專利名稱：用于控制雙向開關(guān)系統(tǒng)的控制電路系統(tǒng)和方法、雙向開關(guān)、開關(guān)矩陣以及醫(yī)療刺激器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于雙向開關(guān)的控制電路系統(tǒng)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療刺激器的領(lǐng)域中，存在如下趨向增加刺激電極位點的數(shù)量，以通過使用場控制精確刺激意向目標(biāo)體域而改善治療效能。除刺激之外，存在增長的對神經(jīng)活動的精確感測的需求。兩個趨勢均需要存在相對大的交叉點開關(guān)矩陣以將刺激和/或感測電子設(shè)備耦接到所選擇的探針電極位點。盡管腦刺激所需的能量實質(zhì)上是不變的，用于能量存儲的有效體積在最新發(fā)展水平的醫(yī)療刺激器中是減少的。因此，存在更小的空間用于電池，并且，因此，所述醫(yī)療刺激器的電路不得不是低功率電路。交叉點開關(guān)矩陣的高數(shù)量的開關(guān)將極端低的功率消耗要求強(qiáng)加在具有其控制電子設(shè)備的單一開關(guān)上。所述低功率要求在高壓IC技術(shù)中需要集成的CMOS開關(guān)，提供絕緣的NMOS和PMOS晶體管。在最新發(fā)展水平的高壓IC技術(shù)中，與被允許跨越該CMOS開關(guān)自身的高得多的電壓(漏極到源極電壓)相比，CMOS開關(guān)的驅(qū)動電壓(柵極到源極電壓)被限制在很少的伏特。ff. N Reining的文章(“用于醫(yī)療應(yīng)用的高壓交叉點開關(guān)(A High voltagecorss-point switch for medical application)”，關(guān)于混合信號設(shè)計的 1999 年 IEEE西南學(xué)術(shù)討論會 SSMSD’ 99 的摘要(Digest of the 1999 IEEE Southwest Symposium onMixed-Signal Design SSMSD，99)，Tucson，AZ，USA，1999 年 4 月 11-13 日，109-112 頁)在圖2中公開了用于醫(yī)療應(yīng)用(諸如醫(yī)療刺激器)的雙向開關(guān)和用于所述雙向開關(guān)的控制電路。兩個NMOS晶體管M10、Mll (其柵極和源極被彼此耦接)形成所述雙向開關(guān)。用高壓PMOS晶體管M2構(gòu)建的電流源被連接在所述雙向開關(guān)晶體管的共柵極與電壓供應(yīng)端子VHI之間，所述電壓供應(yīng)端子VHI接收高于曾經(jīng)出現(xiàn)在所述雙向開關(guān)1/0端子處的電壓。為了接通所述雙向開關(guān)，所述電流源M2傳導(dǎo)小的電流，根據(jù)所述文章為3yA。通過一串二極管連接的(diode-connected)NMOS晶體管M4、M5、M6和高壓PMOS晶體管M9，所述電流被傳導(dǎo)。M9的柵極被連接到所述雙向開關(guān)的共源極并且漏極被連接到電壓供應(yīng)端子VSS，所述電壓供應(yīng)端子VSS接收低于曾經(jīng)出現(xiàn)在所述雙向開關(guān)的所述1/0端子處的電壓的電壓?？缭秸蚱玫亩O管連接的晶體管M4、M5和M6的電壓降和M9的柵極-源極電壓(若干伏特)將所述雙向開關(guān)切換到接通狀態(tài)。要被注意的是當(dāng)所述雙向開關(guān)處于接通狀態(tài)中時，所述電路消耗的功率量是電流的值乘以在所述端子VSS和VHI上的電壓之間的電壓差的乘積。用高壓NMOS晶體管M8構(gòu)建第二電流源并且所述第二電流源被連接在雙向開關(guān)晶體管MlO和Mll的共柵極與所述電壓供應(yīng)端子VSS之間。為了將所述雙向開關(guān)控制為處于斷開狀態(tài)中，用M8構(gòu)建的電流源傳導(dǎo)小的電流，其也通過高壓NMOS晶體管M3而被傳 導(dǎo)。M3的柵極被連接到所述雙向開關(guān)的共源極并且漏極被連接到所述電壓供應(yīng)端子VHI。M3的柵極和源極之間的電壓降切換所述雙向開關(guān)在斷開狀態(tài)中。如果所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中，則消耗的功率量等于電流的值乘以在所述端子VSS和VHI上的電壓之間的電壓差。因此，所引用的文章的雙向開關(guān)的控制電路具有靜態(tài)功率消耗并且所述消耗無關(guān)于所述雙向開關(guān)的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于雙向開關(guān)的控制電路，其比已知的控制電路消耗更少的功率。本發(fā)明的第一方面提供了如在權(quán)利要求I中所要求權(quán)利的用于控制雙向開關(guān)的 控制電路系統(tǒng)。本發(fā)明的第二方面提供了如在權(quán)利要求10中所要求權(quán)利的雙向開關(guān)系統(tǒng)。本發(fā)明的第三方面提供了如在權(quán)利要求13中所要求權(quán)利的開關(guān)矩陣。本發(fā)明的第四方面提供了如在權(quán)利要求14中所要求權(quán)利的醫(yī)療刺激器。本發(fā)明的第五方面提供了如在權(quán)利要求15中所要求權(quán)利的控制雙向開關(guān)的方法。在從屬權(quán)利要求中限定了有利的實施例。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于控制雙向開關(guān)的控制電路系統(tǒng)包括能量存儲元件、耦接裝置和控制電路。所述雙向開關(guān)具有控制端子，所述控制端子用于接收控制電壓以控制所述雙向開關(guān)的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)，并且所述雙向開關(guān)具有在雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)。所述耦接裝置將所述能量存儲元件耦接到用于對所述能量存儲元件充電的供電電壓。當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時，所述能量存儲元件僅被耦接到所述供電電壓。所述控制電路接收來自所述能量存儲元件的功率，并且當(dāng)所述能量存儲元件未被耦接到所述供電電壓時供給具有獨(dú)立于所述供電電壓的電壓電平的控制電壓。所述控制電路接收來自所述能量存儲元件的功率，并且，因此，所述控制電路能夠產(chǎn)生控制電壓，其與跨越所述能量存儲元件的電壓相關(guān)。所述雙向開關(guān)在所述控制端子上接收所述控制電壓。為了可靠地接通或斷開所述雙向開關(guān)，所述控制電壓需要具有處在特定的電壓范圍內(nèi)的電壓，其不與所述供電電壓直接相關(guān)。當(dāng)所述能量存儲元件未被耦接到所述供電電壓時，所述控制電路能夠產(chǎn)生不與所述供電電壓直接相關(guān)的控制電壓，因為所述能量存儲元件的端子的電壓可以浮動到所需要的電壓電平。然而，當(dāng)所述能量存儲元件正被充電時，所述能量存儲元件的端子的電壓變?yōu)檫B接到固定的電壓電平，其可能阻止所述控制電路產(chǎn)生可以可靠地接通或斷開所述雙向開關(guān)的控制電壓。因此，所述能量存儲元件僅當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時被充電。要被注意的是所述雙向開關(guān)主要形成對所述控制電路系統(tǒng)的電容性負(fù)載，因為所述負(fù)載由至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的柵極形成，其不得不被充電或放電以從導(dǎo)電狀態(tài)切換到非導(dǎo)電狀態(tài)，或者反之亦然。因此，所述雙向開關(guān)不形成針對所述控制電路系統(tǒng)的靜態(tài)功率負(fù)載。所述耦接裝置和所述控制電路可以被實現(xiàn)為低功率半導(dǎo)體電路，所述低功率半導(dǎo)體電路僅在所述半導(dǎo)體電路系統(tǒng)的晶體管切換到另一狀態(tài)的瞬時消耗功率。所述控制電壓的獲取不依靠永久流動的電流。因此，所述控制電路系統(tǒng)不具有靜態(tài)功率消耗。所述控制電路系統(tǒng)不具有靜態(tài)功率消耗并且所述雙向開關(guān)不通過所述控制端子而靜態(tài)地消耗功率。因此，根據(jù)第一方面的本發(fā)明比所述已知的電路系統(tǒng)在功率上更有效率。
在實施例中，所述雙向開關(guān)進(jìn)一步具有在雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)和用于提供參考電壓的參考電壓輸出端子，所述參考電壓指示所述控制端子上的控制電壓必須被限定為哪個電壓電平以能夠切換所述雙向開關(guān)。所述控制電路系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于從所述參考電壓輸出端子接收所述參考電壓的參考電壓輸入端子。所述能量存儲元件具有第一端子和第二端子。所述耦接裝置包括被布置在所述第一端子和第一供電電壓端子之間的第一開關(guān)以接收第一供電電壓、被布置在所述第二端子和第二供電電壓端子之間的第二開關(guān)以接收第二供電電壓，以及另外的控制電路。所述另外的控制電路控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)中的至少一個被打開或閉合并且當(dāng)所述雙向開關(guān)的所述雙向主電流路徑處于斷開狀態(tài)中時僅閉合所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)中的至少一個。當(dāng) 所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)兩者被閉合時，所述能量存儲元件被充電到是所述第一供電電壓和所述第二供電電壓之間的差值的電壓。當(dāng)所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)兩者被打開時，所述第一端子和所述第二端子的電壓浮動以獲得所述能量存儲元件的浮動狀態(tài)。所述控制電路包括功率供應(yīng)端子，其被耦接在所述第一端子和所述第二端子之間以接收來自所述能量存儲元件的供電能量。當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時，以浮動方式產(chǎn)生所述控制電壓。所述控制電路接收來自所述第一端子和所述第二端子的供電電壓，并且，因此，所述控制電路能夠產(chǎn)生控制電壓，其與所述第一端子的電壓或所述第二端子的電壓直接相關(guān)。所述控制電壓可以具有在由所述第一端子的電壓和所述第二端子的電壓限制的范圍內(nèi)的值。當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時，所述控制電壓也浮動。所述雙向開關(guān)具有在所述主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)。當(dāng)接收到與所述參考電壓相比是足夠高或足夠低的控制電壓時，可以僅閉合這樣的半導(dǎo)體開關(guān)。在實施例中，所述參考電壓輸入端子可以被耦接到所述第二端子，因此，當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時，所述參考電壓確定所述第二端子的電壓電平，并且因此，確定所述第一端子的電平。因此，如果所述控制電路系統(tǒng)接收到所述參考電壓，則所述控制電路能夠產(chǎn)生相對于所述參考電壓的控制電壓以致可以獨(dú)立于被用于對所述能量存儲元件充電的所述第一供電電壓和所述第二供電電壓而打開或閉合所述雙向開關(guān)。在另一實施例中，所述參考電壓輸入端子可以被耦接到所述控制電路以致所述控制電路可以直接產(chǎn)生相對于所述參考電壓的電壓電平的控制電壓。要被注意的是所述雙向開關(guān)主要形成對所述控制電路系統(tǒng)的電容性負(fù)載，因為所述負(fù)載由所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的柵極形成，其不得不被充電或放電以從導(dǎo)電狀態(tài)切換到非導(dǎo)電狀態(tài)，或者反之亦然。因此，所述雙向開關(guān)不形成針對所述控制電路系統(tǒng)的靜態(tài)功率負(fù)載。僅當(dāng)所述雙向開關(guān)處于所述接通狀態(tài)中時，電流流過所述雙向主電流路徑，其可能導(dǎo)致所述主電流路徑中的小的功率消耗。然而，所述主電流路徑中的該功率消耗不是針對所述控制端子的負(fù)載，因為所述控制端子僅需要對所述至少一個半導(dǎo)體開關(guān)的柵極充電或放電。將所述雙向開關(guān)的狀態(tài)從導(dǎo)電狀態(tài)改變到非導(dǎo)電狀態(tài)和/或反之亦然導(dǎo)致在所述轉(zhuǎn)變期間所述控制電路中的功率消耗。此公知的動態(tài)功率消耗不能被避免。從被存儲在所述能量存儲元件中的能量取得所需要的能量。所述控制電路基于從所述能量存儲元件接收的供電而工作。為了在所述能量存儲元件中存儲能量并且為了獲得跨越所述能量存儲元件的電壓，所述能量存儲元件必須被充電。通過經(jīng)由所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)分別將所述第一端子和所述第二端子連接到所述第一供電電壓端子和所述第二供電電壓端子，能量被存儲在所述能量存儲元件中。當(dāng)閉合所述第一開關(guān)和/或所述第二開關(guān)時，所述第一端子的電壓和所述第二端子的電壓不再浮動并且不以浮動的方式產(chǎn)生所述控制電壓。非浮動的控制電壓不能可靠地切換所述雙向開關(guān)的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)，并且，因此，當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時，僅可以執(zhí)行所述能量存儲元件的充電。所述另外的控制電路和所述控制電路可以被實現(xiàn)為低功率半導(dǎo)體電路，所述低功率半導(dǎo)體電路僅在所述半導(dǎo)體電路系統(tǒng)的晶體管切換到另一狀態(tài)的瞬時消耗功率。所述控制電壓的獲得不依靠永久流動的電流。因此，所述控制電路系統(tǒng)不具有靜態(tài)功率消耗。所述控制電路系統(tǒng)不具有靜態(tài)功率消耗并且所述雙向開關(guān)不通過所述控制端子靜態(tài)地消耗功率。因此，根據(jù)第一方面的本發(fā)明比已知的電路系統(tǒng)在功率上更有效率。在實施例中，在迭代循環(huán)的預(yù)定義的時間周期中，所述雙向開關(guān)總是打開的。此知識可以被所述另外的控制電路使用以在事先已知所述雙向開關(guān)不被閉合的間隔期間閉合所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)。 在另一實施例中，所述另外的控制電路被耦接到所述控制電路，用于接收所述雙向開關(guān)是否處于斷開狀態(tài)的指示?；谒鼋邮盏降闹甘?，所述另外的控制電路可以決定所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是否可以被閉合。在另一實施例中，所述控制電路包括鎖存器。所述鎖存器記憶所述雙向開關(guān)的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)并且根據(jù)所記憶的狀態(tài)供應(yīng)所述控制電壓。具有記憶所述雙向開關(guān)的接通或斷開狀態(tài)的鎖存器是有利的，因為其不需要連續(xù)地接收指示接通或斷開狀態(tài)的信號。可以在有限的時間期間提供這樣的帶有接通/斷開信息的信號，并且隨后所述鎖存器記憶所提供的信息。特別地，當(dāng)所述雙向開關(guān)被切換到斷開狀態(tài)時，其防止所述能量存儲元件的放電，因為從所述能量存儲元件解耦所述雙向開關(guān)。這增加了功率效率。在實施例中，所述控制電路包括用于接收開關(guān)控制信號的輸入端子，所述開關(guān)控制信號指示所述雙向開關(guān)所需的接通或斷開狀態(tài)。換句話說，所接收到的開關(guān)控制信號被所述控制電路使用以產(chǎn)生所述控制電壓以致所述雙向開關(guān)如由所述開關(guān)控制信號所指示的那樣打開或閉合。其他電路系統(tǒng)，例如，包括根據(jù)本發(fā)明的控制電路系統(tǒng)的裝置的一些電路系統(tǒng)，可以產(chǎn)生所述開關(guān)控制信號。在另外的實施例中，所述控制電路被耦接到所述第一供電電壓端子和/或所述第二供電電壓端子。所述輸入端子被配置為接收所述開關(guān)控制信號，其與所述第一供電電壓和所述第二供電電壓中的至少一個相關(guān)。所述控制電路進(jìn)一步包括通信信道電路，以將所述開關(guān)控制信號傳遞到浮動控制信號，所述浮動控制信號具有與所述第一端子和/或所述第二端子的電壓相關(guān)的電壓。換句話說，所提供的開關(guān)控制信號不是浮動電壓，并且例如是在由所述第一供電電壓和所述第二供電電壓限制的電壓范圍內(nèi)的電壓。這樣的開關(guān)控制信號可以從接收來自所述第一供電電壓和所述第二供電電壓的功率的電路系統(tǒng)而被接收。所提供的開關(guān)控制信號的電壓必須被轉(zhuǎn)換成與所述浮動電壓直接相關(guān)的電壓，例如，與由所述第一端子的電壓和所述第二端子的電壓限制的電壓范圍內(nèi)的電壓直接相關(guān)的電壓。所述通信信道電路執(zhí)行所述轉(zhuǎn)換。所述轉(zhuǎn)換必須被執(zhí)行，因為所述控制信號也與所述第一端子和/或所述第二端子的浮動電壓相關(guān)。為了執(zhí)行所述轉(zhuǎn)換，所述控制電路可以接收所述第一供電電壓和/或所述第二供電電壓以致所述通信信道可以確定所接收到的開關(guān)控制信號怎樣精確地與所述第一供電電壓和/或所述第二供電電壓相關(guān)。要被注意的是所述通信信道的功能是所述開關(guān)控制信號到另一電平的電平漂移，以及此功能未必需要到所述第一供電電壓端子和/或所述第二供電電壓端子的連接。在其他實施例中，所述通信信道被連接到不同于所述第一供電電壓端子和/或所述第二供電電壓端子的具有固定電壓的端子。所述實施例是有利的，因為其允許接收與所述第一供電電壓和/或所述第二供電電壓相關(guān)的雙向開關(guān)控制信號，這意味著提供此信號的電路系統(tǒng)不是必須知道所述控制電路系統(tǒng)中的浮動電壓。所述控制電路可以將所接收到的雙向開關(guān)控制信號與所述第一供電電壓和/或所述第二供電電壓相比較以解釋所述雙向開關(guān)控制信號。在例子中，所述雙向控制信號可以實質(zhì)上等于所述第一電壓以指示所述雙向開關(guān)必須處于接通狀態(tài)中，并且可以實質(zhì)上等于所述第二電壓以指示所述雙向開關(guān)必須處于斷開狀態(tài)中。
在另外的實施例中，所述控制電路的所述鎖存器響應(yīng)于接收到設(shè)置信號而存儲所述雙向開關(guān)的接通狀態(tài)，并且響應(yīng)于接收到重置信號而存儲所述雙向開關(guān)的斷開狀態(tài)。所述雙向開關(guān)控制信號包括設(shè)置子信號和重置子信號。所述通信信道電路將所述設(shè)置子信號和所述重置子信號兩者傳送到所述鎖存器。隨著設(shè)置和重置信號的使用，所述鎖存器的狀態(tài)的設(shè)置僅暫時地需要設(shè)置信號或重置信號形式的信號。由于時間上的限制，所述通信信道電路僅必須在有限的時間周期期間執(zhí)行從與所述第一供電電壓和/或所述第二供電電壓相關(guān)的電壓向與所述第一端子的電壓和/或所述第二端子的電壓相關(guān)的電壓的轉(zhuǎn)換。因此，所述通信信道電路消耗有限的功率量，并且所述控制電路系統(tǒng)的功率效率被提高。在另一實施例中，所述能量存儲元件是基于MOS晶體管而被制造的存儲電容器，所述MOS晶體管的漏極、源極以及背柵極被電連接到彼此并一起形成所述存儲電容器的第一電極，且所述MOS晶體管的柵極形成所述電容器的第二電極。換句話說，MOS晶體管的柵氧化層被用作所述存儲電容器的電介質(zhì)。將所述柵氧化層用作電介質(zhì)是有利的，因為其允許在半導(dǎo)體技術(shù)中集成所述存儲電容器，并且避免使用必須借助于外部端口而被連接到所述電路系統(tǒng)的外部存儲電容器。所述存儲電容器必須存儲少量的能量，該能量在在其期間所述存儲電容器被充電的時間間隔之間足夠打開/或閉合所述雙向開關(guān)一次或多次。期望的是當(dāng)所述存儲電容器在所述雙向開關(guān)是打開的時總是被充電時，所述存儲電容器僅必須存儲足夠用于閉合以及隨后打開所述雙向開關(guān)僅一次的能量。因此，所存儲的能量的量是相對小的，并且因此所述存儲電容器的尺寸可以是相對小的，其在在半導(dǎo)體技術(shù)中集成所述存儲電容器的情境下是有利的。然而，所述電容器可以以另外適當(dāng)?shù)姆绞奖粯?gòu)建。在實施例中，所述第一開關(guān)或所述第二開關(guān)是陰極負(fù)載二極管，并且所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)中的另一個是MOS晶體管。所述MOS晶體管的導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)由所述另外的控制電路控制。所述陰極負(fù)載二極管必須被連接在所述第一端子和所述第一供電電壓端子之間，或者被連接在所述第二端子和所述第二供電電壓端子之間，以致當(dāng)所述能量存儲元件處于所述浮動狀態(tài)中時，所述陰極負(fù)載二極管不能傳導(dǎo)電流，以及當(dāng)所述能量存儲元件不處于所述浮動狀態(tài)中時，所述陰極負(fù)載二極管可以傳導(dǎo)所述電流。僅當(dāng)所述第一端子的電壓通過導(dǎo)電的MOS晶體管而被連接到所述第一供電電壓時，或者當(dāng)所述第二端子的電壓通過導(dǎo)電的MOS晶體管而被連接到所述第二供電電壓時，所述能量存儲元件不處于所述浮動狀態(tài)，并且，因此，所述能量存儲元件通過所述MOS晶體管以及通過所述陰極負(fù)載二極管接收能量。一個MOS晶體管和一個陰極負(fù)載二極管的使用是有效率的解決方案，因為所述二極管是相對便宜以及相對簡單的部件。要被注意的是所述陰極負(fù)載二極管不是有源開關(guān)，但充當(dāng)當(dāng)跨越所述二極管的電壓(陽極-陰極電壓)大于所述二極管的(前向)閾值電壓時變?yōu)閷?dǎo)電的無源開關(guān)。如果根據(jù)此實施例實現(xiàn)所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)，則所述另外的控制電路僅直接控制所述MOS晶體管處于接通狀態(tài)，并且由此間接控制被實現(xiàn)為陰極負(fù)載~■極管的另一開關(guān)。在另一實施例中，所述第一開關(guān)是第一 MOS晶體管并且所述第二開關(guān)是第二 MOS晶體管。所述另外的控制電路控制所述第一 MOS晶體管的導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)以及所述第二MOS晶體管的導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)。使用兩個MOS晶體管對于創(chuàng)建所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)是效率高的且有效 的解決方案，并且提供了關(guān)于所述能量存儲元件的浮動或非浮動狀態(tài)以及關(guān)于所述能量存儲元件的充電的完全的控制，并且也避免了當(dāng)所述開關(guān)例如被實現(xiàn)為陰極負(fù)載二極管時前向偏置的二極管的電壓降。因此，如果使用兩個MOS晶體管，則所述能量存儲元件可以被充電到實質(zhì)上等于所述第一供電電壓和所述第二供電電壓的差值電壓的電壓電平。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了雙向開關(guān)系統(tǒng)，其包括雙向開關(guān)和根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制電路系統(tǒng)。所述雙向開關(guān)提供了與根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制電路系統(tǒng)相同的益處，并且具有與對應(yīng)的實施例相似的具有相似效果的實施例。在實施例中，所述雙向開關(guān)包括在第一 I/O端子和第二 I/O端子之間的主電流路徑并且進(jìn)一步包括在所述主電流路徑中的第一 MOS晶體管和第二 MOS晶體管。所述第一MOS晶體管和所述第二 MOS晶體管具有共源極和共柵極。所述第一 MOS晶體管的漏極被耦接到所述第一 I/O端子并且所述第二 MOS晶體管的漏極被耦接到所述第二 I/O端子。所述共柵極被耦接到所述控制端子。在雙向開關(guān)的所述主電流路徑中使用兩個MOS晶體管是有效的且效率聞的解決方案，所述主電流路徑可以通過其而被打開或閉合。在實施例中，所述共源極被耦接到所述雙向開關(guān)的參考電壓輸出端子。因此，當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時，所述第二端子的浮動電壓跟隨所述第一 MOS晶體管和所述第二 MOS晶體管的共源極的電壓。特別地，當(dāng)所述雙向開關(guān)處于接通狀態(tài)中時，所述共源極的電壓處于由所述第一 I/O端子的電壓和所述第二 I/O端子的電壓限制的范圍內(nèi)。因此，例如當(dāng)通過所述雙向開關(guān)傳輸正弦信號時，所述第一 I/O端子和所述第二 I/O端子的電壓連續(xù)地變化，并且，因此，所述共源極的電壓相應(yīng)地變化，以及所述第二端子的浮動電壓也相應(yīng)地變化。所述第一端子的電壓通過所述能量存儲元件與所述第二端子的電壓相關(guān)，并且因此也同樣根據(jù)所述共源極的電壓而變化。因此，由所述控制電路產(chǎn)生的所述控制電壓可以被用來切換所述第一 MOS晶體管和所述第二 MOS晶體管處于斷開或接通狀態(tài)中，因為所產(chǎn)生的控制電壓與所述共源極的電壓相關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了開關(guān)矩陣，其包括在所述矩陣的至少一個結(jié)點上的根據(jù)本發(fā)明的第二方面的至少一個雙向開關(guān)系統(tǒng)。這樣的開關(guān)矩陣，例如，可以是被用來將醫(yī)療刺激器的電極耦接到信號發(fā)生器和/或測量電路的交叉點矩陣。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了醫(yī)療刺激器，其包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的第二方面的雙向開關(guān)系統(tǒng)。所述開關(guān)矩陣和所述醫(yī)療刺激器提供了與根據(jù)本發(fā)明的第二方面的雙向開關(guān)相同的益處，并且具有與對應(yīng)的實施例相似的具有相似效果的實施例。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了控制雙向開關(guān)的方法。所述雙向開關(guān)具有用于接收控制電壓以控制所述雙向開關(guān)的接通和斷開狀態(tài)的控制端子以及在雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)。所述方法包括僅當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時將能量存儲元件耦接到供電電壓用于對所述能量存儲元件充電的第一步驟。在另一步驟中，所述方法接收來自所述能量存儲元件的功率。在另外的步驟中，當(dāng)所述能量存儲元件沒有被耦接到所述供電電壓時，所述方法供應(yīng)具有獨(dú)立于所述供電電壓的電壓電平的控制電壓。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面的方法提供了與根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制電路系統(tǒng)相同的益處，并且具有與所述電路系統(tǒng)的對應(yīng)的實施例相似的具有相似效果的實施例。在控制所述雙向開關(guān)的所述方法的實施例中，所述雙向開關(guān)具有至少一個在雙向主電流路徑中的半導(dǎo)體開關(guān)、控制所述雙向主電流路徑的接通和斷開狀態(tài)的控制端子、以及用于提供參考電壓的參考電壓輸出端子，所述參考電壓指示所述控制端子上的信號必須與哪個電壓電平相關(guān)。所述方法包括第一步驟在第一供電電壓端子處接收第一供電電壓并且在第二供電電壓端子處接收第二供電電壓。所述方法包括另外的步驟僅當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時，借助于第一控制電路控制第一開關(guān)和第二開關(guān)兩者被閉合。所述第一開關(guān)被布置在所述第一供電電壓端子與能量存儲元件的第一端子之間，并且所述第二開關(guān)被布置在所述第二供電電壓端子與所述能量存儲元件的第二端子之間。所述方法包括另一步驟借助于所述第一控制電路控制所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)兩者是打開的，以獲得在浮動狀態(tài)中的所述能量存儲元件。所述方法包括另外的步驟在被耦接到所述第二端子的參考電壓端子處接收所述雙向開關(guān)的所述參考電壓。所述方法還包括在第二控制電路的功率供應(yīng)端子處接收所述第一端子和所述第二端子的電壓的步驟。并且所述方法包括在所述第二控制電路的輸出端子處產(chǎn)生控制電壓的步驟。所述輸出端子被耦接到所述雙向開關(guān)的所述控制端子。當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時，以浮動方式產(chǎn)生所述控制電壓。從在下文中所描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面是顯而易見的，并且參考在下文中所描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將被闡明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以以任何被認(rèn)為有用的方式組合本發(fā)明的上面所述的實施例、實現(xiàn)和/或方面中的兩個或更多?；诒菊f明書，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實施所述系統(tǒng)的修改和變化、和/或?qū)?yīng)于所描述的所述系統(tǒng)的修改和變化的方法的修改和變化。


在附圖中
圖Ia示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制電路系統(tǒng)的實施例，圖Ib示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制電路系統(tǒng)的另一實施例，
圖2a示意性地顯示了所述控制電路系統(tǒng)的實施例和所述雙向開關(guān)的實施例，其中所述雙向開關(guān)包括兩個NMOS晶體管，
圖2b示意性地顯示了所述控制電路系統(tǒng)的實施例和所述雙向開關(guān)的實施例，其中所述雙向開關(guān)包括兩個PMOS晶體管，
圖3示意性地顯示了能量存儲元件的兩個實施例，
圖4a示意性地顯示了所述第一開關(guān)的實施例和所述第二開關(guān)的實施例，
圖4b示意性地顯示了所述第一開關(guān)的另一實施例和所述第二開關(guān)的另一實施例，
圖5a示意性地顯示了通信信道的第一實施例，
圖5b示意性地顯示了通信信道的第二實施例，
圖6a示意性地顯示了通信信道的第三實施例，
圖6b示意性地顯示了通信信道的第四實施例，
圖6c示意性地顯示了通信信道的第五實施例，
圖7a示意性地顯示了鎖存器的電路和被耦接在所述鎖存器和通信信道之間的電路，
圖7b示意性地顯示了鎖存器的另一電路和被耦接在所述鎖存器和通信信道之間的另一電路，
圖8示意性地顯示了可以被耦接在鎖存器和所述雙向開關(guān)之間的附加的電路，
圖9示意性地顯示了所述雙向開關(guān)的另一實施例，
圖10示意性地顯示了包括寄生二極管的圖9的實施例，
圖11示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的雙向開關(guān)的實施例，
圖12示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第三方面的開關(guān)矩陣的實施例，
圖13示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四方面的醫(yī)療刺激器的實施例，以及 圖14示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第五方面的方法的實施例。應(yīng)該被注意的是在不同的圖中由相同的參考標(biāo)號指示的項具有相同的結(jié)構(gòu)特征和相同的功能，或者是相同的信號。在這樣的項的功能和/或結(jié)構(gòu)已被解釋的情況下，沒有必要在詳細(xì)的描述中重復(fù)其解釋。所述圖僅僅是示意性的并且沒有按比例繪制。特別地，為了清楚，一些尺寸被強(qiáng)烈地夸大。
具體實施例方式在圖Ia中顯示了第一實施例。用于控制雙向開關(guān)132的控制電路系統(tǒng)134被顯示。所述雙向開關(guān)132包括控制端子130以接收控制電壓124來控制所述雙向開關(guān)132的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。所述控制電路系統(tǒng)134包括能量存儲元件102、耦接裝置101和控制電路108。所述耦接裝置101將所述能量存儲元件102耦接到供電電壓Vsup以對所述能量存儲元件102充電。當(dāng)所述雙向開關(guān)132處于斷開狀態(tài)中時，所述耦接裝置101僅將所述能量存儲元件102耦接到所述供電電壓Vsup。當(dāng)所述能量存儲元件102沒有被耦接到所述供電電壓Vsup時，所述控制電路108接收來自所述能量存儲元件102的功率并且供應(yīng)控制電壓124，其具有獨(dú)立于所述供電電壓Vsup的電壓電平。在圖Ib中顯示了另一實施例。控制電路系統(tǒng)134的實施例的示意圖被顯示，其被連接到也被示意性地繪制的雙向開關(guān)132。所述雙向開關(guān)132具有在第一 I/O端子140和第二 I/O端子146之間的雙向主電流路徑144。在所述雙向主電流路徑144中提供至少一個可控制的半導(dǎo)體開關(guān)143。所述雙向開關(guān)132具有用于控制所述雙向主電流路徑144的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)的控制端子130。所述雙向開關(guān)132具有另外的參考電壓輸出端子142，用于提供參考電壓128，所述參考電壓128指示在所述控制端子130上接收的控制電壓必須被限定到哪個電壓電平以使得能夠切換所述雙向開關(guān)。因此，取決于所述參考電壓與在所述控制端子130處接收的控制電壓之間的電壓差，所述雙向開關(guān)132被控制而處于接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)中。所述控制電路系統(tǒng)134包括用于接收第一供電電壓的第一供電電壓端子112并且具有用于接收第二供電電壓的第二供電電壓端子120。所述控制電路系統(tǒng)134進(jìn)一步包括具有第一端子104和第二端子136的能量存儲元件102。第一開關(guān)114被布置在所述第一供電電壓端子112和所述第一端子104之間。第二開關(guān)118被布置在所述第二供電電壓端子120和所述第二端子136之間。所述控制電路系統(tǒng)134進(jìn)一步包括另外的控制電路116，其控制所述第一開關(guān)114和所述第二開關(guān)118是打開的或閉合的。當(dāng)所述第一開關(guān)114和 所述第二開關(guān)118兩者被閉合時，所述能量存儲元件102被充電到是所述第一供電電壓和所述第二供電電壓之間的差值電壓的電壓。當(dāng)所述第一開關(guān)114和所述第二開關(guān)118兩者是打開的時，所述第一端子104和所述第二端子136的電壓是浮動的并且因此獲得所述能量存儲元件102的浮動狀態(tài)。所述控制電路系統(tǒng)134進(jìn)一步包括控制電路108，用于在所述控制電路108的輸出端子110處產(chǎn)生控制電壓124。所述控制電壓124被供應(yīng)給所述雙向開關(guān)的控制端子130。所述控制電路108具有功率供應(yīng)端子106、138以接收來自所述能量存儲元件102的供電能量。因此，功率供應(yīng)端子106被耦接到所述第一端子104并且功率供應(yīng)端子138被耦接到所述第二端子136。當(dāng)所述能量存儲元件102處于浮動狀態(tài)中時，以浮動的方式產(chǎn)生所述控制電壓124。因此，所產(chǎn)生的控制電壓124與所述第一端子104的電壓和/或所述第二端子136的電壓相關(guān)。在例子中，所述控制電壓124的電壓電平處于由所述第一端子104的電壓和所述第二端子136的電壓限制的范圍內(nèi)。所述控制電路系統(tǒng)134進(jìn)一步具有參考電壓輸入端子126。所述參考電壓輸入端子126接收來自所述參考電壓輸出端子142的參考電壓128。在實施例中，所述參考電壓端子被耦接到所述控制電路108以致所述控制電路108可以產(chǎn)生相對于所接收的參考電壓128而被限定的控制電壓124。在另一實施例中，所述參考電壓端子被耦接到所述第二端子136。因此，如果所述能量存儲元件102處于浮動狀態(tài)中，則所接收的參考電壓128確定所述第二端子136的電壓。隨后，所述能量存儲元件102確定所述第一端子104和所述第二端子136之間的電壓差，并且因此，如果所述能量存儲元件102處于浮動狀態(tài)中，則所述第一端子104的電壓也與所述參考電壓128相關(guān)。所述控制電路108在其功率供應(yīng)端子106、138處接收所述第一端子104和所述第二端子136的電壓，并且，因此，所產(chǎn)生的控制電壓124主要與所述第一端子104和所述第二端子136的電壓相關(guān)，并且因此，所產(chǎn)生的控制電壓124相對于所述參考電壓128而被限定。當(dāng)所述能量存儲元件102處于浮動狀態(tài)中時，所述參考電壓128和所述控制電壓124之間的電壓差確定所述雙向開關(guān)132的接通或斷開狀態(tài)。
當(dāng)所述雙向開關(guān)132的主電流路徑144處于斷開狀態(tài)中時，所述控制電路系統(tǒng)134的另外的控制電路116僅閉合所述第一開關(guān)114和/或所述第二開關(guān)118。如果所述第一開關(guān)114或所述第二開關(guān)118被閉合，則所述第一端子104或所述第二端子136的電壓分別不再是浮動的。這意味著所產(chǎn)生的控制電壓124不再浮動。當(dāng)所接收的控制電壓124與所述參考電壓128相關(guān)并且不與固定的第一供電電壓或固定的第二供電電壓相關(guān)時，可以僅可靠地閉合所述雙向開關(guān)132。因此，當(dāng)所述雙向開關(guān)132處于斷開狀態(tài)中時，可以僅閉合所述第一開關(guān)114和/或所述第二開關(guān)118。為了對所述能量存儲元件102充電，所述第一開關(guān)114和所述第二開關(guān)118兩者必須被閉合。所述另外的控制電路116可以具有關(guān)于在其期間所述雙向開關(guān)132處于斷開狀態(tài)中的時間間隔的預(yù)定義的知識。在迭代循環(huán)的預(yù)定義的間隔期間，所述雙向開關(guān)132可以是打開的，并且因而所述另外的控制電路116可以在所述預(yù)定義的間隔期間閉合所述第一開關(guān)114和/或所述第二開關(guān)118。圖2a示意性地顯示了控制電路系統(tǒng)和雙向開關(guān)212的實施例202，其可以以p_型襯底半導(dǎo)體技術(shù)而被制造。用被放置在反串聯(lián)配置中的兩個NMOS晶體管Ml、M2實現(xiàn)所述 雙向開關(guān)212，這意味著它們具有共柵極g和共源極S。所述MOS晶體管M1、M2中的一個的漏極dl是所述雙向開關(guān)212的第一 I/O端子并且所述MOS晶體管Ml、M2中的另一個的漏極d2是所述雙向開關(guān)212的第二 I/O端子。所述控制電路系統(tǒng)包括第一開關(guān)SI、第二開關(guān)S2、存儲電容器CstOT、第一控制器210和第二控制器208。電壓供應(yīng)Eenwgy提供第一電壓+fixed和第二電壓-fixed，所述第二電壓-fixed低于所述第一電壓+fixed。第一開關(guān)SI接收所述第一電壓+fixed并且當(dāng)所述第一開關(guān)SI被閉合時將所述第一電壓+fixed提供給所述存儲電容器的第一端子。在該圖中用+fl指示所述第一端子的電壓。所述第二開關(guān)S2接收所述第二電壓-fixed并且當(dāng)所述第二開關(guān)S2被閉合時將所述第二電壓-fixed提供給所述存儲電容器的第二端子。在圖2a中用-fl指示所述第二端子的電壓。當(dāng)所述開關(guān)SI和S2兩者被閉合時，所述存儲電容器CstOT被充電，以在所述存儲電容器cstOT被完全充電時獲得所述存儲電容器CstOT的第一端子和第二端子之間的電壓差，其實質(zhì)上等于所述電壓供應(yīng)E6nwgy的電壓。當(dāng)所述開關(guān)SI和S2兩者是打開的時，所述第一端子和所述第二端子的電壓+fl、_fl分別是浮動的。要被注意的是所述開關(guān)SI和S2被閉合足夠長以對所述電容器CstOT完全充電不是必需的。將所述電容器CstOT充電到如下電壓電平是足夠的即向所述控制電路206提供足夠的供電以能夠控制所述雙向開關(guān)212所需的電壓電平。所述第二端子被連接到所述雙向開關(guān)212的共源極S，并且因而所述共源極s的電壓與所述第二端子的電壓_fl彼此跟隨。當(dāng)所述雙向開關(guān)212處于接通狀態(tài)中時，所述共源極s的電壓處于所述第一 I/O端子dl的電壓和所述第二 I/O端子d2的電壓之間。在這樣的時刻，所述開關(guān)SI和/或S2可以不被閉合，否則所述第二端子的電壓可能與所述共源極s的電壓沖突。因此，當(dāng)所述雙向開關(guān)212處于接通狀態(tài)中時，所述開關(guān)SI和S2中沒有一個可以被閉合，并且僅當(dāng)所述雙向開關(guān)212處于斷開狀態(tài)中時，所述開關(guān)SI和/或S2可以被閉合。開關(guān)SI和S2的打開和閉合受另外的控制電路210控制。在實施例中，所述雙向開關(guān)212在連續(xù)循環(huán)的預(yù)定義間隔期間總是處于斷開狀態(tài)中，并且連續(xù)循環(huán)的這些預(yù)定義間隔的預(yù)定義的知識在所述另外的控制電路210中可以是可利用的，以致所述另外的控制電路210在所述預(yù)定義間隔期間僅閉合所述開關(guān)SI和/或S2。所述控制電路系統(tǒng)進(jìn)一步包括所述控制電路208，其包括通信信道204和鎖存器206。所述通信信道204和所述鎖存器206兩者接收來自所述存儲電容器CstOT的功率供應(yīng)電壓。所述通信信道進(jìn)一步被連接到所述第二供電電壓-fixed。所述通信信道在輸入端口In接收輸入信號，其指示所述雙向開關(guān)必須是處于接通狀態(tài)中還是處于斷開狀態(tài)中。所接收的輸入信號具有與所述第一電壓+fixed相關(guān)和/或與所述第二電壓-fixed相關(guān)的電壓電平，例如，所述輸入信號的電壓電平處于由所述第一電壓+fixed和所述第二電壓-fixed限制的范圍內(nèi)。所述通信信道將所接收的輸入信號轉(zhuǎn)換為所述通信信道的輸出信號，其具有與所述第一端子的電壓電平+fl和/或所述第二端子的電壓電平_fl相關(guān)的電 壓電平，例如，在由所述電壓電平+fl和所述電壓電平-fl限制的范圍內(nèi)的電壓電平。所述通信信道204的輸出信號被用于將所述鎖存器206設(shè)置或重置到特定的狀態(tài)，并且所述鎖存器206根據(jù)所述鎖存器206的狀態(tài)將控制電壓提供給所述共柵極g。 所產(chǎn)生的控制電壓與所述第一端子的電壓電平+f I和/或所述第二端子的電壓電平_fl相關(guān)，并且由于所述第二端子被耦接到所述共源極S，期望的控制電壓被所述鎖存器206產(chǎn)生，以致所述NMOS晶體管Ml和M2的柵極源極電壓使得所述雙向開關(guān)212被閉合或打開。如果所述控制電壓高于所述NMOS晶體管Ml和M2的閾值電壓，則所述雙向開關(guān)212處于接通模式中。因此，當(dāng)所述雙向開關(guān)212必須處于接通狀態(tài)中時，所述鎖存器206可以提供接近于所述第一端子的電壓電平+fl的控制電壓，并且當(dāng)所述雙向開關(guān)212必須處于斷開狀態(tài)中時，所述鎖存器206可以提供接近于所述第二端子的電壓電平_f I的控制電壓。在實施例中，當(dāng)所述雙向開關(guān)被控制為處于斷開狀態(tài)中時，所述另外的控制電路210被耦接到所述控制電路208以接收指示。此指示被所述另外的控制電路210使用以決定所述第一開關(guān)SI和/或所述第二開關(guān)S2是可以被閉合還是應(yīng)該是打開的。在圖2b中，示意性地繪制了所述雙向開關(guān)220和所述控制電路系統(tǒng)的另一實施例214。所述實施例與圖2a的實施例相似，然而，所述雙向開關(guān)220包括兩個PMOS晶體管M10、M20，并且因此所述鎖存器224必須提供與圖2a的實施例的控制電壓相反的控制電壓，因為當(dāng)所述PMOS晶體管M10、M20的共柵極g的電壓低于所述PMOS晶體管M10、M20的共源極s的電壓時，所述雙向開關(guān)220被閉合。所述第一控制器216、所述鎖存器224和所述通信信道218與圖2a的實施例的第一控制器210、鎖存器206和通信信道204相似。在圖3中，呈現(xiàn)了能量存儲元件302、304的兩個示意性實施例。所述能量存儲元件可以被實現(xiàn)為存儲電容器，其在半導(dǎo)體技術(shù)中可以借助于NMOS晶體管302或PMOS晶體管304而被制造。所述NMOS晶體管302和所述PMOS晶體管304兩者的源極S、漏極d和背柵極形成所述存儲電容器的第一電極，并且柵極g形成第二電極。因此，柵氧化層形成所述存儲電容器的電介質(zhì)。在半導(dǎo)體技術(shù)中實現(xiàn)的存儲電容器的其他實施例是所謂的金屬-絕緣體-金屬(MM)電容器和所謂的邊緣電容器。所述MIM電容器基于半導(dǎo)體器件的金屬-層-堆疊的標(biāo)準(zhǔn)金屬層之一中的第一電極而被制造，絕緣材料的薄層被沉積在其頂部上，在那上面制造第二金屬電極。所述邊緣電容器包括被制造在半導(dǎo)體器件的一個金屬層中或被制造在半導(dǎo)體器件的兩個或更多鄰近的金屬層中的兩個指叉式電極。所述第一電極的指狀部分與所述第二電極的指狀部分一起形成電容。要被注意的是所述能量存儲元件的所討論的實施例意在以半導(dǎo)體技術(shù)而被制造，其是有利的以便獲得包括完整的控制電路系統(tǒng)的單一器件。然而，所述能量存儲元件也可以被制造在單獨(dú)的半導(dǎo)體器件上。例如，在三維半導(dǎo)體布置中，第一半導(dǎo)體器件可以包括所述控制電路系統(tǒng)的邏輯電路并且可以包括在所述第一半導(dǎo)體器件的頂面處的觸點，并且被布置為被放置在所述第一半導(dǎo)體器件的頂面上的第二半導(dǎo)體器件包括所述能量存儲元件。特別地，例如，在開關(guān)矩陣半導(dǎo)體器件中，在單獨(dú)的半導(dǎo)體器件(其被放置在包括所述開關(guān)邏輯電路的半導(dǎo)體器件的頂部上，以致可以制造更大的開關(guān)矩陣)中制造所述能量存儲元件可能是有利的。在圖4a中，呈現(xiàn)了所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的第一實施例402。所述第二開 關(guān)由NMOS晶體管Ts2形成，其導(dǎo)電狀態(tài)由另外的控制電路404控制。特別地，如果所述第二開關(guān)被控制為處于導(dǎo)電狀態(tài)中，則所述第二端子的電壓電平_f I變成實質(zhì)上等于所述第二供電電壓-fixed。所述第一端子的電壓電平+fl下降到在所述第一供電電壓+fixed以下的電平，因為如下被預(yù)期所述能量存儲元件不再被完全地充電。所述第一開關(guān)由陰極負(fù)載二極管Dsi形成。如果所述第一供電電壓+fixed高于所述第一端子的電壓電平+fl，則所述陰極負(fù)載二極管變?yōu)閷?dǎo)電的并且所述能量存儲元件被充電。在短時間段之后，除跨越所述前向偏置的二極管的電壓降之外，所述第一端子的+fl的電壓電平變得實質(zhì)上等于所述第一供電電壓+fixed。要被注意的是所述陰極負(fù)載二極管的導(dǎo)電和非導(dǎo)電狀態(tài)不直接由所述另外的控制電路404控制，然而，通過將所述第二開關(guān)控制為處于導(dǎo)電狀態(tài)，所述陰極負(fù)載二極管的狀態(tài)間接地由所述另外的控制電路404控制。在圖4b中，呈現(xiàn)了所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)的第二實施例406。所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)被實現(xiàn)為NMOS晶體管TS1、Ts2，其導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)由另外的控制電路408控制。當(dāng)NMOS晶體管TS1、Ts2兩者被控制為處于導(dǎo)電狀態(tài)中時，從所述電壓供應(yīng)Emwgy對所述電容器充電。在圖5a中，呈現(xiàn)了通信信道502的實施例。信號T1Ctrl是雙向開關(guān)控制信號，其被所述控制電路接收并且指示所述雙向開關(guān)的所期望的接通或斷開狀態(tài)。所述信號T1Ctrl被連接到NMOS晶體管Tl的柵極。所述通信信道進(jìn)一步接收所述第一供電電壓-fixed和所述第一端子的電壓+fl。所述T1Ctrl信號具有與所述第一供電電壓-fixed相關(guān)的電壓電平。所述通信信道的輸出端子Out提供被轉(zhuǎn)換的雙向開關(guān)控制信號，其具有與所述第一端子的電壓+fl相關(guān)的電壓電平。晶體管Tl的導(dǎo)電狀態(tài)由所述T1Ctrl信號控制。如果晶體管Tl不導(dǎo)電，則在所述輸出端子Out處的輸出電壓實質(zhì)上等于所述電壓+fl。如果所述晶體管Tl導(dǎo)電，則電流流過電阻器Rl和晶體管Tl，并且跨越電阻器Rl的電壓降確定在所述輸出端子Out處的輸出電壓比所述電壓+fl低多少。因此，所述輸出端子Out的信號與所述浮動電壓+fl相關(guān)。所述輸出端子Out的電壓擺動必須通過所述電路502的部件的精確參數(shù)化而被獲得。所述電壓擺動例如取決于Tl的閾值電壓、Tl的電流增益因子、Rl的電阻等等。圖5b呈現(xiàn)了通信信道504的另一實施例。在該實施例中，由所述控制電路接收的雙向開關(guān)控制信號包括設(shè)置子信號InS和重置子信號InR。利用與圖5a的實施例相似的兩個通信信道子電路，兩個信號被轉(zhuǎn)換為與浮動電壓+fl相關(guān)的電壓電平。Set (InS)和Reset (InR)信號分別被用于設(shè)置或重置所述鎖存器的狀態(tài)，并且由此控制所述雙向開關(guān)的狀態(tài)。為了控制所述鎖存器的狀態(tài)，所述Set (InS)和Reset (InR)信號僅必須被提供相對短的時間段。僅在相對短的時間段期間，電流流過電阻器RIO、R20和晶體管Tl和T20。因此，所述通信信道僅在所述雙向開關(guān)必須被切換到另一狀態(tài)時消耗功率。因此，所述通信信道不消耗靜態(tài)功率。在圖6a中，呈現(xiàn)了一半通信信道602的另一實施例。當(dāng)設(shè)置子信號和重置子信號被所述控制電路接收時，所述電路602必須被實現(xiàn)兩次，一次用于將所述設(shè)置子信號轉(zhuǎn)換為與所述電壓電平_fl和+fl相關(guān)的信號，以及一次用于將所述重置子信號轉(zhuǎn)換為與所述電壓電平_fl和+fl相關(guān)的"[目號。所述通信信道602是分別與圖5a和圖5b的實施例502和504相比的改進(jìn)的通信信道。所述通信信道602具有在所述第一端子和所述第二端子各自的浮動電壓+fl和_fl之間的更好的輸出電壓擺動。在將所述固定電壓+fixed和-fixed連接到所述浮動電壓+fl和-f I的支路中添加(高電壓)PMOS晶體管T2。輸入晶體管T1通常被斷開。電阻器R11向所 述電壓電平+fl拉節(jié)點Outl。PMOS晶體管T2是高度導(dǎo)電的，由于其柵極被束縛到_fl，故T1和T2的互相連接的漏極也顯示所述+f I電壓。兩個反相器級提供正常高的輸出節(jié)點0ut3，并且所有三個支路不消耗。當(dāng)所述輸入晶體管T1的柵極被拉高(暗示接收到設(shè)置或重置子信號)時，T1的導(dǎo)電通道下拉T1和T2的互相連接的漏極，并且所述Outl節(jié)點也下來。R1的電阻被選擇以致在沒有T2的情況下所述輸入晶體管T1將容易將所述Outl節(jié)點拉到局部負(fù)供應(yīng)軌道-fl之下。通過引AT2，這不再是可能的，因為T2將被斷開。在所述Outl節(jié)點處所得到的電壓稍微在所述浮動電壓_fl之上，即至少PMOS閾值電壓?，F(xiàn)在所述反相器級T4ZT5在其輸入具有相對低的電壓，但NMOS T4可能將不被完全斷開。T4和T5的寬度和長度必須被選擇為使得所述輸出節(jié)點0ut2被拉高(需要相對弱的NMOS T4和相對強(qiáng)的PMOS T5)。反相器級!^^在所述輸出0ut3處創(chuàng)建邏輯“低”。只要T1被激活，兩個左側(cè)支路可以消耗并且所述反相器級T6/T7不顯示靜態(tài)消耗。如之前注意到的，T1僅在相對短的時間間隔(在其期間設(shè)置或重置子信號被接收)期間是有效的。在圖6a的實施例602中，PMOS晶體管T2的源極-至-背柵極結(jié)點被短路，其減小所述閾值電壓并且因此產(chǎn)生相對接近所述浮動電壓-fl的節(jié)點Outl的電壓。然而，缺點在于需要在用于T2的半導(dǎo)體器件中使用額外的高電壓孤島，這增加了對所述襯底的寄生電容并且減少了高頻率拒絕。在圖6b的通信信道604中，PMOS晶體管T21的背柵極端子被連接到所述(浮動)電壓電平+fI。當(dāng)Tl被激活時，以T21的增加的閾值電壓為代價避免了所述額外的高電壓孤島。節(jié)點Outl不再變得如在圖6a的實施例602中一樣接近所述電壓電平-fl。T4和T5的寬度和長度需要適合于仍然確保所述輸出節(jié)點0ut2被拉高，這需要甚至更弱的NMOS T4和甚至更強(qiáng)的PMOS T5。在圖6c的電路中，描繪了所述通信信道的另外的實施例606。圖6b的實施例604的電阻器Rll已經(jīng)被PMOS晶體管T3替代，其柵極被連接到所述(浮動)電壓電平-fl。晶體管T3充當(dāng)非線性的電阻。電阻使用所述半導(dǎo)體器件的相對大的區(qū)域，而所述晶體管T3可以被制造在小的多的尺寸。參考圖lb，要被注意的是由所述雙向開關(guān)提供的并且在所述參考電壓輸入端子126上被接收的參考電壓128可以顯示快的并且相對大的電壓擺動。如果所述雙向開關(guān)如在圖2a中所顯示的那樣而被實現(xiàn)，則從所述NMOS晶體管Ml和M2的共源極s獲得所述參考電壓128，并且因此所述參考電壓128直接與由所述雙向開關(guān)傳輸?shù)男盘栂嚓P(guān)。特別地，例如在醫(yī)療刺激器中，通過所述雙向開關(guān)而被傳輸?shù)男盘柨梢愿S具有相對大的幅度的波型。因此，當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時，所述第一端子的電壓+fl和所述第二端子的電壓-fl可以相對快地變化并且可以具有大的電壓擺動。如果鎖存器被用于記憶所述雙向開關(guān)的狀態(tài)，例如如在圖2a中所顯示的，并且如果利用由例如在圖5b中所顯示的通信信道提供的設(shè)置和重置信號來切換所述鎖存器，則被提供給所述鎖存器的設(shè)置和重置信號的電壓可以同時突然地下降或上升。這不應(yīng)導(dǎo)致所述鎖存器的狀態(tài)的不需要的變化以及因此而導(dǎo)致的所述雙向開關(guān)的狀態(tài)的不需要的變化。因此，如在圖7a中所示的，如下是有利的如果在所述控制電路中使用NAND鎖存器704，則對所述控制電路裝備XOR電路系統(tǒng)702。如果所述鎖存器是NOR鎖存器708，則包括XNOR柵極的附加的電路系統(tǒng)706可以被提供在所述通信信道和所述控制電路的鎖存器之間，如在圖7b中所顯示的。在圖7a和圖7b的兩個電路系統(tǒng)中，無論輸入信號OutSNotFl和OutRNotFl兩者何時同時地下降或上升，被提供給所述NAND鎖存器704或所述NOR鎖存器708的信號的邏輯電平不變化。如果僅所述 輸入信號OutSNotFl和OutRNotFl中的一個增高或下降，則被提供給所述NAND鎖存器704或所述NOR鎖存器708的信號的邏輯電平中的一個變化。要被注意的是在圖7a和圖7b中，顯示了分別被耦接到所述第一端子和所述第二端子的電壓軌道+fl和_fl，其指示所述XOR電路系統(tǒng)702、所述NAND鎖存器704、所述XNOR電路系統(tǒng)706和所述NOR鎖存器708接收來自所述電壓軌道+fl和-fl的供電電壓。因此，當(dāng)所述能量存儲元件處于浮動狀態(tài)中時它們接收浮動供電電壓。圖8顯示了附加的電路的實施例，其被所述控制電路108包括并且被耦接在所述控制電路108的鎖存器和所述雙向開關(guān)132之間。在此實施例中，所述參考電壓128被耦接到所述控制電路108。所述附加的電路接收來自所述鎖存器的信號，其指示所述雙向開關(guān)的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)。此信號被饋送到包括晶體管T81和T82的第一反相器802，并且被饋送到包括晶體管T83和T84的第二反相器804，所述第二反相器804與包括晶體管T85和T86的第三反相器806串聯(lián)耦接。所述第一反相器802的輸出將控制電壓124提供給所述雙向開關(guān)的控制端子130，并且所述第三反相器806的輸出被耦接到所述雙向開關(guān)的參考電壓輸出端子142。因此，所述控制端子130和所述參考電壓輸出端子142之間的電壓差是(+fl-fl)或-(+fl-fl)，取決于所述鎖存器的狀態(tài)。如果此電壓差是正的，則所述雙向開關(guān)132被控制為處于接通狀態(tài)中，如果所述電壓差是負(fù)的，則所述雙向開關(guān)132被控制為處于斷開狀態(tài)中。所述第三反相器806將所述參考電壓與所述第一端子的(浮動)電壓電平+fl或所述第二端子的電壓電平-fl相連接。因此，所述第一端子的電壓電平+fl或所述第二端子的電壓電平-fl實質(zhì)上等于所述參考電壓128，并且因此是所述電壓電平+fl或-fl中的另一個，并且也與所述參考電壓128相關(guān)。取決于所述第一反相器802的狀態(tài)，所述控制電壓124等于所述電壓電平+fl或-fl中的一個，并且，因此，所產(chǎn)生的控制電壓124與所述參考電壓128相關(guān)。要被注意的是在圖8的配置中，代替將所述共柵極g連接到所述控制端子130，所述共源極s可以被連接到所述控制端子130，并且因此所述共柵極g可以被連接到所述參考電壓輸出端子142。在圖8的配置中，僅僅重要的是所述共柵極g和所述共源極s之間的差值電壓在所述雙向開關(guān)處于接通狀態(tài)中是正的并且在所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中是負(fù)的。如果所述共柵極和所述共源極被不同地連接(如在本段中所討論的)，則所述鎖存器的OutNot輸出端子必須被連接到所述附加的電路系統(tǒng)而不是所述Out輸出端子。圖9顯不了所述雙向開關(guān)132的另一實施例。所述雙向主電流路徑處于NMOS晶體管Ml的漏極dl和NMOS晶體管M2的漏極d2之間。所述雙向開關(guān)132具有兩個附加的輸入端子，即接收電壓電平Vmax的端子902 (所述電壓電平Vmax高于可能出現(xiàn)在dl和d2之間的主電流路徑中的所有電壓)，和接收電壓電平Vmin的端子904(所述電壓電平Vmin低于可能出現(xiàn)在dl和d2之間的主電流路徑中的所有電壓)。在實際的實施例中，Vmin是在其中制造所述雙向開關(guān)的半導(dǎo)體器件的襯底的電壓。具有共源極S2和共柵極g2的NMOS晶體管M3和PMOS晶體管M4的串聯(lián)布置被布置在所述端子902和所述端子904之間。所述NMOS M3和所述PMOSM4形成類-B電路。兩個晶體管均是增強(qiáng)MOSTs以致它們不能同時導(dǎo)電(類-B操作)。所述共源極S2被連接到所述參考電壓輸出端子142。所述共源極g2被連接到所述NMOS晶體管 Ml和M2的共源極Sl。M3和M4的功能是所述參考電壓輸出端子上的參考電壓128變成接近于所述共源極S1的電壓電平的電壓電平。所述參考電壓128不同于所述共源極S1的電壓電平，具有處于NMOS晶體管M3的閾值電壓和PMOS晶體管M4的閾值電壓之間的范圍中的量。換句話說，所述參考電壓128 —高于所述共源極S1的電壓(其等于所述共柵極g2的電壓)，PMOS晶體管M4就導(dǎo)電，直到所述參考電壓128的電平幾乎等于所述共源極S1的電壓。如果所述參考電壓128低于所述共源極S1的電壓，則NMOS晶體管M3導(dǎo)電，直到所述參考電壓128的電平幾乎等于所述共源極S1的電壓。圖10示意性地顯示了圖9的實施例，其中繪制了從所述半導(dǎo)體器件的襯底分別到所述晶體管ΜΡ··Μ4的端子的寄生(ρη-結(jié))二極管Dpaiy·· Dpar4。在此段中接著的討論中，我們假設(shè)不存在晶體管M3和M4并且所述共源極S1被耦接到所述參考電壓輸出端子142。如之前所討論的，如果圖5a、圖5b、圖6a、圖6b、圖6c的通信電路502、504、602、604、606將設(shè)置或重置信號傳送到與所述電壓電平+fl和/或-fl相關(guān)的電壓電平，則電流流過所述通信電路，從所述電壓電平+fl到在其上制造所述控制電路系統(tǒng)(以及可能地，所述雙向開關(guān))的半導(dǎo)體器件的襯底。所述電流僅流動短的時間段。此外，電流總是流動閉合的環(huán)路，并且因此流過所述通信信道的電流的一部分經(jīng)由所述寄生二極管Dpar1和/或Dpar2從襯底背部流到所述雙向開關(guān)的I/O端子，特別是當(dāng)所述雙 向主電流路徑處于斷開狀態(tài)中時。如果所述雙向主電流路徑處于接通狀態(tài)中，則小的電流經(jīng)由被連接到所述雙向開關(guān)的I/O端子的電路系統(tǒng)流過所述雙向主電流路徑。這意味著對于短的時間段而言，所述雙向開關(guān)的I/O端子可以接收不與必須經(jīng)由所述雙向開關(guān)而被傳輸?shù)男盘栂嚓P(guān)的電流。所述雙向開關(guān)的I/O端子例如可以被耦接到測量電路并且所述測量可能被這些電流干擾。如果(如在圖10中所繪制的)存在MOS晶體管M3和M4，則短電流脈沖在不同的路徑中流動。如果所述雙向開關(guān)晶體管Ml和M2是導(dǎo)電的，則所述脈沖經(jīng)由所述能量存儲元件、經(jīng)由圖8的反相器806的晶體管T86流動到所述參考電壓輸出端子142并且隨后流經(jīng)Dpar40在M3導(dǎo)電的情況下，所述電流環(huán)路經(jīng)由M3的導(dǎo)電通道而閉合。如果Ml和M2是非導(dǎo)電的，則所述電流環(huán)路經(jīng)由圖8的反相器806的晶體管T85、經(jīng)由所述參考電壓輸出端子142以及經(jīng)由所述二極管Dpar4而閉合。同樣在Ml和M2是非導(dǎo)電的并且M3導(dǎo)電的情況下，所述電流環(huán)路經(jīng)由M3的導(dǎo)電通道而閉合。因此，圖10的實施例是有利的，因為其防止了所述雙向開關(guān)的I/O端子上的信號的干擾。圖11示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二方面的雙向開關(guān)1104系統(tǒng)的實施例。所述雙向開關(guān)系統(tǒng)1004具有在第一 I/O端子1106和第二 I/O端子1114之間的雙向主電流路徑1112。至少一個半導(dǎo)體開關(guān)1110被提供在所述雙向主電流路徑1112中。所述半導(dǎo)體開關(guān)1110的接通和斷開狀態(tài)由控制電路系統(tǒng)1102控制。先前討論了所述半導(dǎo)體開關(guān)1110和所述控制電路系統(tǒng)1102的實施例。圖12示意性地顯示了開關(guān)矩陣1200的實施例。所述開關(guān)矩陣1200包括多個列C1到Cn和多個行R1到Rm。雙向開關(guān)系統(tǒng)1202被提供在列Ci和行&之間的至少一個結(jié)點處。在圖12的例子中，所述雙向開關(guān)系統(tǒng)1202被提供在由行R3和列C3形成的結(jié)點處。所述雙向開關(guān)系統(tǒng)1202包括半導(dǎo)體開關(guān)1206并且所述半導(dǎo)體開關(guān)1206的接通和斷開狀態(tài)由控制電路系統(tǒng)1204控制。先前討論了所述半導(dǎo)體開關(guān)1206和所述控制電路系統(tǒng)1204的實施例。應(yīng)被注意的是在實施例中，所述矩陣的所有結(jié)點各自具有帶有控制電路系統(tǒng)的雙向開關(guān)。 圖13示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第四方面的醫(yī)療刺激器1300。所述醫(yī)療刺激器1300具有多個電極1310…131η，其可以被使得接觸人的身體以模擬例如人的肌肉，或在另一例子中，以對人提供深部腦刺激。經(jīng)由電極而被提供給人的信號可以由用戶或醫(yī)學(xué)專家用選擇按鈕1302來選擇。取決于所述選擇，信號發(fā)生器1306產(chǎn)生信號。由所述信號發(fā)生器1306產(chǎn)生的信號可以經(jīng)由雙向開關(guān)而被連接到電極1310…131η中的一個。所述醫(yī)療刺激器1300包括至少一個雙向開關(guān)系統(tǒng)，其包括在所述雙向開關(guān)系統(tǒng)的雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)1308。所述雙向開關(guān)的接通和斷開狀態(tài)由控制電路系統(tǒng)1304控制。先前討論了所述半導(dǎo)體開關(guān)1308和所述控制電路系統(tǒng)1304的實施例。在另一實施例中，所述醫(yī)療刺激器1300包括根據(jù)本發(fā)明的第三方面的開關(guān)矩陣。圖14示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第五方面的控制雙向開關(guān)的方法1400的實施例。所述雙向開關(guān)具有用于接收控制電壓以控制所述雙向開關(guān)的接通和斷開狀態(tài)的控制端子，以及在雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)。所述方法包括第一步驟僅當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時，借助于耦接裝置將能量存儲元件耦接1402到供電電壓，用于對所述能量存儲元件充電。在另一步驟中，所述方法接收1404來自控制電路中的能量存儲元件的功率。在另外的步驟中，當(dāng)所述能量存儲元件沒有被耦接到所述供電電壓時，所述方法借助于所述控制電路供應(yīng)1406具有獨(dú)立于所述供電電壓的電壓電平的控制電壓。要被注意的是根據(jù)本發(fā)明的第一方面的控制電路系統(tǒng)、所述雙向開關(guān)系統(tǒng)、開關(guān)矩陣或根據(jù)本發(fā)明的第五方面的方法可以在多個應(yīng)用中被使用。第一例子是醫(yī)療植入體，其包括交叉點開關(guān)矩陣以將內(nèi)部電路系統(tǒng)耦接到外部探針，用于刺激和/或記錄兩者，諸如深部腦刺激器或起搏器(Pace Makers)0在第二例子中，在電話技術(shù)中，在用戶線接口電路附近或在用戶線接口電路內(nèi)的電路系統(tǒng)例如使用交叉點開關(guān)矩陣將用戶電話線耦接到電話交換機(jī)的內(nèi)部電路系統(tǒng)。在第三例子中，集成的顯示驅(qū)動器使用幾十伏特的供電電壓，其可以通過雙向開關(guān)的雙向主電流路徑而被切換。在第四例子中，交叉點開關(guān)矩陣可以被用于將各種壓電元件耦接到被集成在CMOS技術(shù)中的壓電驅(qū)動器。在第五例子中，用于照明應(yīng)用的LEDs經(jīng)常被串聯(lián)布置以形成LED串并且將功率供應(yīng)給所述LED串的電壓可以通過雙向開關(guān)系統(tǒng)而被切換。在第六例子中，高級的功率供應(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)需要雙向開關(guān)，用于增加的功能性和/或效率。應(yīng)被注意的是上面所述的實施例示出了而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計許多替代實施例，而不背離所附的權(quán)利要求的范圍。在權(quán)利要求中，被放置在括號之間的任何參考符號不應(yīng)被解釋為限制該權(quán)利要求。動詞“包括”和其詞形變化的使用不排除除那些在權(quán)利要求中陳述的之外的元素或步驟的存在。在元素前的冠詞“一個(a)”或“一個(an)”不排除多個這樣的元素的存在。可以借助于包括若干不同的元素的硬件并且借助于適當(dāng)?shù)爻绦蚧挠嬎銠C(jī)來實現(xiàn)本發(fā)明。在枚舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干裝置可以由硬件的同一個項來實體化。某些手段在互相不同的從屬權(quán)利要求中被記載的僅有的事實不表明這些手段的結(jié)合不 能被用來獲得優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種用于控制雙向開關(guān)(132、212、220)的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，所述雙向開關(guān)具有控制端子(130)以及在雙向主電流路徑(144、1112)中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)(143、Ml、M2、M10、M20、1110、1206、1308)，所述控制端子(130)用于接收控制電壓以控制所述雙向開關(guān)(132、212、220)的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)，所述控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)包括 能量存儲元件(102、CstOT)， 耦接裝置(101 )，所述耦接裝置(101)用于將所述能量存儲元件(102、CstOT)耦接到供電電壓，用于對所述能量存儲元件(102、Cstor)充電，以及 控制電路(108、208、222)，所述控制電路(108、208、222)被配置用于接收來自所述能量存儲元件(102、CstOT)的功率，并且被配置用于當(dāng)所述能量存儲元件(102、CstOT)沒有被耦接到所述供電電壓時供應(yīng)具有獨(dú)立于所述供電電壓的電壓電平的控制電壓， 其中，所述耦接裝置(101)被配置用于當(dāng)所述雙向開關(guān)(132、212、220)處于斷開狀態(tài)中時僅將所述能量存儲元件(102、Cstor)耦接到所述供電電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，進(jìn)一步包括用于接收參考電壓的參考電壓輸入端子(126)， 其中，所述雙向開關(guān)(132、212、220)進(jìn)一步包括用于提供所述參考電壓的參考電壓輸出端子(130)，所述參考電壓指示所述控制端子上的控制電壓必須被限定到哪個電壓電平以使得能夠切換所述雙向開關(guān)， 其中，所述能量存儲元件(102、Cstor)具有第一端子(104)和第二端子(136)， 其中，所述耦接裝置(101)包括 i)第一開關(guān)(SI)，所述第一開關(guān)(SI)被布置在所述第一端子(104)與用于接收第一供電電壓的第一供電電壓端子(112 )之間， ii)第二開關(guān)(S2)，所述第二開關(guān)(S2)被布置在所述第二端子(136)與用于接收第二供電電壓的第二供電電壓端子(120 )之間，以及 iii)另外的控制電路(116、210、216、404、408)，所述另外的控制電路(116、210、216、404、408)用于將所述第一開關(guān)(SI)和所述第二開關(guān)(S2)中的至少一個控制為是打開的或閉合的，并且被配置用于當(dāng)所述雙向開關(guān)(132、212、220)的所述雙向主電流路徑(144、1112)處于斷開狀態(tài)中時僅閉合所述第一開關(guān)(SI)和所述第二開關(guān)(S2)中的至少一個，其中，當(dāng)所述第一開關(guān)(SI)和所述第二開關(guān)(S2)兩者被閉合時，所述能量存儲元件(102、CstOT)被充電到是所述第一供電電壓與所述第二供電電壓之間的差值的電壓，并且其中，當(dāng)所述第一開關(guān)(SI)和所述第二開關(guān)(S2)兩者是打開的時，所述第一端子(104)和所述第二端子(136)的電壓是浮動的以獲得所述能量存儲元件(102、CstOT)的浮動狀態(tài)，并且 其中，所述控制電路(108、208、222)包括功率供應(yīng)端子(106、138)，所述功率供應(yīng)端子(106、138)被耦接在所述第一端子(104)和第二端子(136)之間以接收來自所述能量存儲元件(102、Cstor)的供電能量，其中當(dāng)所述能量存儲元件(102、Cstor)處于浮動狀態(tài)中時，以浮動的方式產(chǎn)生所述控制電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中，所述控制電路(108、208、222)包括鎖存器(206、224、704,708),所述鎖存器(206、224、704、708)用于記憶所述雙向開關(guān)(132、212、220)的接通狀態(tài)或斷開狀態(tài)并且用于根據(jù)所記憶的狀態(tài)供應(yīng)所述控制電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中，所述控制電路(108、208、222)包括用于接收開關(guān)控制信號的輸入端子(Tlctrl、Ins、InR)，所述開關(guān)控制信號指示所述雙向開關(guān)所需的接通或斷開狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中， 所述控制電路(108、208、222)被耦接到所述第一供電電壓端子(112)和所述第二供電電壓端子(120)中的至少一個， 所述輸入端子被配置為接收與所述第一供電電壓和所述第二供電電壓中的至少一個相關(guān)的所述開關(guān)控制信號，以及 所述控制電路(108、208、222)包括通信信道(204、218、502、504、602、604、606)，所述通信信道(204、218、502、504、602、604、606)用于將所述雙向開關(guān)控制信號傳遞到浮動控制信號，所述浮動控制信號具有與所述第一端子和/或所述第二端子的電壓相關(guān)的電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2和5所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中， 所述鎖存器(206、224、704、708 )被布置為響應(yīng)于接收到設(shè)置信號而存儲所述雙向開關(guān)(132,212,220)的接通狀態(tài)，并且響應(yīng)于接收到重置信號而存儲所述雙向開關(guān)(132、212、220)的斷開狀態(tài)， 所述雙向開關(guān)控制信號包括設(shè)置子信號和重置子信號，以及 所述通信信道(204、218、502、504、602、604、606)將所述設(shè)置子信號和所述重置子信號傳送到所述鎖存器(206、224、704、708 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中，所述能量存儲元件(102、Cstor)是基于MOS晶體管(302、304)而被制造的存儲電容器(CstOT)，所述MOS晶體管(302、304)的漏極、源極以及背柵極被彼此電連接，一起形成所述存儲電容器(CstOT)的第一電極，并且其中所述MOS晶體管(302、304)的柵極形成所述存儲電容器(CstOT)的第二電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中，所述第一開關(guān)(SI)或所述第二開關(guān)(S2)是陰極負(fù)載二極管(DS1)，并且所述第一開關(guān)(SI)和所述第二開關(guān)(S2)中的另一個是MOS晶體管(TS2)，并且其中所述MOS晶體管的導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)由所述另外的控制電路(116、210、216、404、408)控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路系統(tǒng)(134、1102、1204、1304)，其中，所述第一開關(guān)(SI)是第一 MOS晶體管(TS1)，并且所述第二開關(guān)(S2)是第二 MOS晶體管(TS2)，其中所述第一 MOS晶體管的導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)和所述第二 MOS晶體管的導(dǎo)電或非導(dǎo)電狀態(tài)由所述另外的控制電路(116、210、216、404、408)控制。
10.一種雙向開關(guān)系統(tǒng)(1104)，所述雙向開關(guān)系統(tǒng)(1104)包括雙向開關(guān)(132、212、220)和根據(jù)權(quán)利要求I的控制電路系統(tǒng)(I 102)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的雙向開關(guān)系統(tǒng)(1104)，其中，所述雙向開關(guān)(132、212、220)包括在第一 I/O端子和第二 I/O端子之間的雙向主電流路徑(144、1112)，并且包括在所述主電流路徑(144、1112 )中的第一 MOS晶體管(Ml)和第二 MOS晶體管(M2 )，其中所述第一 MOS晶體管(Ml)和所述第二 MOS晶體管(M2)具有共源極(s、sl)和共柵極(g、gl)，所述第一 MOS晶體管(Ml)的漏極(dl)被耦接到所述第一 I/O端子，所述第二 MOS晶體管(M2)的漏極(d2)被耦接到所述第二 I/O端子，所述共柵極(g、gl)被耦接到所述雙向開關(guān)(132、212,220)的控制端子(130)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙向開關(guān)系統(tǒng)(1104)，其中，所述共源極(s、sl)被耦接到所述雙向開關(guān)(132、212、220)的參考電壓輸出端子(130)。
13.一種開關(guān)矩陣(1200),所述開關(guān)矩陣(1200)包括在所述開關(guān)矩陣的至少一個結(jié)點處的如在權(quán)利要求10中所要求權(quán)利的至少一個雙向開關(guān)系統(tǒng)(1202)。
14.一種用于提供電刺激信號的醫(yī)療刺激器(1300)，并且所述醫(yī)療刺激器(1300)包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求10的雙向開關(guān)系統(tǒng)(1104)。
15.—種控制雙向開關(guān)的方法(1400),所述雙向開關(guān)具有用于接收控制電壓的控制端子以控制所述雙向開關(guān)的接通和斷開狀態(tài)以及在雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)， 所述方法包括下列步驟 僅當(dāng)所述雙向開關(guān)處于斷開狀態(tài)中時將能量存儲元件耦接(1402)到供電電壓，用于對所述能量存儲元件充電， 接收(1404)來自所述能量存儲元件的功率， 當(dāng)所述能量存儲元件沒有被耦接到所述供電電壓時，供應(yīng)(1406 )具有獨(dú)立于所述供電電壓的電壓電平的控制電壓。
全文摘要
提供了用于控制雙向開關(guān)(132)的控制電路系統(tǒng)(134)和方法。所述雙向開關(guān)(132)具有控制端子(130)以及在雙向主電流路徑中的至少一個半導(dǎo)體開關(guān)，所述控制端子(130)用于接收控制電壓(124)以控制所述雙向開關(guān)(132)的接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。所述控制電路系統(tǒng)(134)包括能量存儲元件(102)；將所述能量存儲元件(102)耦接到供電電壓以對所述能量存儲元件(102)充電的耦接裝置(101)；以及控制電路(108)，所述控制電路(108)被配置為接收來自所述能量存儲元件(102)的功率，并且被配置為當(dāng)所述能量存儲元件(102)沒有被耦接到所述供電電壓時供應(yīng)具有獨(dú)立于所述供電電壓的電壓電平的控制電壓。所述耦接裝置(101)被配置用于當(dāng)所述雙向開關(guān)(132)處于斷開狀態(tài)中時僅將所述能量存儲元件(102)耦接到所述供電電壓。
文檔編號H03K17/687GK102823133SQ201180018562
公開日2012年12月12日 申請日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者P.G.布蘭肯, J.J.A.托爾, F.A.C.M.朔夫斯, D.W.范戈爾 申請人:沙皮恩斯腦部刺激控制有限公司