高壓模擬開關(guān)的制作方法
【專利說明】高壓模擬開關(guān)
[0001]相關(guān)引用
[0002]本申請(qǐng)主張于2014年11月12日在美國提交的第62/078,758號(hào)臨時(shí)專利申請(qǐng)和于2014年12月8日在美國提交的第14/563,675號(hào)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，并在此包含了前述專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例涉及高壓模擬開關(guān)，特別地，涉及到用于超聲醫(yī)療設(shè)備的模擬開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0004]高壓模擬開關(guān)應(yīng)用于超聲醫(yī)療設(shè)備中，用以將發(fā)射/接收器電路復(fù)用至選定的壓電換能器。由于壓電激勵(lì)信號(hào)大約為±100V(即峰-峰值為200V)數(shù)量級(jí)，故應(yīng)用于超聲醫(yī)療設(shè)備中的模擬開關(guān)必須能夠傳輸高壓信號(hào)。因此，目前應(yīng)用于超聲醫(yī)療設(shè)備中的高壓模擬開關(guān)相對(duì)復(fù)雜，且需要一個(gè)或者多個(gè)高壓供電電源。高壓供電電源的使用不僅增加了超聲醫(yī)療設(shè)備的成本，而且產(chǎn)生了一些安全問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種可用于超聲醫(yī)療應(yīng)用的尚壓t旲擬開關(guān)。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)，可以傳輸高壓換能器激勵(lì)信號(hào)而無需高壓供電電源。該高壓模擬開關(guān)可包括三個(gè)輸出開關(guān)，其中一個(gè)輸出開關(guān)具有箝位電路，以確保當(dāng)高壓模擬開關(guān)斷開時(shí)，位于高壓模擬開關(guān)輸入端的輸出開關(guān)中的晶體管保持截止。
[0007]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)，具有第一端口和第二端口。所述高壓模擬開關(guān)包括:第一輸出開關(guān)，包括第一端和第二端，其中，第一端耦接至高壓模擬開關(guān)的第一端口，第二端耦接至第二輸出開關(guān)的第一端，高壓模擬開關(guān)的第一端口接收高壓換能器激勵(lì)信號(hào)，第一輸出開關(guān)包括一個(gè)箝位電路，以確保當(dāng)高壓模擬開關(guān)斷開時(shí)，第一輸出開關(guān)斷開;第二輸出開關(guān)，其第二端耦接至高壓模擬開關(guān)的第二端口，該端口耦接至壓電換能器；以及第三輸出開關(guān)，包括第一端和第二端，其中，第一端耦接至第一輸出開關(guān)的第二端和第二輸出開關(guān)的第一端，第二端耦接至地。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)高壓模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān)閉合，第三輸出開關(guān)斷開，高壓換能器激勵(lì)信號(hào)由高壓模擬開關(guān)的第一端口傳輸至第二端口，當(dāng)高壓模擬開關(guān)斷開時(shí)，第一輸出開關(guān)和第二輸出開關(guān)斷開，第三輸出開關(guān)閉合。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，第一輸出開關(guān)包括第一晶體管和第二晶體管，二者構(gòu)成一個(gè)模擬開關(guān)，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(dāng)?shù)谝惠敵鲩_關(guān)斷開時(shí)，第三晶體管導(dǎo)通，將第一和第二晶體管的柵源短接。
[0010]在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，箝位電路還包括一個(gè)箝位柵極驅(qū)動(dòng)電路，以驅(qū)動(dòng)第三晶體管的柵極，箝位柵極驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)鎖存單元。
[0012]在一個(gè)實(shí)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(qū)動(dòng)第二反相器，第二反相器的輸出驅(qū)動(dòng)第一反相器和第三晶體管的柵極。
[0013]在一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例中，所述的高壓模擬開關(guān)，還包括一個(gè)電流源和一個(gè)電容，電流源對(duì)電容進(jìn)行充電，以產(chǎn)生一個(gè)以第一和第二晶體管源極為參考點(diǎn)的內(nèi)部供電電壓。
[0015]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)，無需高壓電源供電，簡化了電路結(jié)構(gòu)，降低了生產(chǎn)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(duì)本發(fā)明實(shí)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(jié)構(gòu)采用相同的附圖標(biāo)記。
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超聲醫(yī)療設(shè)備的示意框圖。
[0018]圖2-4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)的架構(gòu)示意圖。
[0019]圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)中輸出開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)電路的架構(gòu)示意圖。
[0020]圖6是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的輸出開關(guān)中箝位柵極驅(qū)動(dòng)電路的架構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)描述中，為了更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例，描述了大量的電路、元件、方法等的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，即使缺少一些細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。為清晰明了地闡述本發(fā)明，一些為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的細(xì)節(jié)在此不再贅述。
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超聲醫(yī)療設(shè)備100的框圖。超聲醫(yī)療設(shè)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(yī)療設(shè)備100包括多個(gè)發(fā)射器TX和接收器RX，多個(gè)高壓模擬開關(guān)102，多個(gè)壓電換能器103。發(fā)射器/接收器對(duì)發(fā)射器/接收器對(duì)105包括一個(gè)發(fā)射器TX和一個(gè)接收器RX，其中發(fā)射器TX用以發(fā)射換能器激勵(lì)信號(hào)，接收器RX用以接收相應(yīng)的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)可包括來自被成像物體的回波。
[0023]發(fā)射器/接收器對(duì)105可通過多個(gè)高壓模擬開關(guān)102復(fù)用至多個(gè)壓電換能器103中的一個(gè)。如圖1示例，高壓模擬開關(guān)102被配置以為振幅為±90V(即峰-峰值為180V)的換能器激勵(lì)信號(hào)提供1-4復(fù)用。即通過四個(gè)高壓模擬開關(guān)102，發(fā)射器/接收器對(duì)105可以連接至四個(gè)壓電換能器103中的一個(gè)。壓電換能器103的選擇可通過閉合與該壓電換能器103對(duì)應(yīng)連接的高壓模擬開關(guān)102并斷開其余三個(gè)高壓模擬開關(guān)102的方式來實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，此處僅為示例說明，對(duì)復(fù)用比和換能器激勵(lì)信號(hào)的具體設(shè)定是可以改變的，并不超出本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。每個(gè)高壓模擬開關(guān)102可以具有第一端口用于耦接至發(fā)射器/接收器對(duì)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(yī)療設(shè)備100包括邏輯控制與信號(hào)處理電路101，該電路將換能器激勵(lì)信號(hào)送至壓電換能器103。發(fā)射器TX發(fā)射的換能器激勵(lì)信號(hào)傳輸至高壓模擬開關(guān)102，當(dāng)高壓模擬開關(guān)102導(dǎo)通時(shí)，換能器激勵(lì)信號(hào)到達(dá)并激勵(lì)壓電換能器103。高壓保護(hù)電路104保護(hù)相應(yīng)的接收器RX免于高壓換能器激勵(lì)信號(hào)的損壞。經(jīng)激勵(lì)后，壓電換能器103向被成像物體發(fā)射超聲波。被成像物體產(chǎn)生的反射信號(hào)由壓電換能器103接收，通過高壓模擬開關(guān)102后送至接收器RX。接收到的反射信號(hào)相當(dāng)?shù)匚⑷?，大約僅有±100uV至±100mV的量級(jí)。邏輯控制與信號(hào)處理電路101接收并處理反射信號(hào)，以構(gòu)建被成像物體的圖像。
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)102的架構(gòu)示意圖?？梢岳斫?，在超聲醫(yī)療設(shè)備100中有多個(gè)高壓模擬開關(guān)102，但為了說明更加清晰，在圖2和后續(xù)附圖中僅畫出了其中一個(gè)。高壓模擬開關(guān)102包括第一端口 SWin和第二端口 SWout。如圖1所示超聲醫(yī)療設(shè)備100中的應(yīng)用，第一端口 SWin與發(fā)射器/接收器對(duì)105相連，第二端口 SWout與壓電換能器103相連。
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的高壓模擬開關(guān)102進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。在圖3所示例子中，高壓模擬開關(guān)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(fā)射器/接收器對(duì)105中發(fā)射器TX的輸出和接收器RX的輸入。高壓保護(hù)電路104使接收器RX的輸入與SWin端口的高壓換能器激勵(lì)信號(hào)相隔離。
[0027]在超聲醫(yī)療應(yīng)用中，高壓模擬開關(guān)102的主要作用是將發(fā)射器TX和接收器RX復(fù)用至選定的壓電換能器103。來自發(fā)射器TX的換能器激勵(lì)信號(hào)可以是頻率為1.0MHz至15MHz，幅值約為±100V量級(jí)的高壓脈沖信號(hào)。因此，高壓模擬開關(guān)102需要能夠傳輸或者阻斷高壓信號(hào)，在超聲醫(yī)療應(yīng)用中，該高壓信號(hào)至少為土 40V(即峰-峰值至少為80V)。
[0028]圖3中，高壓模擬開關(guān)102包括三個(gè)輸出開關(guān)，分別命名為SWA、SWB和SWC。當(dāng)高壓模擬開關(guān)102導(dǎo)通時(shí)，輸出開關(guān)SWA和SWC閉合，輸出開關(guān)SWB斷開。包含高壓脈沖的換能器激勵(lì)信號(hào)通