高壓模擬開關的制作方法
【專利說明】高壓模擬開關
[0001]相關引用
[0002]本申請主張于2014年11月12日在美國提交的第62/078,758號臨時專利申請和于2014年12月8日在美國提交的第14/563,675號專利申請的優先權和權益，并在此包含了前述專利申請的全部內容。
技術領域
[0003]本發明的實施例涉及高壓模擬開關，特別地，涉及到用于超聲醫療設備的模擬開關。
【背景技術】
[0004]高壓模擬開關應用于超聲醫療設備中，用以將發射/接收器電路復用至選定的壓電換能器。由于壓電激勵信號大約為±100V(即峰-峰值為200V)數量級，故應用于超聲醫療設備中的模擬開關必須能夠傳輸高壓信號。因此，目前應用于超聲醫療設備中的高壓模擬開關相對復雜，且需要一個或者多個高壓供電電源。高壓供電電源的使用不僅增加了超聲醫療設備的成本，而且產生了一些安全問題。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中的一個或多個問題，本發明的實施例提出一種可用于超聲醫療應用的尚壓t旲擬開關。
[0006]根據本發明一實施例的高壓模擬開關，可以傳輸高壓換能器激勵信號而無需高壓供電電源。該高壓模擬開關可包括三個輸出開關，其中一個輸出開關具有箝位電路，以確保當高壓模擬開關斷開時，位于高壓模擬開關輸入端的輸出開關中的晶體管保持截止。
[0007]根據本發明一實施例的高壓模擬開關，具有第一端口和第二端口。所述高壓模擬開關包括:第一輸出開關，包括第一端和第二端，其中，第一端耦接至高壓模擬開關的第一端口，第二端耦接至第二輸出開關的第一端，高壓模擬開關的第一端口接收高壓換能器激勵信號，第一輸出開關包括一個箝位電路，以確保當高壓模擬開關斷開時，第一輸出開關斷開;第二輸出開關，其第二端耦接至高壓模擬開關的第二端口，該端口耦接至壓電換能器；以及第三輸出開關，包括第一端和第二端，其中，第一端耦接至第一輸出開關的第二端和第二輸出開關的第一端，第二端耦接至地。
[0008]在一個實施例中，當高壓模擬開關導通時，第一輸出開關和第二輸出開關閉合，第三輸出開關斷開，高壓換能器激勵信號由高壓模擬開關的第一端口傳輸至第二端口，當高壓模擬開關斷開時，第一輸出開關和第二輸出開關斷開，第三輸出開關閉合。
[0009]在一個實施例中，第一輸出開關包括第一晶體管和第二晶體管，二者構成一個模擬開關，以及箝位電路，包括第三晶體管，第三晶體管具有第一端、第二端和柵極，其第一端耦接至第一和第二晶體管的柵極，第二端耦接至第一和第二晶體管的源極，當第一輸出開關斷開時，第三晶體管導通，將第一和第二晶體管的柵源短接。
[0010]在一個實施例中，第三晶體管的源極耦接至第一和第二晶體管的源極，漏極耦接至第一和第二晶體管的柵極。
[0011]在一個實施例中，箝位電路還包括一個箝位柵極驅動電路，以驅動第三晶體管的柵極，箝位柵極驅動電路包括一個鎖存單元。
[0012]在一個實施例中，鎖存單元包括第一反相器和第二反相器，第一反相器的輸出驅動第二反相器，第二反相器的輸出驅動第一反相器和第三晶體管的柵極。
[0013]在一個實施例中，第一反相器包括第四晶體管和第五晶體管，第二反相器包括第六晶體管和第七晶體管，第五和第七晶體管的源極耦接至第一和第二晶體管的源極，第六和第七晶體管的漏極耦接至第三晶體管的柵極。
[0014]在一個實施例中，所述的高壓模擬開關，還包括一個電流源和一個電容，電流源對電容進行充電，以產生一個以第一和第二晶體管源極為參考點的內部供電電壓。
[0015]根據本發明實施例的高壓模擬開關，無需高壓電源供電，簡化了電路結構，降低了生產成本并減少了安全問題。
【附圖說明】
[0016]下面的附圖有助于更好地理解接下來對本發明實施例的描述。為簡明起見，不同附圖中相同或類似的組件或結構采用相同的附圖標記。
[0017]圖1是根據本發明一實施例的超聲醫療設備的示意框圖。
[0018]圖2-4是根據本發明一實施例的高壓模擬開關的架構示意圖。
[0019]圖5是根據本發明一實施例的高壓模擬開關中輸出開關柵極驅動電路的架構示意圖。
[0020]圖6是根據本發明一實施例的輸出開關中箝位柵極驅動電路的架構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]在下面對本發明的詳細描述中，為了更好地理解本發明的實施例，描述了大量的電路、元件、方法等的具體細節。本領域技術人員將理解，即使缺少一些細節，本發明同樣可以實施。為清晰明了地闡述本發明，一些為本領域技術人員所熟知的細節在此不再贅述。
[0022]圖1是根據本發明一實施例的超聲醫療設備100的框圖。超聲醫療設備100可以是便攜式的、車載的，或者其它形式。如圖1所示，超聲醫療設備100包括多個發射器TX和接收器RX，多個高壓模擬開關102，多個壓電換能器103。發射器/接收器對發射器/接收器對105包括一個發射器TX和一個接收器RX，其中發射器TX用以發射換能器激勵信號，接收器RX用以接收相應的反饋信號，該反饋信號可包括來自被成像物體的回波。
[0023]發射器/接收器對105可通過多個高壓模擬開關102復用至多個壓電換能器103中的一個。如圖1示例，高壓模擬開關102被配置以為振幅為±90V(即峰-峰值為180V)的換能器激勵信號提供1-4復用。即通過四個高壓模擬開關102，發射器/接收器對105可以連接至四個壓電換能器103中的一個。壓電換能器103的選擇可通過閉合與該壓電換能器103對應連接的高壓模擬開關102并斷開其余三個高壓模擬開關102的方式來實現。本領域的技術人員應該理解，此處僅為示例說明，對復用比和換能器激勵信號的具體設定是可以改變的，并不超出本發明的精神和保護范圍。每個高壓模擬開關102可以具有第一端口用于耦接至發射器/接收器對105，以及第二端口用于耦接至壓電換能器103。
[0024]如圖1所示，超聲醫療設備100包括邏輯控制與信號處理電路101，該電路將換能器激勵信號送至壓電換能器103。發射器TX發射的換能器激勵信號傳輸至高壓模擬開關102，當高壓模擬開關102導通時，換能器激勵信號到達并激勵壓電換能器103。高壓保護電路104保護相應的接收器RX免于高壓換能器激勵信號的損壞。經激勵后，壓電換能器103向被成像物體發射超聲波。被成像物體產生的反射信號由壓電換能器103接收，通過高壓模擬開關102后送至接收器RX。接收到的反射信號相當地微弱，大約僅有±100uV至±100mV的量級。邏輯控制與信號處理電路101接收并處理反射信號，以構建被成像物體的圖像。
[0025]圖2是根據本發明一實施例的高壓模擬開關102的架構示意圖。可以理解，在超聲醫療設備100中有多個高壓模擬開關102，但為了說明更加清晰，在圖2和后續附圖中僅畫出了其中一個。高壓模擬開關102包括第一端口 SWin和第二端口 SWout。如圖1所示超聲醫療設備100中的應用，第一端口 SWin與發射器/接收器對105相連，第二端口 SWout與壓電換能器103相連。
[0026]圖3是根據本發明一實施例的高壓模擬開關102進一步的細節。在圖3所示例子中，高壓模擬開關102包括SWin端口、SWout端口和地端口RGnd。在圖3中，泄放電阻R1連接SWout端口和地端口RGnd;壓電換能器(PZT)的一端耦接至SWout端口，另一端耦接至地端口RGnd。從圖3也可以看出，SWin端口耦接至發射器/接收器對105中發射器TX的輸出和接收器RX的輸入。高壓保護電路104使接收器RX的輸入與SWin端口的高壓換能器激勵信號相隔離。
[0027]在超聲醫療應用中，高壓模擬開關102的主要作用是將發射器TX和接收器RX復用至選定的壓電換能器103。來自發射器TX的換能器激勵信號可以是頻率為1.0MHz至15MHz，幅值約為±100V量級的高壓脈沖信號。因此，高壓模擬開關102需要能夠傳輸或者阻斷高壓信號，在超聲醫療應用中，該高壓信號至少為土 40V(即峰-峰值至少為80V)。
[0028]圖3中，高壓模擬開關102包括三個輸出開關，分別命名為SWA、SWB和SWC。當高壓模擬開關102導通時，輸出開關SWA和SWC閉合，輸出開關SWB斷開。包含高壓脈沖的換能器激勵信號通