在不利用高电压电源情况下传输高电压信号的模拟开关制造技术

在不利用高电压电源情况下传输高电压信号的模拟开关。本文描述了一种改进的模拟开关的多种设计，所述改进的模拟开关用于在不为所述开关使用高电压电源的情况下传输高电压信号。所述模拟开关能够传递和阻塞在‑100V至+100V的近似范围内的输入信号。跨导线性环路和自举配置的使用导致所述对称开关的恒定导通电阻，并且使每个模拟开关的所述电导与NMOS晶体管的所述跨导匹配，这可容易地用恒定gm偏置方案来稳定。在某些实施例中，将分流终端（T型开关）配置用于更好的断开隔离，并且所述对称开关中的每个具有其自己的跨导线性环路，以及由此的灵活的导通电阻和终端电压。

【技术实现步骤摘要】


本文描述了一种改进的模拟开关的多种设计，这种改进的模拟开关用于在不为开关使用高电压电源的情况下传输高电压信号。所述模拟开关能够传递和阻塞在-100V至+100V的近似范围内的输入信号。跨导线性环路和自举配置的使用导致所述对称开关的恒定导通电阻，并且使每个模拟开关的电导与NMOS晶体管的跨导匹配，这可容易地用恒定gm偏置方案来稳定。在某些实施例中，将分流终端（T型开关）配置用于更好的断开隔离，并且所述对称开关中的每个具有其自己的跨导线性环路，以及由此的灵活的导通电阻和终端电压。

技术介绍

许多现有技术的设备需要使用能够传递或阻塞高电压输入信号的模拟开关。此类设备的示例在图1中描绘。医学超声系统100包括多个探头，此处标记为示例性探头131、132、133和134。可以利用额外的探头。每个探头耦合到一个或多个模拟开关和换能器组。在该示例中，探头131耦合到模拟开关111、112、113和114，其中每个从探头131接收高电压输入信号140。模拟开关111耦合到换能器121，模拟开关112耦合到换能器122，模拟开关113耦合到换能器123，并且模拟开关114耦合到换能器124。可以利用额外的模拟开关和换能器组。模拟开关111、112、113和114中的每个的任务是将探头（诸如探头131）连接到开关的相应换能器或与开关的相应换能器断开。
现有技术的模拟开关的示例在图2中示出。模拟开关111接收高电压输入信号140，在本例中该输入信号140从+100V变动至-100V。模拟开关111包括晶体管211、212、240、261和262，如被描绘的。晶体管261和262接收控制信号270。控制信号270使模拟开关111接通或断开。当控制信号270为低时，晶体管261（其为PMOS晶体管）接通且其漏极被拉至VPP（此处其为+100V），并且晶体管262（其为NMOS晶体管）断开。当控制信号270为高时，晶体管261断开，并且晶体管262接通且其漏极被下拉至VNN（此处其为-100V）。
晶体管261的漏极和晶体管262的漏极形成连接到晶体管211和212的栅极的节点。当控制信号270为低时，晶体管211和212将接通，这将允许高电压输入信号140被发送到换能器121。
当控制信号270为高时，晶体管211和212将断开。控制信号270将使晶体管240接通，这将把晶体管211与212之间的节点下拉至VNN（其为-100V）。晶体管240提供了分流终端功能并且改进了开关111的断开隔离。然而，要注意的是，晶体管240需要高电压负电源（此处，VNN=-100V）。
图2的现有技术设计存在许多缺点。首先，其需要相当大的板空间，而且具有复杂的板设计和布局，这导致了高制造成本。第二，探头中存在的高DC电压(+/-100V)可能对操作者或患者造成不良冲击。第三，该系统需要既不薄也不柔软的低阻抗高电压电源线。第四，必须遵循严格的加电顺序以防止晶体管击穿和闭锁。第五，该系统需要使用厚栅极氧化物并且使用标称BCD（双极-CMOS-DMOS）工艺可能是不可行的。
现有技术包括一种已经尝试的解决方案。图3描绘了模拟开关300。根据这种设计，如果晶体管310和320是低阈值晶体管并且其栅极用齐纳二极管330钳位（clamp）到其源极，则正的高电压电源可被向下降低至5V而非100V。然而，模拟开关300仍需要高的负电压（此处，-100V）以用于分流终端功能，这仍造成先前所描述的缺点。
所需要的是一种改进的模拟开关设计，其可在不需要高电压DC电源的情况下将高电压传输到负载。

技术实现思路

本文所公开的实施例是改进的模拟开关设计，其能够在不使用高电压DC电源的情况下传输高电压信号。
附图说明
图1描绘了现有技术的医学超声设备。
图2描绘了现有技术的模拟开关。
图3描绘了另一种现有技术的模拟开关。
图4描绘了模拟开关的一个实施例。
图5描绘了模拟开关的另一个实施例。
图6描绘了模拟开关的另一个实施例。
图7描绘了医学超声设备的一个实施例。
具体实施方式
图4描绘了模拟开关400。模拟开关400包括终止到地而非如在现有技术中那样终止到高电压负电源的分路（shunt）。
模拟开关400由控制信号405和其反相控制信号406控制，并且接收输入信号140并生成输出信号480。
当控制信号405为低并且控制信号406为高时，晶体管411和412（其两者为PMOS晶体管）接通并且允许电压VDD通过到达晶体管426、427、431和432的栅极。晶体管440（其为PMOS晶体管）断开，并且晶体管405（其为NMOS晶体管）接通，这将晶体管465和470的栅极拉至VSS，这导致晶体管465和470断开。输入信号140流过晶体管426、427、431和432，并且表现为输出信号427。
当控制信号405为高并且控制信号406为低时，晶体管411和412断开并且晶体管436和437接通，这将晶体管426、427、431和432的栅极拉至VSS，这导致晶体管426、427、431和432断开。晶体管440接通，晶体管460断开，导致晶体管465和470的栅极被拉至VDD，这导致晶体管465和470接通，这继而导致晶体管431与432之间的节点被拉至接地。这提供了断开隔离。最终结果是输入信号140被阻塞并且不表现为输出信号427，因为模拟开关400是断开的。
另一个实施例在图5中示出。模拟开关500通过使用跨导线性环路而消除了谐波失真和电源调制。
当控制信号505为低时，晶体管510（其为PMOS晶体管）接通，这导致VDD被施加到晶体管525、535和540的栅极，因此其每个被接通。输入信号140传播至输出信号570。
当控制信号505为高时，晶体管510断开，而且晶体管525、535和540的栅极被下拉至VSS并断开。输入信号140被阻止表现为输出信号570。
在该实施例中，因为晶体管535的VGS和晶体管540的VGS等于晶体管525的VGS，所以晶体管535和540的电导等于晶体管525的跨导并且与输入信号140以及电源电压VDD和VSS无关。因此，消除了谐波失真和电源调制。
另一个实施例在图6中示出为模拟开关600。模拟开关600由控制信号605和其反相控制信号606控制。
当控制信号605为低并且控制信号606为高时，晶体管611和612（其为PMOS晶体管）接通，而且晶体管631、632、651、652、656和657的栅极被拉至VDD并且那些晶体管接通。输入信号140传播至输出信号730。
当控制信号605为高并且控制信号606为低时，晶体管611和612断开，而且晶体管631、632、651、652、656和657的栅极被拉至VSS并且那些晶体管断开。晶体管670接通，并且晶体管685和690的栅极被拉至VDD且那些晶体管接通，这将晶体管656与657之间的节点拉至接地。这提供了断开隔离但是没有高电压负电源。
上文描述的实施例可用于需要能够传递或阻塞高电压信号的模拟开关的设备，诸如医学超声系统。图7描绘了医学超声系统700。医学超声系统700包括多个探头，此处标记为示例性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟开关，所述模拟开关包括：输入节点，所述输入节点位于第一晶体管的端子上以用于接收高电压输入信号；一个或多个控制节点，所述一个或多个控制节点用于接收控制信号；输出节点，所述输出节点位于第二晶体管的端子上以用于在所述控制信号处于第一电压时呈现所述高电压输入信号并用于在所述控制信号处于第二电压时阻塞所述高电压输入信号；以及分流电路，所述分流电路连接到所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的节点，其中所述分流电路终止到地并且未连接到供应具有绝对值大于所述高电压输入信号的电压绝对值的电压的电源。

【技术特征摘要】
1.一种模拟开关，所述模拟开关包括：
输入节点，所述输入节点位于第一晶体管的端子上以用于接收高电压输入信号；
一个或多个控制节点，所述一个或多个控制节点用于接收控制信号；
输出节点，所述输出节点位于第二晶体管的端子上以用于在所述控制信号处于第一电压时呈现所述高电压输入信号并用于在所述控制信号处于第二电压时阻塞所述高电压输入信号；以及
分流电路，所述分流电路连接到所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的节点，其中所述分流电路终止到地并且未连接到供应具有绝对值大于所述高电压输入信号的电压绝对值的电压的电源。
2.根据权利要求1所述的模拟开关，其中所述高电压输入信号在+100伏与-100伏之间变动。
3.根据权利要求1所述的模拟开关，其中所述分流电路接收所述控制信号，并且当所述控制信号处于所述第二电压时，将所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的所述节点拉至接地。
4.根据权利要求1所述的模拟开关，其中所述分流电路接收所述控制信号，并且当所述控制信号处于所述第一电压时，不改变所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的所述节点的电压。
5.一种模拟开关，所述模拟开关包括：
第一电路；
第二电路；
所述第一电路包括用于接收控制信号的一个或多个控制节点和用于接收高电压输入信号的输入节点；
所述第二电路包括用于接收所述控制信号的一个或多个控制节点，以及用于在所述控制信号处于第一电压时呈现所述高电压输入信号并用于在所述控制信号处于第二电压时阻塞所述高电压输入信号的输出节点；以及
分流电路，所述分流电路连接到由所述第一电路和所述第二电路共享的节点，其中所述分流电路终止到地并且未连接到供应具有绝对值大于所述高电压输入信号的电压绝对值的电压的电源。
6.根据权利要求5所述的模拟开关，其中所述高电压输入信号在+100伏与-100伏之间变动。
7.根据权利要求5所述的模拟开关，其中所述第一电路和第二电路是对称的。
8.根据权利要求5所述的模拟开关，其中所述第一电路包括串联连接的第一组晶体管，并且所述第二电路包括串联连接的第二组晶体管，所述第一组晶体管和所述第二组晶体管串联连接。
9.根据权利要求8所述的模拟开关，其中所述输入节点位于所述第一组晶体管的一端，并且所述输出节点位于所述第二组晶体管的一端。
10.一种模拟开关，所述模拟开关包括：
第一电路，所述第一电路用于接收控制信号，并且在所述控制信号处于第一电压时提供电源电压并在所述控制信号处于第二电压时提供地电压；
第二电路，所述第二电路耦合到所述第一电路，所述第二电路包括跨导线性环路；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高贤伟，何家伟，陈允添，J雷，
申请(专利权)人：微芯片科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US