(57)【要約】【課題】トランスを用いた超音波センサの送信時に発生するリンギングを抑制する。【解決手段】超音波センサ駆動回路１００は、一次巻線Ｌ１１,Ｌ１２、二次巻線Ｌ１３を有するトランスＴＬと、トランスＴＬに接続される差動対トランジスタＤＩＦＦと、振動子ＣＬＴとを有する。一次巻線の一端は差動対トランジスタＤＩＦＦの第１トランジスタＴｒ１の主導電路に、一次巻線の他端は差動対トランジスタＤＩＦＦの第２トランジスタＴｒ２の主導電路にそれぞれ接続される。差動対トランジスタＤＩＦＦの各制御電極ａ,ｂには、送信時において差動対トランジスタＤＩＦＦを相補的にオン／オフさせる第１制御信号Ｖａ,Ｖｂを印加した後に、差動対トランジスタの両制御電極に第２制御信号Ｖｃを印加して一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２に蓄積された電磁エネルギーを、第１減衰経路Ｘ１を介して接地電位ＧＮＤで吸収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記二次巻線側に接続される振動子と、前記一次巻線側に接続され、第１トランジスタ及び第２トランジスタによって構成される差動対トランジスタと、前記差動対トランジスタの共通接続点と接地電位との間に接続される第１電流源とを備え、前記第１トランジスタの出力は前記一次巻線の一端に、前記第２トランジスタの出力は前記一次巻線の他端にそれぞれ接続され、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの各制御電極には、ハイレベル／ローレベルを相補的に繰り返して前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを相補的にオン／オフさせる第１制御信号が印加され、前記一次巻線及び前記二次巻線に励磁エネルギーを蓄積させる超音波センサ駆動回路。
【請求項２】
前記一次巻線の一端には第１抵抗と第１スイッチとの第１直列接続体の一端が、前記一次巻線の他端には第２抵抗と第２スイッチとの第２直列接続体の一端がそれぞれ接続され、前記第１直列接続体と前記第２直列接続体の他端同士は共通に接続されて第２電流源の一端に接続され、前記第２電流源の他端は前記接地電位に接続される請求項１に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項３】
前記第１制御信号によって前記一次巻線及び前記二次巻線に前記励磁エネルギーを蓄積した後に、第２制御信号によって前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを共にオンさせて前記一次巻線側に蓄積された前記励磁エネルギーを、前記第１電流源を介して前記接地電位で吸収する請求項１に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項４】
前記第２制御信号は、前記第１制御信号のハイレベル／ローレベルのどちらかを固定したものである請求項３に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項５】
前記第１電流源は、第１カレントミラーの入力電流に基づき生成される前記第１カレントミラーの出力電流である請求項１または２に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項６】
前記第１カレントミラーの入力電流は、前記第１電流源で生成される電流値を可変する第１プログラマブル電流源で生成される請求項４に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項７】
前記第１電流源は、前記差動対トランジスタの前記共通接続点と前記接地電位との間に接続される第３トランジスタの制御電極に印加される駆動電圧によって生成される請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項８】
前記駆動電圧は、前記駆動電圧の大きさを可変するプログラマブル電圧源で生成される請求項７に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項９】
前記駆動電圧は、時間の経過と共に電圧値が減少するスロープ（傾斜）電圧である請求項７または８に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１０】
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、それぞれ前記第２電流源の電流の流れと順方向に接続されるダイオード素子である請求項９に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１１】
前記第２電流源は前記第２カレントミラーの入力電流に基づき生成される前記第２カレントミラーの出力電流である請求項１０に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１２】
前記第２カレントミラーの入力電流は、前記第２電流源で生成される電流値を可変する第２プログラマブル電流源で生成される請求項１１に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１３】
前記第２電流源は、前記第１直列接続体と前記第２直列接続体の他端同士と前記接地電位との間に接続されるスロープ制御トランジスタの制御電極に印加されるスロープ制御電圧によって生成される請求項９に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１４】
前記スロープ制御電圧は、前記スロープ制御電圧の大きさを可変するプログラマブル電圧源で生成される請求項１３に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１５】
前記スロープ制御電圧は、時間の経過と共に電圧値が減少する電圧である請求項１３または１４に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１６】
前記第１電流源及び前記第２電流源は１つのプログラマブル電流源で生成される請求項２に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１７】
前記第１トランジスタ、前記第２トランジスタ、前記第３トランジスタ、前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第１抵抗、前記第２抵抗、及び前記スロープ制御トランジスタは同じ半導体集積回路に内蔵される請求項１３に記載の超音波センサ駆動回路。
【請求項１８】
前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第１抵抗、及び前記第２抵抗は前記半導体集積回路には内蔵されない個別素子である請求項１３に記載の超音波センサ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を送信し、その反射波を受信することにより物体までの距離や物体の有無及び状態を検知する超音波センサの駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、超音波センサは乗用車用障害物検知装置、自動パーキングシステム、ベルトコンベア上の物体検知、自動ドア、侵入防止の監視、各種の変位計測など物体検知や各種センサなどに幅広く応用されている。
【０００３】
一般に、超音波センサとしては、１つの超音波振動子によって送信と受信を行うものが知られている。こうした超音波センサは、超音波振動子の駆動直後において超音波振動子の振動が徐々に低下する、いわゆる残響が生じるため、残響時間中に反射波が得られる近距離の物体を検出することが困難である。そこで、送信直後の超音波振動子の振動（残響振動）を速やかに減衰させる、いわゆる残響対策が課題となっている。
【０００４】
特許文献１は、超音波振動子を断続的に駆動して超音波を送信し、その超音波の物体からの反射波信号に基づいて、該物体を検知する超音波センサの駆動回路を開示する。この駆動回路は超音波センサの残響振動時間を短縮して、近距離の物体までも確実に検知しようとするものである。こうした目的を達成するために、一次巻線及び二次巻線を有し、二次巻線の両端に超音波振動子が接続されたプッシュプル型のトランスと、このトランスの一次巻線の各端にそれぞれ接続され、送信用駆動パルスが印加される電界効果トランジスタとを備え、超音波振動子とトランスによる電気的な共振振動数を、超音波センサの機械的な固有振動数と同一となるように設定するものである。
【０００５】
特許文献２は、インダクタ、キャパシタ、及び抵抗によってトランスの二次巻線側に構成される残響振動抑制回路を備える超音波センサを開示する。
【０００６】
特許文献３は、超音波振動子の駆動回路を開示する。また、トランスへの電力供給段の構成として、制御の容易さ、制御素子の損失の小さいこと等によりＦＥＴ、トランジスタなどのスイッチング素子で矩形波駆動させる方法が従来から広くとられていることを記す。更にプッシュプル駆動する場合、各相のインダクタンス、すなわち漏れ磁束はスイッチング素子のオフ時のエネルギーの放出先を失ってＦＥＴのドレイン間にスパイク電圧を発生させ、このスパイク電圧を防止するためには、ＦＥＴのオフスピードを遅くし熱としてＦＥＴで吸収する方法、ドレイン間にスナバ回路を入れて抵抗で吸収する方法などがあるがいずれも発熱するという問題点があることを指摘する。
【０００７】
特許文献４は、コイルの減衰回路を開示する。この減衰回路は、中間端子を挟んでコイル片を持つ複数のコイルと、各コイルのコイル片に駆動電流を選択的に流す選択手段と、定電流によって駆動電流を流す定電流源と、特定のコイルが駆動されたときにそのコイル端に接続された抵抗の電位を特定電位に保持する電位設定とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−８３９３５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２００８８号公報
【特許文献３】特許２６２６７３９号公報
【特許文献４】実開昭６２−１６４６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された超音波センサの駆動回路は、超音波振動子とトランスによる電気的な共振振動数を超音波センサの機械的な固有振動数と同一にするために、特許文献１の図６に示すようにコンデンサ８、ＦＥＴ９、及びＦＥＴ１０を用意しなければならない。また、特許文献１の図７に示すようにプッシュプル型トランスの両端に接続されるＦＥＴ２、ＦＥＴ３のゲートにはＦＥＴ９、ＦＥＴ１０のゲートに印加するパルス信号とは異なる信号を印加しなければならず、回路構成が複雑になるという不具合が生じる。また、機械的な固有振動数は超音波センサが設置される周囲の環境条件によって変化するため、電気的な共振振動数と機械的な固有振動数を同一にすることには困難が伴う。
【００１０】
また、特許文献２に記された超音波センサは、トランスの二次巻線側に残響振動抑制回路を備えるものであり、トランスの一次巻線側に残響抑制回路を備えることについては示していない。特に振動子が接続されるトランスの二次巻線側に備える残響振動抑制回路は、インダクタ及びキャパシタを有するために半導体集積回路で構成することは期待できない。
【００１１】
また特許文献３は、残響振動の抑制（減衰機能）については開示していない。
【００１２】
また、特許文献４は、コイルの両端に蓄積された電磁エネルギーを定電流源で放電させることは示しているが、コイルを励磁する方法までは示していない。
【００１３】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、超音波センサの出力値に応じて減衰機能を調整できる超音波センサ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る超音波センサ駆動回路は、一次巻線及び二次巻線を有するトランスと、前記二次巻線側に接続される振動子と、前記一次巻線側に接続され、第１トランジスタ及び第２トランジスタによって構成される差動対トランジスタと、前記差動対トランジスタの共通接続点と接地電位との間に接続される第１電流源とを備え、前記第１トランジスタの出力は前記一次巻線の一端に、前記第２トランジスタの出力は前記一次巻線の他端にそれぞれ接続され、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタの各制御電極には、ハイレベル／ローレベルを相補的に繰り返して前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを相補的にオン／オフさせる第１制御信号を印加して、前記一次巻線及び前記二次巻線に励磁エネルギーを蓄積する。
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路は、前記一次巻線の一端には第１抵と第１スイッチとの第１直列接続体の一端が、前記一次巻線の他端には第２抵抗と第２スイッチとの第２直列接続体の一端がそれぞれ接続され、前記第１直列接続体と前記第２接続体の他端同士は共通に接続されて第２電流源の一端に接続され、前記第２電流源の他端は前記接地電位に接続される。こうした構成によって、前記差動対トランジスタは前記トランスに電磁エネルギーを蓄積するためのスイッチング動作と、前記トランスに残留した電磁エネルギー（残留振動）を減衰するときのスイッチング動作の両方に作動させることができるので、超音波センサ駆動回路の小型化が得られる。
【００１５】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路は、前記第１制御信号によって前記一次巻線及び前記二次巻線に前記励磁エネルギーを蓄積した後に、第２制御信号によって前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタを共にオンさせて前記一次巻線側に蓄積された前記励磁エネルギーを、前記第１電流源を介して前記接地電位で吸収する。こうした構成によって、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタは前記トランスに電磁エネルギーを蓄積するためのスイッチング動作と、残留振動を減衰するときのスイッチング動作の両方に作動させることができるので、超音波センサ駆動回路の小型化が得られる。
【００１６】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第２制御信号は前記第１制御信号のハイレベル／ローレベルのどちらかを固定したものである。こうした構成によって、残留振動を減衰させるときに用いる第２制御信号の生成を極めて容易に行うことができるので超音波センサ駆動回路の小型化が得られる。
【００１７】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第１電流源は第１カレントミラーの入力電流に基づき生成される前記第１カレントミラーの出力電流である。こうした構成によって、前記第１カレントミラーの出力電流を設定することで残留振動の減衰時間を所望の長さに設定することができる。
【００１８】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第１カレントミラーの入力電流は前記第１電流源で生成される電流値を可変する第１プログラマブル電流源で生成される。こうした構成によって、前記第１カレントミラーの出力電流の大きさをプログラムすることで残留振動の減衰時間を多段階に亘り所望の長さに設定することができる。
【００１９】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第１電流源は前記差動対トランジスタの前記共通接続点と前記接地電位との間に接続される第３トランジスタの制御電極に印加される駆動電圧によって生成される。こうした構成によって、残留振動の減衰時間を比較的簡単な回路によって設定することができる。
【００２０】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記駆動電圧は前記駆動電圧の大きさを可変するプログラマブル電圧源で生成される。こうした構成によって、残留振動の減衰時間の設定をきめ細かに所望の大きさに設定することができる。
【００２１】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記駆動電圧は時間の経過と共に電圧値が減少するスロープ（傾斜）電圧である。こうした構成によって、残留振動の減衰時間を比較的簡単な回路によって設定することができる。
【００２２】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第１スイッチ（ダイオード素子）及び前記第２スイッチ（ダイオード素子）はそれぞれ前記第２電流源の電流の流れと順方向に接続される。こうした構成によって、残留振動の減衰経路に新たな第２減衰経路を追加することになるのでさらにきめ細かな減衰時間を設定することができる。
【００２３】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第２電流源は第２カレントミラーの入力電流に基づき生成される前記第２カレントミラーの出力電流である。こうした構成によって、前記第２カレントミラーの出力電流を設定することで前記第２減衰経路における残響振動の減衰時間を所望の長さに設定することができる。
【００２４】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第２カレントミラーの入力電流は前記第２電流源で生成される電流値を可変する第２プログラマブル電流源で生成される。こうした構成によって、前記第２カレントミラーの出力電流の大きさをプログラムすることで残留振動の減衰時間を多段階に亘り所望の長さに設定することができる。
【００２５】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第２電流源は前記第１直列接続体と前記第２直列接続体の他端同士と前記接地電位との間に接続されるスロープ制御トランジスタの制御電極に印加されるスロープ制御電圧によって生成される。こうした構成によって、前記第２減衰経路における残留振動の減衰時間を比較的簡単な回路によって設定することができる。
【００２６】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記スロープ制御電圧は前記スロープ制御電圧の大きさを可変するプログラマブル電圧源で生成される。こうした構成によって、前記第２減衰経路における残留振動の減衰時間を多段階に亘り設定することができる。
【００２７】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記スロープ制御電圧は時間の経過と共に電圧値が減少する電圧である。こうした構成によって、前記第２減衰経路における残留振動の減衰時間を比較的簡単な回路によって設定することができる。
【００２８】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路において、前記第１電流源及び前記第２電流源は１つのプログラマブル電流源で生成される。こうした構成によって、前記第１減衰経路と前記第２減衰経路の制御を１つのプログラマブル電流源で行うことができるので、回路構成のコンパクト化が図れることで超音波センサ駆動回路の小型化が得られる。
【００２９】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路は、前記第１トランジスタ、前記第２トランジスタ、前記第３トランジスタ、前記第４トランジスタ、前記第１スイッチ（ダイオード素子）、前記第２スイッチ（ダイオード素子）、前記第１抵抗、前記第２抵抗、及び前記スロープ制御トランジスタは同じ半導体集積回路に内蔵される。こうした構成によって、前記トランス及び前記振動子を除いたすべての回路素子を半導体集積回路化できるので超音波センサ駆動回路の小型化が得られる。
【００３０】
また、本発明に係る超音波センサ駆動回路は、前記第１スイッチ（ダイオード素子）、前記第２スイッチ（ダイオード素子）、前記第１抵抗、及び前記第２抵抗は前記半導体集積回路の外部に用意された個別素子である。こうした構成によって、超音波センサ駆動回路の電源電圧の大きさ、トランスの許容電流、許容電圧、さらには超音波センサの駆動能力等に応じてこれらのスイッチ（ダイオード素子）及び抵抗の電流容量、順方向電圧、耐圧等を適宜選ぶことが可能になり、超音波センサ駆動回路の用途の拡大化が図れる。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように、本発明によれば、一次巻線、二次巻線を備えたトランスと、二次巻線側に接続される振動子と、一次巻線に電流を供給するためにスイッチング駆動されるスイッチングトランジスタとを備えた超音波センサにおいて、超音波を送信した後に送信信号を所定の時間と所定の減衰特性をもって減衰（残響抑制）させ、その後に送信信号の反射信号を受信するようにしたので、残響振動を適正に抑制することができる。また、トランスをスイッチング駆動する時にトランス側に発生するスパイク状（リンギング）の電流、電圧を排除することができるので二次巻線側に接続される振動子から安定した信号を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る第１の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。
【図２】本発明に係る第２の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。
【図３】本発明に係る第３の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。
【図４】本発明に係る第４の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。
【図５】本発明に係る第５の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。
【図６】本発明に係る第６の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。
【図７】図１の主なノードの電圧、電流を示すタイミングチャートである。
【図８】図３において第２減衰経路Ｘ２のみを用いた場合の主なノードの電圧、電流を示すタイミングチャートである。
【図９】図３において第１減衰経路Ｘ１及び第２減衰経路Ｘ２を用いた場合の主なノードの電圧、電流を示すタイミングチャートである。
【図１０】送信信号ｔｘの送信から減衰に至るまでの遷移を示す概略図である。
【図１１】図２，図４，図５，及び図６に用いたプログラマブル電流源で生成される入力電流と減衰時間との関係を示す図である。
【図１２】図３，図４に用いたスロープ制御電流と減衰時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る第１の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。超音波センサ駆動回路１００は、トランスＴＬ、超音波振動子（以下、振動子と称する）ＣＬＴ、差動対トランジスタＤＩＦＦ、駆動電流調整トランジスタ（以下第３トランジスタと称する）Ｔｒ３、及び駆動電流調整回路ＤＩＣを備える。駆動電流調整回路ＤＩＣは数段階の電圧を第３トランジスタＴｒ３のゲート（制御電極）に駆動電圧Ｖｄｒｖを供給する。駆動電圧Ｖｄｒｖは少なくとも数段階に調整できるプログラマブル電圧源であることが好ましい。トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２は差動対トランジスタＤＩＦＦに接続され、トランスＴＬの二次巻線Ｌ１３側には振動子ＣＬＴが接続されている。振動子ＣＬＴは、例えばセラミック圧電素子で構成される。トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１,Ｌ１２の中間タップは電源端子ＶＣＣに接続されている。こうしたトランスＴＬは一般的にプッシュプル型とも呼ばれている。
【００３４】
図１に示した超音波センサ駆動回路１００において、差動対トランジスタＤＩＦＦ及び第３トランジスタＴｒ３は、単にトランスＴＬの一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２に電磁エネルギーを蓄積するだけではなく、蓄積された電磁エネルギーを減衰させるという役割も担っている。本書で、電磁エネルギーを積極的に減衰させる制御は残留振動の減衰や抑制に当たる。トランスＴＬの二次巻線Ｌ１３には振動子ＣＬＴが接続され、振動子ＣＬＴには送信部ＴＸ及び受信部ＲＸが接続されるが、詳細な回路は割愛する。
【００３５】
差動対トランジスタＤＩＦＦは例えば共にＮチャネルＭＯＳトランジスタからなる第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２で構成されている。差動対トランジスタＤＩＦＦは共通接続点ＣＳを共有し、差動アンプを形成している。第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２は、相補的（交互）にオン／オフを繰り返してトランスＴＬに電流を供給するスイッチングトランジスタとして作用する。差動対トランジスタＤＩＦＦは第３トランジスタＴｒ３からの引き込み（シンク）電流で作動する。第３トランジスタＴｒ３は例えばＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成され、本書での第１電流源を兼ねている。したがって、第１電流源の一端は共通接続点ＣＳに、第１電流源の他端は接地電位ＧＮＤに接続されていることになる。ここで、例えば第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２のソース同士を直接接続した場合には、ソース同士が共通接続点ＣＳに当たる。また、例えば抵抗やダイオードの一端をＭＯＳトランジスタのソースに接続し、前記抵抗や前記ダイオードの他端同士を接続した場合には該他端同士が共通接続点ＣＳに当たる。
【００３６】
駆動電流調整回路ＤＩＣは、第３トランジスタＴｒ３が差動対トランジスタＤＩＦＦから所定の駆動電流Ｉｄｒｖを引き込む（シンクする）ようにするために所定の駆動電圧Ｖｄｒｖを第３トランジスタＴｒ３の制御電極（ゲート）に印加する。駆動電圧Ｖｄｒｖは図示しないプログラマブル電圧源から電圧値が異なる２５６通りの電圧を印加するようにしている。また、こうした複数の駆動電圧Ｖｄｒｖを時間の経過と共に減少または増加させることもできる。なお、図１には図示及び説明の便宜上、駆動電流調整回路ＤＩＣが、第３トランジスタＴｒ３のゲート・ソース間の電圧を制御して駆動電流Ｉｄｒｖを制御するものを示している。
【００３７】
電源端子ＶＣＣに供給される電圧の最大値は６Ｖから１８Ｖまでの範囲において選ばれる。例えば、電源電圧ＶＣＣは１２Ｖ前後であるが、超音波センサの駆動能力等に応じて適宜設定されることになる。
【００３８】
差動対トランジスタＤＩＦＦを構成する第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２は所定の時間、具体的には振動子ＣＬＴから送信信号ｔｘを所定の物体に送信する時間においては相補的にオン／オフを繰り返して作動する。ここで相補的とは、第１トランジスタＴｒ１がオンの際には第２トランジスタＴｒ２はオフであり、第１トランジスタＴｒ１がオフの際には第２トランジスタＴｒ２はオンである状態を示す。これによって、第１トランジスタＴｒ１は第１スイッチング信号Ｖａにより、第２トランジスタＴｒ２は第２スイッチング信号Ｖｂによって、トランスＴＬをプッシュプル駆動する。なお、本書では、第１スイッチング信号Ｖａ及び第２スイッチング信号Ｖｂを併せて第１制御信号と称する。  
【００３９】
送信部ＴＸから送信信号ｔｘを送信した後、受信部ＲＸで受信信号ｒｘを受信するまでの所定の時間、差動対トランジスタＤＩＦＦは共にオン状態になるように制御される。こうした状態を本書でフルオン状態と称する。フルオン状態に置くために、差動対トランジスタＤＩＦＦの相補的な回路動作を解除しなければならない。このために第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２の制御電極（ゲート）に等しい電位を印加する。具体的には第１制御信号Ｖａ，Ｖｂから生成した第２制御信号Ｖｃを第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ２の制御電極（ゲート）に印加して、両トランジスタを共にオンさせることになる。第２制御信号Ｖｃは、第１制御信号Ｖａ，ＶｂのハイレベルＨ／ローレベルＬのどちらかのレベルを固定することで極めて容易に生成することができる。ここで、第２制御信号ＶｃをハイレベルＨに固定するかローレベルＬに固定するかの選択は、差動対トランジスタＤＩＦＦを構成するトランジスタの導電型によって決めることになる。図１は、第１トランジスタＴｒ１と第２トランジスタＴｒ２をＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成しているので、第２制御信号Ｖｃは第１制御信号Ｖａ，ＶｂのハイレベルＨと同じレベル（電位）になるように設定されている。
【００４０】
一次巻線Ｌ１１側に蓄積された電磁エネルギーは、第１トランジスタＴｒ１→第３トランジスタＴｒ３→接地電位ＧＮＤの電流経路で流れる第１電流Ｉ１によって接地電位ＧＮＤに吸収される。また、一次巻線Ｌ１２側に蓄積された電磁エネルギーは、第２トランジスタＴｒ２→第３トランジスタＴｒ３→接地電位ＧＮＤの電流経路で流れる第２電流Ｉ２によって接地電位ＧＮＤに吸収される。この２つの電流経路を合わせたものが減衰経路Ｘ１である。
【００４１】
差動対トランジスタＤＩＦＦをフルオン状態に設定する目的は、送信信号ｔｘの残響信号（振動）を所定の時間をもって減衰または抑制するためである。言い換えると送信信号ｔｘの送信から受信信号ｒｘの受信までの時間に生じる不具合を排除するためである。残響時間の短縮化を図るためには送信信号ｔｘの残響抑制を瞬時に行うことが好ましいように思える。しかし、発明者が種々検討した結果、残響抑制時間の短縮化を優先させると不具合が発生することを知見した。すなわち、インダクタンス成分を有するトランスＴＬに蓄積された電磁エネルギーを瞬間的に遮断してしまうとトランスＴＬの特に二次巻線Ｌ１３側に跳ね返りが生じ超音波センサとして性能が低下することを知見した。また、リンギングによる電圧がトランスの一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２側を駆動するスイッチングトランジスタ（第１トランジスタＴｒ１、第２トランジスタＴｒ２）のドレインの最大定格を超えてしまうこと、さらにリンギングによる電圧成分がトランスＴＬの二次巻線Ｌ１３を介して振動子ＣＬＴに伝わり、送信信号ｔｘにリンギング電圧成分が重畳されてしまい超音波センサとしての機能を適切に発揮できないということである。こうした不具合は送信信号ｔｘの振幅が大きくなるほど、すなわち高出力化に伴なって顕著に表れることを知見した。
【００４２】
そこで図１に示した超音波センサ駆動回路１００は、送信信号ｔｘを所定の物体に送信した後に減衰回路機能を有する第３トランジスタＴｒ３のゲートに印加するゲート電圧を駆動電流調整回路ＤＩＣで調整するようにして減衰回路機能を適宜調整できるようにしたものである。
【００４３】
（第２の実施形態）
図２は、本発明に係る第２の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。超音波センサ駆動回路２００は、図１に示した超音波センサ駆動回路１００とは、第３トランジスタＴｒ３及び駆動電流調整回路ＤＩＣを、第３トランジスタＴｒ３、第４トランジスタＴｒ４及びプログラマブル電流源ＰＲＣ１による回路構成に置き換えたものである。第３トランジスタＴｒ３と第４トランジスタＴｒ４はカレントミラーを構成する。カレントミラーの入力電流Ｉｐｒｏは、プログラマブル電流源ＰＲＣ１で生成される。カレントミラーの出力電流は第３トランジスタＴｒ３の出力側に流れる駆動電流Ｉｄｒｖであり、差動対トランジスタＤＩＦＦの駆動電流となる。駆動電流Ｉｄｒｖ、すなわちカレントミラーの出力電流は、プログラマブル電流源ＰＲＣ１で設定される入力電流Ｉｐｒｏの設定に基づき決定される。駆動電流Ｉｄｒｖは、例えば２５６段階の大きさにプログラムすることができる。これによって、超音波センサ駆動回路２００の減衰経路Ｘ１にもたらせる減衰時間を駆動電流Ｉｄｒｖの大きさに応じて適宜設定することで所定の時間に選ぶことができる。駆動電流Ｉｄｒｖを大きくすれば減衰時間を短くでき、逆に小さくすれば減衰時間は長くなる。
【００４４】
（第３の実施形態）
図３は、本発明に係る第３の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。超音波センサ駆動回路３００と、図１に示した超音波センサ回路駆動回路１００との類似点及び相違点は次のとおりである。まず、類似点を以下に示す。トランスＴＬ、振動子ＣＬＴを有し、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２側には差動対トランジスタＤＩＦＦが接続され、トランスＴＬの二次巻線Ｌ１３側には振動子ＣＬＴが接続されている。振動子ＣＬＴには送信部ＴＸ及び受信部ＲＸが接続されている。送信部ＴＸからは送信信号ｔｘが送信され、受信部ＲＸでは反射信号である受信信号ｒｘを受信する。トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１,Ｌ１２の中点は電源端子ＶＣＣに接続されている。また、両者は共に差動対トランジスタＤＩＦＦ、第３トランジスタＴｒ３、駆動電流調整回路ＤＩＣを備えている。さらに超音波センサ駆動回路３００において、差動対トランジスタＤＩＦＦ、第３トランジスタＴｒ３、及び駆動電流調整回路ＤＩＣは図１の超音波センサ駆動回路１００と同様に、単にトランスＴＬの一次巻線Ｌ１１、Ｌ１２に電磁エネルギーを蓄積させるだけではなく、残留振動を減衰させるという役割も担っている。
【００４５】
以上述べたように、超音波センサ駆動回路３００は、差動対トランジスタＤＩＦＦ、第３トランジスタＴｒ３及び駆動電流調整回路ＤＩＣは、超音波センサ駆動回路１００と同様であるので詳細な説明は割愛する。
【００４６】
次に超音波センサ駆動回路３００と超音波センサ駆動回路１００との相違点について述べる。
【００４７】
超音波センサ駆動回路３００は、  一次巻線Ｌ１１,Ｌ１２の一端に第１抵抗Ｒ１１と第１スイッチＳＷ１１との第１直列接続体の一端が接続されている。一次巻線Ｌ１１,Ｌ１２の他端には第２抵抗Ｒ１２と第２スイッチＳＷ１２との第２直列接続体の一端が接続されている。第１直列接続体と第２直列接続体の他端同士は共通に接続されて、ＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成されるスロープ制御トランジスタＴｒ５のドレインに接続されている。スロープ制御トランジスタＴｒ５のソースは接地電位ＧＮＤに接続されている。スロープ制御トランジスタＴｒ５は本書での第２電流源を兼ねている。第１直列接続体及び第２直列接続体は、スロープ制御トランジスタＴｒ５のドレイン−ソース間の主電流経路に直列に接続されている。したがって、第２電流源の一端は第１直列接続体と第２直列接続体の他端同士に、第２電流源の他端は接地電位ＧＮＤにそれぞれ接続されていることになる。      
【００４８】
送信部ＴＸから送信信号ｔｘを送信する区間ではスロープ制御トランジスタＴｒ５はオフ状態に置かれ、送信信号ｔｘが対象物体に向かって送信された後に所定の区間（時間）においてスロープ制御トランジスタＴｒ５がオンされ、一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２に残留した電磁エネルギー（残留振動）を、減衰経路Ｘ２を介して接地電位ＧＮＤで吸収する。なお、超音波センサ駆動回路３００は、残留した電磁エネルギーを減衰するのに第２減衰経路Ｘ２のみで十分ではあるが、第２減衰経路Ｘ２と第１減衰経路Ｘ１を併用するようにしてもよい。また、第１減衰経路Ｘ１のみを用いて減衰させてもよい。すなわち、超音波センサ駆動回路３００の残留振動を減衰、抑制するには第１減衰経路Ｘ１及び第２減衰経路Ｘ２の少なくともいずれか一方を選択すればよい。
【００４９】
第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２は一次巻線Ｌ１１，Ｌ１２に蓄積された電磁エネルギーを減衰させるためのいわゆる減衰回路として、また、第１スイッチＳＷ１１と第２スイッチＳＷ１２は、第１抵抗Ｒ１側と第２抵抗Ｒ２側との間で互いに電流が逆流しないようにするために用意されている。第１スイッチＳＷ１１及び第２スイッチＳＷ１２は、具体的にはダイオード素子で構成する。ここでダイオード素子とは、ダイオードそのものはもちろんのこと、電流の流れを一方向に限定できるダイオードや、ＭＯＳトランジスタ、及びバイポーラトランジスタなどが含まれる。ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタのオン／オフは制御信号Ｖｄによって行う。こうしたトランジスタをダイオード接続するようにして用いるならば制御信号Ｖｄは不要となる。なお、第１スイッチＳＷ１１及び第２スイッチＳＷ１２の役割と構成は後述の図４，図５，及び図６においても同様である。
【００５０】
なお超音波センサ駆動回路３００において、差動対トランジスタＤＩＦＦ、第３トランジスタＴｒ３、及び駆動電流調整回路ＤＩＣは同じ半導体集積回路に内蔵することができる。しかし、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第１スイッチＳＷ１１及び第２スイッチＳＷ１２は、該半導体集積回路に内蔵するか、または該半導体集積回路とは別に個別部品で構成してもよい。こうした抵抗、スイッチを個別部品で構成するならば、超音波センサの能力や電源電圧ＶＣＣの大きさに応じて、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第１スイッチＳＷ１１、及び第２スイッチＳＷ１２の電流容量や耐圧等に応じて適宜選ぶことができるので超音波センサ駆動回路の用途は広がる。
【００５１】
超音波センサ駆動回路３００において、スロープ制御トランジスタＴｒ５の制御電極すなわちゲートには所定の電圧に維持された固定電圧や、時間の経過と共に電圧値が減少するスロープ電圧Ｖｓｌが印加されている。スロープ電圧Ｖｓｌを生成するスロープ制御回路ＳＬＯＰＥはキャパシタ、抵抗、及びコンパレータとで所定のＣＲ時定数をもたせた非線形の信号を生成してもよいし、定電流源、キャパシタ、コンパレータ等を用いて直線性に優れた三角波、鋸波を生成するようにしてもよい。なお、スロープ制御回路ＳＬＯＰＥは、スロープ電圧Ｖｓｌを少なくとも数段階に設定できるようにプログラマブル電圧源で構成するとよい。
【００５２】
（第４の実施形態）
図４は、本発明に係る第４の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。超音波センサ駆動回路４００は、図３においての第３トランジスタＴｒ３及び駆動電流調整回路ＤＩＣを、第３トランジスタＴｒ３、第４トランジスタＴｒ４、及び第１プログラマブル電流源ＰＲＣ１による回路構成に置き換えたものである。第３トランジスタＴｒ３と第４トランジスタＴｒ４はよく知られるカレントミラーを構成する。カレントミラーの入力電流Ｉｐｒｏは、プログラマブル電流源ＰＲＣ１で生成される。カレントミラーの出力電流は第３トランジスタＴｒ３に流れる駆動電流Ｉｄｒｖであり、差動対トランジスタＤＩＦＦの駆動電流となる。駆動電流Ｉｄｒｖすなわちカレントミラーの出力電流は、プログラマブル電流源ＰＲＣ１で設定される入力電流Ｉｐｒｏ１の設定に基づき決定される。例えば、駆動電流Ｉｄｒｖは２５６段階の大きさに調整できるようにプログラムすることができる。なお、超音波センサ駆動回路４００の残留振動を減衰、抑制するには、超音波センサ駆動回路３００と同様に、第１減衰経路Ｘ１及び第２減衰経路Ｘ２の少なくともいずれか一方を選択すればよい。
【００５３】
（第５の実施形態）
図５は、本発明に係る第５の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。超音波センサ駆動回路５００は、図４においての減衰回路ＤＵＭの一部を構成するスロープ制御トランジスタＴｒ５及びスロープ制御回路ＳＬＯＰＥを、スロープ制御トランジスタＴｒ５、第６トランジスタＴｒ６、及び第２プログラマブル電流源ＰＲＣ２に置き換えたものである。スロープ制御トランジスタＴｒ５及び第６トランジスタＴｒ６は、カレントミラーを構成する。カレントミラーの入力電流Ｉｐｒｏは、第２プログラマブル電流源ＰＲＣ２で生成される。カレントミラーの出力電流はスロープ制御トランジスタＴｒ５に流れるスロープ電流Ｉｓｌとなる。スロープ電流Ｉｓｌすなわちカレントミラーの出力電流は、第２プログラマブル電流源ＰＲＣ２で設定される入力電流Ｉｐｒｏに基づき決定される。スロープ電流Ｉｓｌは、例えば２５６段階の大きさにプログラムされる。したがって、超音波センサ駆動回路５００は、第１減衰経路Ｘ１及び第２減衰経路Ｘ２を、共にプログラムが可能な電圧源や電流源によって生成された電流を用いて形成するものであり、トランスＴＬに発生する残留振動を所定の時間をもってきめ細かく減衰させることができる。いずれにしても、超音波センサ駆動回路５００においても、超音波センサ駆動回路３００，４００と同様に第１減衰経路Ｘ１及び第２減衰経路Ｘ２の少なくともいずれか一方を選択すればよい。
【００５４】
（第６の実施形態）
図６は、本発明に係る第６の実施形態を示す超音波センサ駆動回路である。超音波センサ駆動回路６００は、図５に示した超音波センサ駆動回路５００で用いた第１プログラマブル電流源ＰＲＣ１と第２プログラマブル電流源ＰＲＣ２を兼用し、１つのプログラマブル電流源で２つの減衰経路の制御を行うものである。そもそも超音波センサ駆動回路５００で用いた第１プログラマブル電流源ＰＲＣ１及び第２プログラマブル電流源ＰＲＣ２は、同一の半導体集積回路に内蔵されるものである。したがって、２つのプログラマブル電流源を１つにまとめ半導体集積回路に内蔵するならば、半導体集積回路チップを小型化することができるので半導体集積回路装置及び超音波センサ駆動回路の低廉価化が図れる。
【００５５】
図１〜図６までに本発明に係る６つの実施形態を示した。これらの超音波センサ駆動回路を構成するトランジスタは説明の便宜上ＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いた。しかし、バイポーラ型のＮＰＮトランジスタで構成することもできる。また、ＮチャネルＭＯＳトランジスタやＮＰＮトランジスタではなく、ＰチャネルＭＯＳトランジスタやバイポーラ型のＰＮＰトランジスタを用いて構成してもよい。
【００５６】
図７は、特に図１，図２に示した超音波センサ駆動回路１００，２００の主なノードの電圧、電流を示すタイミングチャートである。以下、図１を参照して図７について説明する。なお、図７は図３〜図６に示した超音波センサ駆動回路３００，４００，５００，及び６００においては、第２減衰経路Ｘ２を用いずに第１減衰経路Ｘ１のみを用いた場合にも適用される。
【００５７】
図７において、第１スイッチング信号Ｖａは第１トランジスタＴｒ１の制御電極（ゲート）ａに印加される。第１スイッチング信号Ｖａは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においてはハイレベルＨ及びローレベルＬを所定の周期で繰り返す。第１スイッチング信号Ｖａは、時刻ｔ４〜ｔ８の減衰Ｙ２においてはハイレベルＨに維持される。時刻ｔ８以降の受信Ｙ３においてはローレベルＬに維持される。送信Ｙ１は、送信部ＴＸから送信信号ｔｘを図示しない対象物体に向けて送信する区間である。減衰Ｙ２は、送信Ｙ１で送信した送信信号ｔｘ及びトランスＴＬ側の残響振動を減衰させる区間である。受信Ｙ３は、受信部ＲＸで受信信号ｒｘを受信する区間である。本書では、受信信号ｒｘそのものを示すものではなく、送信信号ｔｘの処理状態を示す。受信Ｙ３では送信信号ｔｘの送信は停止される。
【００５８】
第２スイッチング信号Ｖｂは、第２トランジスタＴｒ２の制御電極（ゲート）ｂに印加される。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においては第１スイッチング信号Ｖａと相補的にローレベルＬ及びハイレベルＨを所定の周期で繰り返す。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ４〜ｔ８の減衰Ｙ２においては第１スイッチング信号Ｖａと同様にハイレベルＨに維持される。第２スイッチング信号Ｖｂの時刻ｔ４〜ｔ８のハイレベルＨが本書での第２制御信号Ｖｃに該当し、後述の図９においても同様である。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ８以降の受信Ｙ３においては第１スイッチング信号Ｖａと同様にローレベルＬに維持される。
【００５９】
駆動電圧Ｖｄｒｖは、第３トランジスタＴｒ３の制御電極（ゲート）に印加される。駆動電圧Ｖｄｒｖは、送信Ｙ１及び減衰Ｙ２に関わらず常にハイレベルＨに置かれる。時刻ｔ８以降すなわち受信Ｙ３においてはトランスＴＬを駆動する必要もなく、また残留磁気エネルギーを減衰する必要もないのでローレベルＬに置かれる。
【００６０】
第１電流Ｉ１は、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１側、すなわち第１トランジスタＴｒ１に流れる電流である。第１電流Ｉ１は、駆動電圧ＶｄｒｖがハイレベルＨであるときに、第１スイッチング信号Ｖａに追随する。したがって、第１スイッチング信号Ｖａと同じタイミングでハイレベルＨ及びローレベルＬを繰り返す。なお、第１電流Ｉ１がハイレベルＨとは第１電流Ｉ１が第１トランジスタＴｒ１に流れる状態を、ローレベルＬとは流れない状態を示したものであって、電流そのものの大きさを示すものではない。
【００６１】
第２電流Ｉ２は、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１２側、すなわち第２トランジスタＴｒ２に流れる電流である。第２電流Ｉ２は、駆動電圧ＶｄｒｖがハイレベルＨであるときに第２スイッチング信号Ｖｂに追随する。したがって、第２スイッチング信号Ｖａと同じタイミングでハイレベルＨ及びローレベルＬを繰り返す。なお、第２電流Ｉ２は第１電流Ｉ１と同様であるが、ハイレベルＨとは第２電流Ｉ２が第２トランジスタＴｒ２に流れる状態を、ローレベルＬとは流れない状態を示したものであって、電流そのものの大きさを示すものではない。
【００６２】
受信Ｙ３は、時刻ｔ８〜ｔ１１の区間で示されている。受信Ｙ３では、送信信号ｔｘの送信及びトランスＴＬに残留したエネルギーの減衰は停止される。したがって、差動対トランジスタＤＩＦＦ、ドライブ電流制御回路ＤＩＣの回路動作を遮断するために第１スイッチング信号Ｖａをはじめ、すべての電圧、電流はローレベルＬに置かれる。
【００６３】
図８は、図３，図４に示した超音波センサ駆動回路３００，４００の主なノードの電圧、電流を示すタイミングチャートである。しかし、図８に示すタイミングチャートは、第１減衰経路Ｘ１を用いずに第２減衰経路Ｘ２のみを介してトランスＴＬ側の残留振動を接地電位ＧＮＤで吸収する方式を示すものであり、図７とは一部異なる。
【００６４】
第１スイッチング信号Ｖａは第１トランジスタＴｒ１の制御電極（ゲート）ａに印加される。第１スイッチング信号Ｖａは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においてはハイレベルＨ及びローレベルＬを所定の周期で繰り返す。第１スイッチング信号Ｖａは、時刻ｔ４〜ｔ８の減衰Ｙ２においてはローレベルＬに維持される。時刻ｔ８以降の受信Ｙ３においても同様にローレベルＬに維持される。第１スイッチング信号Ｖａは図７のそれと同様である。
【００６５】
第２スイッチング信号Ｖｂは第２トランジスタＴｒ２の制御電極（ゲート）ｂに印加される。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においては第１スイッチング信号Ｖａと相補的な関係をもって、ローレベルＬ及びハイレベルＨを所定の周期で繰り返す。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ４〜ｔ８の減衰Ｙ２においては第１スイッチング信号Ｖａと同様にローレベルＬに維持される。第１減衰経路Ｘ１を遮断するには第２スイッチング信号Ｖｂ及び第１スイッチング信号Ｖａを共にローレベルＬに設定する。時刻ｔ８以降の受信Ｙ３においてはローレベルＬに維持される。減衰Ｙ２は送信Ｙ１で送信した送信信号ｔｘを減衰させる区間である。言い換えれば残響を減衰、抑制する区間である。送信区間Ｙ１で送信した送信信号を減衰させる区間である。第２スイッチング信号Ｖｂは、第１スイッチング信号Ｖａと同様に図７のそれと同様である。
【００６６】
スロープ制御電圧Ｖｓｌは、減衰回路ＤＵＭのスロープ制御回路ＳＬＯＰＥからスロープ制御トランジスタＴｒ５のゲートに印加される。スロープ制御電圧Ｖｓｌは、送信Ｙ１の区間においてはローレベルＬに置かれる。減衰Ｙ２の区間においてはハレベルＨに置かれる。これによって、第２減衰経路Ｘ２が形成される。受信区間Ｙ３においては再度ローレベルＬに置かれる。スロープ制御電圧ＶｓｌがローレベルＬである送信Ｙ１及び受信Ｙ３の区間では、第２減衰経路Ｘ２の形成は遮断される。すなわち、スロープ制御電圧ＶｓｌがハイレベルＨのときにのみ第２減衰経路Ｘ２が形成される。
【００６７】
駆動電圧Ｖｄｒｖは、第３トランジスタＴｒ３のゲートに印加される。駆動電圧Ｖｄｒｖは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においてはハイレベルＨを維持する。駆動電圧Ｖｄｒｖは、減衰Ｙ２及び受信Ｙ３の区間においてはローレベルＬに置かれ、第１減衰経路Ｘ１によるトランスＴＬ側の残響振動の減衰、抑制は遮断される。図８は、第２減衰経路Ｘ２のみを利用した場合を示すので第１減衰経路Ｘ１の形成は遮断される。
【００６８】
第１電流Ｉ１は、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１側すなわち第１トランジスタＴｒ１に流れる電流であり、第１スイッチング信号Ｖａに追随する。したがって、第１スイッチング信号Ｖａと同じ信号波形となる。
【００６９】
第２電流Ｉ２は、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１２側すなわち第２トランジスタＴｒ２に流れる電流であり、第２スイッチング信号Ｖｂに追随する。したがって、第２スイッチング信号Ｖｂと同じ信号波形となる。第３電流Ｉ３は、図３，図４において第１抵抗Ｒ１１に流れる電流である。
【００７０】
第３電流Ｉ３は、スロープ制御電圧Ｖｓｌに追随する。したがって第３電流Ｉ３は、減衰Ｙ２の区間においては流れるがその他の区間では流れない。
【００７１】
第４電流Ｉ４は、図３，図４において第２抵抗Ｒ１２に流れる電流である。第４電流Ｉ４は、第３電流Ｉ３と同じ振る舞いとなる。
【００７２】
受信Ｙ３は時刻ｔ８〜ｔ１１の区間で示されている。受信Ｙ３では、送信信号ｔｘの送信及びトランスＴＬに残留したエネルギーの減衰は停止される。したがって、差動対トランジスタＤＩＦＦ、及びドライブ電流制御回路ＤＩＣの回路動作を遮断するために第１スイッチング信号Ｖａをはじめ、すべての電圧、電流はローレベルＬに置かれる。
【００７３】
図９は、図３に示した超音波センサ駆動回路３００の主なノードの電圧、電流を示すタイミングチャートである。図９は前述の図８に関連する。図８は第２減衰経路Ｘ２のみを介してトランスＴＬ側の残留振動を接地電位ＧＮＤに吸収する方式を示した。これに対して図９は、第２減衰経路Ｘ２と第１減衰経路Ｘ１を併用する方式でのタイミングチャートである。
【００７４】
第１スイッチング信号Ｖａは、第１トランジスタＴｒ１の制御電極（ゲート）ａに印加される。第１スイッチング信号Ｖａは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においてはハイレベルＨ及びローレベルＬを所定の周期で繰り返す。第１スイッチング信号Ｖａは、時刻ｔ４〜ｔ８の減衰Ｙ２においてはハイレベルＨに維持される。時刻ｔ８以降の受信Ｙ３ではローレベルＬに維持される。第１スイッチング信号Ｖａは、図７，図８のそれらと同じである。
【００７５】
第２スイッチング信号Ｖｂは、第２トランジスタＴｒ２の制御電極（ゲート）ｂに印加される。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ０〜ｔ３の送信Ｙ１においてはハイレベルＨ及びローレベルＬを所定の周期で繰り返す。第２スイッチング信号Ｖｂは、時刻ｔ４〜ｔ８の減衰Ｙ２においては第１スイッチング信号Ｖａと同様にハイレベルＨに維持される。減衰Ｙ２の区間においては、第１スイッチング信号Ｖａ及び第２スイッチング信号Ｖｂを共にハイレレベルＨに維持することで第１減衰経路Ｘ１が形成される。
【００７６】
スロープ制御電圧Ｖｓｌは減衰回路ＤＵＭのスロープ制御回路ＳＬＯＰＥからスロープ制御トランジスタＴｒ５の制御電極（ゲート）に印加される。スロープ制御電圧Ｖｓｌは、送信Ｙ１においてはローレベルＬに置かれ、減衰Ｙ２においてはハイレベルＨに置かれる。これによって第２減衰経路Ｘ２が形成される。したがって、スロープ制御電圧Ｖｓｌ、第１スイッチング信号Ｖａ、及び第２スイッチング信号ＶｂをいずれもハイレベルＨに置くことによって、第２減衰経路Ｘ２及び第１減衰経路Ｘ１の２つの減衰経路が形成される。
【００７７】
駆動電圧Ｖｄｒｖは、第３トランジスタＴｒ３の制御電極に印加される。駆動電圧Ｖｄｒｖは、時刻ｔ０〜ｔ８の区間においてはハイレベルＨに置かれる。これによって、差動対トランジスタＤＩＦＦ、及び第３トランジスタＴｒ３は送信Ｙ１及び減衰Ｙ２においてオンに置かれることになる。
【００７８】
第１電流Ｉ１は、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１１側すなわち第１トランジスタＴｒ１に流れる電流である。第１電流Ｉ１は駆動電圧ＶｄｒｖがハイレベルＨであるとき第１スイッチング信号Ｖａに追随する。したがって、第１スイッチング信号Ｖａと同じ信号波形となる。
【００７９】
第２電流Ｉ２は、トランスＴＬの一次巻線Ｌ１２側すなわち第２トランジスタＴｒ２に流れる電流である。第２電流Ｉ２は駆動電圧ＶｄｒｖがハイレベルＨであるとき第２スイッチング信号Ｖｂに追随する。したがって、第２スイッチング信号Ｖｂと同じ信号波形となる。
【００８０】
第３電流Ｉ３は、第１抵抗Ｒ１１に流れる電流である。第３電流Ｉ３は、スロープ制御電圧Ｖｓｌに追随する。したがって、第３電流Ｉ３は減衰Ｙ２（時刻ｔ４〜ｔ８）の区間で流れる。
【００８１】
第４電流Ｉ４は、第２抵抗Ｒ１２に流れる電流である。第４電流Ｉ４は、スロープ制御電圧Ｖｓｌに追随する。したがって、第３電流Ｉ３と同様に減衰Ｙ２（時刻ｔ４〜ｔ８）の区間で流れる。
【００８２】
図１０は、図１〜図６に示した超音波センサ駆動回路１００，２００，３００，４００，５００，及び６００において、送信部ＴＸから送信信号ｔｘが送信される後の送信信号ｔｘの減衰状態を模式的に示した図である。送信Ｙ１（時刻ｔ０〜ｔ３）で送信信号ｔｘが送信されると、時刻ｔ８以降の区間Ｙ３（受信）で受信信号ｒｘを受信部ＲＸで受信するまでの減衰Ｙ２においては、送信信号ｔｘを瞬時に減衰させるのではなく徐々に減衰させる状態を示す。減衰時間ｔｄｕｍすなわち時刻ｔ４〜ｔ８の時間は、例えば、図１の超音波センサ駆動回路１００においては駆動電流調整回路ＤＩＣによって、図３の超音波センサ駆動回路３００においては駆動電流調整回路ＤＩＣ及び減衰回路ＤＵＭによってそれぞれ設定される。
【００８３】
図１１は、トランスＴＬの残留エネルギー（残留振動）を接地電位ＧＮＤで吸収するときの駆動電流Ｉｄｒｖと減衰時間ｔｄｕｍとの関係を示す。なお、駆動電流Ｉｄｒｖは図２，図４，図５，及び図６に示したプログラマブル電流源ＰＲＣ１で生成される入力電流Ｉｐｒｏに置き換えている。図１１において、横軸に入力電流Ｉｐｒｏ（Ｉｄｒｖ）を、縦軸に減衰時間ｔｄｕｍをそれぞれ示す。入力電流Ｉｐｒｏは、例えば入力電流Ｉｐｒｏ１から入力電流Ｉｐｒｏ２５６までの２５６段階に設定されている。入力電流Ｉｐｒｏ１よりは入力電流Ｉｐｒｏ２が大きく、入力電流Ｉｐｒｏ２よりは入力電流Ｉｐｒｏ３が大きくなるように設定され、最も大きな電流が入力電流Ｉｐｒｏ２５６である。入力電流Ｉｐｒｏ１，Ｉｐｒｏ２，Ｉｐｒｏ３・・・・・Ｉｐｒｏ２５４，Ｉｐｒｏ２５５，Ｉｐｒｏ２５６のときの減衰時間ｔｄｕｍは、それぞれｔｄｕｍ１，ｔｄｕｍ２，ｔｄｕｍ３・・・・・ｔｄｕｍ２５４，ｔｄｕｍ２５５，ｔｄｕｍ２５６であることを示す。したがって、入力電流Ｉｐｒｏが大きくなるにつれ減衰時間ｔｄｕｍは小さくなることを示している。入力電流Ｉｐｒｏの大きさは設定すべき減衰時間ｔｄｕｍに基づき決定することになる。なお、入力電流Ｉｐｒｏの大きさは２５６段階の１つに設定せずに時間の経過と共に電圧値を減少させるようにしてもよい。
【００８４】
図１２は、図３，図４，及び図５に示した減衰回路ＤＵＭで生成されるスロープ電流Ｉｓｌと減衰時間ｔｄｕｍとの関係を示す。減衰時間ｔｄｕｍは、スロープ電流Ｉｓｌが大きいほど短くなり、小さくなるほど長くなる関係を示す。ここで減衰時間ｔｄｕｍは、例えば図８または図１０に示した減衰Ｙ２に要する時間を指す。送信信号ｔｘを送信した後にトランスＴＬ側の残留エネルギー（残留振動）を減衰させるには第１減衰経路Ｘ１及び第２減衰経路Ｘ２の少なくとも一方を用いることにある。図１２は第２減衰経路Ｘ２のみを用いる方法である。第２減衰経路Ｘ２の利用は減衰時間ｔｄｕｍをどの程度に設定するかによって変わってくる。いずれにしても減衰時間ｔｄｕｍは超音波センサの能力、電源端子ＶＣＣの大きさ、トランスＴＬの大きさ、トランスＴＬの材質、振動子ＣＬＴの特性等に基づき決定することになる。
【００８５】
図１２において横軸はスロープ制御電流Ｉｓｌ（スロープ制御電圧Ｖｓｌ）を、縦軸は減衰時間ｔｄｕｍをそれぞれ示す。スリープ制御電流Ｉｓｌが比較的小さいスリープ制御電流Ｉｓｌ１（Ｖｓｌ１）のときの減衰時間はｔｄｕｍ１で示されている。スリープ制御電流Ｉｓｌが比較的大きいスリープ制御電流Ｉｓｌ３（Ｖｓｌ３）のときは減衰時間ｔｄｕｍ３で示している。スリープ制御電流Ｉｓｌ１とＩｓｌ３の中間であるスリープ制御電流Ｉｓｌ２のときの減衰時間はｔｄｕｍ２で示している。なお、スリープ制御電流Ｉｓｌの大きさはプログラマブル電流源やプログラマブル電圧源によってスロープ制御電圧Ｖｓｌの大きさを制御して行うことが好ましい。
【００８６】
さて、図１〜図６にそれぞれ示した超音波センサ駆動回路１００，２００，３００，４００，５００，及び６００は、振動子ＣＬＴ及びトランスＴＬを除いたトランジスタ、ダイオード素子、抵抗、カレントミラー、プログラマブル電流源等を半導体集積回路に内蔵することができる。
【００８７】
しかし、図３，図４，図５，及び図６に示した第１抵抗Ｒ１１、第２抵抗Ｒ１２、第１スイッチＳＷ１１、及び第２スイッチＳＷ１２は、上記半導体集積回路に内蔵しないで個別部品で構成するという選択肢も起こりうる。なぜならば、こうした抵抗及びダイオード素子を半導体集積回路の外部に用意することで、電源電圧の大きさ、トランスの許容電流、許容電圧、さらには超音波センサの駆動能力等に応じて抵抗値、ダイオード素子の電流容量、順方向電圧、耐圧等を適宜選ぶことが可能になるからである。これによって広範囲に亘り最適な超音波センサ駆動回路を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
以上のように、本発明の超音波センサ駆動回路は、差動対トランジスタによって送信信号の生成と送信後の残響振動の減衰経路を兼ねることが可能となる。そのため、超音波センサ駆動回路の小型化が実現できるので、その産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【００８９】
１００，２００，３００，４００，５００，６００  超音波センサ駆動回路
ＣＬＴ  振動子
ＣＳ  共通接続点
ＤＩＣ  駆動電流調整回路
ＤＩＦＦ  差動対トランジスタ
ＤＵＭ  減衰回路
ＧＮＤ  接地電位
Ｉ１  第１電流
Ｉ２  第２電流
Ｉ３  第３電流
Ｉ４  第４電流
Ｉｄｒｖ  駆動電流
Ｉｐｒｏ，Ｉｐｒｏ１〜Ｉｐｒｏ２５６  入力電流
Ｉｓｌ  スロープ制御電流
Ｌ１１，Ｌ１２  一次巻線
Ｌ１３  二次巻線
ＰＲＣ１  第１プログラマブル電流源
ＰＲＣ２  第２プログラマブル電流源
Ｒ１１  第１抵抗
Ｒ１２  第２抵抗
ＲＸ  受信部
ｒｘ  受信信号
ＳＬＯＰＥ  スロープ制御回路
ＳＷ１１  第１スイッチ（ダイオード素子）
ＳＷ１２  第２スイッチ（ダイオード素子）
ＴＬ  トランス
Ｔｒ１  第１トランジスタ
Ｔｒ２  第２トランジスタ
Ｔｒ３  第３トランジスタ（駆動電流調整トランジスタ、第１電流源）
Ｔｒ４  第４トランジスタ
Ｔｒ５  第５トランジスタ（スロープ制御トランジスタ、第２電流源）
Ｔｒ６  第６トランジスタ
ＴＸ  送信部
ｔｘ  送信信号
Ｖａ  第１スイッチング信号（第１制御信号）
Ｖｂ  第２スイッチング信号（第１制御信号）
Ｖｃ  第２制御信号
ＶＣＣ，ＶＤＤ  電源端子
Ｖｄｒｖ  駆動電圧
Ｖｓｌ  スロープ制御電圧
Ｘ１  第１減衰経路
Ｘ２  第２減衰経路
Ｙ１  送信
Ｙ２  減衰
Ｙ３  受信
【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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