高压电流开关电路制造技术

本发明专利技术涉及高压开关电路，包括适合于接收脉冲型输入电流的输入端口，以及能够用来选择性地将输出电流传导到相应的电负载的输出端口。该开关电路包括适合于感测在所述输入端口处的输入电压并提供紧随所述输入电压之后的缓冲电压的缓冲级。该开关电路包括电连接于所述输入端口与所述输出端口之间的互补型开关，以及与所述开关、所述缓冲级以及用于提供控制信号的控制端子电连接的电压电平转换器。电压电平转换器在所述开关的栅极端子处提供合适的栅极电压，使得所述开关的操作能够通过所述控制信号来控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高压电流开关电路
本专利技术涉及模拟类型的电子电路，该电子电路可以是集成型的或者以分立构件实现。特别地，本专利技术涉及用于在输入端口与可选的输出端口之间切换电流信号(即，脉冲类型的电流信号)的高压开关电路。
技术介绍
在许多应用中，例如，在生物医学部门中，在有必要给输出端口供应所期望的电流信号时使用复用器，所述复用器能够被选择性地激活。意大利专利申请No.MI2007A000595描述了用于神经肌肉电刺激器的高压脉冲电流产生电路。该文献示出了具有适合于接收由刺激电路生成的脉冲型电流信号的输入端口以及多个输出端口的复用器的使用，该多个输出端口每个都能够被选定用于给相应的刺激电极对提供所述电流信号。基本上为与以上所描述的复用器类似的类型的复用器同样能够用于不同类型的生物医学应用中，例如，用于超声扫描装置中。通常，这些器件不具有令人满意的输出端口对地的电流隔离。在其中存在有效的电流隔离是很重要的设计要求的许多器件中，即使打算用于例如生物医学应用中，也有可能遇到存在不可忽略的对地的泄漏电流的问题。所述泄漏电流的强度随着在输入/输出端口的端子处的电压而增大，一般不是线性的。现有技术的许多复用器在待机模式中以及在工作期间都具有高功耗，该功耗在高电压存在于输入/输出端口的端子处时会显著增加。在专利US5052391中公开了电刺激器件的另一个实例。在本文献中，公开了用于提供高电压、高上升时间以及电荷平衡的电流脉冲的电子电路。该电子电路并不实际具有电流多路复用功能，但是它基本上会提供一个输出的分裂，用于与多个输出通道并联。而且，这样的电路显示出了在重量与尺寸方面的相关缺点，因为必须使用多个变压器将刺激脉冲的能量传输到相应的输出通道。这样的系统的总体积使得难以用于便携式刺激器中。此外，给每个输出端口供应的输出电流通常由于由所采用的开关器件所吸收的电流而遭受到相关的波形失真。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供能够克服以上所描述的缺点的开关电路。本专利技术的另一个目的是提供能够通过逻辑型信号来控制以切换输入电流使其朝向可选择的输出端口的开关电路。本专利技术的另一个目的是提供其中输入和输出端子在电压位于规定范围之内时具有高的对地阻抗的开关电路。本专利技术的另一个目的是提供在电压位于规定范围之内时具有低的静态和活动功耗的开关电路。本专利技术的另一个目的是提供能够由高压电源供电的开关电路。本专利技术的另一个目的是提供容易在行业水平下作为集成电路或者作为分立构件电路、以相对于现有技术的器件有竞争力的成本来生产的开关电路。根据本专利技术，这些目的，连同根据后续的描述以及附图将会更加明显的其他目的一起，通过根据权利要求1(将在下文给出)所述的高压开关电路以及涉及本专利技术的优选实施例的相关从属权利要求来实现。附图说明本专利技术的更多特征及优点参照下文给出的描述以及仅出于说明的目的而非限制的目的提供的附图将会更为显而易见，在附图中：图1A、1B示出了用于说明根据本专利技术的高压开关电路的通用操作及结构的框图；图2示出了包含根据本专利技术的高压开关电路的复用器的框图；图3示出了包含于根据本专利技术的高压开关电路的实施例中的输出级的框图；图4示意性地示出了包含于根据本专利技术的高压开关电路内的缓冲级；图5-6更详细地示出了在图3所示的实施例中的高压开关电路的输出级的电路结构。具体实施方式参照上述附图，本专利技术涉及高压开关电路1。高压开关电路1特别适合用于肌肉或神经肌肉电刺激器中，并且为了阐述简单起见而将参照这样的实现方式来描述它。但是，这并非意指以任何方式来限制本专利技术的范围。实际上，开关电路1能够用于不同的生物医学应用，例如，用于超声器件，或者用于其中有必要选择性地激活多个电流控制的端口的其他类型的器件，例如，微机电器件或系统(MEMS)。参照图1A-1B，开关电路1包含适合于接收输入电流IIN的输入端口IN。输入电流IIN被预先确定并且由与输入端口IN的一对端子(正端子和负端子)IN+和IN-电连接的电流发生器电路500生成。输入电流IIN具有脉冲型波形，优选为单极类型的。开关电路1包含能够接收输入电流IIN并将输出电流ILI传导至相应的电负载LI的输出端口OI。当输出端子O1被选择用于将输出电流ILI传导至负载LI时，开关电路1能够将输入电流IIN引导到输出端口O1。输入电压VIN出现于输入端口IN的端子IN+和IN-之间，该输入电压VIN是输入电流IIN以及从输入端口IN的端子来看的下游等效阻抗的函数。输入电压VIN能够采取高的值，例如，在电刺激器中为数百伏的值。开关电路1包含与输入端口IN电连接的电子缓冲级BUF。缓冲级BUF适合于感测在输入端口IN的端子IN+、IN-处的输入电压VIN，并且适合于在缓冲输出BF处供应缓冲电压VBUF，该缓冲电压VBUF跟随着所感测的输入电压VIN。开关电路1包含作为电流开关来操作的且电连接于输入端口IN与输出端口OI之间的互补型开关T1、T2。开关电路1包含用于提供逻辑类型的第一控制信号C1(例如，在0V和3.3V)的第一控制端子K1。优选地，开关电路1在操作上与适用于生成控制信号C1并将它发送给与其连接的控制端子K1的电子控制级COM关联。在本专利技术的某些实施例中，控制级COM可以在物理上包含于开关电路1内。优选地，控制级COM可以包含数字处理器件(例如，微处理器)、移位寄存器或者别的相似类型的电路。开关电路1包含与缓冲级BUF，开关T1、T2和控制端子K1电连接的第一电压电平转换器A1。电压电平转换器A1适合于分别在第一及第二开关T1、T2的第一及第二栅极端子G1、G2处提供第一及第二栅极电压VP1、VP2，以通过控制信号C1来控制所述开关。根据控制信号C1，开关T1、T2允许或禁止输入电流IIN从输入端口IN流入输出端口OI，从而提供或阻挡输入电流IIN从输入端口IIN到输出端口OI的电流通路。在输入端口IN与每个输出端口O1之间的连通性由用于选择输出端口O1来接收输入电流IIN的控制信号C1确定。因而，由开关T1、T2提供的输出电流等于(IIN*C1)，其中C1是具有等于0或1的逻辑值的逻辑信号。采用用于提供栅极电压VP1、VP2的电压电平转换器A1是相当有利的，因为它允许适当地设置在开关T1、T2的栅-源结两端的电压，以便使得有可能通过控制信号C1来控制(特别是开启)所述开关。开关T1、T2实际上是其中在栅-源结两端的电压可以改变的晶体管，因为它们具有与输入端口IN的端子电连接的源极端子。如图1B和3所示，开关T1、T2，电压电平转换器A1和输入端子K1形成了包含于开关电路1的电子输出级MI内的输出电路NET1。输出级MI电连接至输入端口IN、缓冲级BUF、输出端口OI，并且优选地电连接至控制级COM。根据本专利技术的优选实施例(图4)，缓冲级BUF包含划分成基本上关于地线对称的两个部分的电路结构。上述部分每个都包含按照用于感测对应的输入端口IN的端子IN+、IN-的电压的方式布置的感测电路B1、B2，以及按照使得缓冲输出BF的正端子和负端子BF+、BF-的电压跟随着所感测的电压的方式布置的电压跟随器电路F1、F2。这种解决方案使得有可能使输入端口IN和缓冲输出BF维持高的对地阻抗，在该输入端口IN和缓冲输出BF的端子处的电压关于地是浮置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压开关电路(1)，其特征在于包括：输入端口(IN)和输出端口(OI)；与所述输入端口电连接的缓冲级(BUF)；作为电流开关来操作的第一开关(T1)和第二开关(T2)，所述第一开关(T1)和第二开关(T2)是互补的并且电连接于所述输入端口(IN)与所述输出端口(OI)之间；用于提供第一控制信号(C1)的第一控制端子(K1)；与所述缓冲级(BUF)、所述第一及第二开关(T1，T2)和所述第一控制端子(K1)电连接的第一电压电平转换器(A1)，所述第一电压电平转换器在所述第一及第二开关(T1，T2)的第一及第二栅极端子(G1，G2)处提供第一及第二栅极电压(VP1，VP2)以通过所述第一控制信号(C1)来控制所述第一及第二开关(T1，T2)，受所述第一控制信号(C1)控制的所述第一及第二开关允许或禁止输入电流(IIN)从所述输入端口流到所述输出端口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.22 IT 2012A0000261.一种高压开关电路(1)，其特征在于包括：输入端口(IN)，所述输入端口具有正端子(IN+)和负端子(IN-)，高压存在于所述正端子和负端子之间，所述正端子和负端子电连接至电流发生器电路(500)，使得所述输入端口接收预定的输入电流(IIN)；输出端口(OI)，所述输出端口具有正端子(OI+)和负端子(OI-)；第一输出(Y1)，所述第一输出具有正端子(Y1+)和负端子(Y1-)，所述正端子(Y1+)和负端子(Y1-)电连接至所述输出端口的端子；作为电流开关来操作的第一开关(T1)和第二开关(T2)，所述第一开关(T1)和第二开关(T2)是类型互补的场效应晶体管，所述第一开关具有与所述输入端口(IN)的正端子(IN+)电连接的源极端子、以及与所述第一输出(Y1)的正端子(Y1+)电连接的漏极端子，所述第二开关具有与所述输入端口(IN)的负端子(IN-)电连接的源极端子、以及与所述第一输出(Y1)的负端子(Y1-)电连接的漏极端子；与所述输入端口的正端子(IN+)和负端子(IN-)电连接的缓冲级(BUF)，所述缓冲级(BUF)具有缓冲输出(BF)，所述缓冲输出(BF)具有正端子(BF+)和负端子(BF-)，所述缓冲级包括：第一感测电路(B1)和第二感测电路(B2)，所述第一感测电路和第二感测电路分别被配置为感测所述输入端口的正端子(IN+)和负端子(IN-)的电压；第一电压跟随器电路(F1)和第二电压跟随器电路(F2)，所述第一电压跟随器电路和第二电压跟随器电路分别被配置为提供在所述缓冲输出(BF)的正端子(BF+)和负端子(BF-)处的电压，在所述缓冲输出(BF)的正端子(BF+)和负端子(BF-)处的所述电压分别跟随所述第一感测电路和第二感测电路在所述输入端口的正端子(IN+)和负端子(IN-)处感测的电压；用于提供第一控制信号(C1)的第一控制端子(K1)；与所述缓冲输出(BF)的端子(BF+，BF-)、第一及第二开关(T1，T2)的第一及第二栅极端子(G1，G2)、以及所述第一控制端子(K1)电连接的第一电压电平转换器(A1)，所述第一电压电平转换器被配置为在所述第一及第二栅极端子处提供第一及第二栅极电压(VP1，VP2)以通过所述第一控制信号(C1)来控制所述第一及第二开关(T1，T2)，受所述第一控制信号(C1)控制的所述第一及第二开关取决于所述第一控制信号允许或禁止输入电流(IIN)从所述输入端口流到所述输出端口。2.根据权利要求1所述的高压开关电路，其特征在于所述第一电压电平转换器(A1)包括第三晶体管(T3)和第四晶体管(T4)以提供所述第一及第二栅极电压(VP1，VP2)，所述第三晶体管(T3)电连接至所述第一控制端子(K1)并且所述第四晶体管(T4)电连接至地，或者所述第三晶体管(T3)电连接至地并且所述第四晶体管(T4)电连接至所述第一控制端子(K1)，以根据所述第一控制信号(C1)的状态通过所述第一控制端子(K1)进行控制。3.根据前权利要求2所述的高压开关电路，其特征在于所述第一电压电平转换器(A1)包括电连接至所述第一开关(T1)的第一栅极端子(G1)和所述输入端口(IN)的正端子(IN+)的第一过压保护元件(D1)，以及电连接至所述第二开关(T2)的第二栅极端子(G2)和所述输入端口(IN)的负端子(IN-)的第二过压保护元件(D2)。4.根据权利要求1所述的高压开关电路，其特征在于所述缓冲级(BUF)包括：与所述输入端口(IN)的正端子(IN+)、第一感测节点(S1)及第一电源(VCC)电连接的所述第一感测电路(B1)，所述第一感测电路被配置为感测所述输入端口(IN)的正端子(IN+)的电压并且确定关于该电压的电压偏移；与所述第一感测节点(S1)、所述缓冲输出(BF)的正端子(BF+)及第二电源(VPP)电连接的所述第一电压跟随器电路(F1)，所述第一电压跟随器电路被配置为提供在...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·A·索尔森，L·隆巴尔迪尼，M·费拉里恩，
申请(专利权)人：唐卡洛尼阿奇非盈利性社会公益基金会，
类型：发明
国别省市：意大利;IT