适用于超声医疗设备的高压模拟开关电路的制作方法

本发明涉及高压开关，具体地，涉及一种适用于超声医疗设备的高压模拟开关电路。

背景技术：

1、在超声医疗设备中，超声成像是利用换能器把高压电信号(+-100v)转化成声波信号发送至人体内进行检测；换能器同时又把接收回的声波信号的转化成幅度较小的电信号进行处理和分析最终形成超声影像。医用超声系统需要多路换能器，高压开关的主要作用是通过选择或者切换将发送器，接收器复用到不同的换能器，这样大大降低整体方案的成本。高性能的高压开关需要有宽电源输入范围，低导通电阻，快速导通时间，出色的关断隔离度等优点。

2、传统高压开关驱动电路参照图1所示，使用电平转换把低压域信号(0～3.3v)转换成高压域信号(-100v～100v)直接驱动高压开关管的栅极。此技术有如下缺点：①开关管栅需要耐高压；大部分fab仅提供薄栅(5v)器件，无法满足该电路要求；②高压开关管的驱动电压(vgs)不仅受电源电压的影响还受传输信号幅度的影响；开关管的导通电阻一致性较差，随电源和信号大小的变化而变化，影响成像质量。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于超声医疗设备的高压模拟开关电路。

2、根据本发明提供的一种适用于超声医疗设备的高压模拟开关电路，包括：电位平移电路、主开关栅极驱动电路、高压mos管hn1、高压mos管hn2；

3、所述电位平移模块的输入端连接高压模拟开关logic_input端，所述电位平移电路的输出端连接主开关栅极驱动电路的输入端,将高压模拟开关logic_input端的输入信号电平从gnd-vdd切换至vppl-vpph；

4、所述主开关栅极驱动电路的第一输出端连接高压mos管hn1与高压mos管nh2的栅极，为高压mos管hn1与高压mos管nh2提供vgs驱动电压；所述主开关栅极驱动电路的第二输出端连接高压mos管hn1、高压mos管hn2的公共源极，

5、所述高压mos管hn1的漏极连接信号输入in端，所述高压mos管hn2的漏极连接信号输出out端。

6、优选地，还包括副开关栅极驱动电路和高压mos管hn10；

7、所述电位平移电路的输出端连接副开关栅极驱动电路的输入端，所述副开关栅极驱动电路的输出端连接所述高压mos管hn10的栅极，为高压mos管hn10提供vgs驱动电压，所述高压mos管hn1o的源极连接主开关栅驱动电源的第二输出端，所述高压mos管hn10的漏极连接vnn端。

8、优选地，所述电位平移电路包括低压nmos管mn1、高压nmos管hn3、高压nmos管hn4、低压pmos管mp1、低压pmos管mp2、低压pmos管mp3、高压pmos管hp1、高压pmos管hp2，电流源i1、齐纳管dz1、齐纳管dz2、齐纳管dz3；

9、所述nn1与np1的栅极短接与高压模拟开关的输入端logic_input连接；低压pmos管mp1与低压nmos管mn1的漏极短接连接高压nmos管hn4的栅极；低压pmos管mp1的源极连接低压电源vdd；nm1的源极连接到地。高压nmos管hn3的栅极连接logic_input，源极接地，漏极接高压pmos管hp1的漏极；高压nmos管hn4的栅极接低压pmos管mp1与mn2的漏极，源极接地，漏极接高压pmos管hp2的漏极；高压pmos管hp1，高压pmos管hp2的栅极与电流源i1的正端，齐纳管dz1的阳极短接；高压pmos管hp1的漏极连接高压nmos管hn3的漏极，高压pmos管hp1的源极与低压pmos管mp2的栅极，低压pmos管mp3的漏极，齐纳管dz2的阳极短接；高压pmos管hp2的漏极连接高压nmos管hn4的漏极，高压pmos管hp2的源极与低压pmos管mp2的漏极，低压pmos管mp3的源极，齐纳管dz3的阳极短接；低压pmos管mp3的源极连接高压正电源vpp；低压pmos管mp2的源极连接高压正电源vpp；齐纳管dz1，齐纳管dz2，齐纳管dz3的阴极连接高压正电源vpp；电流源i1的负端连接到地。

10、优选地，所述主开关栅极驱动电路包括低压nmos管mn2，低压nmos管mn3，低压nmos管mn4，低压nmos管mn5；高压nmos管hn5，高压nmos管hn6，高压nmos管hn7，高压nmos管hn8；高压pmos管hp3，高压pmos管hp4，高压pmos管hp5，高压pmos管hp6，高压pmos管hp7；齐纳管dz4；电流源i2；电容c1，电容c2，电容c3；

11、所述低压nmos管mn2，低压nmos管mn3，低压nmos管mn4，低压nmos管mn5的源极与高压mos管hn1的源极，低压pmos管mp3的栅极短接；mn2的栅极与低压nmos管mn3的漏极，高压nmos管hn6的源极短接；mn2的漏极与hn5的源极，低压nmos管mn4的栅极短接；低压nmos管mn3的栅极与nm5的漏极，高压nmos管hn8的源极，hn1的栅极，hn2的栅极短接；低压nmos管mn4的漏极与低压nmos管mn5的栅极，高压nmos管hn7的源极短接；高压nmos管hn5，高压nmos管hn6，高压nmos管hn7，高压nmos管hn8的栅极，电流源i2的负端，dz4的阴极短接；hn5的漏极与高压pmos管hp4的漏极短接；高压nmos管hn6的漏极与高压pmos管hp5的漏极短接；高压nmos管hn7的漏极与高压pmos管hp6的漏极短接；高压nmos管hn8的漏极与高压pmos管hp7的漏极短接；高压pmos管hp4与高压pmos管hp7的栅极短接作为栅驱动电路的第一输入端a与电位平移电路的第一输出端连接；高压pmos管hp5与高压pmos管hp6的栅极短接作为栅驱动电路的第二输入端b与电位平移电路的第二输出端连接；高压pmos管hp4，高压pmos管hp5，高压pmos管hp6，高压pmos管hp7的源极短接与高压电源vpp连接；hp3的漏极连接高压负电源vnn；hp3的源极与dz4的阳极短接；电容c1一端接vreg，另一端接hn1，hn2的公共源极；电容c2一端接低压nmos管mn5的栅极，另一端接hn1，hn2的公共源极；电容c3一端接低压nmos管mn5的漏极，另一端接hn1，hn2的公共源极。

12、优选地，所述副开关栅极驱动电路包括低压nmos管低压nmos管mn6，低压nmos管mn7，低压nmos管mn8；高压nmos管hn9，高压nmos管hn11，高压nmos管hn12；高压pmos管hp8，高压pmos管hp9，高压pmos管高压pmos管hp10；齐纳管dz5；电流源i3；电容c4。其中低压nmos管mn6，低压nmos管mn7的源极，c4的负极，dz5的阳极短接并连接至vnn端；低压nmos管mn6的栅极，低压nmos管mn7的漏极，高压nmos管hn11的源极低压nmos管mn8的栅极端接；低压nmos管mn7的栅极高压nmos管hn6的漏极，hn9的源极短接；低压nmos管mn8的漏极，高压nmos管hn12的源极短接并连接至hn10的栅极；hn9的栅极，高压nmos管hn11的栅极，高压nmos管hn12的栅极，dz5的阳极，c4的正极，电流源i3的负极短接；hn9的漏极，hp8的漏极短接；高压nmos管hn11的漏极，高压pmos管hp9的漏极短接；高压nmos管hn12的漏极，高压pmos管高压pmos管hp10的漏极短接；hp8，高压pmos管hp9，高压pmos管高压pmos管hp10的源极，i3的正极短接并连接至vpp端。

13、优选地，所述高压模拟开关的输出out端到地连接r_bleed电阻的一点，所述r_bleed电阻的另一端接地。

14、优选地，所述主开关栅极驱动电路包括：低压nmos管mn20，低压nmos管mn21；高压nmos管hn20，高压nmos管hn21；高压pmos管hp20，高压pmos管hp21，高压pmos管hp13；齐纳管dz8；电流源i7；电容c9；

15、所述电流源i7的正极、高压pmos管hp20的源极、高压pmos管hp21的源极连接vpp，所述电流源i7的负极、齐纳管dz8的阴极、电容c9的一端、高压nmos管hn20的栅极以及高压nmos管hn21的栅极短接；所述高压pmos管hp20的栅极连接b端，所述高压pmos管hp21的栅极连接a端，所述高压pmos管hp20的漏极连接高压nmos管hn20的漏极，所述高压pmos管hp21的漏极连接高压nmos管hn21的漏极，高压nmos管hn20的源极、低压nmos管mn20的漏极、低压nmos管mn21的栅极短接；高压nmos管hn21的源极、低压nmos管mn20的栅极、低压nmos管mn21的漏极、高压mos管hn1的栅极、高压mos管hn2的栅极短接；高压pmos管hp13的漏极连接vnn；高压pmos管hp13的栅极、电容c9的另一端、低压nmos管mn20的源极、低压nmos管mn21的源极、高压mos管hn1的源极、高压mos管hn2的源极短接。

16、根据本发明提供的一种超声医疗设备，包含上述的适用于超声医疗设备的高压模拟开关电路。

17、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

18、1、本发明中主开关栅极驱动电路中采用恒定vgs驱动电压控制，使开关管的导通电阻不受外围电源电压及输入信号影响，优化了开关性能，有利于超声成像质量；

19、2、本发明采用薄栅器件设计高压模拟开关，不受厚栅器件限制，适用于大部分主流fab工艺；

20、3、本发明中主开关栅极驱动电路中采用二级电位平移结构减小了开关建立时间，提高了开关工作频率；

21、4、本发明中开关关断时利用副开关把主开关的共源极短接至负电源vnn，提升了通道隔离度性能。