[发明专利]一种自举电容可调的电压倍增超声波脉冲激励电路

说明书

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种自举电容可调的电压倍增超声波脉冲激励电路。本发明包含四个高压MOS管和一个可调的自举电容；四个MOS管栅极分别接独立的开关控制信号，其中两个MOS管一端接地，另一端分别连接自举电容的两端；另两个MOS管一端接电源，另一端也分别连接自举电容的两端。四个MOS管以一定的时序完成开关状态的切换，通过自举电容激励超声换能器产生超声波。自举电容根据需求改变容值，改变输出激励信号的幅度。本发明能够在电源电压受限的情况下，产生最高幅度为电源电压N倍的激励信号，提高超声波信号强度；并能提升超声检测系统特别是基于微机械超声换能器的系统的检测性能和设计灵活性。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，涉及一种超声波脉冲激励电路。

背景技术

超声波脉冲激励电路又称为超声波发射电路、超声激发电路，主要用于激励超声波换能器，发射超声波完成检测。具体是利用脉冲激励电路产生特定频率的高压脉冲信号，该频率与换能器谐振频率相符，能够激励换能器震荡，完成电-声能量转换，发射超声波。对于特定谐振频率的换能器，所激发超声波的能量主要由激励信号的幅度决定。

随着集成电路技术的发展，尤其是高压工艺的进步，集成式脉冲激励电路得到越来越广泛的应用。相比较传统基于分立器件搭建的脉冲激励电路，集成式脉冲激励电路具有体积小、集成度高、激励频率高的特性，广泛应用在多通道、便携式的超声检测设备中。但其缺点在于受限于集成电路电源电压，能产生的激励脉冲幅度较小，产生的超声波能量也相应较小。因此需要一种能产生更大输出幅度的超声激励电路。

此外，由于换能器的制作工艺存在误差，使得其静态负载电容的大小也发生变化，尤其在微机械换能器中，工艺波动更大，电容偏差增大到100%甚至跟多。静态负载电容的变化将会影响激励电路的激发效率，从而导致可能的能量浪费，造成芯片过热。因此需要一种能够根据负载电容大小调节输出幅度的超声激励电路。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自举电容可调的电压倍增超声波脉冲激励电路，可以产生N（N2）倍电源电压幅度的激励脉冲，并能根据换能器静态电容大小，调整自举电容容值，从而改变脉冲幅度，提高能量效率。

本发明提供的自举电容可调的电压倍增超声波脉冲激励电路，其电路结构包括：四个高压MOS管，一个容值可调的自举电容；所述四个高压MOS管栅端分别接独立的时序控制信号；其中，第一、第二MOS管为N型MOS管，其源端接地，漏端分别连接自举电容的两端；第三、第四MOS管为P型晶体管，其源端接高压电源，漏端分别连接自举电容的两端；所述自举电容由固定电容与可调电容并联构成。

进一步的，所述四个高压MOS管以一定的时序完成开关状态的切换，通过自举电容倍增电源电压，在输出端产生0电位、电源电压、N（N2）倍电源电压的阶梯形激励信号，激励超声换能器产生超声波。

进一步的，可以通过改变自举电容的容值改变激励信号的最大幅度，抵消换能器静态电容波动的影响。即N由自举电容容值与负载换能器的静态电容容值比例关系决定。

优选的，所述自举电容中的可调电容由多个可选通并联子电容支路构成，每个子电容与一个开关串联。所述开关受外部控制信号控制，从而选择子电容是否接入，以改变可调电容的总容值。

本发明能够在电源电压受限的情况下，产生最高幅度为电源电压N倍的激励信号，提高超声波信号强度；并能根据换能器静态电容容值调整激励信号幅度，消除换能器阵元不一致引入的偏差，提升超声检测系统——特别是基于微机械超声换能器的系统的检测性能和设计灵活性。

附图说明

图1为本发明自举电容可调的电压倍增超声波脉冲激励电路结构图示。

图2为本发明中可调自举电容电路结构图示。

图3为工作在充电相位的电路及输出波形图示。

图4为工作在电压倍增相位的电路及输出波形图示。