[發明專利]半導體開關電路、信號處理裝置以及超聲波診斷裝置

有效

• 申請號: 201410379935.5
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104467770B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 本多啟伸;山下史哲;相澤淳一
• 申請（專利權）人: 株式會社日立功率半導體
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 李國華

技術領域

本發明涉及具備高耐壓的雙向模擬開關的半導體開關電路、以及使用了該半導體開關電路的信號處理裝置和超聲波診斷裝置。

背景技術

近年來，伴隨著超聲波診斷裝置的普及，需求更進一步的小型化、低價化。超聲波診斷裝置具備：用于收發超聲波的壓電探頭、以及用于收發該壓電探頭的驅動信號和超聲波信號的雙向模擬開關，另外還具備用于驅動該雙向模擬開關的多個電源。目前的超聲波診斷裝置存在安裝多個電源成為障礙，從而無法實現廣泛的小型化這樣的問題。

在專利文獻1的課題中，記載有“提供一種具有良好的線性，并且電力損耗較少的雙向模擬開關的半導體裝置。此外，提供一種檢測精度高的超聲波診斷裝置。”，作為其解決方法，記載有“在內置了在雙向上能夠接通或斷開的開關電路、和所述開關電路的驅動電路的雙向模擬開關的半導體裝置中，所述驅動電路與第一以及第二電源連接，所述第一電源電壓在施加給所述開關電路的輸入輸出端子的信號的最大電壓值以上，所述第二電源電壓在施加給所述開關電路的輸入輸出端子的信號的最小電壓值以下，另外所述驅動電路在所述第一電源與所述開關電路之間，具備串聯連接的齊納二極管和P型MOSFET。此外，在超聲波診斷裝置中，具備所述半導體裝置。”。

圖5表示比較例中的超聲波診斷裝置2A的主要部分結構。

如圖5所示，比較例的超聲波診斷裝置2A具備：基于觸發信號而生成發送信號的發送驅動部7、將該發送信號提供給探頭4的電子開關9A、由多個壓電元件(未圖示)構成的探頭4、提供可變電壓的驅動用電源5、以及提供固定電壓的偏置用電源3。超聲波診斷裝置2A通過進行電子開關9A內部的多個雙向模擬開關的開關動作，向探頭4的規定的壓電元件提供發送信號，來進行超聲波掃描。

電子開關9A，與設置在探頭4中的多個壓電元件相對應地設置有作為多個雙向模擬開關的半導體開關電路。半導體開關電路與機械式繼電器相比，具有高可靠性、小型、高速開關、低消耗電力、低噪音、長壽命等多種優點。

驅動用電源5接受交流電力(圖中記載為AC輸入)的提供，基于電壓控制信號生成正負驅動電壓，并將生成的正負驅動電壓提供給發送驅動部7。

偏置用電源3接受交流電力的提供，生成固定的正負偏置電壓，并將這些正負偏置電壓提供給電子開關9A。該正負偏置電壓相比于驅動用電源5提供的正負驅動電壓為高電壓。

這樣，超聲波診斷裝置2A中，分別設置有單獨生成發送驅動部7的動作所需的驅動電壓的驅動用電源5、和單獨生成電子開關9的控制所需的偏置電壓的偏置用電源3。由此，超聲波診斷裝置2A的零件個數增加，成為阻礙小型化的主要原因。

圖6表示比較例中的高耐壓模擬開關集成電路90A的框圖。

構成比較例中的電子開關9A的高耐壓模擬開關集成電路90A(半導體開關電路的一例)具備：進行多個開關的動作切換的移位寄存器91、保持開關的動作狀態的鎖存電路92、輸出開關8A、以及驅動該輸出開關8A的電平移位控制電路1A。

移位寄存器91將輸入信號DIN一邊與輸入信號CLK同步地移位，一邊作為信號D輸出至鎖存電路92的各段。輸出信號DOUT將輸出至鎖存電路92的最后段的信號輸出。

鎖存電路92由多段構成，通過輸入信號LE來鎖存信號D和信號CL。鎖存電路92將被鎖存的各信號分別向電平移位控制電路1A的各段輸出。

電平移位控制電路1A由多段構成，其基于鎖存電路92鎖存的各信號，將輸出開關8A的各段接通斷開。

輸出開關8A由多段構成。輸出開關8A的第1段切換是否向輸入輸出端子101-1與輸入輸出端子102-1之間傳遞切換模擬電壓信號。以后以相同的方式，輸出開關8A的第n段切換是否向輸入輸出端子101-n與輸入輸出端子102-n之間傳遞模擬電壓信號。

移位寄存器91和鎖存電路92是將低壓電源VDD作為驅動電源的低壓電路。輸出開關8A和電平移位控制電路1A是將正高壓電源VPP和負高壓電源VNN作為驅動電源的高壓電路。正高壓電源VPP被設定為比施加給輸入輸出端子101、102的信號電壓高。負高壓電源VNN被設定為比施加給輸入輸出端子101、102的信號電壓低。

圖7表示比較例中的高耐壓模擬開關集成電路90A的一部分的電路圖。圖7僅表示成為比較例的高耐壓模擬開關集成電路90A的主要部分的輸出開關8A、作為其驅動電路的電平移位控制電路1A的1段。