高压模拟开关的制作方法
【专利说明】高压模拟开关
[0001]相关引用
[0002]本申请主张于2014年11月12日在美国提交的第62/078,758号临时专利申请和于2014年12月8日在美国提交的第14/563,675号专利申请的优先权和权益，并在此包含了前述专利申请的全部内容。
技术领域
[0003]本发明的实施例涉及高压模拟开关，特别地，涉及到用于超声医疗设备的模拟开关。
【背景技术】
[0004]高压模拟开关应用于超声医疗设备中，用以将发射/接收器电路复用至选定的压电换能器。由于压电激励信号大约为±100V(即峰-峰值为200V)数量级，故应用于超声医疗设备中的模拟开关必须能够传输高压信号。因此，目前应用于超声医疗设备中的高压模拟开关相对复杂，且需要一个或者多个高压供电电源。高压供电电源的使用不仅增加了超声医疗设备的成本，而且产生了一些安全问题。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的实施例提出一种可用于超声医疗应用的尚压t旲拟开关。
[0006]根据本发明一实施例的高压模拟开关，可以传输高压换能器激励信号而无需高压供电电源。该高压模拟开关可包括三个输出开关，其中一个输出开关具有箝位电路，以确保当高压模拟开关断开时，位于高压模拟开关输入端的输出开关中的晶体管保持截止。
[0007]根据本发明一实施例的高压模拟开关，具有第一端口和第二端口。所述高压模拟开关包括:第一输出开关，包括第一端和第二端，其中，第一端耦接至高压模拟开关的第一端口，第二端耦接至第二输出开关的第一端，高压模拟开关的第一端口接收高压换能器激励信号，第一输出开关包括一个箝位电路，以确保当高压模拟开关断开时，第一输出开关断开;第二输出开关，其第二端耦接至高压模拟开关的第二端口，该端口耦接至压电换能器；以及第三输出开关，包括第一端和第二端，其中，第一端耦接至第一输出开关的第二端和第二输出开关的第一端，第二端耦接至地。
[0008]在一个实施例中，当高压模拟开关导通时，第一输出开关和第二输出开关闭合，第三输出开关断开，高压换能器激励信号由高压模拟开关的第一端口传输至第二端口，当高压模拟开关断开时，第一输出开关和第二输出开关断开，第三输出开关闭合。
[0009]在一个实施例中，第一输出开关包括第一晶体管和第二晶体管，二者构成一个模拟开关，以及箝位电路，包括第三晶体管，第三晶体管具有第一端、第二端和栅极，其第一端耦接至第一和第二晶体管的栅极，第二端耦接至第一和第二晶体管的源极，当第一输出开关断开时，第三晶体管导通，将第一和第二晶体管的栅源短接。
[0010]在一个实施例中，第三晶体管的源极耦接至第一和第二晶体管的源极，漏极耦接至第一和第二晶体管的栅极。
[0011]在一个实施例中，箝位电路还包括一个箝位栅极驱动电路，以驱动第三晶体管的栅极，箝位栅极驱动电路包括一个锁存单元。
[0012]在一个实施例中，锁存单元包括第一反相器和第二反相器，第一反相器的输出驱动第二反相器，第二反相器的输出驱动第一反相器和第三晶体管的栅极。
[0013]在一个实施例中，第一反相器包括第四晶体管和第五晶体管，第二反相器包括第六晶体管和第七晶体管，第五和第七晶体管的源极耦接至第一和第二晶体管的源极，第六和第七晶体管的漏极耦接至第三晶体管的栅极。
[0014]在一个实施例中，所述的高压模拟开关，还包括一个电流源和一个电容，电流源对电容进行充电，以产生一个以第一和第二晶体管源极为参考点的内部供电电压。
[0015]根据本发明实施例的高压模拟开关，无需高压电源供电，简化了电路结构，降低了生产成本并减少了安全问题。
【附图说明】
[0016]下面的附图有助于更好地理解接下来对本发明实施例的描述。为简明起见，不同附图中相同或类似的组件或结构采用相同的附图标记。
[0017]图1是根据本发明一实施例的超声医疗设备的示意框图。
[0018]图2-4是根据本发明一实施例的高压模拟开关的架构示意图。
[0019]图5是根据本发明一实施例的高压模拟开关中输出开关栅极驱动电路的架构示意图。
[0020]图6是根据本发明一实施例的输出开关中箝位栅极驱动电路的架构示意图。
【具体实施方式】
[0021]在下面对本发明的详细描述中，为了更好地理解本发明的实施例，描述了大量的电路、元件、方法等的具体细节。本领域技术人员将理解，即使缺少一些细节，本发明同样可以实施。为清晰明了地阐述本发明，一些为本领域技术人员所熟知的细节在此不再赘述。
[0022]图1是根据本发明一实施例的超声医疗设备100的框图。超声医疗设备100可以是便携式的、车载的，或者其它形式。如图1所示，超声医疗设备100包括多个发射器TX和接收器RX，多个高压模拟开关102，多个压电换能器103。发射器/接收器对发射器/接收器对105包括一个发射器TX和一个接收器RX，其中发射器TX用以发射换能器激励信号，接收器RX用以接收相应的反馈信号，该反馈信号可包括来自被成像物体的回波。
[0023]发射器/接收器对105可通过多个高压模拟开关102复用至多个压电换能器103中的一个。如图1示例，高压模拟开关102被配置以为振幅为±90V(即峰-峰值为180V)的换能器激励信号提供1-4复用。即通过四个高压模拟开关102，发射器/接收器对105可以连接至四个压电换能器103中的一个。压电换能器103的选择可通过闭合与该压电换能器103对应连接的高压模拟开关102并断开其余三个高压模拟开关102的方式来实现。本领域的技术人员应该理解，此处仅为示例说明，对复用比和换能器激励信号的具体设定是可以改变的，并不超出本发明的精神和保护范围。每个高压模拟开关102可以具有第一端口用于耦接至发射器/接收器对105，以及第二端口用于耦接至压电换能器103。
[0024]如图1所示，超声医疗设备100包括逻辑控制与信号处理电路101，该电路将换能器激励信号送至压电换能器103。发射器TX发射的换能器激励信号传输至高压模拟开关102，当高压模拟开关102导通时，换能器激励信号到达并激励压电换能器103。高压保护电路104保护相应的接收器RX免于高压换能器激励信号的损坏。经激励后，压电换能器103向被成像物体发射超声波。被成像物体产生的反射信号由压电换能器103接收，通过高压模拟开关102后送至接收器RX。接收到的反射信号相当地微弱，大约仅有±100uV至±100mV的量级。逻辑控制与信号处理电路101接收并处理反射信号，以构建被成像物体的图像。
[0025]图2是根据本发明一实施例的高压模拟开关102的架构示意图。可以理解，在超声医疗设备100中有多个高压模拟开关102，但为了说明更加清晰，在图2和后续附图中仅画出了其中一个。高压模拟开关102包括第一端口 SWin和第二端口 SWout。如图1所示超声医疗设备100中的应用，第一端口 SWin与发射器/接收器对105相连，第二端口 SWout与压电换能器103相连。
[0026]图3是根据本发明一实施例的高压模拟开关102进一步的细节。在图3所示例子中，高压模拟开关102包括SWin端口、SWout端口和地端口RGnd。在图3中，泄放电阻R1连接SWout端口和地端口RGnd;压电换能器(PZT)的一端耦接至SWout端口，另一端耦接至地端口RGnd。从图3也可以看出，SWin端口耦接至发射器/接收器对105中发射器TX的输出和接收器RX的输入。高压保护电路104使接收器RX的输入与SWin端口的高压换能器激励信号相隔离。
[0027]在超声医疗应用中，高压模拟开关102的主要作用是将发射器TX和接收器RX复用至选定的压电换能器103。来自发射器TX的换能器激励信号可以是频率为1.0MHz至15MHz，幅值约为±100V量级的高压脉冲信号。因此，高压模拟开关102需要能够传输或者阻断高压信号，在超声医疗应用中，该高压信号至少为土 40V(即峰-峰值至少为80V)。
[0028]图3中，高压模拟开关102包括三个输出开关，分别命名为SWA、SWB和SWC。当高压模拟开关102导通时，输出开关SWA和SWC闭合，输出开关SWB断开。包含高压脉冲的换能器激励信号通