(57)【要約】【課題】  縦横に並んだ信号線の各交点にアナログスイッチを接続し、予定のスケジュールに従って、周期的に多数のスイッチのオン／オフ状態の設定を行い、多数の入出力端子間でアナログ信号の振分けを行うスイッチ回路において、スイッチの設定期間において、オン／オフ状態の切換え時に発生するスパイク電圧を低減する。【解決手段】  多数のスイッチのうち、オン／オフ間切換えを行う順序が隣合うスイッチを、それぞれ別グループとなる複数グループに分け、各グループ間でスイッチのオン／オフ間切換えタイミングをずらす。これにより、スイッチ切換え時のスパイクが重畳せず、大きなノイズの発生を防止できる。【選択図】  図１
2006149720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の端子と、１つ又は複数の第２の端子と、これら第１と第２の端子の間に接続された複数のスイッチと、これら複数のスイッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン／オフ状態の設定を行う設定手段とを備え、前記第１と第２の端子の間でアナログ信号を振分けるスイッチ回路において、複数の前記スイッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスイッチを、前記設定期間内においてずらしたタイミングで、オン／オフ切換え駆動する駆動手段を備えたことを特徴とするスイッチ回路。
【請求項２】
請求項１において、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スイッチを別グループとなるように分割することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項３】
請求項１において、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が連続する複数の前記スイッチを別グループとなるように分割することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項４】
請求項１において、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が近接する複数の前記スイッチを別グループとなるように分割することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項５】
請求項１において、前記分割手段は、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スイッチをまとめて同一グループとなるように分割することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項６】
請求項１において、前記第１の端子と前記第２の端子はいずれも複数であり、これら第１の端子と第２の端子にそれぞれ繋がる第１及び第２の信号線を交差させて配置し、それらの交点で両信号線を接続又は切離すように多数のスイッチを配置したことを特徴とするスイッチ回路。
【請求項７】
請求項１において、前記分割手段は、複数の前記スイッチを含むスイッチ回路ブロック毎に複数のグループに分割することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項８】
請求項１において、前記分割手段は、複数の前記スイッチを含むスイッチ回路ブロック内において、複数のスイッチグループに分割することを特徴とするスイッチ回路。
【請求項９】
請求項１において、複数の前記スイッチは、半導体基板上に集積された半導体スイッチであることを特徴とするスイッチ回路。
【請求項１０】
請求項１において、複数の前記スイッチは、半導体基板上に集積された半導体スイッチであり、隣接する半導体スイッチ間を絶縁膜により分離したことを特徴とするスイッチ回路。
【請求項１１】
請求項１において、複数の前記スイッチは、半導体基板上に集積された半導体スイッチであり、隣接する半導体スイッチ間をトレンチ溝により分離したことを特徴とするスイッチ回路。
【請求項１２】
多数の振動子からなる探触子と、これらの振動子をそれぞれ多数の第１端子に接続したスイッチ回路と、このスイッチ回路の多数の第２の端子に接続された送信回路及び受信回路と、この受信回路に接続された画像表示器を備えた超音波診断装置において、前記スイッチ回路は、前記第１と第２の端子の間に接続された多数のスイッチと、これら多数のスイッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン／オフ状態の設定を行う設定手段と、多数の前記スイッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスイッチを、前記設定期間内においてずらしたタイミングで、オン／オフ切換え駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１２において、前記多数の振動子はほぼ２次元平面上に配置され、前記分割手段は、前記２次元平面上に近接して配置された複数の前記スイッチを、異なるグループに属させるように多数の前記スイッチを複数のグループに分割することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項１２において、前記多数の振動子はほぼ２次元平面上に配置され、前記スイッチ回路は、前記画像表示器に３次元像を取得するように、前記スケジュールに従う多数の前記スイッチのオン／オフ状態の設定により、前記振動子と、前記送信回路及び前記受信回路との間でアナログ信号を振分けることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１５】
複数の第１の端子と、１つ又は複数の第２の端子と、これら第１と第２の端子の間に接続された複数のスイッチと、これら複数のスイッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン／オフ状態の設定を行う設定手段とを備え、前記第１と第２の端子の間でアナログ信号を振分けるスイッチ回路の制御方法であって、複数の前記スイッチを複数のグループに分割する分割ステップと、分割された複数のグループ間のスイッチを、前記設定期間内においてずらしたタイミングで、オン／オフ切換え駆動するステップを備えたことを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【請求項１６】
請求項１５において、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スイッチを別グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【請求項１７】
請求項１５において、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が連続する複数の前記スイッチを別グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【請求項１８】
請求項１５において、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が近接する複数の前記スイッチを別グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【請求項１９】
請求項１５において、前記分割ステップは、前記スケジュールに基くオン／オフ状態の切換えの順序が所定の関係にある複数の前記スイッチをまとめて同一グループとなるように分割するステップであることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【請求項２０】
請求項１５において、前記分割ステップは、複数の前記スイッチを含むスイッチ回路ブロック毎に複数のグループに分割するステップであることを特徴とするスイッチ回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ回路とその制御方法及び超音波診断装置に係り、特に、複数の第１の端子と、複数又は１つの第２の端子との間で、アナログ信号を振分ける複数のスイッチを備えたスイッチ回路とその制御方法及びこのようなスイッチ回路を用いた超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、入力した複数のアナログ信号を、複数の出力端子へ振分けるスイッチ回路の要求が強くなっている。特に、超音波診断装置においては、送信回路から振動子への超音波信号の送信切換え及び振動子から受信回路への超音波信号の受信振分け機能を持ち、超音波診断装置の高画質化に伴い、高精度に信号の伝達／遮断を制御できるスイッチ回路が望まれている。しかも、高画質化に対応するため、超音波信号及び振動子の多チャネル化が進み、これに伴うスイッチ数は増大する傾向にある。
【０００３】
このようなスイッチ回路において、スイッチのオン／オフ切換え時に発生するスパイク電圧が問題となる場合がある。例えば、超音波診断装置の整相回路に上記スイッチ回路が用いられた場合を考える。ここで、超音波診断装置における整相回路とは、探触子に備わる各振動子が、被験体内で反射されて戻ってくる超音波（エコー）を受信することで出力する信号（エコー）を、各振動子毎に適宜な量だけ遅延して加算する機能を備えた回路である。この整相回路は、各振動子からのエコー信号を遅延し加算する遅延線の他に、多数のアナログスイッチを含むスイッチ回路を備えている。すなわち、スイッチ回路は、それぞれ複数の第１及び第２の信号線を網の目状に交差させて配置し、全ての交点に各々アナログスイッチを接続した構成である。この第１の信号線群が振動子群にそれぞれ接続され、第２の信号線群が遅延線に設けられたタップ群にそれぞれ接続されている。各振動子からのエコー信号の遅延量の制御は、超音波ビームの発射方向に応じてスイッチ回路内の各スイッチのオン／オフ状態を設定することによって、それらエコー信号を入力させるタップを切換えることで行われる。
【０００４】
このスイッチ回路の設定時、すなわち各スイッチのオン／オフ状態の切換え時にはノイズが発生し、そのノイズは、第２の信号線を介して遅延線に侵入する。遅延線に侵入したノイズは、侵入した遅延線によって決まる遅延時間が経過した後、遅延線から出力される。出力されたノイズは、受信回路内で本来のエコー信号と共に処理され、診断画像の画質を低下させるという不具合がある。この不具合に対処するために、例えば、特許文献１に開示された技術がある。
【０００５】
特許文献１では、遅延線を有する整相回路において、ノイズによる画質の低下を回避するため、スイッチ回路の設定時に発生したノイズがすべて遅延線を通過するのを待って、本来の超音波ビームの送受信を行う。このため、遅延時間の大きな遅延線に接続すべき振動子に接続されるスイッチの設定順序を早くすることで、全てのノイズが遅延線を通過するのに要する時間を短縮している。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５１２９号公報（全体）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、多数のスイッチの設定時に発生したノイズがすべて遅延線を通過するのを待って本来の超音波ビームの送受信を行うものであり、無駄時間による効率悪化は避けられない。また、このスイッチ回路では、複数のスイッチの同時設定によって大きなスパイク電圧が発生する。例えば、超音波信号を２次元に配列された振動子アレイ上で走査し、３次元像を取得する３次元超音波診断装置において、振動子への超音波信号の送波切換えにスイッチ回路を使用する場合、数万から数十万個のスイッチを必要とする。この場合、多数のスイッチの切換え動作を開始するタイミングが同一となることで、スイッチ切換え時の電源からの貫通電流が入出力端子にて重畳し、大きなスパイク電圧が発生する。発生したスパイク電圧は振動子において超音波ビームに変換され、被験体内に飛散しノイズとなる。これにより虚像が現れるなど診断画像の画質を低下させる問題があり、前記無駄時間を取去ることは困難であった。
【０００８】
本発明は、各スイッチのオン／オフ状態の設定時におけるスパイクノイズを低減できるスイッチ回路を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、ノイズ消滅を待つ無駄時間を省き高効率でかつ超音波像の画質改善を図ることのできる超音波診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はその一面において、複数の第１の端子と、１つ又は複数の第２の端子と、これら第１と第２の端子の間に接続された複数のスイッチと、これら複数のスイッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン／オフ状態の設定を行う設定手段とを備え、前記第１と第２の端子の間でアナログ信号を振分けるスイッチ回路において、複数の前記スイッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスイッチを、前記設定期間内においてずらしたタイミングで、オン／オフ切換え駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明は他の一面において、スイッチ回路が絶縁膜により素子分離された半導体基板上に集積して形成され、信号入力端子及び信号出力端子に接続される複数の素子をトレンチ溝で分離する。
【００１２】
本発明は、さらに他の一面において、１つの方向に隣合う負荷に接続された２つのスイッチが互いに別グループとなるようにグループ分けし、それぞれのグループ間でスイッチのオン／オフ状態の切換えタイミングをずらして駆動するスイッチ回路を、超音波診断装置の振動子と送受信回路の間で超音波信号の切換え手段として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の望ましい実施態様によれば、スイッチのオン／オフ状態の切換えタイミングをずらして駆動することにより、スイッチ切換え時の電源からの貫通電流をタイミング的に分散させ、発生するスパイク電圧が重畳されて大きくなることを防止する。スパイク電圧の大きさを小さく抑えることにより、スパイク電圧により励起される超音波信号（ノイズ）が低減される。
【００１４】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、複数の半導体スイッチをトレンチ溝で分離することにより、基板への寄生容量を低減し、高周波、大振幅の超音波信号を駆動でき、超音波信号のＳ／Ｎ比を改善し、超音波診断装置の画質の改善を図ることができる。
【００１５】
さらに、本発明の望ましい実施態様によれば、超音波診断装置の振動子と送受信回路の間で超音波信号を切換えるスイッチ回路のスパイク電圧の大きさを小さく抑えることにより、スイッチ回路の設定のための無駄時間を小さくし、効率的診断が可能な超音波診断装置を実現できる。
【００１６】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の説明によって明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態によるスイッチ回路の構成図である。図１において、スイッチ回路１０は、まず、６つの第１の入出力端子２０１〜２０６に繋がる第１の信号線３０１〜３０６と、第２の入出力端子４０に繋がる第２の信号線５０を持つ。そして、これらの入出力端子間で、入力した１つ又は複数のアナログ信号を複数又は１つの出力信号に振分ける機能を持つ。この振分け機能を達成するため、第１の信号線３０１〜３０６と第２の信号線５０との交点にアナログスイッチ１０１〜１０６を設けている。
【００１９】
第１の入出力端子２０１〜２０６には、それぞれ負荷（出力）となり、あるいは信号発生源（入力）となる振動子６０１〜６０６が接続され、これらの振動子６０１〜６０６は、直線上に並べて配置されている。一方、第２の入出力端子４０には、例えば、整相回路の遅延線のあるタップが接続される。これにより、１つの入出力端子４０から入力した１つのアナログ信号を、複数の入出力端子２０１〜２０６に振分けて出力することができ、あるいは、複数の入出力端子２０１〜２０６から入力した複数のアナログ信号を、１つの入出力端子４０から出力することができる。
【００２０】
ここで、この実施形態においては、スイッチ回路１０内の各アナログスイッチ１０１〜１０６を、隣合う振動子６０１〜６０６に接続されるスイッチが互いに別グループとなるようにグループ分けしている。例えば、スイッチ１０１と１０４は第１グループ、スイッチ１０２と１０５は第２グループ、スイッチ１０３と１０６は第３グループである。
【００２１】
図２は、スイッチ回路１０内の各スイッチ１０１〜１０６のオン／オフ状態の設定動作を示すタイムチャートである。
【００２２】
まず、スイッチ回路１０内の各スイッチのオン／オフ状態の設定は、ある規則性を持つスケジュールに沿って行われることに注意すべきである。この例においては、図２に示したように、超音波送受波期間１〜３において、それぞれスイッチ１０１，１０２，１０３の順に、唯一のスイッチだけがオンされている。これは、超音波診断装置の走査動作により、例えば、振動子６０１の状態が、順次、隣の振動子６０２，６０３へとシフトされるからである。
【００２３】
そこで、この実施形態においては、各設定期間１や２においてオン／オフ状態の切換えや更新を行う場合、各スイッチ１０１〜１０６は、図２に示すように、各設定期間１，２内において、グループ毎にタイミングをずらしている。すなわち、スイッチ１０１，１０４は、図２の時刻ｔ１，ｔ４にてオン／オフ間の切換えもしくはオン／オフ状態の更新を行う。次に、スイッチ１０２，１０５は、時刻ｔ２，ｔ５にてオン／オフ間の切換えや更新を行い、最後に、スイッチ１０３，１０６は、時刻ｔ３，ｔ６にてオン／オフ間の切換えや更新を行う。この結果、図２に符号Ａ及びＢで示すように、同一の設定期間１又は２内において、オン／オフ間の切換えが必要な隣接スイッチ１０１と１０２又は１０２と１０３は、時刻ｔ１とｔ２又はｔ５とｔ６というように、タイミングをずらして切換え駆動される。
【００２４】
スイッチ１０１〜１０６のオン／オフ状態の切換えタイミングをずらすことなく行った場合、スイッチのオン／オフ間の切換え時に発生するスパイクノイズは、入出力端子４０に重畳して大きく現れる。
【００２５】
これに対し、本実施形態では、スイッチ１０１〜１０６のオン／オフ状態の切換えタイミングをずらしており、比較的大きなスパイクノイズを発生するオン／オフ間の複数の切換えが同一時刻で発生し、重畳して大きなノイズとなることは無い。このため、例えば、超音波診断装置の画質に悪影響を与えるようなことはない。
【００２６】
振動子６０１〜６０６に接続されるスイッチ１０１〜１０６のうち、オン／オフ間切換えが連続するスイッチを別グループとすることは、特に、超音波診断装置の走査動作のように、ある状態が、隣合うスイッチに順次シフトするような用途において有効である。図２に示したように、超音波送受波期間１においては、図１のスイッチ１０１がオン、その他のスイッチ１０２〜１０６はオフに設定されている。次の超音波送受波期間２においては、送受波期間１の状態がシフトし、スイッチ１０２がオン、その他はオフに設定される。一般にスイッチは、オン／オフ間で状態を切換える際に発生するノイズは大きく、オンからオン及びオフからオフに状態を更新する際に発生するノイズは小さい。ここで、オン／オフ間の切換え時に発生するノイズのエネルギーを１、更新時に発生するノイズのエネルギーを０．１として入出力端子４０に現れるノイズのエネルギーを計算してみる。すると、全スイッチの切換えを同時に行う場合、設定期間１，２でスイッチ回路１０を設定する際に入出力端子４０に現れるノイズのエネルギーは、全スイッチで発生するノイズエネルギーが重畳してそれらの総和となり、２．４である。
【００２７】
一方、この実施形態により、スイッチのオン／オフ状態の切換えタイミングをずらした場合、入出力端子４０に現れるノイズのエネルギーは、最大でも、時刻ｔ１，ｔ２やｔ５，ｔ６における１．１となる。このように、ノイズのエネルギーは、同時に切換えを行った場合の１／２以下となる。
【００２８】
この実施形態を要約すると次の通りである。まず、複数の第１端子２０１〜２０６と、１つの第２端子４０と、これら第１第２端子間に接続された複数のスイッチ１０１〜１０６と、これら複数のスイッチに対し周期的設定期間毎に予定スケジュールでオン／オフ状態の設定を行う設定手段を備えている。これにより、第１と第２の端子の間でアナログ信号を振分けるスイッチ回路を構成している。ここで、複数のスイッチ１０１〜１０６を３つのグループＧ１〜Ｇ３に分割する分割手段を備えている。また、分割された複数のグループ間のスイッチを、設定期間１や２内において、ずらしたタイミングｔ１〜ｔ３で、オン／オフ切換え駆動する駆動手段を備えている。
【００２９】
このように、スイッチのオン／オフ状態の切換えタイミングをずらして駆動することにより、発生するスパイク電圧が重畳されて大きくなることを防止でき、スパイク電圧により励起されるノイズを低減できる。
【００３０】
図３は、本発明のスイッチ回路の図１の実施形態における別のスイッチ投入順序の例を示す動作タイムチャートである。この例では、各超音波送受波期間１〜３において、それぞれ隣接する２つのスイッチ１０１と１０２、１０２と１０３並びに１０３と１０４がオンされる場合を示している。
【００３１】
スイッチ１０１〜１０６のオン／オフ状態の切換えタイミングをずらすことなく行った場合、スイッチのオン／オフ間の切換え時に発生するスパイクノイズは、前述同様に、入出力端子４０に重畳して大きく現れる。
【００３２】
これに対し、本実施形態では、スイッチ１０１〜１０６のオン／オフ状態の切換えタイミングをずらしており、図３に符号Ｃ及びＤで示すように、設定期間１や２において、複数のオン／オフ状態の切換えが同時に生じることは無い。したがって、比較的大きなスパイクノイズを発生するオン／オフ間の複数の切換えが同一時刻で発生し、重畳して大きなノイズとなることは無い。このため、例えば、超音波診断装置の画質に悪影響を与えるようなことはない。
【００３３】
この場合も、図２と同様に、全スイッチの切換えを同時に行う場合、設定期間１，２において入出力端子４０に現れるノイズのエネルギーは、全スイッチで発生するノイズエネルギーが重畳して、２．４である。これに対して、本実施形態によれば、入出力端子４０に現れるノイズのエネルギーは、最大でも、時刻ｔ１，ｔ３やｔ４，ｔ５における１．１となり、やはり、同時に切換えを行った場合の１／２以下となる。
【００３４】
図４は、本発明の第２の実施形態によるスイッチ回路の構成図である。図４において、スイッチ回路１０と、振動子６０１〜６０６の構成については、図１と同じである。図１と異なるのは、隣接するスイッチ１０１と１０２、１０３と１０４、及び１０５と１０６をそれぞれ対としてスイッチブロック１１０〜１３０とし、隣接ブロックが別グループとなるように、交互に２つのグループＧ１とＧ２に振分けていることである。
【００３５】
図５は、図４の実施形態におけるスイッチ設定の動作を説明するタイムチャートである。図５に示すように、図３で述べたと同様に、各超音波送受波期間１〜３において、それぞれ隣接する２つのスイッチ１０１と１０２、１０２と１０３並びに１０３と１０４がオンされる場合に適したグループ分けの例を示している。すなわち、隣接する２つのスイッチがオンし、かつ、その状態が１つづつシフトしていくこのスイッチングスケジュールにおいては、隣接する２つのスイッチが同一の設定期間内でいずれもオン／オフ間に切換えが行われることはない。したがって、これら２つのグループＧ１とＧ２の切換えタイミングをずらすのみで、大きなノイズの発生を防止できる。
【００３６】
具体的には、図５において、符号Ｅ，Ｆ，Ｇ及びＨで示すように、同一ブロック内で隣接するスイッチ１０１と１０２あるいはスイッチ１０３と１０４が、同一の設定期間１又は２内でオン／オフ間に切換えが生じることはないのである。そこで、同一の設定期間１や２内で同時にオン／オフ間に切換えが生じる１つ飛びのスイッチ例えば１０１と１０３並びに１０２と１０４等を別グループとして切換えタイミングをずらしておく。これにより、どの設定期間のどの時刻においても、複数のスイッチのオン／オフ間の切換りの重なりによる大きなノイズの発生を防止している。
【００３７】
この実施形態によれば、入出力端子４０に現れるノイズのエネルギーは、時刻ｔ１及びｔ３において、最大１．３となり、同時に切換えを行った場合の１／２程度となる。
【００３８】
図６は、本発明の第３の実施形態によるスイッチ回路の構成図である。図６において、スイッチ回路１０は、第１の入出力端子２０１，２０２と、これらに接続される第１の信号線３０１，３０２と、第２の入出力端子４０１，４０２と、これらに接続される第２の信号線５０１，５０２を備えている。また、第１の信号線３０１，３０２と第２の信号線５０１，５０２を交差させて配置した交点に、スイッチ１１１，１１２，１２１及び１２２を備えている。これらのスイッチ１１１〜１２２は、制御回路７０からの制御信号７０１により、オン／オフ間の切換え又は更新が行われる。
【００３９】
図７は、図６におけるスイッチ回路１０の設定動作を説明するタイムチャートである。この実施形態の場合、４つのスイッチ１１１〜１２２のオン／オフ状態の切換えは、たすきがけの位置に配置された２対をそれぞれ同時に行い、縦横に隣接する４対間では互いに切換えタイミングをずらせてある。すなわち、たすきがけの位置に配置されたスイッチ１１１と１２２及び１１２と１２１を同一タイミングで切換え、縦横に隣接するスイッチ１１１と１１２、１１１と１２１、１２１と１２２及び１１２と１２２間では切換えタイミングをずらせている。
【００４０】
図７は、図６の実施形態におけるスイッチ投入順序の例を示す動作タイムチャートである。この設定スケジュールの例では、スイッチ１１１と１１２のいずれかが１つづつ交互にオンし、また、スイッチ１２１と１２２のいずれかが１つづつ交互にオンする規則性をもっている。この実施形態では、設定期間１内の時刻ｔ１において、スイッチ１１１と１２２を同時に切換えあるいは更新し、時刻ｔ２において、スイッチ１１２と１２１を同時に切換えあるいは更新する。また、設定期間２内の時刻ｔ３において、スイッチ１１２と１２１を同時に切換えあるいは更新し、時刻ｔ４において、スイッチ１１１と１２２を同時に切換えあるいは更新する。
【００４１】
全スイッチの切換えを同時に行った場合、入出力端子２０１，２０２あるいは４０１，４０２には、複数のスパイクが重畳して大きなスパイクノイズとして現れる。一方、この実施形態のように、スイッチのオン／オフ状態の切換えタイミングをずらした場合、スパイクノイズはタイミング的に分散され、入出力端子に現れるノイズの大きさは、小さく抑えられる。
【００４２】
図７において、前述同様、オン／オフ間の切換え時に発生するノイズのエネルギーを１、更新時に発生するノイズのエネルギーを０．１として計算する。まず、全スイッチの切換えを同時に行う場合、スイッチの切換え時に入出力端子に現れるノイズのエネルギーは同一の信号線に接続されたスイッチのノイズエネルギーの和となり、最大２となる。一方、この実施形態により切換えや更新のタイミングをずらした場合、入出力端子に現れるノイズの重畳は全く発生せず、ノイズエネルギーは最大１であり、同時に切換えを行った場合の１／２となる。
【００４３】
図８は、スイッチ回路を含む半導体装置を接続した本発明の実施形態を示す構成図である。本発明の実施形態によるスイッチ回路を含む半導体装置１４１〜１４４は、入出力端子４０１〜４０ｎに接続される第２の信号線を介して半導体装置同士が接続されている。また、各々入出力端子２１１〜２１ｍ、２２１〜２２ｍ、…、２４１〜２４ｍに接続される第１の信号線に接続され、これら半導体装置の内部では、第１第２の信号線が交差するように配置され、その交点に各々スイッチが設けられている。これらのスイッチのオン／オフ状態を設定することにより、第１の信号線と第２の信号線が接続又は遮断される。
【００４４】
ここで、半導体装置１４１と１４３は第１の半導体装置グループを、半導体装置１４２と１４４は第２の半導体装置グループを構成し、隣合う半導体装置が互いに別グループとなるように交互にグループ分けされている。
【００４５】
図９は、図８の実施形態における半導体装置のオン／オフ状態の切換えや更新動作を説明するタイムチャートである。半導体装置１４１〜１４４内の多数の半導体スイッチのオン／オフ状態の設定は、制御回路７０より送られる切換えタイミング信号に従い、グループ間で内蔵するスイッチ回路の切換えや更新タイミングがずれるように行われる。すなわち、第１の半導体装置グループＧ１に属する半導体装置１４１と１４３の内蔵スイッチ回路は、図９の時刻ｔ１において、オン／オフ間の切換えや更新が実行される。第２の半導体装置グループＧ２に属する半導体装置１４２と１４４の内蔵スイッチ回路は、時刻ｔ２において、オン／オフ間の切換えや更新が実行される。この場合、スパイクノイズは各グループ間でタイミング的に分散され、入出力端子に現れるノイズの大きさは、全半導体装置の内蔵スイッチ回路の切換え動作を同時に開始する場合と比較して低減される。
【００４６】
図１０は、スイッチ回路を半導体基板上に集積した本発明の一実施形態による半導体装置の断面図であり、図１のスイッチ回路の一部分に対応する断面構造を示したものである。支持基板であるＳｉ８４９上に、ＳｉＯ２層８５０が形成され、その上に形成されたｎ型Ｓｉ層８５１，８５２，８６４，８６５は、ＳｉＯ２トレンチ分離溝８５４〜８５７で分離されている。８７９，８８０はゲート端子８７６、ソース端子８７７を互いに接続する横型ｎｃｈＭＯＳＦＥＴであり、図１のスイッチ回路のスイッチ１０１に相当する。ここで、ｐ層８５３はチャネル、ｎ＋層８６０，８６１はソース、ｎ層８５１，８５２はドレイン、ｎ＋層８５８，８５９はドレインコンタクト層、８６６，８７０はドレイン電極、８０８，８０９はドレイン端子である。また、８６７，８６９はゲート電極、８６８はソース電極である。なお、８８１，８８２は、スイッチ８７９，８８０の付随素子の例として、それぞれゲート電圧安定用の容量とゲート保護ダイオードを示している。なお、ｎ＋層は、ｎ層と伝導型は同じでキャリア濃度が高いことを示す。
【００４７】
本実施例のスイッチ回路では素子間が絶縁膜であるＳｉＯ２により分離されているため、寄生容量が少なく、特に多数のスイッチを用いる場合において、入出力信号の高周波数、大振幅領域での特性の劣化が少ないという特徴をもつ。
【００４８】
なお、本実施例では、サイズ低減の観点から、スイッチを構成するｎｃｈＭＯＳＦＥＴのｐチャネル層を共通としているが、むろんｎ＋層８６０，８６１の間にトレンチ分離溝を設けＭＯＳＦＥＴ８７９と８８０を分離しても何ら問題はない。
【００４９】
図１１は、本発明のスイッチ回路を半導体基板上に集積した別の実施形態の構成イメージ図であり、図１の実施例におけるスイッチ１０１と１０２の平面構造を示している。
【００５０】
図１２は、さらにその一部分の断面構造を示したものである。ここで集積された各半導体素子は、図１０と同様に、ＳｉＯ２絶縁膜８５０上に形成され、隣接する素子８７９，８８０、８８３，８８４は、ＳｉＯ２トレンチ分離溝８８５，８８６でそれぞれ二重に分離されている。また、各素子を接続する配線イメージを実線にて示している。
【００５１】
図１１のスイッチ１０１，１０２は、図１のスイッチ回路１０内のスイッチ１０１，１０２であり、ＭＯＳＦＥＴ８７９，８８０及び８８３，８８４は、図１０と同様に、ゲート端子８７６、ソース端子８７７を互いに接続する横型ｎｃｈＭＯＳＦＥＴである。これらは、スイッチ切換え制御回路７０１，７０２からの制御信号に従い、オン／オフ動作を行う。また、図１２において、図１０と同一符号は相当部を示し、重複説明は避ける。図１０と異なるところは、図の右方に、スイッチ切換え制御回路７０１内の素子例として、ｎｃｈＭＯＳＦＥＴ８９８を示している。
【００５２】
本実施例では入力又は出力端子に接続される素子のトレンチ分離溝が２重に形成されるため、水平方向の電流経路によってトレンチ分離溝に発生する寄生容量は、直列に２つ発生する。このため、入出力端子に接続される素子の全体の寄生容量は、トレンチ溝を２重としない場合と比較して低減され、入出力信号の高周波数、大振幅領域での特性の劣化が少ない。このため、高周波、大振幅の信号を駆動可能となる。
【００５３】
図１３は、スイッチ回路を用いて構成した超音波診断装置の本発明による一実施形態の全体概略構成ブロック図である。超音波診断装置は、被験体の計測対象の部位に対して超音波を送受信するｍ個の振動子６１１〜６１ｍからなる超音波探触子６０と、この超音波探触子６０に送信波の送信フォーカス処理をして超音波信号を送信する送信手段である送信回路９２を備えている。また、超音波探触子６０から出力される受信波の受信フォーカス処理をする整相手段を含む受信回路９３と、この受信回路９３から出力される受信信号を用いて超音波断面像などを表示する超音波表示回路９４を備えている。さらに、この超音波表示回路９４から出力される超音波画像情報を表示するために、例えば、モニタなどの画像表示器９５を備えて構成されている。ここで、探触子６０と送信回路９２、受信回路９３の間で伝達される超音波信号の切換え装置として、スイッチ回路１０を用いている。この図においては、スイッチ回路１０は、ｍ個のスイッチブロック１５１〜１５ｍを備えている。そして、送信回路９２及び受信回路９３と、超音波探触子６０との間で、超音波探触子内の超音波を送受信するｍ個の振動子に対して、複数の超音波送受信チャネルの中から、１つの送受信チャネルを選択し、あるいは全ての送受信チャネルを遮断する。
【００５４】
この超音波診断装置は、スイッチ回路１０を探触子６０と送信回路９２、受信回路９３の間で伝達される超音波信号の切換え装置に用いたことにより、スイッチ切換え時のスパイク電圧の低減、及び、基板への寄生容量の低減が可能である。スパイク電圧の低減により、スパイク電圧によって振動子で励起される超音波信号（ノイズ）及び受信回路に入力される不要な超音波受信信号が低減され、設定のための無駄時間を要することなく、画質の改善を図ることが可能となる。また、基板への寄生容量が低減するために、高周波、大振幅の超音波信号を駆動可能となる。この結果、超音波信号のＳ／Ｎ比を改善し、超音波診断装置のさらなる画質改善を図ることが可能となる。
【００５５】
なお、使用しない振動子の電極の両端を短絡するスイッチを設けた構成のスイッチ回路において、この短絡用スイッチについても、同様にオン／オフ状態の切換えや更新タイミングをずらすように駆動することも可能である。
【００５６】
次に、図１４から図１７を参照して、より具体的に超音波診断装置について説明する。図１４は、本発明の一実施形態による超音波診断装置に用いる探触子６０の具体的構成例図である。この例では、実質的に２次元平面内に、（ｍ２×ｍ１）個の振動子が配列されている。個々の振動子の番号を＃１〜＃（ｍ２×ｍ１）として示している。これらの多数の振動子＃１〜＃（ｍ２×ｍ１）は、スイッチ回路１０の第１の信号線に繋がる入出力端子群へ接続されることとなる。
【００５７】
図１５は、本発明の一実施形態による超音波診断装置に用いるスイッチ回路１０の具体的構成例図である。ここでは、図１４の（ｍ２×ｍ１）個の振動子の各端子に接続される第１の信号線端子を端子＃１〜端子＃（ｍ２×ｍ１）で示す。スイッチ回路１０は、それぞれがｋ個のスイッチを持つ（ｍ２×ｍ１）／ｋ個のスイッチ回路ブロック＃１〜＃（ｍ２×ｍ１）／ｋで構成されている。前記第１の信号線端子＃１〜端子＃（ｍ２×ｍ１）と、ｎチャネル＃１〜＃ｎの第２の信号線間に接続されるスイッチ回路ブロックを番号＃１〜＃（ｍ２×ｍ１／ｋ）で示している。
【００５８】
スイッチ回路１０内の＃１〜＃（（ｍ２×ｍ１）／ｋ）のスイッチ回路ブロックは、それぞれ、振動子側端子に接続されるｋ本（＃１〜＃ｋ等）の第１の信号線と、ｎ個（＃１〜＃ｎ）の送受信回路側端子に接続される第２の信号線を持つ。そして、両信号線を交差させて配置し、その交点に各々スイッチを接続する。したがって、１つのスイッチ回路ブロックは、（ｋ×ｎ）個のスイッチを持つ。
【００５９】
図１６は、図１５に示す１つのスイッチ回路ブロック＃１の構成図である。第１の信号線端子２０１〜２０ｋと、第２の信号線端子４０１〜４０ｎとの間に前述した（ｋ×ｎ）個のスイッチ１１１〜１ｎｋのスイッチが配置されている。これらの多数のスイッチは、ある規則性をもつスケジュールに沿って、周期的にそれらのオン／オフ状態の設定が行われ、複数の入出力端子間にアナログ信号の振分けを行う。このオン／オフ状態の設定のために、この実施形態では、多数のスイッチを３つのグループに分け、各グループ間でオン／オフ状態の切換え動作のタイミングをずらしている。すなわち、スイッチ１１１、１１ｋ、１２３、１３１、１３ｋ、１ｎ３は第１のスイッチグループＧ１とする。次に、スイッチ１１２、１２１、１２ｋ、１３２、１ｎ１、１ｎｋは第２のスイッチグループＧ２に、最後に、スイッチ１１３、１２２、１３３、１ｎ２は第３のスイッチグループＧ３とし、隣合うスイッチが別グループに属するようにグループ分けしている。
【００６０】
図１７は、図１６のスイッチ回路ブロック＃１内のスイッチ１１１〜１１３及び１２１〜１２３に絞って、設定動作を説明するタイムチャートである。スイッチのオン／オフ状態の設定を行う場合、第１〜３のスイッチグループＧ１〜Ｇ３のオン／オフ状態の切換え動作のタイミングをずらしている。すなわち、第１のスイッチグループＧ１に属するスイッチは、図１７の時刻ｔ１やｔ４にて、オン／オフ間の切換えや更新を行い、第２のスイッチグループＧ２に属するスイッチは、時刻ｔ２やｔ４にて、オン／オフ間の切換えや更新を行い、第３のスイッチグループＧ３に属するスイッチは、時刻ｔ３やｔ６にて、オン／オフ間の切換えや更新を行う。
【００６１】
３次元超音波診断装置の走査動作においては、ある振動子に接続される送受信回路条件を、隣の振動子に順次シフトする動作が行われる。この予定のスケジュールの一例を示すと次のようになる。今、図１７の送受波期間１において、全ての受信チャネルは遮断状態である。次の送受波期間２において、振動子＃１は送受信チャネル＃１が選択され、振動子＃２は送受信チャネル＃２が選択され、振動子＃３及び振動子＃４は全送受信チャネル遮断状態である。さらに、送受波期間２に続く送受波期間３において、振動子＃１は全送受信チャネル遮断、振動子＃２は送受信チャネル＃１、振動子＃３は送受信チャネル＃２、振動子＃４は全送受信チャネル遮断の状態と変更される。この場合、超音波送受波期間２と３間の設定期間２において、スイッチ１１１はオンからオフ、スイッチ１１２はオフからオン、スイッチ１２２はオンからオフ、スイッチ１２３はオフからオン、他のスイッチは同一状態の更新が行われる。
【００６２】
ここで、各グループＧ１〜Ｇ３間でオン／オフ間の切換えタイミングをずらした結果、同一の信号線に繋がる複数のスイッチが同時にオン／オフ間で切換えられることは無い。すなわち、図１７に符号ＧやＨで示すように、スイッチ１１１と１１２及び１２２と１２３のオン／オフ間切換えタイミングがずれており、複数のスイッチの同時切換えによるスパイクの重畳による大きなノイズの発生が防止される。
【００６３】
前述と同様、オン／オフ間切換え時に発生するノイズのエネルギーを１、更新時に発生するノイズのエネルギーは無視すると、全スイッチの切換えを同時に行う場合、スイッチの切換え時に端子２０１〜２０ｋ又は４０１〜４０ｎに現れるノイズのエネルギーは、同一の信号線に接続されて切換えられるスイッチのノイズエネルギーの和となり、最大２となる。一方、この実施形態によりスイッチグループごとにスイッチのオン／オフ間切換えタイミングをずらした場合、入出力端子に現れるノイズのエネルギーは最大１となり、同時に切換えを行った場合の１／２となる。
【００６４】
また、図１５の構成において、図８と同様に、複数のスイッチ回路ブロックでグループを構成し、グループごとにスイッチのオン／オフ間の切換えタイミングをずらすことにより、さらなるスパイク電圧の低減が可能となる。
【００６５】
この実施形態を要約すると次の通りである。まず、多数の振動子＃１〜＃（ｍ２×ｍ１）からなる探触子６０と、これらの振動子をそれぞれ同数の第１端子＃１〜＃（ｍ２×ｍ１）に接続したスイッチ回路１０を備えている。また、このスイッチ回路１０の多数の第２の端子＃１〜＃ｎに接続された送信回路９２及び受信回路９３と、この受信回路９３に超音波表示回路９４を介して接続された画像表示器９５を備えた超音波診断装置を対象とする。ここで、スイッチ回路１０は、第１と第２の端子の間に接続された多数のスイッチ１１１〜１ｎｋ等と、これら多数のスイッチに対して周期的設定期間毎に予定のスケジュールに従ってオン／オフ状態の設定を行う設定手段（制御回路）７０を備えている。また、多数の前記スイッチを複数のグループに分割する分割手段と、分割された複数のグループ間のスイッチを、前記設定期間１や２内においてずらしたタイミングｔ１〜ｔ３で、オン／オフ切換え駆動する駆動手段（制御回路）７０を備えている。
【００６６】
このように、本実施形態によるスイッチ回路を、振動子と送受信回路の間で伝達される超音波信号の切換え装置に用いたことにより、スイッチ切換え時のスパイク電圧の低減が可能である。スパイク電圧の低減により、スパイク電圧によって振動子で励起される超音波信号（ノイズ）及び受信回路に入力される不要な超音波受信信号が低減され、設定のために無駄時間を取る必要が無く、作業効率を向上できる。また、本実施形態によるスイッチ回路を用いることにより、前述の理由から、基板への寄生容量が低減するために、高周波、大振幅の超音波信号を駆動可能となる。この結果、超音波信号のＳ／Ｎ比を改善し、３次元超音波診断装置の画質の改善を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態によるスイッチ回路の構成図。
【図２】図１におけるスイッチのオン／オフ間の切換え動作のタイムチャート。
【図３】図１におけるスイッチのオン／オフ間の切換え動作の他のタイムチャート。
【図４】本発明の第２の実施形態によるスイッチ回路の構成図。
【図５】図４におけるスイッチのオン／オフ間の切換え動作のタイムチャート。
【図６】本発明の第３の実施形態によるスイッチ回路の構成図。
【図７】図６におけるスイッチのオン／オフ間の切換え動作のタイムチャート。
【図８】スイッチ回路を含む半導体装置を接続した本発明の実施形態を示す構成図。
【図９】図８における半導体装置のオン／オフ状態切換え動作のタイムチャート。
【図１０】スイッチ回路を半導体基板上に集積した本発明の一実施形態による半導体装置の断面図。
【図１１】本発明のスイッチ回路を半導体基板上に集積した別の実施形態の構成イメージ図。
【図１２】図１１の一部分の断面構造図。
【図１３】スイッチ回路を用いて構成した超音波診断装置の本発明による一実施形態の全体概略構成ブロック図。
【図１４】本発明の一実施形態による超音波診断装置の探触子の具体的構成例図。
【図１５】同じく超音波診断装置に用いるスイッチ回路の具体的構成例図。
【図１６】図１５におけるスイッチ回路ブロック＃１の具体的構成例図。
【図１７】図１６におけるスイッチのオン／オフ間の切換え動作のタイムチャート。
【符号の説明】
【００６８】
１０…スイッチ回路、１０１〜１０６，１１１〜１１ｋ，１２１〜１２ｋ，１３１〜１３ｋ，１ｎ１〜１ｎｋ…スイッチ、１１０〜１３０，１５１〜１５ｍ…スイッチ回路ブロック、１４１〜１４４…スイッチ回路を含む半導体装置、２０１〜２０ｋ，２１１〜２４ｍ…第１の入出力端子、３０１〜３０６…第１の信号線、４０，４０１〜４０ｎ…第２の入出力端子、５０…第２の信号線、６０…探触子、６０１〜６０６，６１１〜６１ｍ…振動子、７０…制御回路、９２…送信回路、９３…受信回路、９４…超音波表示回路、９５…画像表示器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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