开关电路、相关方法和集成电路技术

本公开的各种实施例涉及开关电路、相关方法和集成电路。开关电路包括串联在两个端子之间的第一晶体管和第二晶体管，并且包括公共控制节点，在公共控制节点与中间点之间具有电容。控制电路包括被配置为根据第一控制信号和第二控制信号使电容充电和放电的第一电路和第二电路。控制电路包括开关和具有多个二极管的第三电路，该开关在电容处的电压大于级联在中间点与公共控制节点之间的两个二极管的阈值时操作，以使得电流能够从中间点流向公共控制节点。该开关在电容处的电压小于串联连接在公共控制节点与中间点之间的两个二极管的给定阈值时操作，以使得电流能够从公共控制节点流向中间点。

【技术实现步骤摘要】
开关电路、相关方法和集成电路
本公开的实施例涉及高电压开关电路，例如集成高电压开关电路。
技术介绍
常规的回波描记系统包括一个或多个超声换能器(通常是超声换能器阵列)，这些超声换能器用于发射超声波束并且然后从目标对象接收反射束。例如，图1示出了超声系统(诸如回波描记系统)的简化框图。在所考虑的实例中，系统包括换能器200。通常，换能器200可以是任何类型的超声换能器，诸如电容微加工超声换能器(cMUTS)或压电换能器。换能器200连接至信号生成电路100和分析电路110。例如，信号生成电路100可以包括控制电路102和所谓的“脉冲器”电路104，该脉冲器电路被配置为生成待施加给换能器200的驱动或传输信号TX。例如，控制电路102可以提供将脉冲器电路104激活或去激活的控制信号。当被激活时，脉冲器电路104然后可以经由发射信号TX向换能器200施加具有方形或正弦波形的电压。因此，当脉冲器电路104被激活时，传输信号TX将是具有给定频率以及在最小电压与最大电压之间振荡的振幅的周期性电压信号。例如，在回波描记系统的情况下，传输信号TX的频率通常介于1MHz与2MHz(兆赫兹)之间。此外，传输信号TX通常是高电压驱动信号，即，其中最大电压大于10V(通常在20V与200V之间)和/或最小电压小于-10V的信号(通常在-20V与-200V之间)。例如，发射信号TX通常在0V与+200V之间、-200V与0V之间或-100V与+100V之间振荡。因此，当脉冲器电路104被激活时，换能器200将被激励并产生待传输至目标对象的超声信号。相反，当脉冲电路104被去激活时，换能器200可以用于接收从目标对象反射的超声信号，即回波。为此，当脉冲器电路104被去激活时，换能器200应当被置于高阻抗状态。这可以通过脉冲器电路104的适当配置或者如图1所示的通过可选的发射-和-接收(T/R)开关120来获得，该发射-和-接收(T/R)开关选择换能器200是连接至驱动器电路100还是连接至分析电路110。例如，如图1所示，控制电路102也可以为此目的而控制T/R开关120。相反，分析电路110被配置为分析所接收的信号RX，即当脉冲器电路104被去激活时在换能器200处的电压。例如，分析电路110可以包括诸如低噪声放大器(LNA)的放大器电路112以及被配置为分析换能器200处的放大电压的处理电路116。通常，分析电路110还可以包括其他部件，诸如插入在放大器电路112与处理电路116之间的滤波器和/或模数(A/D)转换器114。通常，信号生成电路100和分析电路110还可以连接至包括例如显示装置和用户输入装置的用户接口130。图2示出了其中使用多个换能器200的实例。例如，在图2中示出了三个换能器200a、200b和200c。例如，换能器200可以布置成包括至少一个行和多个列的阵列或矩阵20。通常，可以为换能器200a-200c中的每一个提供相应的脉冲器电路104。相反，在图2中示出了其中换能器200a-200c的至少一个子组由相同的脉冲器电路104驱动的情况。在这种情况下，系统包括诸如多路复用器的开关电路30，被配置为在给定时刻将脉冲器电路14连接至换能器200a-200c中的至少一个(或者可能没有)。例如，再次指出，开关30的切换可以由信号生成电路100(例如控制电路102)控制。例如，在单个脉冲器电路14用于完整阵列20的情况下，开关电路30可以是所谓的矩阵开关，其允许选择阵列的行和列。出于此目的，可以参考例如文献US2010/0152587A1，该文献公开了使用一个或多个脉冲器电路来驱动多个换能器的各种解决方案，并且通过引用方式将该文献并入本文中。如图3所示，开关30可以包括例如一个或多个开关300，这些开关被配置为将一个或多个换能器200a-200c连接至给定的信号生成电路100，特别是给定的脉冲器电路104。例如，在图3中示出了三个开关300a、300b和300c，其中开关300a-300c中的每一个插入在脉冲器电路104与相应的换能器200a-200c之间。这同样适用于分析电路110，即，可以提供开关电路以将一个或多个放大器112连接至换能器200的相应子组。在这种情况下，可以通过执行一系列测量来“扫描”目标，其中由第一组换能器200产生聚焦超声波，并且由第二组换能器200接收反射的超声波。因此，这些开关电路30的开关300a-300c应当支持高电压和电流以及高频率和转换速率。图4在这方面示出了这种开关300的可能的实现方式。具体而言，在所考虑的实例中，开关300包括连接在一起(闭合)或断连(断开)的两个端子T1和T2以及两个控制端子SET和RESET，这两个控制端子用于接收指示两个端子T1和T2是否应当分别电连接(导电)或断连(非导电)的控制信号。具体而言，在所考虑的实例中，开关300以其中两个场效应晶体管(FET)SW1和SW2背对背连接(源节点短接在一起)来实现以允许双极/双向操作。例如，这些晶体管可以实现为双扩散MOS(金属氧化物半导体)。基本上，由于在驱动信号TX的正相或负相期间将提供从源极到漏极的导电路径的寄生体二极管(如图4所示)的原因，这种连接是优选的。因此，在所考虑的实例中，开关SW1的漏极连接至端子T1，开关SW2的漏极连接至端子T2，并且开关SW1和SW2的源极连接(例如直接连接)至公共节点S。此外，晶体管SW1和SW2的栅极在公共节点G处连接(例如直接连接)在一起，并且由控制电路310根据在端子SET和RESET处提供的控制信号而控制。具体而言，控制电路310应当确保：-当控制信号SET指示开关300应当闭合时，晶体管的栅极-源极电压VGS(即节点G与S之间的电压)大于晶体管SW1和SW2的阈值电压，以及-当控制信号RESET指示开关300应当断开时，晶体管的栅极-源极电压VGS小于晶体管SW1和SW2的阈值电压。然而，当开关300闭合时，节点S处的源极电压将接近晶体管SW1的漏极电压，并且源极电压将因此跟随驱动信号TX。因此，为了接通开关300，节点G应当连接至高电压，例如驱动信号TX的最大电压。相反，文献US2005/0146371A1公开了控制电路310的可能实现方式，其允许控制电路310以例如介于0V与5V之间范围内的低电压信号操作。基本上，该文献提出仅当端子T1连接至接地GND时才改变开关300的状态(导通或断开)。基本上，如图5所示，文献US2005/0146371A1的电路包括第一电路312，该第一电路被配置为当开关300必须闭合时(例如当信号SET为高时)对节点G充电。具体而言，在文献US2005/0146371A1中，电路312包括开关(在所引用文献中为M4)，该开关被配置为将节点G连接至低电压源Vg0(例如5V)，从而将节点G充电到近似Vg0，因为节点S经由晶体管SW1的二极管连接至接地。该电路还包括第二电路314，该第二电路被配置为当开关300必须断开时(例如当信号RESET为高时)使节点G放电。具体而言，在文献US2005/0146371A1中，电路314包括被配置为将节点G短接至节点S的栅极钳位(在所引用文献中为M1)，从而将节点G放电到近似0V，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电路，包括：串联连接在两个端子之间的第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管包括连接至公共控制节点的相应控制端子，其中在所述公共控制节点与位于所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的中间点之间连接有电容，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管根据所述电容处的电压而变为导通或不导通；以及控制电路，包括：第一电路，被配置为根据第一控制信号对所述电容充电，以及第二电路，被配置为根据第二控制信号使所述电容放电；第三电路，包括多个二极管和至少一个开关，所述至少一个开关被配置为使得：当所述电容处的电压大于给定阈值时，在所述中间点与所述公共控制节点之间级联连接两个二极管，从而使得电流能够从所述中间点流向所述公共控制节点，以及当所述电容处的电压小于所述给定阈值时，在所述公共控制节点与所述中间点之间串联连接两个二极管，从而使得电流能够从所述公共控制节点流向所述中间点。

【技术特征摘要】
2016.04.26 IT 1020160000425101.一种开关电路，包括：串联连接在两个端子之间的第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管包括连接至公共控制节点的相应控制端子，其中在所述公共控制节点与位于所述第一晶体管和所述第二晶体管之间的中间点之间连接有电容，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管根据所述电容处的电压而变为导通或不导通；以及控制电路，包括：第一电路，被配置为根据第一控制信号对所述电容充电，以及第二电路，被配置为根据第二控制信号使所述电容放电；第三电路，包括多个二极管和至少一个开关，所述至少一个开关被配置为使得：当所述电容处的电压大于给定阈值时，在所述中间点与所述公共控制节点之间级联连接两个二极管，从而使得电流能够从所述中间点流向所述公共控制节点，以及当所述电容处的电压小于所述给定阈值时，在所述公共控制节点与所述中间点之间串联连接两个二极管，从而使得电流能够从所述公共控制节点流向所述中间点。2.根据权利要求1所述的开关电路，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管是n沟道场效应晶体管，其中所述第一控制信号指示所述第一晶体管和所述第二晶体管应当导通，并且所述第二控制信号指示所述第一晶体管和所述第二晶体管应当非导通。3.根据权利要求2所述的开关电路，其中，所述第三电路包括：第一分支，包括级联连接的第一二极管和第二二极管，第二分支，包括级联连接的第三二极管和第四二极管，以及至少一个开关，被配置为选择性地将所述第一分支或所述第二分支连接在所述公共控制节点与所述中间点之间。4.根据权利要求3所述的开关电路，其中，所述至少一个开关根据所述电容处的电压被驱动。5.根据权利要求4所述的开关电路，其中，所述至少一个开关包括：与所述第一分支串联连接在所述中间点和所述公共控制节点之间的n沟道场效应晶体管，其中所述n沟道场效应晶体管的栅极连接至所述公共控制节点，以及与所述第二分支串联连接在所述公共控制节点和所述中间点之间的p沟道场效应晶体管，其中所述p沟道场效应晶体管的栅极连接至所述公共控制节点。6.根据权利要求1所述的开关电路，其中，所述第三电路包括：串联连接在所述公共控制节点与所述中间点之间的第一n沟道场效应晶体管和第二n沟道场效应晶体管，以及串联连接在所述公共控制节点与所述中间点之间的第一p沟道场效应晶体管和第二p沟道场效应晶体管，以及级联连接的第一二极管和第二二极管，其中所述第一二极管的阳极连接至所述第一n沟道场效应晶体管与所述第二n沟道场效应晶体管之间的中间点，并且所述第二二极管的阴极连接至所述第一p沟道场效应晶体管与所述第二p沟道场效应晶体管之间的中间点。7.根据权利要求6所述的开关电路，其中：所述第一n沟道场效应晶体管的栅极连接至所述公共控制节点，所述第二n沟道场效应晶体管的栅极连接至所述中间点，所述第一p沟道场效应晶体管的栅极连接至所述公共控制节点，并且所述第二n沟道场效应晶体管的栅极连接至所述中间点。8.根据权利要求7所述的开关电路，其中，所述第一电路包括：第一子电路，被配置为选择性地对所述公共控制节点施加第一电压，以及第二子电路，被配置为选择性地对所述中间点施加第二电压，所述第一电压大于所述第二电压。9.根据权利要求8所述的开关电路，其中，所述第二电路包括：第一子电路，被配置为选择性地对所述中间点施加第一电压，以及第二子电路，被配置为选择性地对所述公共控制节点施加第二电压，所述第一电压等于或大于所述第二电压。10.根据权利要求9所述的开关电路，其中，所述第一电路的所述第一子电路和/或所述第二电路的所述第二子电路连接至所述第一二极管与所述第二二极管之间的中间点。11.一种切换高电压信号的方法，包括：对输入节点施加振荡高电压驱动信号；通过两个串联连接的晶体管将所述高电压驱动信号耦合到输出节点，所述串联连接的晶体管具有公共控制节点以及耦合在所述输入节点与所述输出节点之间的信号节点，其中在所述串联连接的晶体管的所述信号节点的互连处限定中间节点；在所述公共控制节点与所述中间节点之间耦合多个串联连接的二极管，以响应于所述输入节点上的所述高电压驱动信号从第一电平到第二电平的转变而提供从所述中间节点到所述公共控制节点的电流，在所述公共控制节点和所述中间节点两端的电压超过所述串联连接的晶体管的阈值电压的情况下发生所述输入节点上的所述高电压驱动信号从第一电平到第二电平的转变；以及在所述公共控制节点与所述中间节点之间耦合多个串联连接的二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·博塔雷尔，S·罗西，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT