半导体开关电路、信号处理装置以及超声波诊断装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体开关电路、信号处理装置以及超声波诊断装置。在半导体开关电路中，能够处理正负两极性的高电压信号，并且能够由低压电源进行控制。半导体开关电路具备：由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET、以及在栅极、源极间逆向连接的齐纳二极管(ZD1)构成的第1开关对(81)；与第1开关对(81)同样地构成的第2开关对(82)；以及由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET构成的第3开关对(83)。第1开关对(81)和第2开关对(82)在2个输入输出端子(101、102)间，经由连接节点(84)而串联连接。第3开关对(83)被连接在第1开关对(81)与第2开关对(82)之间的连接节点(84)和接地之间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具备高耐压的双向模拟开关的半导体开关电路、以及使用了该半导体开关电路的信号处理装置和超声波诊断装置。
技术介绍
近年来，伴随着超声波诊断装置的普及，需求更进一步的小型化、低价化。超声波诊断装置具备：用于收发超声波的压电探头、以及用于收发该压电探头的驱动信号和超声波信号的双向模拟开关，另外还具备用于驱动该双向模拟开关的多个电源。目前的超声波诊断装置存在安装多个电源成为障碍，从而无法实现广泛的小型化这样的问题。在专利文献1的课题中，记载有“提供一种具有良好的线性，并且电力损耗较少的双向模拟开关的半导体装置。此外，提供一种检测精度高的超声波诊断装置。”，作为其解决方法，记载有“在内置了在双向上能够接通或断开的开关电路、和所述开关电路的驱动电路的双向模拟开关的半导体装置中，所述驱动电路与第一以及第二电源连接，所述第一电源电压在施加给所述开关电路的输入输出端子的信号的最大电压值以上，所述第二电源电压在施加给所述开关电路的输入输出端子的信号的最小电压值以下，另外所述驱动电路在所述第一电源与所述开关电路之间，具备串联连接的齐纳二极管和P型MOSFET。此外，在超声波诊断装置中，具备所述半导体装置。”。图5表示比较例中的超声波诊断装置2A的主要部分结构。如图5所示，比较例的超声波诊断装置2A具备：基于触发信号而生成发送信号的发送驱动部7、将该发送信号提供给探头4的电子开关9A、由多个压电元件(未图示)构成的探头4、提供可变电压的驱动用电源5、以及提供固定电压的偏置用电源3。超声波诊断装置2A通过进行电子开关9A内部的多个双向模拟开关的开关动作，向探头4的规定的压电元件提供发送信号，来进行超声波扫描。电子开关9A，与设置在探头4中的多个压电元件相对应地设置有作为多个双向模拟开关的半导体开关电路。半导体开关电路与机械式继电器相比，具有高可靠性、小型、高速开关、低消耗电力、低噪音、长寿命等多种优点。驱动用电源5接受交流电力(图中记载为AC输入)的提供，基于电压控制信号生成正负驱动电压，并将生成的正负驱动电压提供给发送驱动部7。偏置用电源3接受交流电力的提供，生成固定的正负偏置电压，并将这些正负偏置电压提供给电子开关9A。该正负偏置电压相比于驱动用电源5提供的正负驱动电压为高电压。这样，超声波诊断装置2A中，分别设置有单独生成发送驱动部7的动作所需的驱动电压的驱动用电源5、和单独生成电子开关9的控制所需的偏置电压的偏置用电源3。由此，超声波诊断装置2A的零件个数增加，成为阻碍小型化的主要原因。图6表示比较例中的高耐压模拟开关集成电路90A的框图。构成比较例中的电子开关9A的高耐压模拟开关集成电路90A(半导体开关电路的一例)具备：进行多个开关的动作切换的移位寄存器91、保持开关的动作状态的锁存电路92、输出开关8A、以及驱动该输出开关8A的电平移位控制电路1A。移位寄存器91将输入信号DIN一边与输入信号CLK同步地移位，一边作为信号D输出至锁存电路92的各段。输出信号DOUT将输出至锁存电路92的最后段的信号输出。锁存电路92由多段构成，通过输入信号LE来锁存信号D和信号CL。锁存电路92将被锁存的各信号分别向电平移位控制电路1A的各段输出。电平移位控制电路1A由多段构成，其基于锁存电路92锁存的各信号，将输出开关8A的各段接通断开。输出开关8A由多段构成。输出开关8A的第1段切换是否向输入输出端子101-1与输入输出端子102-1之间传递切换模拟电压信号。以后以相同的方式，输出开关8A的第n段切换是否向输入输出端子101-n与输入输出端子102-n之间传递模拟电压信号。移位寄存器91和锁存电路92是将低压电源VDD作为驱动电源的低压电路。输出开关8A和电平移位控制电路1A是将正高压电源VPP和负高压电源VNN作为驱动电源的高压电路。正高压电源VPP被设定为比施加给输入输出端子101、102的信号电压高。负高压电源VNN被设定为比施加给输入输出端子101、102的信号电压低。图7表示比较例中的高耐压模拟开关集成电路90A的一部分的电路图。图7仅表示成为比较例的高耐压模拟开关集成电路90A的主要部分的输出开关8A、作为其驱动电路的电平移位控制电路1A的1段。如图7所示，输出开关8A具备：由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)851、852构成的开关对85、和由MOSFET861构成的开关部86。MOSFET851的漏极与输入输出端子101连接。MOSFET852的漏极与输入输出端子102连接。MOSFET861的源极与负高压电源VNN连接，并且漏极与MOSFET851、852的源极彼此的连接节点连接。被提供正高压电源VPP和负高压电源VNN作为驱动电源的电平移位控制电路1A基于开关控制信号SCTL，来控制该输出开关8A。开关对85是在输入输出端子101与输入输出端子102之间进行高电压信号的传递和切断的模拟开关。开关部86作为用于提高断开模拟开关时的信号切断性能即断开隔离特性的分流器而发挥作用。在向输入输出端子101、102施加高电压信号的情况下，向开关对85的栅极、源极间施加高电压。因此，构成开关对85的MOSFET851、852的栅极的构造必须为高耐压。由于这种高耐压栅极的MOSFET851、852的导通电压较高，所以对驱动它们的电平移位控制电路1A也必须提供高压电源。现有技术文献专利文献【专利文献1】日本特开2012-95168号对高耐压模拟开关集成电路而言，需求低插入损耗、可承受正负两极性的高电压信号的高耐压性能、针对高频信号的断开隔离性能(断开状态的阻抗)。因此，比较例的高耐压模拟开关集成电路需要提供正高压电源VPP和负高压电源VNN的偏置用电源3(参照图5)，成为阻碍小型化、低消耗电力的主要原因。在比较例的图7中，研究将提供给作为模拟开关的驱动电路的电平移位控制电路1A的正高压电源VPP低压化的情况。对于开关对85具备的MOSFET851、852，由于插入损耗而未被给予充分的导通电压，在最坏的情况下可能导致丧失作为开关的功能。此外，若将负高压电源VNN设定成低压或者接地电位，则在将比其低的电位的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体开关电路，其特征在于，具备：第1开关对，其由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET、以及在栅极、源极间逆向连接的齐纳二极管构成；第2开关对，其由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET、以及在栅极、源极间逆向连接的齐纳二极管构成；以及第3开关对，其由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET构成，所述第1开关对和所述第2开关对在2个输入输出端子间经由连接节点而串联连接，该第3开关对连接于所述第1开关对与所述第2开关对之间的所述连接节点。

【技术特征摘要】
2013.09.24 JP 2013-1968621.一种半导体开关电路，其特征在于，具备：
第1开关对，其由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET、以及
在栅极、源极间逆向连接的齐纳二极管构成；
第2开关对，其由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET、以及
在栅极、源极间逆向连接的齐纳二极管构成；以及
第3开关对，其由连接栅极彼此和源极彼此的2个MOSFET构成，
所述第1开关对和所述第2开关对在2个输入输出端子间经由连接节
点而串联连接，
该第3开关对连接于所述第1开关对与所述第2开关对之间的所述连
接节点。
2.根据权利要求1所述的半导体开关电路，其特征在于，
集成有多个所述第1开关对、所述第2开关对以及所述第3开关对的
组合。
3.根据权利要求1所述的半导体开关电路，其特征在于，
该半导体开关电路是将所述输入输出端子的一方的电压向另一方传
递，或者将所述输入输出端子的另一方的电压向一方传递的双向模拟开
关。
4.根据权利要求1所述的半导体开关电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：本多启伸，山下史哲，相泽淳一，
申请(专利权)人：株式会社日立功率半导体，
类型：发明
国别省市：日本;JP