本公開的實施例涉及高電壓開關(guān)電路，例如集成高電壓開關(guān)電路。

背景技術(shù)：

常規(guī)的回波描記系統(tǒng)包括一個或多個超聲換能器(通常是超聲換能器陣列)，這些超聲換能器用于發(fā)射超聲波束并且然后從目標(biāo)對象接收反射束。

例如，圖1示出了超聲系統(tǒng)(諸如回波描記系統(tǒng))的簡化框圖。

在所考慮的實例中，系統(tǒng)包括換能器200。通常，換能器200可以是任何類型的超聲換能器，諸如電容微加工超聲換能器(cmuts)或壓電換能器。

換能器200連接至信號生成電路100和分析電路110。例如，信號生成電路100可以包括控制電路102和所謂的“脈沖器”電路104，該脈沖器電路被配置為生成待施加給換能器200的驅(qū)動或傳輸信號tx。例如，控制電路102可以提供將脈沖器電路104激活或去激活的控制信號。當(dāng)被激活時，脈沖器電路104然后可以經(jīng)由發(fā)射信號tx向換能器200施加具有方形或正弦波形的電壓。

因此，當(dāng)脈沖器電路104被激活時，傳輸信號tx將是具有給定頻率以及在最小電壓與最大電壓之間振蕩的振幅的周期性電壓信號。例如，在回波描記系統(tǒng)的情況下，傳輸信號tx的頻率通常介于1mhz與2mhz(兆赫茲)之間。此外，傳輸信號tx通常是高電壓驅(qū)動信號，即，其中最大電壓大于10v(通常在20v與200v之間)和/或最小電壓小于-10v的信號(通常在-20v與-200v之間)。例如，發(fā)射信號tx通常在0v與+200v之間、-200v與0v之間或-100v與+100v之間振蕩。

因此，當(dāng)脈沖器電路104被激活時，換能器200將被激勵并產(chǎn)生待傳輸至目標(biāo)對象的超聲信號。相反，當(dāng)脈沖電路104被去激活時，換能器200可以用于接收從目標(biāo)對象反射的超聲信號，即回波。為此，當(dāng)脈沖器電路104被去激活時，換能器200應(yīng)當(dāng)被置于高阻抗?fàn)顟B(tài)。這可以通過脈沖器電路104的適當(dāng)配置或者如圖1所示的通過可選的發(fā)射-和-接收(t/r)開關(guān)120來獲得，該發(fā)射-和-接收(t/r)開關(guān)選擇換能器200是連接至驅(qū)動器電路100還是連接至分析電路110。例如，如圖1所示，控制電路102也可以為此目的而控制t/r開關(guān)120。

相反，分析電路110被配置為分析所接收的信號rx，即當(dāng)脈沖器電路104被去激活時在換能器200處的電壓。例如，分析電路110可以包括諸如低噪聲放大器(lna)的放大器電路112以及被配置為分析換能器200處的放大電壓的處理電路116。通常，分析電路110還可以包括其他部件，諸如插入在放大器電路112與處理電路116之間的濾波器和/或模數(shù)(a/d)轉(zhuǎn)換器114。

通常，信號生成電路100和分析電路110還可以連接至包括例如顯示裝置和用戶輸入裝置的用戶接口130。

圖2示出了其中使用多個換能器200的實例。例如，在圖2中示出了三個換能器200a、200b和200c。例如，換能器200可以布置成包括至少一個行和多個列的陣列或矩陣20。

通常，可以為換能器200a-200c中的每一個提供相應(yīng)的脈沖器電路104。相反，在圖2中示出了其中換能器200a-200c的至少一個子組由相同的脈沖器電路104驅(qū)動的情況。在這種情況下，系統(tǒng)包括諸如多路復(fù)用器的開關(guān)電路30，被配置為在給定時刻將脈沖器電路14連接至換能器200a-200c中的至少一個(或者可能沒有)。例如，再次指出，開關(guān)30的切換可以由信號生成電路100(例如控制電路102)控制。

例如，在單個脈沖器電路14用于完整陣列20的情況下，開關(guān)電路30可以是所謂的矩陣開關(guān)，其允許選擇陣列的行和列。出于此目的，可以參考例如文獻us2010/0152587a1，該文獻公開了使用一個或多個脈沖器電路來驅(qū)動多個換能器的各種解決方案，并且通過引用方式將該文獻并入本文中。

如圖3所示，開關(guān)30可以包括例如一個或多個開關(guān)300，這些開關(guān)被配置為將一個或多個換能器200a-200c連接至給定的信號生成電路100，特別是給定的脈沖器電路104。例如，在圖3中示出了三個開關(guān)300a、300b和300c，其中開關(guān)300a-300c中的每一個插入在脈沖器電路104與相應(yīng)的換能器200a-200c之間。

這同樣適用于分析電路110，即，可以提供開關(guān)電路以將一個或多個放大器112連接至換能器200的相應(yīng)子組。

在這種情況下，可以通過執(zhí)行一系列測量來“掃描”目標(biāo)，其中由第一組換能器200產(chǎn)生聚焦超聲波，并且由第二組換能器200接收反射的超聲波。

因此，這些開關(guān)電路30的開關(guān)300a-300c應(yīng)當(dāng)支持高電壓和電流以及高頻率和轉(zhuǎn)換速率。

圖4在這方面示出了這種開關(guān)300的可能的實現(xiàn)方式。

具體而言，在所考慮的實例中，開關(guān)300包括連接在一起(閉合)或斷連(斷開)的兩個端子t1和t2以及兩個控制端子set和reset，這兩個控制端子用于接收指示兩個端子t1和t2是否應(yīng)當(dāng)分別電連接(導(dǎo)電)或斷連(非導(dǎo)電)的控制信號。

具體而言，在所考慮的實例中，開關(guān)300以其中兩個場效應(yīng)晶體管(fet)sw1和sw2背對背連接(源節(jié)點短接在一起)來實現(xiàn)以允許雙極/雙向操作。例如，這些晶體管可以實現(xiàn)為雙擴散mos(金屬氧化物半導(dǎo)體)?；旧希捎谠隍?qū)動信號tx的正相或負(fù)相期間將提供從源極到漏極的導(dǎo)電路徑的寄生體二極管(如圖4所示)的原因，這種連接是優(yōu)選的。因此，在所考慮的實例中，開關(guān)sw1的漏極連接至端子t1，開關(guān)sw2的漏極連接至端子t2，并且開關(guān)sw1和sw2的源極連接(例如直接連接)至公共節(jié)點s。

此外，晶體管sw1和sw2的柵極在公共節(jié)點g處連接(例如直接連接)在一起，并且由控制電路310根據(jù)在端子set和reset處提供的控制信號而控制。具體而言，控制電路310應(yīng)當(dāng)確保：

-當(dāng)控制信號set指示開關(guān)300應(yīng)當(dāng)閉合時，晶體管的柵極-源極電壓vgs(即節(jié)點g與s之間的電壓)大于晶體管sw1和sw2的閾值電壓，以及

-當(dāng)控制信號reset指示開關(guān)300應(yīng)當(dāng)斷開時，晶體管的柵極-源極電壓vgs小于晶體管sw1和sw2的閾值電壓。

然而，當(dāng)開關(guān)300閉合時，節(jié)點s處的源極電壓將接近晶體管sw1的漏極電壓，并且源極電壓將因此跟隨驅(qū)動信號tx。因此，為了接通開關(guān)300，節(jié)點g應(yīng)當(dāng)連接至高電壓，例如驅(qū)動信號tx的最大電壓。

相反，文獻us2005/0146371a1公開了控制電路310的可能實現(xiàn)方式，其允許控制電路310以例如介于0v與5v之間范圍內(nèi)的低電壓信號操作。

基本上，該文獻提出僅當(dāng)端子t1連接至接地gnd時才改變開關(guān)300的狀態(tài)(導(dǎo)通或斷開)。

基本上，如圖5所示，文獻us2005/0146371a1的電路包括第一電路312，該第一電路被配置為當(dāng)開關(guān)300必須閉合時(例如當(dāng)信號set為高時)對節(jié)點g充電。具體而言，在文獻us2005/0146371a1中，電路312包括開關(guān)(在所引用文獻中為m4)，該開關(guān)被配置為將節(jié)點g連接至低電壓源vg0(例如5v)，從而將節(jié)點g充電到近似vg0，因為節(jié)點s經(jīng)由晶體管sw1的二極管連接至接地。

該電路還包括第二電路314，該第二電路被配置為當(dāng)開關(guān)300必須斷開時(例如當(dāng)信號reset為高時)使節(jié)點g放電。具體而言，在文獻us2005/0146371a1中，電路314包括被配置為將節(jié)點g短接至節(jié)點s的柵極鉗位(在所引用文獻中為m1)，從而將節(jié)點g放電到近似0v，再次指出，因為節(jié)點s經(jīng)由晶體管sw1的二極管連接至接地。

因此，在文獻us2005/0146371a1中，節(jié)點g被充電到與驅(qū)動信號tx的最大電壓相比的低電壓。然而，晶體管sw1和sw2的寄生柵極-源極電容cgs將保持該電壓。為此，一旦柵極-源極電壓已經(jīng)穩(wěn)定(5v或0v)，則節(jié)點g可以斷連，并且柵極-源極電壓vgs保持實質(zhì)上恒定，從而在信號生成電路100驅(qū)動開關(guān)300和/或必須將換能器200處的電壓提供給分析電路110時保持開關(guān)300閉合/斷開。

遺憾的是，泄漏電流仍然可能使節(jié)點g放電。在這方面，文獻us2005/0146371a1提出對柵極-源極電壓vgs進行周期性重新編程。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這種雙極/雙向高電壓開關(guān)300還可以用于其他應(yīng)用，諸如例如要求高電壓(100v)的液晶顯示器(lcd)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明人已經(jīng)觀察到，文獻us2005/0146371a1中公開的解決方案可能導(dǎo)致故障。例如，開關(guān)sw1和sw2還包括寄生漏極-柵極電容，并且因此，在端子t1或t2處的正轉(zhuǎn)變和負(fù)轉(zhuǎn)變可能分別增加或減小柵極-源極電壓。為此，可能在信號drv的幾次振蕩之后關(guān)閉閉合的開關(guān)。

鑒于上述內(nèi)容，本公開提供克服上述缺點中的一個或多個的解決方案。

本公開的一個或多個實施例涉及開關(guān)電路和相關(guān)方法以及集成電路。

權(quán)利要求是本文提供的本公開技術(shù)教導(dǎo)的整體部分。

如上所述，本公開的實施例涉及適于例如在回波描記系統(tǒng)或其他高電壓應(yīng)用中使用的例如集成在集成電路中的開關(guān)電路。

在各種實施例中，開關(guān)電路包括串聯(lián)連接在兩個端子之間的兩個晶體管，其中這兩個晶體管包括連接至公共控制節(jié)點的相應(yīng)控制端子。相應(yīng)地，電容(即晶體管的柵極-源極電容)連接在公共控制節(jié)點與位于這兩個晶體管之間的中間節(jié)點之間，并且這兩個晶體管根據(jù)該電容處的電壓而變?yōu)閷?dǎo)通或不導(dǎo)通。

在各種實施例中，開關(guān)電路包括控制電路，該控制電路包括被配置為根據(jù)第一控制信號對電容充電的第一電路以及被配置為根據(jù)第二控制信號使電容放電的第二電路。

例如在各種實施例中，這兩個晶體管可以是n溝道場效應(yīng)晶體管(fet)。在這種情況下，第一控制信號可以指示兩個晶體管應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)通的，并且第二控制信號可以指示兩個晶體管應(yīng)當(dāng)是非導(dǎo)通的。

例如在各種實施例中，第一電路可以包括兩個子電路。第一子電路被配置為選擇性地將第一電壓施加給公共控制節(jié)點，并且第二子電路被配置為選擇性地將第二電壓施加給中間節(jié)點，其中第一電壓大于第二電壓，從而在電容處產(chǎn)生正電壓。

類似地，在各種實施例中，第二電路可以包括兩個子電路。第一子電路被配置為選擇性地將第一電壓施加給中間節(jié)點，并且第二子電路被配置為選擇性地將第二電壓施加給公共控制節(jié)點，其中第一電壓等于或大于第二電壓，從而在電容處產(chǎn)生短路或負(fù)電壓。

在各種實施例中，控制電路還包括第三電路。第三電路包括多個二極管以及至少一個開關(guān)，該第三電路被配置為使得：

a)當(dāng)電容處的電壓大于給定的閾值(即晶體管的閾值電壓)時，在中間節(jié)點與公共控制節(jié)點之間級聯(lián)連接兩個二極管，從而使得電流能夠從中間節(jié)點流向公共控制節(jié)點，以及

b)當(dāng)電容處的電壓小于給定的閾值時，在公共控制節(jié)點與中間節(jié)點之間串聯(lián)連接兩個二極管，從而使得電流能夠從公共控制節(jié)點流向中間點。

在各種實施例中，寄生和/或適當(dāng)設(shè)計的電容因此與位于兩個二極管之間的中間點相關(guān)聯(lián)，該兩個二極管串聯(lián)在公共控制節(jié)點與位于兩個晶體管之間的中間節(jié)點之間。

因此，一旦開關(guān)電路已經(jīng)通過控制信號被設(shè)定或復(fù)位，可以對開關(guān)電路的兩個端子中的至少一個端子施加振蕩信號，以便對兩個晶體管的柵極-源極電容(即公共控制節(jié)點與位于兩個晶體管之間的中間節(jié)點之間的電容)進行再充電或使其進一步放電，從而保持開關(guān)電路的狀態(tài)。

具體而言，當(dāng)兩個晶體管導(dǎo)通并且對端子施加正轉(zhuǎn)變時，電荷將從中間節(jié)點轉(zhuǎn)移到寄生電容，同時從公共控制節(jié)點到寄生電容的電荷轉(zhuǎn)移被禁止。相反，當(dāng)對端子施加負(fù)轉(zhuǎn)變時，電荷將從寄生電容轉(zhuǎn)移到公共控制節(jié)點，從而對兩個晶體管的柵極-源極電容再充電。

類似地，當(dāng)兩個晶體管非導(dǎo)通并且對端子施加負(fù)轉(zhuǎn)變時，電荷將從寄生電容轉(zhuǎn)移到兩個晶體管之間的中間節(jié)點，同時從公共控制節(jié)點到寄生電容的電荷轉(zhuǎn)移被抑制。相反，當(dāng)對端子施加正轉(zhuǎn)變時，電荷將從公共控制節(jié)點轉(zhuǎn)移到寄生電容，從而使兩個晶體管的柵極-源極電容放電。

例如在各種實施例中，第三電路包括兩個分支，每個分支包括級聯(lián)連接的兩個二極管。在這種情況下，可以使用至少一個開關(guān)來選擇性地將第一分支或第二分支連接在公共控制節(jié)點與中間節(jié)點之間。在各種實施例中，可以根據(jù)電容處的電壓(即兩個晶體管的柵極-源極電壓)來驅(qū)動所述至少一個開關(guān)。

例如在各種實施例中，使用兩個晶體管來實現(xiàn)所述至少一個開關(guān)。n溝道fet和第一分支串聯(lián)連接在中間節(jié)點與公共控制節(jié)點之間，其中n溝道fet的柵極連接至公共控制節(jié)點。此外，p溝道fet和第二分支串聯(lián)連接在公共控制節(jié)點與中間節(jié)點之間，其中p溝道fet的柵極連接至公共控制節(jié)點。

相反，在其他實施例中，使用單個分支。例如在各種實施例中，第一n溝道fet和第二n溝道fet可以串聯(lián)連接在公共控制節(jié)點與中間節(jié)點之間，并且第一p溝道fet和第二p溝道fet可以串聯(lián)連接在公共控制節(jié)點與中間節(jié)點之間。在這種情況下，兩個二極管可以級聯(lián)連接，其中第一二極管的陽極連接至兩個n溝道fet之間的中間點，并且第二二極管的陰極連接至兩個p溝道fet之間的中間點。

附圖說明

現(xiàn)在將參考附圖描述本公開的實施例，附圖僅以非限制性實例的方式提供，并且附圖中：

圖1、圖2和圖3示出了超聲系統(tǒng)的實例；

圖4和圖5示出了適于圖1至圖3的系統(tǒng)中使用的高電壓開關(guān)電路的實例；

圖6和圖7示出了根據(jù)本公開實施例的用于高電壓開關(guān)電路的控制電路的實施例；

圖8和圖12示出了適于接通高電壓開關(guān)電路的充電電路的實施例；

圖9、圖10和圖11示出了適合于切斷高電壓開關(guān)電路的放電電路的實施例；

圖13、圖14a、圖14b、圖15a和圖15b示出了適于保持高電壓開關(guān)電路的狀態(tài)的整流電路的第一實施例；

圖16、圖17a和圖17b示出了適于保持高電壓開關(guān)電路的狀態(tài)的整流電路的第二實施例；

圖18、圖19a和圖19b示出了適于保持高電壓開關(guān)電路的狀態(tài)的整流電路的第三實施例，以及

圖20、圖21a和圖21b示出了適于保持高電壓開關(guān)電路的狀態(tài)的整流電路的第四實施例。

具體實施方式

在下文描述中，給出了許多具體細(xì)節(jié)以提供對實施例的透徹理解?？梢栽诓淮嬖谝粋€或多個具體細(xì)節(jié)的情況下或者使用其他方法、部件、材料等實施這些實施例。在其他情況下，未詳細(xì)示出或描述公知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免模糊實施例的方面。

在整個本說明書中對“一個實施例”或“實施例”的引用意味著結(jié)合該實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個實施例中。因此，在整個本說明書各處出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”并非必然都指代相同的實施例。此外，特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以在一個或多個實施例中以任何合適的方式組合。

本文提供的標(biāo)題僅僅是出于方便的目的，并且不用于解釋實施例的范圍或含義。

在下文的圖6至圖21部分中，已經(jīng)參考圖1至圖5描述的元件或部件由先前在這些圖中使用的相同附圖標(biāo)記表示；在下文中將不再重復(fù)對這樣的前述元件的描述，以便不使本文詳細(xì)描述變得累贅。

如上所述，本公開涉及高電壓開關(guān)電路400。例如，這種開關(guān)電路400可以用于代替前面公開的開關(guān)300。因此，將不再次重復(fù)相應(yīng)的描述。

圖6示出了開關(guān)電路400的第一實施例。

通常，本公開的開關(guān)電路400還包括連接在一起(閉合/導(dǎo)通狀態(tài))或斷連(斷開/非導(dǎo)通狀態(tài))的兩個端子t1和t2以及兩個控制端子set和reset，這兩個控制端子用于接收指示兩個端子t1和t2是否應(yīng)當(dāng)分別連接到一起或斷連的控制信號。

具體而言，在所考慮的實施例中，開關(guān)400由背對背連接的兩個n溝道fet(場效應(yīng)晶體管)sw1和sw2(源節(jié)點短接在一起)實現(xiàn)，以允許雙極和雙向操作。例如，這些晶體管可以實現(xiàn)為雙擴散mos(dmos)。如上所述，由于晶體管sw1和sw2的寄生體二極管的原因，這種連接是優(yōu)選的。

因此，在所考慮的實施例中，開關(guān)sw1的漏極連接(例如直接連接)至端子t1，開關(guān)sw2的漏極連接(例如直接連接)至端子t2，并且開關(guān)sw1和sw2的源極連接(例如直接連接)至公共節(jié)點s。此外，晶體管sw1和sw2的柵極在公共節(jié)點g處連接(例如直接連接)在一起，并且由控制電路410根據(jù)端子set和reset處提供的控制信號控制。具體而言，控制電路410被配置為確保：

-當(dāng)控制信號set指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)閉合時(例如當(dāng)信號set為高時)，晶體管sw1和sw的柵極-源極電壓vgs(即節(jié)點g與節(jié)點s之間的電壓)大于晶體管sw1和sw2的閾值電壓，以及

-當(dāng)控制信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開時(例如當(dāng)信號reset為高時)，晶體管sw1和sw的柵極-源極電壓vgs小于晶體管sw1和sw2的閾值電壓。

與文獻us2005/0146371a1類似，本公開的控制電路410也可以使用例如介于0v與5v之間范圍內(nèi)且優(yōu)選地介于0v與3.3v之間范圍內(nèi)的低電壓信號操作。

為此，僅當(dāng)節(jié)點s(實質(zhì)上)連接至地gnd并且驅(qū)動信號tx被去激活時才應(yīng)當(dāng)改變開關(guān)400的狀態(tài)。

如上所述，當(dāng)節(jié)點t1連接至接地gnd時，節(jié)點s可以通過開關(guān)sw1的二極管連接至接地gnd。例如，如上所述，端子t1可以通過脈沖器電路104連接至接地gnd。

然而，通常，當(dāng)驅(qū)動信號tx被去激活時，端子t1也可以處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，即浮置狀態(tài)。例如，端子t1可以是浮置的，例如通過經(jīng)由t/r開關(guān)120將端子t1斷連或?qū)⒍俗觮1連接至分析電路110。在這種情況下，開關(guān)電路400可以包括鉗位電路420，該鉗位電路被配置為當(dāng)開關(guān)400的狀態(tài)必須改變時(例如當(dāng)信號set為高或信號reset為高時)將端子t1連接至接地gnd。例如，這種鉗位電路420可以包括連接在端子t1與接地gnd之間的電子開關(guān)，諸如n溝道fet。

相反，圖7示出了其中類似的鉗位電路422用于將節(jié)點s直接連接至接地gnd的實施例。例如，這樣的鉗位電路422可以包括連接在節(jié)點s與接地gnd之間的電子開關(guān)，諸如n溝道fet。因此，本實施例可以確保節(jié)點s連接至接地gnd，與節(jié)點t1是連接至接地或是浮置這樣的事實無關(guān)。

在所考慮的實施例中，控制電路410包括三個子電路：

-第一電路412，被配置為當(dāng)信號set指示開關(guān)400必須閉合(例如當(dāng)信號set為高)時，也即當(dāng)晶體管sw1和sw2必須閉合時，對節(jié)點g與節(jié)點s之間的柵極-源極電容cgs充電；

-第二電路414，被配置為當(dāng)信號reset指示開關(guān)400必須斷開(例如當(dāng)信號reset為高)時，也即當(dāng)晶體管sw1和sw2必須斷開時，使節(jié)點g與節(jié)點s之間的柵極-源極電容cgs放電；以及

-第三電路416，被配置為當(dāng)信號set和reset指示開關(guān)400的狀態(tài)應(yīng)當(dāng)被維持(例如當(dāng)信號set和reset為低)并且驅(qū)動信號tx被激活時維持開關(guān)400的狀態(tài)。

圖8示出了電路412的可能實施例。

通常，如前所述，當(dāng)信號set指示開關(guān)400必須閉合(例如當(dāng)信號set為高)時，電路412應(yīng)當(dāng)對柵極-源極電容cgs充電。

此外，如上所述，生成信號set和reset的外部控制電路(例如控制電路102)確保信號set在施加給端子t1的驅(qū)動信號tx被去激活時試圖閉合開關(guān)400。

在所考慮的實施例中，為了接通開關(guān)400，節(jié)點t1、t2和s中的至少一個應(yīng)當(dāng)連接至接地gnd。如上所述，這可以直接由信號生成電路100(例如脈沖器電路104)和/或由開關(guān)400中的鉗位電路420/422和/或由連接至節(jié)點t2的類似鉗位電路來確保。

例如在所考慮的實施例中，使用鉗位電路420。例如在所考慮的實施例中，鉗位電路420包括諸如n溝道fet的電子開關(guān)4202以及串聯(lián)連接在端子t1與接地gnd之間的二極管4204。

具體而言，在所考慮的實施例中，晶體管4202的源極連接(例如直接連接)至接地gnd，晶體管4202的漏極連接(例如直接連接)至二極管4204的陰極，二極管4204的陽極連接(例如直接連接)至端子t1，即晶體管sw1的漏極。因此，當(dāng)對晶體管4202的柵極施加正電壓時，晶體管4202將閉合(即導(dǎo)通)，并且端子t1將短接至接地gnd。相反，二極管4204可用于確保在對端子t1施加負(fù)電壓時晶體管4202的體二極管不導(dǎo)通。在例如可能僅僅對端子t1施加正電壓的情況下，該二極管4204完全是可選的。

在所考慮的實施例中，當(dāng)信號set指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)閉合時，例如當(dāng)信號set為高時，開關(guān)4202閉合。

在各種實施例中，二極管4204是有源二極管。通常，有源二極管意味著二極管通過fet實現(xiàn)，其中fet的體二極管用作二極管。實際上在這種情況下，fet可以由相應(yīng)的控制信號驅(qū)動。在這種情況下，fet在相應(yīng)的控制信號具有第一邏輯值時表現(xiàn)為短接電路，或者在控制信號具有第二邏輯值時表現(xiàn)為二極管。例如在所考慮的實施例中，這樣的fet可以通過信號set驅(qū)動，以便將節(jié)點t1拉至接地，而在二極管4204處不存在通常的約0.7v的電壓降。相反，當(dāng)信號set為低時，fet的行為與二極管4204完全一樣，并且阻斷節(jié)點t1處的負(fù)電壓。

如前所述，類似的鉗位電路也可以用于用來將節(jié)點s連接至接地的鉗位電路422(參見圖7)，例如通過將二極管4204的陽極連接(例如直接連接)至節(jié)點s。

因此，對節(jié)點g施加的低電壓(例如介于1.5v與5v之間，例如3.0v或3.3v)足以接通晶體管sw1和sw2。

例如在所考慮的實施例中，電路412為此包括電子開關(guān)4122(例如p溝道fet)以及串聯(lián)連接在節(jié)點g與正電源電壓vddp(例如3.3v)之間的二極管4124。具體而言，在所考慮的實施例中，晶體管4122的源極連接(例如直接連接)至電源電壓vddp，晶體管4122的漏極連接(例如直接連接)至二極管4124的陰極。因此，當(dāng)對晶體管4122的柵極施加正電壓時，晶體管4122將斷開，并且節(jié)點g將浮置。相反，節(jié)點g將連接至電源電壓vddp，并且由于節(jié)點s與接地的連接，節(jié)點g將被充電，例如實質(zhì)上充電到vddp(忽略二極管4124)。實際上，優(yōu)選地，當(dāng)信號set指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)閉合時，二極管4124也是根據(jù)信號set被驅(qū)動的有源二極管，即二極管4124表現(xiàn)為短接電路。

因此在所考慮的實施例中，當(dāng)信號set指示開關(guān)400應(yīng)閉合(例如當(dāng)信號set為高)時，開關(guān)4122應(yīng)當(dāng)閉合。例如，考慮到信號set的示例性邏輯值以及p溝道fet的相反操作，晶體管4122的柵極可以通過反相形式的信號set來驅(qū)動。例如在所考慮的實施例中，在端子set與晶體管4122的柵極之間插入反相器4126。

相反，圖9示出了電路414的實施例，該電路被配置為在信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開(例如當(dāng)信號reset為高)時使節(jié)點g放電。

同樣，如前所述，生成信號set和reset的外部控制電路確保當(dāng)施加給節(jié)點t1的驅(qū)動信號tx被去激活時，信號reset試圖閉合開關(guān)400。

在所考慮的實施例中，為了切斷開關(guān)400，節(jié)點t1和/或節(jié)點s應(yīng)當(dāng)連接至接地gnd。如上所述，這可以直接由信號生成電路100和/或由開關(guān)400中的鉗位電路420/422確保。

例如，在圖9中使用了已經(jīng)在圖8中示出的相同的鉗位電路420。然而在這種情況下，當(dāng)信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)被斷開時，鉗位電路420也應(yīng)當(dāng)是有效的。因此，可以例如通過在輸入處接收信號set和reset的or門來驅(qū)動晶體管4222的柵極。

在所考慮的實施例中，用于使節(jié)點g放電的電路414通過鉗位電路來實現(xiàn)，該鉗位電路包括電子開關(guān)4142(諸如n溝道fet)以及串聯(lián)連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間的二極管4144，該二極管優(yōu)選為通過信號reset驅(qū)動的有源二極管。具體而言，在所考慮的實施例中，晶體管4142的源極連接(例如直接連接)至節(jié)點s，晶體管4142的漏極連接(例如直接連接)至二極管4144的陰極，并且二極管4144的陽極連接(例如直接連接)至節(jié)點g。因此，當(dāng)對晶體管4142的柵極施加正電壓時，晶體管4142將閉合，并且節(jié)點g連接至節(jié)點s。例如，考慮到信號reset的示例性邏輯電平，晶體管4142的柵極可以直接由信號reset驅(qū)動。

因此，當(dāng)對晶體管4142的柵極施加正電壓時，晶體管4142將閉合，并且節(jié)點g將連接至節(jié)點s，并且節(jié)點g將放電?？紤]到節(jié)點s與接地的連接，節(jié)點g將因此放電到實質(zhì)上0v(再次忽略二極管4144，其優(yōu)選為有源二極管)。

發(fā)明人已經(jīng)觀察到，該電壓電平可能不夠，因為注入到節(jié)點g中的電荷仍然可以使柵極-源極電壓vgs增加到晶體管sw1和sw2的閾值電壓以上，從而閉合開關(guān)400。

圖10在這方面示出了電路414的可替換實施例，其中產(chǎn)生負(fù)柵極-源極電壓vgs。

在所考慮的實施例中，電路414包括兩個子電路414a和414b。

具體而言，第一子電路414a被配置為當(dāng)信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開時對節(jié)點s施加正電壓。例如在所考慮的實施例中，電路414a具有與參照圖8描述的電路412相同的架構(gòu)，唯一的區(qū)別是電路連接至節(jié)點s而非節(jié)點g。具體而言，在所考慮的實施例中，電子開關(guān)4146(諸如p溝道fet)和二極管4148(優(yōu)選為通過信號reset驅(qū)動的有源二極管)串聯(lián)連接在正電源電壓(例如vddp)與節(jié)點s之間，其中晶體管4146的柵極根據(jù)信號reset被驅(qū)動。例如在所考慮的實施例中，使用反相器4150產(chǎn)生施加給晶體管4146柵極的驅(qū)動信號，即當(dāng)信號reset為高時，電源電壓vddp被施加給節(jié)點s。

相反，當(dāng)信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開時，第二電路414b用于將節(jié)點g連接至接地。例如在所考慮的實施例中，電路414a具有與參照圖8描述的鉗位電路420相同的架構(gòu)，唯一的區(qū)別是電路連接至節(jié)點g而非端子t1。具體而言，在所考慮的實施例中，電子開關(guān)4152(諸如n溝道fet)和二極管4154(優(yōu)選為通過信號reset驅(qū)動的有源二極管)連接在節(jié)點g與接地gnd之間，其中晶體管4152的柵極根據(jù)信號reset被驅(qū)動。例如在所考慮的實施例中，信號reset直接施加給晶體管4152的柵極，即當(dāng)信號reset為高時，節(jié)點g連接至接地。

因此，在本實施例中，當(dāng)信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開時，將產(chǎn)生負(fù)柵極-源極電壓vgs(近似-vddp)。

如圖11所示，總體上，電路414可以包括兩個子電路：

-第一子電路414a，被配置為當(dāng)信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開時，選擇性地對節(jié)點s施加第一電壓vddp；以及

-第二子電路414b，被配置為當(dāng)信號reset指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)斷開時，選擇性地對節(jié)點g施加第二電壓vddn.

在圖9所示的實施例中，電壓vddp和vddn是相同的，并且柵極-源極電壓為0v。

相反，在圖10所示的實施例中，電壓vddp大于電壓vddn，從而產(chǎn)生負(fù)柵極-源極電壓：

vgs＝vddn-vddp。

通常，如圖12所示，相反的行為可以用于電路412，即電路412可以因此包括兩個子電路：

-第一子電路412a，被配置為當(dāng)信號set指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)閉合時，選擇性地對節(jié)點g施加第一電壓vddp；以及

-第二子電路412b，被配置為當(dāng)信號set指示開關(guān)400應(yīng)當(dāng)閉合時，選擇性地對節(jié)點s施加第二電壓vddn。

具體而言，第二子電路412b可以將第二電壓vddn施加給節(jié)點s：

-直接地，例如參照鉗位電路422(表示圖7中的電路412b)所示，或者

-通過端子t1(或t2)而間接地，例如參照鉗位電路420(表示圖6和圖8中的電路412b)所示，

通常，電壓vddp應(yīng)當(dāng)大于電壓vddn，從而產(chǎn)生正柵極-源極電壓：

vgs＝vddp-vddn。

例如在圖6、圖7和圖8所示的實施例中，電壓vddn實際上對應(yīng)于接地gnd，并且vgs＝vddp。

通常，電路412和414也可以以不同的電壓vddp和vddn操作。

因此，在先前實施例中，當(dāng)信號set具有指示開關(guān)400必須閉合的第一邏輯值(例如高)時，電路412對柵極-源極電容cgs充電并且產(chǎn)生正柵極-源極電壓vgs。相反，當(dāng)信號reset具有指示開關(guān)400必須被斷開的第一邏輯值(例如高)時，電路414使柵極-源極電容cgs放電并且產(chǎn)生負(fù)柵極-源極電壓vgs。

因此，柵極-源極電壓vgs可以具有兩個電平：

-正電壓(開關(guān)400閉合)，或者

-零電壓或優(yōu)選為負(fù)電壓(開關(guān)400斷開)

最后，當(dāng)信號set和reset具有第二邏輯值(例如都為低)時，節(jié)點g斷連，即不連接至電源電壓。

因此，當(dāng)信號set和reset具有第二邏輯值(例如低)時，柵極-源極電容將由于泄漏和/或與寄生電容共享的電荷而放電。此外，正電荷和負(fù)電荷可以通過開關(guān)sw1和sw2的柵極-漏極電容注入到柵極節(jié)點g中。

因此，在多個實施例中，電路410還包括整流電路416，該整流電路被配置為將電荷注入到柵極節(jié)點g中，以便由于節(jié)點t1和/或t2處的振蕩而保持開關(guān)400的狀態(tài)。

圖13在這方面示出了整流電路416a的第一實施例。

具體而言，在所考慮的實施例中，整流電路416a包括兩個分支以及被配置為將這些分支中的一個連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間的電子開關(guān)4166。

具體而言，每個分支包括串聯(lián)連接的兩個二極管，即用于第一分支的二極管41621和41641以及用于第二分支的二極管41622和41642。

通常，還可以將更多二極管的串聯(lián)連接用于二極管4162和4164。

更具體而言，在所考慮的實施例中，二極管41641的陰極連接(例如直接連接)至節(jié)點g，二極管41641的陽極連接(例如直接連接)至二極管41621的陰極，并且二極管41641連接至開關(guān)4166且可以因此選擇性地連接至節(jié)點s。相反，二極管41622的陽極連接(例如直接連接)至節(jié)點g，二極管41622的陰極連接(例如直接連接)至二極管41642的陽極，并且二極管41642的陰極連接至開關(guān)4166且可以因此選擇性地連接至節(jié)點s。

因此，第一分支定義從節(jié)點s到節(jié)點g的導(dǎo)電路徑(其中相反方向被阻斷，即不導(dǎo)通)，并且第二分支限定從節(jié)點g到節(jié)點s的導(dǎo)電路徑(其中相反方向被阻斷)，其中分支中的一個可以通過開關(guān)4166選擇性地激活。

此外在所考慮的實施例中，開關(guān)4166根據(jù)開關(guān)400的狀態(tài)(開/關(guān))被驅(qū)動，例如根據(jù)信號set/reset或柵極-源極電壓vgs被驅(qū)動：

-當(dāng)開關(guān)400閉合(高柵極-源極電壓vgs)時，二極管41621和41641連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間；并且

-當(dāng)開關(guān)400斷開(低柵極-源極電壓vgs)時，二極管41622和41642連接在節(jié)點s與節(jié)點g之間。

通常，寄生電容cp1將與二極管41621和41641之間的節(jié)點相關(guān)聯(lián)，而寄生電容cp2將與二極管41622和41642之間的節(jié)點相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，這些電容在開關(guān)400的設(shè)計工藝期間隨意(voluntarily)增大，并且可以例如介于100ff(毫微法)與幾個pf(皮法)之間。

因此，如圖14a所示，當(dāng)開關(guān)400閉合(on)時，端子t1(或t2)處的正轉(zhuǎn)變可以通過二極管41621部分地轉(zhuǎn)移至電容cp1，從而將電容cp1充電到近似于節(jié)點t1處的電壓。例如，假設(shè)二極管41621的正向電壓為0.7v，則對于節(jié)點t1處的最大電壓100v，電容cp1將被充電至近似99.3v。相反，節(jié)點g將具有較高的電壓，例如103.3v，這是因為柵極-源極電容cgs保持電壓差。因此，在該階段期間，二極管41641阻斷節(jié)點g對電容cp1的放電。此外，包括二極管41622和41642的第二分支也通過開關(guān)4166而斷連。

相反，如圖14b所示，當(dāng)發(fā)生負(fù)轉(zhuǎn)變時，節(jié)點g處的電壓將降低。例如，假設(shè)節(jié)點t1處的最小電壓為0v，則節(jié)點g處的電壓將降低到例如3.3v。因此，二極管41641將變?yōu)閷?dǎo)通，并且電容cp1處的電荷將部分地轉(zhuǎn)移至節(jié)點g，從而對柵極-源極電容cgs充電。

相反，如圖15a和圖15b所示，當(dāng)開關(guān)400斷開(off)時，相反的行為可以用于通過第二分支(即二極管41622和41642)對柵極-源極電容cgs放電。

具體而言，如圖15a所示，當(dāng)開關(guān)400斷開(off)時，端子t1處的負(fù)轉(zhuǎn)變可以用于通過二極管41642對電容cp2放電。

相反，如圖15b所示，當(dāng)發(fā)生正轉(zhuǎn)變時，節(jié)點g處的電壓將增加，并且二極管41622將變?yōu)閷?dǎo)通，從而使柵極-源極電容cgs對電容cp2放電。

圖16示出了整流電路416b的第二實施例，其中開關(guān)4166通過兩個fet4168和4170實現(xiàn)。

具體而言，在所考慮的實施例中，二極管41622/41642和p溝道fet4168串聯(lián)連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間，而二極管41621/41641和n溝道fet4170串聯(lián)連接在節(jié)點s與節(jié)點g之間。

具體而言，在所考慮的實施例中，二極管41622的陽極連接至節(jié)點g，二極管41622的陰極連接至二極管41642的陽極，并且p溝道fet4168用于選擇性地將二極管41642的陰極連接至節(jié)點s。在所考慮的實施例中，晶體管4168的柵極連接至節(jié)點g。

相反，二極管41641的陰極連接至節(jié)點g，二極管41641的陽極連接至二極管41621的陰極，并且n溝道fet4170用于選擇性地將二極管41621的陽極連接至節(jié)點s。在所考慮的實施例中，晶體管4170的柵極連接至節(jié)點g。為了簡便起見，圖中省略了電容cp1和cp2。

因此，在這種情況下，二極管41621/41641和41622/41642分別表示可以選擇性使能的兩個相反的導(dǎo)電路徑。

因此，當(dāng)柵極-源極電壓vgs大于晶體管4168和4170的閾值電壓vth時(參見圖17a)，晶體管4168斷開，并且晶體管4170閉合，即只有二極管41621和41641連接在節(jié)點s與節(jié)點g之間，從而僅允許節(jié)點g的充電。相反，當(dāng)柵極-源極電壓vgs小于晶體管4168和4170的閾值電壓vth時(參見圖17b)，晶體管4168閉合并且晶體管4170斷開，即只有二極管41622和41642連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間，從而僅允許節(jié)點g的放電。

圖18示出了整流電路416c的另一實施例。

具體而言，在所考慮的實施例中，整流電路416c包括單個分支，該分支包括級聯(lián)連接的兩個(或更多個)二極管4162和4164，即二極管4164的陽極連接至二極管4162的陰極，其中電容cp與兩個二極管4162和4164之間的中間點相關(guān)聯(lián)。

在所考慮的實施例中，整流電路416c還包括開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置被配置為：

-將二極管4162的陽極連接至節(jié)點g，并且將二極管4164的陰極連接至節(jié)點s，從而允許柵極-源極電容cgs的放電，或者

-將二極管4162的陽極連接至節(jié)點s，并且將二極管4164的陰極連接至節(jié)點g，從而允許柵極-源極電容cgs的充電。

例如在所考慮的實施例中，兩個p溝道晶體管4168和4172串聯(lián)連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間，其中兩個晶體管的體二極管相反并且指向晶體管4168和4172之間的中間點。類似地，在所考慮的實施例中，兩個n溝道晶體管4170和4174串聯(lián)連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間，其中兩個晶體管的體二極管相反并指向晶體管4170和4174之間的中間點。

在所考慮的實施例中，二極管4162的陽極連接(例如直接連接)至晶體管4170和4174之間的中間點，并且二極管4164的陰極連接(例如直接連接)至晶體管4168和4172之間的中間點。

在所考慮的實施例中，晶體管4168和4170的柵極連接至節(jié)點g，并且晶體管4172和4174的柵極連接至節(jié)點s。因此，當(dāng)柵極-源極電壓vgs大于晶體管的閾值電壓vth時(參見圖19a)，晶體管4168和4174斷開并且晶體管4170和4172閉合，即二極管4162和4164連接在節(jié)點s與節(jié)點g之間，從而僅允許節(jié)點g的充電。相反，當(dāng)源極-柵極電壓vsg＝-vgs大于晶體管的閾值電壓vth(即vgs<-vth)時(參見圖19b)，晶體管4168和4174閉合并且晶體管4170和4172斷開，即二極管4162和4164連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間，從而僅允許節(jié)點g的放電。通常，晶體管4168、4170、4172和4174也可以根據(jù)信號set和reset被驅(qū)動，以便實現(xiàn)實質(zhì)上相似的操作。

因此，在所考慮的實施例中，整流電路416a、416b和416c被配置為：

-當(dāng)開關(guān)400接通時，即當(dāng)柵極-源極電壓vgs為高時：

a)當(dāng)對節(jié)點t1施加正轉(zhuǎn)變時，將電荷從節(jié)點s轉(zhuǎn)移至電容cp/cp1，同時抑制電荷從節(jié)點g轉(zhuǎn)移至電容cp/cp1，以及

b)當(dāng)對節(jié)點t1施加負(fù)轉(zhuǎn)變時，將電荷從電容cp/cp1轉(zhuǎn)移至節(jié)點g；以及

-當(dāng)開關(guān)400斷開時，即當(dāng)柵極-源極電壓vgs為低時：

a)當(dāng)對節(jié)點t1施加負(fù)轉(zhuǎn)變時，將電荷從電容cp/cp2轉(zhuǎn)移至節(jié)點s，同時抑制電荷從節(jié)點g轉(zhuǎn)移至電容cp/cp2，以及

b)當(dāng)對節(jié)點t1施加正轉(zhuǎn)變時，將電荷從節(jié)點g轉(zhuǎn)移至電容cp/cp2。

具體而言，在整流電路416a、416b和416c中，這是通過開關(guān)裝置實現(xiàn)的，開關(guān)裝置被配置為：

a)當(dāng)開關(guān)400導(dǎo)通時，即當(dāng)柵極-源極電壓vgs為高時，將兩個二極管4162和4164連接在節(jié)點g與節(jié)點s之間，其中二極管4162和4164級聯(lián)連接(即第二二極管4164的陽極連接至第一二極管4162的陰極)，并且其中電容cp/cp1與二極管4162/4164之間的中間點相關(guān)聯(lián)，以使得產(chǎn)生僅允許電流從節(jié)點s流向節(jié)點g的導(dǎo)電路徑，以及

b)當(dāng)開關(guān)400斷開時，即當(dāng)柵極-源極電壓vgs為低時，將兩個二極管4162和4164連接在節(jié)點s與節(jié)點g之間，其中二極管4162和4164級聯(lián)連接(即第二二極管4164的陽極連接至第一二極管4162的陰極)，并且其中電容cp/cp2與二極管4162/4164之間的中間點相關(guān)聯(lián)，以使得產(chǎn)生僅允許電流從節(jié)點g流向節(jié)點s的導(dǎo)電路徑。

在所考慮的實施例中，整流電路414a和414b使用兩個單獨的分支以及被配置為使能這些分支中的一個的開關(guān)裝置(4166或4168/4170)。相反，整流電路414c包括單個分支以及被配置為改變該分支在節(jié)點g與節(jié)點s之間的定向的開關(guān)裝置(4168-4174)。

圖20示出了另一個實施例，強調(diào)了設(shè)定電路412a和復(fù)位電路414b并非必然如圖11和圖12所示直接連接至節(jié)點g。在這點上不再重復(fù)電路412b和414a的連接，并且為此目的可以參考圖8至圖12。

具體而言，在所考慮的實施例中，電路412a和414b連接至二極管4162和4164之間的中間點。

因此，如圖21a所示，當(dāng)開關(guān)必須閉合(其中信號set被例如設(shè)定為高)時，電路412a將對二極管4164的陽極施加正電壓。在柵極-源極電壓vgs為低的情況下，該正電壓將接通晶體管4172，并且節(jié)點g將被充電。為此，二極管4164也可以是通過信號set驅(qū)動的有源二極管。

相反，如圖21b所示，當(dāng)開關(guān)必須閉合(其中信號reset被例如設(shè)定為高)時，電路414b將優(yōu)選地對二極管4162的陰極施加負(fù)電壓。在柵極-源極電壓vgs為高的情況下，該負(fù)電壓將接通晶體管4174，并且節(jié)點g將被放電。為此，二極管4162也可以是通過信號reset驅(qū)動的有源二極管。

相同的解決方案也可以用在圖13所示的電路416a中。例如，電路412a可以連接至二極管41641(可能是通過信號set驅(qū)動的有源二極管)的陽極，并且電路414b可以連接至二極管41622(可能是通過信號reset驅(qū)動的有源二極管)的陰極。

上述實施例具有的優(yōu)點在于，有源二極管4124、4164/41641、4154和4162/41622優(yōu)選地是例如通過具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高寄生電容的功率mosfet實現(xiàn)的高電壓有源二極管，從而在二極管之間的中間點處自動產(chǎn)生高寄生電容cp/cp1/cp2。

當(dāng)然，在不損害本公開原理的情況下，結(jié)構(gòu)和實施例的細(xì)節(jié)可以相對于在本文中完全以實例的方式描述和示出的內(nèi)容而廣泛地變化，而不偏離本公開的范圍。例如，盡管前面的解決方案已經(jīng)就n溝道晶體管sw1和sw2進行了描述，然而也可以例如通過將信號set和reset交換而使用p溝道晶體管。

上述各種實施例可以組合以提供其他實施例。根據(jù)上述詳細(xì)描述，可以對這些實施例進行這些和其他改變。通常，在所附權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將權(quán)利要求限制于在說明書和權(quán)利要求中公開的具體實施例，而是應(yīng)當(dāng)被解釋為包括這些權(quán)利要求所賦予的所有可能實施例以及等同物的全部范圍。因此，權(quán)利要求不受本公開限制。