１０９_１...１０９_Ｎは、電流／電圧変換器を含むことがある。電流／電圧変換器は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を含むことがあり、その理由のために受信回路１０９_１...１０９_ＮはＴＩＡとして示されているが、追加のかつ／又は代替の回路が受信回路を構成してもよい。

本出願の態様は、受信スイッチ１０７_１...１０７_Ｎに関する。実施形態によっては、受信スイッチ１０７_１...１０７_Ｎは、正及び／又は負の電圧を示す電圧スパイクを阻止するように構成された対称スイッチを含むことがある。受信スイッチ１０７_１...１０７_Ｎは、送信モードの間、送信回路から及び静電容量型超音波トランスデューサから受信回路を電気的に切り離すために開回路を形成するように構成されることがある。受信スイッチ１０７_１...１０７_Ｎは、受信モードの間、受信回路を静電容量型超音波トランスデューサに電気的に結合するために短絡回路を形成するように更に構成されることがある。

超音波機器１００は、ＡＤＣ１１１を更に含むことがある。ＡＤＣ１１１は、静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎによって受信された信号をデジタル化するように構成されることがある。様々な受信信号のデジタル化は、直列で又は並列で行われることがある。単一のＡＤＣが示されており、従って複数の回路チャネルによって共有されるものとして示されているが、代替の実施形態は回路チャネル毎に１つのＡＤＣを供給する。

図１は、超音波機器の回路の一部として幾つかの構成要素を示しているが、本明細書で説明する様々な態様は、図示した通りの構成要素又は構成要素の構成に限定されないことを、理解されたい。

図１の構成要素は、単一の基板上に又は異なる基板上に配置することができる。単一の基板上に配置される場合、基板は一例としてシリコン基板などの半導体基板であることがあり、構成要素はその基板上にモノリシックに集積されることがある。図示した構成要素が同一の基板上にはない場合、一例として、静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎは第１の基板上にあり、残りの図示した構成要素は第２の基板上にあることがある。更なる代替案として、超音波トランスデューサと図示した回路の一部とが同一の基板上にあり、他の回路構成要素が異なる基板上にあることがある。複数の基板が使用される場合、それらの基板はシリコン基板などの半導体基板であることがある。

一実施形態によれば、図１の構成要素は超音波プローブの一部を形成する。超音波プローブは、手持ち式であり得る。実施形態によっては、図１の構成要素は、患者によって装着されるように構成された超音波パッチの一部を形成する。

図２は、幾つかの非限定的な実施形態による、図１のパルス化回路１０３_１...１０３_Ｎのうちのいずれかとして機能することができるパルス化回路１０３の一例を示す。実施形態によっては、パルス化回路１０３は、パルサー２２０及びフィードバック回路２３０を含むことがある。パルス化回路１０３は、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に電気的に接続された出力端子を有することがあり、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に入力信号２４０を供給するように構成されることがある。実施形態によっては、パルサー２２０は、ゼロに加えて正及び／又は負の値を取り得る両極性パルスを生成するように構成されることがある。両極性パルスを生成することにより、パルサー２２０は、パルスに関連したＤＣ成分を減少させるか又は抑制することができる。前述のように、ＤＣ成分を有する送信パルスは、超音波機器１００によって生成される画像の品質を劣化させることがある。従って、通過帯域成分と比較すると、ＤＣ成分は、画像化される媒体を通って伝搬する間の減衰が大幅により少ないことがある。その結果、受信回路は、通過帯域成分よりもはるかに大きなＤＣ成分を有する信号を受信することがある。結果として、受信回路は飽和し、画像のダイナミックレンジを制限することがある。

実施形態によっては、フィードバック回路は、パルサーを制御してマルチレベルパルスを生成するように構成されることがある。本明細書で説明するタイプのマルチレベルパルスは、選択可能な値の集合から選択された任意の値を取ることができ、この集合は、少なくとも３つの値を含むことがあり、少なくとも幾つかの実施形態では、４つ以上の値（例えば、３個〜３０個の値の間、４個〜２０個の値の間、４個〜１０個の値の間、又はこれらの範囲内の任意の数）を含むことがある。マルチレベルパルスの使用により、パルスの包絡線を最適化して、形成される超音波画像のパラメータを最大化することが可能になり得る。例えば、パルスの包絡線は、画像コントラストを最大化するように設計されることがある。特に、時間領域のアポダイゼーションを使用することにより、パルスの結果として得られる周波数成分は、大きなメインローブと抑制されたサイドローブとを呈し、従って、画像化解像度を高めることがある。時間領域のアポダイゼーションは、ほぼ連続的な窓関数を生成するために、可能な限り多数の電圧レベルをとるパルスを必要とする。しかしながら、多数のレベルを有するパルスを生成するには、複雑なパルス化回路が必要であることがある。従って、時間領域のアポダイゼーションを行う能力を最大にする一方で、パルス化回路を比較的に単純でコンパクトに保つように、レベル数を選択するべきである。実施形態によっては、パルサー２２０は、３〜３０レベルの間、５〜１０レベルの間、又は任意の適切な値若しくは値の範囲の間を有するマルチレベルパルスを生成するように構成されることがある。

マルチレベルパルスの使用により、空間領域のアポダイゼーションも可能になることがある。空間領域のアポダイゼーションを行うために、様々な静電容量型超音波トランスデューサが、空間依存振幅を有する入力信号で駆動されなければならない。空間依存振幅を有する入力信号の供給は、複数の基準電圧へのアクセスを有することによって容易になることがある。

実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、マルチレベルパルスの生成を容易にするように構成されることがある。とりわけ、フィードバック回路２３０は、複数の基準電圧を供給するように構成されることがある。前述したように、本明細書で説明するタイプのフィードバック回路の使用により、複数の供給電圧に頼ることなく、マルチレベルパルサーの設計を容易にすることができる。実施形態によっては、複数の供給電圧を含めることは望ましくないことがある、というのも、複数の供給電圧は、手持ち式のフォームファクターに収めるのは困難であり得る相当に大きな超音波プローブをもたらすことがあるからである。これに反して、本明細書で説明するタイプのフィードバック回路は、基準電圧を生成するためのコンパクトな回路を提供することができ、手持ち式の超音波プローブ内に容易に含めることができる。

フィードバック回路２３０の出力端子は、パルサー２２０の入力端子に電気的に結合されることがある。フィードバック回路２３０の入力端子は、パルサー２２０の出力端子に電気的に結合されることがある。フィードバック回路２３０の入力端子は、入力信号２４０を表す検出信号２４１を受信するように構成されることがある。実施形態によっては、入力信号２４０及び検出信号２４１は電圧である。実施形態によっては、検出信号２４１は入力信号２４０から導き出されることがある。実施形態によっては、検出信号２４１は入力信号２４０に比例していることがある。フィードバック回路２３０は、検出信号２４１を閾値電圧と比較することがある。実施形態によっては、前述の閾値電圧は選択可能な閾値電圧の集合の中から選択されることがある。

比較の結果に基づいて、フィードバック回路２３０は、パルサー２２０の入力端子に制御信号２４２を供給することがある。実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、検出信号２４１が閾値電圧より大きいか、小さいか、又は等しいかを判定するように構成されることがある。実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、検出信号２４１が閾値電圧の範囲内にあるかどうか、例えば、閾値電圧の１０％以内にあるかどうか、閾値電圧の５％以内にあるかどうか、又は任意の適切な範囲内にあるかどうか、などを判定するように構成されることがある。閾値電圧と比べた検出信号２４１の値に基づいて、フィードバック回路２３０は、パルサー２２０を制御して、入力信号２４０の現在の値を保持するか、又は入力信号２４０を変化させることがある。限定ではなく例として、検出信号２４１の値が閾値電圧より小さい場合、フィードバック回路２３０はパルサー２２０を制御して、検出信号２４１が閾値電圧と等しくなるか、又は閾値電圧のある範囲内になるまで、入力信号２４０の値を増加させることがある。検出信号２４１の値が閾値電圧より大きい場合には、フィードバック回路２３０はパルサー２２０を制御して、検出信号２４１が閾値電圧と等しくなるか、又は閾値電圧のある範囲内になるまで、入力信号２４０の値を減少させることがある。

実施形態によっては、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に関連したキャパシタンスが、電荷を保持して、検出信号２４１が選択された閾値電圧に達したときにその端子間に一定の電圧を維持することがある。検出信号２４１が閾値電圧よりも小さい場合、パルサー２２０を制御して静電容量型超音波トランスデューサ１０１に関連したキャパシタンスを充電し、従って入力信号２４０を増加させることがある。検出信号２４１が閾値電圧よりも大きい場合、パルサー２２０を制御して静電容量型超音波トランスデューサ１０１に関連したキャパシタンスを放電させるか又は負に充電し、従って入力信号２４０を低減させることがある。

実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、パルサー２２０を非同期式に制御することがある。従って、制御信号２４２、入力信号２４０、及び検出信号２４１は、任意の時点で変化することが許されることがある。実施形態によっては、パルス化回路１００は、クロック信号によってタイミングをはかられることがある。しかしながら、制御信号２４２は、クロック信号によって規定されない期間中に変化することが依然として許されることがある。

実施形態によっては、静電容量型超音波トランスデューサ１０１は、バイアス回路（図示せず）に結合されることがあり、ゼロより大きな絶対値を有するバイアス電圧を受け取るように構成されることがある。バイアス電圧は、１０Ｖ〜１００Ｖの間、３０Ｖ〜８０Ｖの間、又は任意の適切な値若しくは値の範囲の間にある絶対値を有することがある。実施形態によっては、静電容量型超音波トランスデューサをバイアスすることにより、程度が高められた線形性を示す応答がもたらされることがある。

図３は、図２のパルス化回路の非限定的な詳細な実施態様である。実施形態によっては、パルサー２２０は２つのトランジスタ、例えば３２２及び３２４などを含むことがある。しかしながら、パルサー２２０はこの点で限定はされず、任意の適切な数のトランジスタを使用することができる。トランジスタは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、金属−半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）、横方向拡散金属酸化膜半導体トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）、又はそれらの任意の適切な組み合わせ、を含むことがある。パルサー２２０は、トランジスタ３２２及びトランジスタ３２４を含むことがある。トランジスタ３２２は、トランジスタ３２４の導電型とは異なる導電型を有することがある。例えば、トランジスタ３２２は、電界の作用の下で移動する正孔によって維持されるドリフト電流に基づく導電性を有することがある。トランジスタ３２４は、電界の作用の下で移動する電子によって維持されるドリフト電流に基づく導電性を有することがある。実施形態によっては、トランジスタ３２４はｎＭＯＳＦＥＴであり、トランジスタ３２２はｐＭＯＳＦＥＴであることがある。これらのトランジスタは、ｎＭＯＳトランジスタ３２４のドレインがｐＭＯＳトランジスタ３２４のドレインに接続されるように構成されることがある。これらのドレインは、静電容量型超音波トランスデューサ１０１の端子に更に接続されることがある。ｎＭＯＳトランジスタ３２４のソースは、供給電圧Ｖ_Ｎに接続されることがある。実施形態によっては、Ｖ_Ｎはゼロよりも小さいことがある。Ｖ_Ｎは、−１００Ｖ〜−１Ｖの間、−５０Ｖ〜−２０Ｖの間、又は任意の適切な値若しくは値の範囲の間であり得る。ｐＭＯＳトランジスタ３２２のソースは、供給電圧Ｖ_Ｐに接続されることがある。実施形態によっては、Ｖ_Ｐはゼロよりも大きいことがある。Ｖ_Ｐは、１Ｖ〜１００Ｖの間、２０Ｖ〜５０Ｖの間、又は任意の適切な値若しくは値の範囲の間であり得る。トランジスタ３２２及び３２４のゲートに供給される電圧は、図２のフィードバック回路２３０によって生成されることがある。

実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、コントローラ３３６、分割回路３３２、及び基準発生器３３４を含むことがある。実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、レベルシフター３３８及びレベルシフター３４０を更に含むことがある。分割回路３３２は、入力信号２４０に対応する電圧を受け取り、検出信号３４１を出力するように構成されることがある。分割回路３３２は、入力信号２４０に比例する検出信号３４１を供給するように構成されることがある。検出信号３４１は、「Ｉｎ」とラベル付けされた入力端子を通じてコントローラ３３６に供給されることがある。

基準発生器３３４は、コントローラ３３６の「Ｒｅｆ」とラベル付けされた端子に、選択可能な閾値電圧の集合を供給するように構成されることがある。実施形態によっては、基準発生器３３４は、ｎ個のコネクタを介してコントローラ３３６に接続され、対応するコネクタを介してｎ個の閾値電圧を供給するように構成され、ここでｎは、２よりも大きな任意の適切な値を取ることができる。閾値電圧は、ゼロに等しいか、ゼロよりも大きいか、又はゼロよりも小さいことがある。

実施形態によっては、フィードバック回路２３０は、デジタル制御されることがあり、コントローラ３３６は、デジタル方式のコントローラを含むことがある。コントローラ３３６は、パルサー２２０を制御して、ｎ個の閾値電圧の中から選択された閾値電圧と検出信号３４１との比較に基づいて、入力信号２４０に対応する電圧を保持、増加、又は低減させるように構成されることがある。コントローラ３３６は、基準発生器３３４によって供給されたｎ個の閾値電圧からある閾値電圧を選択することがある。この閾値電圧は、信号sel_thresholdを介してデジタル処理で選択されることがある。信号sel_thresholdはｍビットを含むことがあり、ｍは、ｎが２^ｍに等しいか、また２^ｍ未満であるような値である。各ビットの組み合わせは、ｎ個の閾値電圧から１つの閾値電圧を選択することがある。限定ではなく例として、０００に等しいsel_thresholdのシーケンスは、８個の閾値電圧のうちの最小のものを選択することがあり、１１１に等しいsel_thresholdのシーケンスは、８個の閾値電圧のうちの最大のものを選択することがある。更に、信号sel_thresholdは、非同期式に変化することがある。

実施形態によっては、分割回路３３２は、入力信号２４０にある倍率で比例する検出信号３４１を供給することがある。そのような実施形態では、基準発生器３３４は、同じ倍率で入力信号２４０に対してスケール変更された閾値電圧の集合を供給するように構成されることがある。その結果、それら２つの信号のうちの一方を更にスケール変更する必要なく、検出信号３４１を選択された閾値電圧と直接的に比較することができる。

実施形態によっては、信号ｐ／ｎを使用して、トランジスタ３２２及び３２４の状態を制御することがある。実施形態によっては、ｐ／ｎは単一ビットの信号であり得る。信号ｐ／ｎは、トランジスタ３２２を活性化するために「ｐ」に設定されるか、又はトランジスタ３２４を活性化するために「ｎ」に設定されることがある。しかしながら、トランジスタ３２２及び３２４の状態を制御するように構成された、任意の適切な数のビットを使用することもできる。単一ビットの値は、トランジスタ３２２又はトランジスタ３２４のいずれかを、線形モードであろうと飽和モードであろうと、導通状態にすることがある。そのような実施形態では、１度に１つのトランジスタのみが導通状態に設定されることができる。

sel_threshold及びｐ／ｎの値に基づいて、コントローラ３３６は、「N_control」及び「P_control」とラベル付けされた出力端子を介して、制御信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎを出力することがある。制御信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎはまとめて、図２で示した制御信号２４２を表すことがある。実施形態によっては、信号２４２_Ｐは、ｐＭＯＳトランジスタ３２２の状態を制御するように構成された単一ビットを含むことがある。実施形態によっては、信号２４２_Ｎは、ｎＭＯＳトランジスタ３２４の状態を制御するように構成された単一ビットを含むことがある。これら２つのトランジスタは、同時に遮断状態になることが許されていることがある。

実施形態によっては、制御信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎは、それぞれトランジスタ３２２及び３２４のゲートを直接的に駆動することがある。他の実施形態では、図３に示すように、制御信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎは、それぞれレベルシフター３３８及びレベルシフター３４０の入力端子に結合されることがある。レベルシフター３３８及びレベルシフター３４０の出力端子は、それぞれトランジスタ３２２及び３２４のゲートに結合されることがある。レベルシフター３３８及びレベルシフター３４０は、コントローラ３３６によって生成された電圧をトランジスタ３２２及び３２４に適合した電圧に適合させて、これらのトランジスタを、信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎに基づいて、遮断状態又は導通状態に駆動するように構成されることがある。

検出信号３４１が選択された閾値電圧よりも小さい場合、コントローラ３３６は、ｐＭＯＳトランジスタ３２２を導通状態にし、ｎＭＯＳトランジスタ３２４を遮断状態にするのに適した値を有する制御信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎを出力するように構成されることがある。この場合、電圧源Ｖ_Ｐから静電容量型超音波トランスデューサ１０１に流れる電流は、検出信号３４１が選択された閾値電圧又は選択された閾値電圧の所定の範囲に達するまで、静電容量型超音波トランスデューサ１０１を充電することがある。

検出信号３４１が選択された閾値電圧よりも大きい場合、コントローラ３３６は、ｎＭＯＳトランジスタ３２４を導通状態にし、ｐＭＯＳトランジスタ３２２を遮断状態にするのに適した値を有する制御信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎを出力するように構成されることがある。この場合、静電容量型超音波トランスデューサ１０１から電圧源Ｖ_Ｎに流れる電流は、検出信号３４１が選択された閾値電圧又は選択された閾値電圧の所定の範囲に達するまで、静電容量型超音波トランスデューサ１０１を放電させるか、又は負に充電することがある。

検出信号２４１が選択された閾値電圧に等しいか又は選択された閾値電圧の所定の範囲内にある場合、ｐＭＯＳトランジスタ３２２及びｎＭＯＳトランジスタ３２４は、信号２４２_Ｐ及び２４２_Ｎを介して、共に遮断状態になるように制御されることがある。この場合、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に又は静電容量型超音波トランスデューサ１０１から電流は流れない。結果として、静電容量型超音波トランスデューサ１０１は、電荷を保持することがあり、従って、その端子間に、選択された閾値電圧に対応する目標電圧を保持することがある。

上述したように、少なくとも幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサ１０１が電荷を保持することが望ましいことがあるので、そのような実施形態では、超音波トランスデューサは静電容量型であることがある。対照的に、抵抗性の超音波トランスデューサを使用すると、そのような状況では適切に動作しないことがある。

コントローラ３３６は、図３に関連して説明した非限定的な実施形態において信号ｐ／ｎ及びsel_thresholdに基づいてパルサー２２０を制御するように構成されることがあるが、パルス化回路１０３はこの点で限定されない。従って、閾値電圧又は閾値電圧の範囲に達するまで入力信号２４０を保持、増加、又は低減するようにパルサー２２０を制御するように構成された、任意の信号、又は信号の組み合わせを、利用することもできる。

図４は、幾つかの非限定的な実施形態による、静電容量型超音波機器を駆動するようにパルス化回路を動作させる方法を示す。図４の方法は、図２のパルス化回路又は図３のパルス化回路に関連して行われることがある。方法４００は、動作４０２で開始し、閾値電圧をｎ個の選択可能な閾値電圧の集合の中から選択することがあり、ｎは２よりも大きな任意の適切な値を取ることができる。実施形態によっては、閾値電圧はｍビットを有するデジタル信号を通じて選択されることがあり、ｎは、２^ｍに等しいか又は２^ｍ未満である。

方法４００は動作４０４に続き、入力信号２４０などの入力信号が、パルサー２２０によって静電容量型超音波トランスデューサ１０１に供給されることがある。本出願の一態様によれば、パルサー２２０は、正及び／又は負の電圧を示すことがある両極性入力信号を供給するように構成されることがある。本明細書で説明するタイプの両極性入力信号は、超音波機器の受信回路を飽和させないエコー信号をもたらすことがある。

本出願の別の態様によれば、パルサー２２０は、複数の選択可能な値の中から選択された値を示すことがあるマルチレベルパルスを供給するように構成されることがある。マルチレベルパルスを生成することができるパルス化回路は、画像コントラストの向上をもたらすことがある時間領域及び空間領域のアポダイゼーションを容易にすることがある。閾値電圧の集合から選択された閾値電圧を供給するように設計されたフィードバック回路によって、手持ち式の超音波プローブをより大型化してしまうことがある追加の電圧源回路に頼ることなく、本明細書で説明するタイプのマルチレベルパルスの生成が容易になることがある。

動作４０６において、検出信号３４１などの検出信号を、入力信号２４０から導き出すことがある。検出信号３４１は、入力信号２４０を表すことがある。従って、検出信号３４１は、入力信号２４０と等しいか、又は入力信号２４０に比例していることがある。

動作４０８では、検出信号３４１を、動作４０２で選択された閾値電圧と比較することがある。実施形態によっては、検出信号３４１はある倍率で入力信号２４０に比例している。そのような実施形態では、閾値電圧を、同じ倍率で入力信号２４０に対してスケール変更することがある。比較の結果、検出信号３４１は、閾値電圧と等しいか、閾値電圧より大きいか、又は閾値電圧より小さいことがある。

動作４１０において、動作４０８で行った比較の結果に基づいて、制御信号２４２をパルサー２２０に供給して入力信号２４０を制御することがある。制御信号は、フィードバック回路２３０によって供給されることがある。フィードバック回路２３０は、デジタル制御されることがある。動作４１２において、検出信号３４１が選択された閾値電圧よりも小さい場合、制御信号２４２はパルサー２２０を制御して、入力信号２４０に対応する電圧を増加させることがある。実施形態によっては、制御信号２４２はｐＭＯＳトランジスタ３２２を導通状態にして、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に関連したキャパシタンスを充電することがある。

動作４１２において、検出信号３４１が選択された閾値電圧よりも大きい場合、制御信号２４２はパルサー２２０を制御して、入力信号２４０に対応する電圧を低減することがある。実施形態によっては、制御信号２４２はｎＭＯＳトランジスタ３２４を導通状態にして、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に関連したキャパシタンスを放電させるか、又は負に充電することがある。

どちらの場合でも、方法４００は動作４０６に戻ることがあり、方法４００は、検出信号３４１が選択された閾値電圧に等しいか又は選択された閾値電圧の所定の範囲内になるまで、繰り返されることがある。

動作４１２において、検出信号３４１が選択された閾値電圧と等しいか又は選択された閾値電圧の所定の範囲内にあると判った場合、制御信号２４２はパルサー２２０を制御して、入力信号２４０の現在の値を保持することがある。実施形態によっては、制御信号２４２はｎＭＯＳトランジスタ３２４及びｐＭＯＳトランジスタ３２２を遮断状態にして、静電容量型超音波トランスデューサ１０１に関連したキャパシタンスが現在の電荷を保持できるようにすることがある。所定の範囲は、選択された閾値電圧の１０％以内、選択された閾値電圧の５％以内、又は任意の適切な範囲内として規定されることがある。

一旦入力信号２４０が閾値電圧に対応する電圧に達すると、動作４１４において、別の閾値電圧を、ｎ個の選択可能な閾値電圧の中から選択することがある。動作４１４において別の閾値電圧を選択した場合、方法４００は、この新たに選択された閾値電圧について、動作４０４から繰り返されることがある。新たな閾値電圧の選択は、非同期式に行われることがある。さもなければ、新たな閾値電圧が選択されない場合には、方法４００は動作４１６で終了することがある。

図５Ａは、幾つかの非限定的な実施形態による、図３の基準発生器の回路図を示す。基準発生器３３４は、ｎ個の閾値電圧ｒｅｆ_１...ｒｅｆ_ｎを生成するように構成された抵抗ラダーを含むことがあり、ｎは２より大きな任意の値を取り得る。実施形態によっては、抵抗ラダーは、直列に接続されたｎ＋１個の抵抗器５３４_１...５３４_ｎ＋１を含むことがある。抵抗器５３４_１は、供給電圧Ｖ_Ｈに結合されることがある。供給電圧Ｖ_Ｈは、図３に示した供給電圧Ｖ_Ｐと等しいことがある。抵抗器５３４_ｎ＋１は、供給電圧Ｖ_Ｌに結合されることがある。供給電圧Ｖ_Ｌは、図３に示した供給電圧Ｖ_Ｎに等しいことがある。実施形態によっては、これらのｎ＋１個の抵抗器は、全てが等しい抵抗値を有して、Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌに相当する電圧範囲をｎ個の等しいセグメントに分割することがある。他の実施形態では、抵抗器５３４_２...５３４_ｎ＋１はＲに等しい抵抗値を有し、一方抵抗器５３４_１はｘＲに等しい抵抗値を有することがあり、ここでｘは、０．０１〜１００の間の任意の値を取ることができる。しかしながら、他の値も可能である。そのような実施形態では、Ｖ_Ｈ−Ｖ_Ｌに比例したスケール変更された電圧範囲が、ｎ個の等しいセグメントに分割されることがある。

図５Ｂは、幾つかの非限定的な実施形態による、図３の分割回路の回路図を示す。分割回路は、入力信号２４０に比例する検出信号３４１を生成するように構成された、容量分圧器を含むことがある。容量分圧器は、コンデンサ５３２及びコンデンサ５３３を含むことがある。コンデンサ５３２は、パルサー２２０の出力に結合された１つの端子と、コントローラ３３６の入力に結合された１つの端子とを有することがある。実施形態によっては、コンデンサ５３２は、パルサー２２０によって生成された入力信号２４０を受け取るように構成されることがある。コンデンサ５３３は、コントローラ３３６の同じ入力に結合された１つの端子と、供給電圧Ｖ_Ｃに結合された１つの端子とを有することがある。実施形態によっては、コンデンサ３３６は、入力信号２４０のスケール変更された信号を受け取るように構成されることがある。実施形態によっては、供給電圧Ｖ_Ｃは、図３に示した供給電圧Ｖ_Ｎと等しいことがある。コンデンサ５３２及び５３３の静電容量は、図５Ａの閾値電圧をスケール変更したのと同じ倍率で検出信号３４１をスケール変更するように構成されることがある。そのような実施形態では、検出信号３４１は、それら２つの信号のうちのいずれもまずスケール変更する必要なく、ｎ個の閾値電圧の中から選択された閾値電圧と直接的に比較されることがある。

図６Ａは、本出願の非限定的な実施形態による、パルス化回路によって静電容量型超音波トランスデューサに供給される例示的な信号を示すタイミング図を示す。特に、タイミング図６００は、例示的なターゲット信号６０２及び例示的な入力信号２４０を示す。図６Ａに関連して提示される非限定的な実施形態では、閾値電圧は７個の閾値電圧の中から選択されることがある。ターゲット信号６０２は、入力信号２４０が追従するべき信号を表す。入力信号２４０がターゲット信号６０２と等しい場合、例えばｔ_１において、検出信号３４１は現在の閾値電圧と等しくなる。この場合、フィードバック回路２３０は、パルサー２２０を制御して、入力電圧２４０を現在の値で一定に保つことがある。入力電圧２４０がターゲット電圧６０２よりも小さい場合、例えばｔ_２において、フィードバック回路２３０はパルサー２２０を制御して、現在のターゲット電圧に達するまで入力電圧２４０を増加させることがある。入力電圧２４０がターゲット電圧６０２よりも大きい場合、例えばｔ_３において、フィードバック回路２３０はパルサー２２０を制御して、現在のターゲット電圧に達するまで入力電圧２４０を減少させることがある。実施形態によっては、ターゲット信号６０２は、非同期式に変化することがある。その結果、ターゲット電圧６０２の各セグメントの持続時間は、他のセグメントの持続時間とは独立して設定されることがある。

実施形態によっては、パルス化回路１０３は、ゼロより大きなＤＣ成分を有する入力信号２４０を生成するように構成されることがある。ＤＣ成分の大きさは、受信回路が飽和状態に達することなく受信回路をバイアスするように選択されることがある。

実施形態によっては、入力信号２４０は、ターゲット信号６０２をオーバーシュートすることがある（図示せず）。そのようなオーバーシュートの発生を軽減するために、フィードバック回路２３０は、閾値電圧を歪めるように構成されることがある。実施形態によっては、閾値電圧は、この閾値電圧に電圧オフセットを加えること（又は引くこと）によって、歪められることがある。例えば、所望の出力電圧がｘボルトである場合、閾値電圧は、ｘとｙとの差がオーバーシュート電圧に等しくなるように、ｙボルトに設定されることがある。実施形態によっては、閾値電圧は、不均一な抵抗ラダーを介して歪められることがある。

図６Ｂは、本出願の非限定的な実施形態による、パルス化回路によって静電容量型超音波トランスデューサに供給されるアポダイズされた信号を示すタイミング図を示す。特に、タイミング図６２０は、アポダイズされたターゲット信号６０４及びアポダイズされた入力信号２４０を示す。フィードバック回路２３０は、ガウス窓、ハミング窓、フラットトップ窓、コサイン窓、又は任意の適切な窓関数に基づいて、入力信号２４０の時間領域アポダイゼーションを行うように構成されることがある。本明細書で説明するタイプのマルチレベルパルスは、連続的な窓関数を忠実に生成するのに十分な程度の細かさを提供する。

図７は、本出願の非限定的な実施形態による、複数の静電容量型超音波トランスデューサに結合された複数のパルス化回路を示すブロック図である。実施形態によっては、静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１、１０１_２、１０１_３、...１０１_Ｎは、１Ｄアレイを形成するように配置されることがある。他の実施形態では、静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎは、２Ｄアレイを形成するように配置されることがある。静電容量型超音波トランスデューサ１０１_１...１０１_Ｎは、パルサー２２０_１、２２０_２、２２０_３、...、２２０_Ｎの中のそれぞれのパルサーの出力端子に結合されることがある。フィードバック回路２３０_１、２３０_２、２３０_３、...、２３０_Ｎは、パルサー２２０_１...２２０_Ｎの中のそれぞれのパルサーの入力端子及び出力端子に結合されることがある。実施形態によっては、フィードバック回路２３０_１...２３０_Ｎは、別個の回路であり得る。他の実施形態では、フィードバック回路２３０_１...２３０_Ｎは、パルサー２２０_１...２２０_Ｎを制御するように構成された単一の回路の一部であり得る。図７に示すように、フィードバック回路２３０_１...２３０_Ｎは、パルサー２２０_１...２２０_Ｎを制御して、空間依存の振幅を示す入力信号７４０_１、７４０_２、７４０_３、...、７４０_Ｎを生成することがある。実施形態によっては、フィードバック回路は、パルサーを制御して、入力信号の空間領域のアポダイゼーションを行うことがある。限定ではなく例として、入力信号７４０_１...７４０_Ｎは、アレイの中央でより大きくなり、所定のプロファイルに従ってアレイの縁に向かって減衰する振幅を示すことがある。空間領域のアポダイゼーション関数は、ガウス窓、ハミング窓、フラットトップ窓、コサイン窓、又は任意の適切な窓関数であり得る。空間領域のアポダイゼーションは、一空間次元又は二空間次元に渡って行われることがある。空間領域のアポダイゼーションを行うことにより、アレイの開口を効果的に変化させることができ、従って、放出される超音波の空間プロファイルを最適化する手段がもたらされる。実施形態によっては、空間的なサイドローブを最小にするように空間プロファイルを最適化することがある。最小の又は抑制されたサイドローブを有する空間プロファイルを放出することができる超音波機器は、空間解像度が高くなり、従って画像コントラストを向上させる。

実施形態によっては、静電容量型超音波トランスデューサ１０１は、送受信回路に接続されることがある。送信中、パルス化回路によって生成される両極性入力信号は、不注意に受信回路に結合されることがある。実施形態によっては、受信回路は、パルサー２２０を用いて生成されるタイプの大きな正及び負の電圧スパイクに耐えるように設計されていない構成要素を含むことがある。従って、受信回路に両極性パルスを直接的に結合すると、１つ又は複数の構成要素に損傷を与えるという影響があることがある。

本出願の態様によれば、両極性パルスが生成されている間は送信回路から受信回路を切り離すように構成された対称スイッチが提供される。本明細書で使用する場合、対称スイッチは、同じタイプの入力端子及び出力端子を有する、トランジスタベースのスイッチである。例えば、スイッチの入力端子及び出力端子は、両方ともソース、両方ともドレイン、両方ともエミッタ、両方ともコレクタ、又は他の端子タイプであり得る。図８Ａ及び図８Ｂは、本出願の非限定的な実施形態による、送信モード及び受信モードでそれぞれ動作している超音波機器を示すブロック図である。対称スイッチ１０７は、パルス化回路１０３の出力端子に接続された入力端子を有することがある。実施形態によっては、対称スイッチ１０７の入力端子は、パルス化回路１０３のパルサー２２０の出力端子に接続されることがある。対称スイッチ１０７の入力端子は、静電容量型超音波トランスデューサ１０１の端子に更に接続されることがある。実施形態によっては、対称スイッチ１０７の入力端子は、パルサー２２０の出力端子と静電容量型超音波トランスデューサ１０１の端子との間に結合されることがある。対称スイッチは、受信回路１０９の入力端子に結合された出力端子を有することもある。実施形態によっては、受信回路１０９は、エコー信号を受信するのに応答して、静電容量型超音波トランスデューサ１０１によって生成された電流を変換するように構成された電流／電圧変換器を含む。実施形態によっては、電流／電圧変換器は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を含むことがある。

図８Ａに示すように、送信モード（ＴＸモード）では、対称スイッチ１０７は高インピーダンスを提供して、パルス化回路１０３によって生成されたパルスを受信回路１０９から切り離すように構成されることがある。実施形態によっては、対称スイッチ１０７は、送信モード中は開回路として動作するように構成されることがある。矢印８０１は、送信モード中の入力信号２４０に対応する信号経路を表すことがある。

図８Ｂに示すように、受信モード（ＲＸモード）では、対称スイッチ１０７は、低インピーダンスを提供して、エコー信号（又は他の受信信号）を受信するのに応答して静電容量型超音波トランスデューサ１０１によって生成されたパルスを受信回路１０９に結合するように構成されることがある。実施形態によっては、対称スイッチ１０７は、受信モード中に受信回路１０９を静電容量型超音波トランスデューサ１０１に短絡させるように構成されることがある。実施形態によっては、パルス化回路１０３は、受信モード中は高インピーダンス状態になるように構成されることがある。矢印８２１は、受信モード中の受信信号に対応する信号経路を表すことがある。

図９は、本出願の非限定的な実施形態による、対称スイッチを備える超音波機器のブロック図９００を示す。対称スイッチ９０７は、パルス化回路１０３によって生成された両極性パルスに関連した正及び負の電圧を阻止し、従って受信回路１０９への損傷を防ぐように構成されることがある。

実施形態によっては、対称スイッチ９０７は２つのトランジスタ９１０及び９１２を含むことがある。しかしながら、対称スイッチ９０７は、送信モード中に両極性パルスを阻止するように構成される、任意の適切な数のトランジスタを含むことがある。トランジスタ９１０及び９１２は、ｎＭＯＳ及びｐＭＯＳを含む金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、金属−半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ（ＩＧＦＥＴ）、横方向拡散金属酸化膜半導体トランジスタ（ＬＤＭＯＳ）、又はそれらの任意の適切な組み合わせ、などの任意のタイプのものであり得る。実施形態によっては、トランジスタ９１０及び９１２は両方ともｎＭＯＳである。トランジスタ９１０のゲートは、トランジスタ９１２のゲートに短絡されていることがある。実施形態によっては、トランジスタ９１０のゲート以外の第２の端子が、トランジスタ９１２のゲート以外の第２の端子に短絡されていることがある。限定ではなく例として、トランジスタ９１０のソースが、トランジスタ９１２のソースに短絡されていることがある。トランジスタ９１２の第３の端子、例えばドレインは、パルス化回路１０３の出力端子と静電容量型超音波トランスデューサ１０１の端子との間に結合されることがある。トランジスタ９１０の第３の端子、例えばドレインは、受信回路１０９の入力端子に結合されることがある。実施形態によっては、トランジスタ９１０のドレインは、受信回路１０９の入力端子に短絡されていることがある。実施形態によっては、トランジスタ９１０のボディ端子は、トランジスタ９１０のソースに短絡されていることがあり、トランジスタ９１２のボディ端子は、トランジスタ９１２のソースに短絡されていることがある。

実施形態によっては、スイッチング回路９０８を使用して、送信モード中に両極性パルスを阻止することがある。スイッチング回路９０８は、対称スイッチ９０７及びトランジスタ９１５を含むことがある。トランジスタ９１５は、任意の適切なタイプのトランジスタであり得る。限定ではなく例として、トランジスタ９１５はｎＭＯＳであり得る。トランジスタ９１５は、受信回路１０９の入力端子に短絡されたドレインを有するように構成されることがある。トランジスタ９１５のソースは、接地端子に短絡されていることがある。トランジスタ９１５のボディ端子は、そのソースに短絡されていることがある。

実施形態によっては、対称スイッチはｐＭＯＳトランジスタを含むことがある。図１１は、本出願の非限定的な実施形態による、対称スイッチを備える超音波機器のブロック図１１００を示しており、この対称スイッチは２つのｐＭＯＳトランジスタ１１１０及び１１１２を含む。図１１は２つのｐＭＯＳトランジスタを含む対称スイッチを示しているが、任意の他の適切な数のｐＭＯＳトランジスタを使用することもできる。

対称スイッチ１１０７は、トランジスタ１１１０のゲートがトランジスタ１１１２のゲートに短絡されるように、構成されることがある。実施形態によっては、トランジスタ１１１０のゲート以外の第２の端子が、トランジスタ１１１２のゲート以外の第２の端子に短絡されることがある。限定ではなく例として、トランジスタ１１１０のソースが、トランジスタ１１１２のソースに短絡されていることがある。トランジスタ１１１２の第３の端子、例えばドレインは、パルス化回路１０３の出力端子と静電容量型超音波トランスデューサ１０１の端子との間に結合されることがある。トランジスタ１１１０の第３の端子、例えばドレインは、受信回路１０９の入力端子に結合されることがある。実施形態によっては、トランジスタ１１１０のドレインは、受信回路１０９の入力端子に短絡されていることがある。実施形態によっては、トランジスタ１１１０のボディ端子は、トランジスタ１１１０のソースに短絡されていることがあり、トランジスタ１１１２のボディ端子は、トランジスタ１１１２のソースに短絡されていることがある。実施形態によっては、スイッチング回路１１０８は、対称スイッチ１１０７及びトランジスタ９１５を含むことがある。

スイッチング回路９０８は、送信モード中はパルス化回路１０３によって生成された両極性パルスを阻止するように構成され、かつ、受信モード中は静電容量型超音波トランスデューサ１０１を受信回路１０９に結合するように更に構成された、任意の適切なタイプ及び数の制御信号によって、制御されることがある。限定ではなく例として、図１０は、本出願の非限定的な実施形態による、図９の対称スイッチを駆動するように構成された制御信号を示すタイミング図１０００を示す。制御信号１００２は、端子Ｇを介してトランジスタ９１０及び９１２のゲートを制御することがある。制御信号１００４は、端子Ｓを介してトランジスタ９１０及び９１２のソースを制御することがある。制御信号１００６は、端子Ｇ_２を介してトランジスタ９１５のゲートを制御することがある。実施形態によっては、受信回路１０９は、制御信号１００８を用いてオン及びオフにされることがある。例えば、制御信号１００８は、受信回路１０９の電圧源を有効／無効にすることがある。

ｔ_０の前では、スイッチング回路９０８は受信モードで動作するように構成されることがある。この期間中は、制御信号１００２は制御信号１００４よりも大きいことがある。実施形態によっては、制御信号１００２及び１００４は両方とも、ゼロより大きいことがある。このようにして、両方のトランジスタとも、ゼロより大きなゲート−ソース電圧を有することがあり、従って、電流を伝導するように構成されることがある。制御信号１００６は、トランジスタ９１５を遮断状態に保つために、ゼロであるか又はトランジスタ９１５の閾値電圧未満であることがある。実施形態によっては、制御信号１００８は、受信回路１０９を有効にする値に設定されることがある。

ｔ_０〜ｔ_１の間では、制御信号１００８は、受信回路１０９を無効にする値に設定されることがある。

ｔ_１〜ｔ_２の間では、制御信号１００２は、制御信号１００４と等しい値に設定されることがある。その結果、トランジスタ９１０及び９１２は、遮断モードになることがある。実施形態によっては、制御信号１００６は、トランジスタ９１５の閾値電圧よりも高い値に設定されることがある。その結果、受信回路１０９の入力端子は、ゼロに等しい電圧に強制的になることがある。

ｔ_２〜ｔ_３の間では、制御信号１００２及び１００４は、負の電圧に設定されることがある。実施形態によっては、制御信号１００２及び１００４は、負の電圧に同時に設定されることがある。実施形態によっては、この負の電圧は、図３に示したＶ_Ｎに等しいことがある。

ｔ_３〜ｔ_４の間では、制御信号１００２及び１００４は、ゼロか、又はパルス化回路１０３のバイアス電圧に設定されることがある。実施形態によっては、制御信号１００２及び１００４は、ゼロか、又はパルス化回路１０３のバイアス電圧に、同時に設定されることがある。

ｔ_４〜ｔ_５の間では、制御信号１００２は、トランジスタ９１０及び９１２のゲート−ソース電圧が閾値を上回るような電圧に設定されることがある。実施形態によっては、制御信号１００６は、受信回路１０９の入力端子に関連した電圧が自由に増減することができるように、トランジスタ９１５の閾値電圧未満の値に設定されることがある。

ｔ_５の後では、制御信号１００８は、受信回路１０９を有効にする値に設定されることがある。

実施形態によっては、受信モードはｔ_０の前及びｔ_５の後の期間によって規定されることがあり、送信モードはｔ_０〜ｔ_５の間の期間によって規定されることがある。他の実施形態では、受信モードはｔ_１の前及びｔ_４の後の期間によって規定されることがあり、送信モードはｔ_１〜ｔ_４の間の期間によって規定されることがある。実施形態によっては、ｔ_０はｔ_１と等しいことがある。実施形態によっては、ｔ_１はｔ_２と等しいことがある。実施形態によっては、ｔ_３はｔ_４と等しいことがある。実施形態によっては、ｔ_４はｔ_５と等しいことがある。

本出願の態様は、１つ又は複数の利点を提供することがあり、それらの利点のうちの幾つかについては前述している。今から説明するのは、そのような利点の幾つかの非限定的な例である。全ての態様及び実施形態が必ずしも今から説明する利点の全てを提供するわけではないことを、理解されたい。更に、本出願の態様は、今から説明する利点に追加の利点を提供することがあることを、理解されたい。

本出願の態様は、受信回路の飽和をもたらすことなく受信することができる両極性パルスを生成するように構成されたパルス化回路を提供する。しかしながら、受信回路は、両極性パルスに関連した大きな正及び負の電圧スパイクに耐えるように設計されていない構成要素を含むことがある。

本出願の態様は、送信モード中は送信回路から受信回路を切り離し、従って、両極性パルスによって引き起こされる受信回路に対する損傷を防止するように構成された対称スイッチを提供する。

時間領域及び空間領域でアポダイズされたパルスを生成するには、マルチレベルパルスを制御する能力が必要である。本出願の態様は、追加の供給電圧を頼ることなく、時間領域及び空間領域のアポダイゼーションを提供するように構成されたフィードバック回路を提供する。従って、超音波機器に追加の供給電圧を組み込むと、相当に大きな手持ち式の超音波プローブがもたらされることがある。

本出願の技術の幾つかの態様及び実施形態についてこのように説明してきたが、当業者であれば様々な変形例、修正例、及び改善例を容易に思い付くであろうことを理解されたい。そのような変形例、修正例、及び改善例は、本出願で説明される技術の趣旨及び範囲内であることが意図されている。従って、前述の実施形態は例としてのみ提示されたものであり、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、本発明の実施形態は具体的に説明されたものとは別の態様で実施されることがあることを、理解されたい。加えて、本明細書で説明した２つ以上の特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、及び／又は方法が互いに矛盾しない場合には、本開示の範囲内に含まれる。

また、説明したように、幾つかの態様は、１つ又は複数の方法として具現化されることがある。方法の一部として行われる動作は、任意の適切な方法で順序付けられることがある。従って、例示的な実施形態では順次的動作として示されたとしても、幾つかの動作を同時に行うことを含むことがある、例示された順序とは異なる順序で動作が行われる実施形態を、構築することができる。

本明細書で定義し使用する全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文献での定義、及び／又は定義された用語の一般的な意味を制御するものと理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される不定冠詞「a」及び「an」は、特に断りの無い限り、「少なくとも１つ（at least one）」を意味するものと理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される「及び／又は（and/or）」という語句は、そのように結合された要素の「一方又は両方（either of both）」、即ち、ある場合では連言的に存在し、他の場合では選言的に存在する要素を意味するものと理解されるべきである。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される場合、１つ又は複数の要素のリストに関する「少なくとも１つ（at least one）」という語句は、その要素リスト中の任意の１つ又は複数の要素から選択された少なくとも１つの要素を意味するものと理解されるべきであるが、その要素リスト内に具体的に列挙された全ての要素の少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、また、要素リスト内の要素の任意の組み合わせを排除するものではない。この定義は、「少なくとも１つ（at least one）」という語句が言及する要素リスト内の具体的に特定された要素以外の要素が、具体的に特定された要素に関係していようといまいと、任意選択的に存在することがあることを許す。

「約（approximately）」及び「約（about）」という用語は、実施形態によっては目標値の±２０％以内、実施形態によっては目標値の±１０％以内、実施形態によっては目標値の±５％以内、実施形態によっては目標値の更に±２％以内を意味するものとして使用されることがある。「約（approximately）」及び「約（about）」という用語は、目標値を含むことがある。

特許請求の範囲では、上記の明細書と同様に、「備える（comprising）」、「含む（including）」、「運ぶ（carrying）」、「有する（having）」、「含む（containing）」、「含む（involving）」、「保持する（holding）」、「から構成される（composed of）」などの全ての移行句は、オープンエンドである、即ち、「〜を含むがこれらには限定されない」ということを意味するものとして理解されるべきである。「からなる（consisting of）」及び「から本質的になる（consisting essentially of）」という移行句は、それぞれクローズド、又はセミクローズドの移行句であるものとする。

Claims (11)

1. 静電容量型超音波トランスデューサと、
   前記静電容量型超音波トランスデューサに結合され、かつ、出力端子から前記静電容量型超音波トランスデューサに両極性入力信号を供給するように構成された両極性パルサーと、
   前記静電容量型超音波トランスデューサによって出力された電気信号を処理するように構成された受信回路と、
   第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを備える対称スイッチであって、前記両極性パルサーの前記出力端子と前記静電容量型超音波トランスデューサとの間に結合された入力端子を有し、かつ前記受信回路に結合された出力端子を有する、対称スイッチと、を備え、
   前記第１のトランジスタは、第１のゲート、第１のソース、及び、第１のドレインを有し、
   前記第２のトランジスタは、第２のゲート、第２のソース、及び、第２のドレインを有し、
   前記第１のゲートは、前記第２のゲートに接続され、前記第１のゲート及び前記第２のゲートの電位は、第１の端子を介して第１の制御信号により制御され、前記第１のソースは、前記第２のソースに接続され、前記第１のソース及び前記第２のソースの電位は、第２の端子を介して第２の制御信号により制御され、
   前記第１のゲート及び前記第１のソースは、第１の時間で第１の同じ電位に、かつ第２の時間で第２の同じ電位に結合されているか又は結合可能である、超音波機器。
2. 前記受信回路は、電流／電圧変換器を備える、請求項１に記載の超音波機器。
3. 前記電流／電圧変換器は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を備える、請求項２に記載の超音波機器。
4. 前記対称スイッチの前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、ｐ型金属酸化膜半導体（ＰＭＯＳ）トランジスタである、請求項１に記載の超音波機器。
5. 前記対称スイッチの前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、ｎ型金属酸化膜半導体（ＮＭＯＳ）トランジスタである、請求項１に記載の超音波機器。
6. 超音波機器を動作させる方法であって、
   両極性パルサーから静電容量型超音波トランスデューサの第１の端子に両極性パルサー信号を前記超音波機器の送信動作モード中に供給することと、
   前記静電容量型超音波トランスデューサの前記第１の端子と受信回路との間に結合されている対称スイッチを前記送信動作モード中に開状態で動作させることであって、前記対称スイッチは、第１のゲート、第１のソース、及び第１のドレインを有する第１のトランジスタと、第２のゲート、第２のソース、及び第２のドレインを有する第２のトランジスタとを備え、前記第１のゲートは、前記第２のゲートに接続され、前記第１のソースは、前記第２のソースに接続されている、ことと、
   前記対称スイッチを前記超音波機器の受信動作モード中に閉状態で動作させることと、を含み、
   前記対称スイッチを前記送信動作モード中に開状態で動作させることは、
   前記第１のゲート、前記第２のゲート、前記第１のソース、及び前記第２のソースを第１の時間で第１の同じ電位に結合させること、
   前記第１のゲート、前記第２のゲート、前記第１のソース、及び前記第２のソースを第２の時間で第２の同じ電位に結合させること、
   前記第１のゲート、前記第２のゲート、前記第１のソース、及び前記第２のソースを第３の時間で前記第１の同じ電位に再び結合させること、
   を含む、方法。
7. 前記受信回路の電流／電圧変換器を使用して、前記受信動作モード中に、前記静電容量型超音波トランスデューサからの電流を電圧に変換することを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記静電容量型超音波トランスデューサからの前記電流を前記電圧に変換することは、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）を用いて行われる、請求項７に記載の方法。
9. 前記超音波機器の受信動作モード中に前記対称スイッチを閉状態で動作させることは、前記静電容量型超音波トランスデューサの出力信号を前記対称スイッチの前記第１のトランジスタの前記第１のドレイン上で受け取ることと、前記出力信号を前記対称スイッチの前記第２のトランジスタの前記第２のドレインから前記受信回路に供給することと、を含む、請求項６に記載の方法。
10. 前記第１の同じ電位は、接地電位であり、前記第２の同じ電位は、前記両極性パルサーのバイアス電圧である、請求項６に記載の方法。
11. 前記第１の同じ電位は、接地電位であり、前記第２の同じ電位は、前記両極性パルサーのバイアス電圧である、請求項１に記載の超音波機器。

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