用于控制双向开关系统的控制电路系统和方法、双向开关、开关矩阵以及医疗刺激器

摘要

提供了用于控制双向开关（132）的控制电路系统（134）和方法。所述双向开关（132）具有控制端子（130）以及在双向主电流路径中的至少一个半导体开关，所述控制端子（130）用于接收控制电压（124）以控制所述双向开关（132）的接通状态和断开状态。所述控制电路系统（134）包括：能量存储元件（102）；将所述能量存储元件（102）耦接到供电电压以对所述能量存储元件（102）充电的耦接装置（101）；以及控制电路（108），所述控制电路（108）被配置为接收来自所述能量存储元件（102）的功率，并且被配置为当所述能量存储元件（102）没有被耦接到所述供电电压时供应具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压。所述耦接装置（101）被配置用于当所述双向开关（132）处于断开状态中时仅将所述能量存储元件（102）耦接到所述供电电压。

说明书

技术领域

本发明涉及用于双向开关的控制电路系统的领域。

背景技术

在医疗刺激器的领域中，存在如下趋向:增加刺激电极位点的数量,以通过使用场控制精确刺激意向目标体域而改善治疗效能。除刺激之外，存在增长的对神经活动的精确感测的需求。两个趋势均需要存在相对大的交叉点开关矩阵以将刺激和/或感测电子设备耦接到所选择的探针电极位点。尽管脑刺激所需的能量实质上是不变的，用于能量存储的有效体积在最新发展水平的医疗刺激器中是减少的。因此，存在更小的空间用于电池，并且，因此,所述医疗刺激器的电路不得不是低功率电路。交叉点开关矩阵的高数量的开关将极端低的功率消耗要求强加在具有其控制电子设备的单一开关上。

所述低功率要求在高压IC技术中需要集成的CMOS开关，提供绝缘的NMOS和PMOS晶体管。在最新发展水平的高压IC技术中，与被允许跨越该CMOS开关自身的高得多的电压(漏极到源极电压)相比，CMOS开关的驱动电压(栅极到源极电压)被限制在很少的伏特。

W.N Reining的文章（“用于医疗应用的高压交叉点开关(A High voltage corss-point switch for medical application)”， 关于混合信号设计的1999年IEEE西南学术讨论会SSMSD’99的摘要（Digest of the 1999 IEEE Southwest Symposium on Mixed-Signal Design SSMSD’99），Tucson，AZ，USA，1999年4月11-13日，109-112页）在图2中公开了用于医疗应用（诸如医疗刺激器）的双向开关和用于所述双向开关的控制电路。两个NMOS晶体管M10、M11（其栅极和源极被彼此耦接）形成所述双向开关。

用高压PMOS晶体管M2构建的电流源被连接在所述双向开关晶体管的共栅极与电压供应端子VHI之间，所述电压供应端子VHI接收高于曾经出现在所述双向开关I/O端子处的电压。为了接通所述双向开关，所述电流源M2传导小的电流，根据所述文章为3μA。通过一串二极管连接的（diode-connected）NMOS晶体管M4、M5、M6和高压PMOS晶体管M9，所述电流被传导。M9的栅极被连接到所述双向开关的共源极并且漏极被连接到电压供应端子VSS，所述电压供应端子VSS接收低于曾经出现在所述双向开关的所述I/O端子处的电压的电压。跨越正向偏置的二极管连接的晶体管M4、M5和M6的电压降和M9的栅极-源极电压（若干伏特）将所述双向开关切换到接通状态。要被注意的是：当所述双向开关处于接通状态中时，所述电路消耗的功率量是电流的值乘以在所述端子VSS和VHI上的电压之间的电压差的乘积。

用高压NMOS晶体管M8构建第二电流源并且所述第二电流源被连接在双向开关晶体管M10和M11的共栅极与所述电压供应端子VSS之间。为了将所述双向开关控制为处于断开状态中，用M8构建的电流源传导小的电流，其也通过高压NMOS晶体管M3而被传导。M3的栅极被连接到所述双向开关的共源极并且漏极被连接到所述电压供应端子VHI。M3的栅极和源极之间的电压降切换所述双向开关在断开状态中。如果所述双向开关处于断开状态中，则消耗的功率量等于电流的值乘以在所述端子VSS和VHI上的电压之间的电压差。

因此，所引用的文章的双向开关的控制电路具有静态功率消耗并且所述消耗无关于所述双向开关的状态。

发明内容

本发明的目的是提供用于双向开关的控制电路，其比已知的控制电路消耗更少的功率。

本发明的第一方面提供了如在权利要求1中所要求权利的用于控制双向开关的控制电路系统。本发明的第二方面提供了如在权利要求10中所要求权利的双向开关系统。本发明的第三方面提供了如在权利要求13中所要求权利的开关矩阵。本发明的第四方面提供了如在权利要求14中所要求权利的医疗刺激器。本发明的第五方面提供了如在权利要求15中所要求权利的控制双向开关的方法。在从属权利要求中限定了有利的实施例。

根据本发明的第一方面的用于控制双向开关的控制电路系统包括能量存储元件、耦接装置和控制电路。所述双向开关具有控制端子，所述控制端子用于接收控制电压以控制所述双向开关的接通状态和断开状态，并且所述双向开关具有在双向主电流路径中的至少一个半导体开关。所述耦接装置将所述能量存储元件耦接到用于对所述能量存储元件充电的供电电压。当所述双向开关处于断开状态中时，所述能量存储元件仅被耦接到所述供电电压。所述控制电路接收来自所述能量存储元件的功率，并且当所述能量存储元件未被耦接到所述供电电压时供给具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压。

所述控制电路接收来自所述能量存储元件的功率，并且，因此，所述控制电路能够产生控制电压，其与跨越所述能量存储元件的电压相关。所述双向开关在所述控制端子上接收所述控制电压。为了可靠地接通或断开所述双向开关，所述控制电压需要具有处在特定的电压范围内的电压，其不与所述供电电压直接相关。当所述能量存储元件未被耦接到所述供电电压时，所述控制电路能够产生不与所述供电电压直接相关的控制电压，因为所述能量存储元件的端子的电压可以浮动到所需要的电压电平。然而，当所述能量存储元件正被充电时，所述能量存储元件的端子的电压变为连接到固定的电压电平，其可能阻止所述控制电路产生可以可靠地接通或断开所述双向开关的控制电压。因此，所述能量存储元件仅当所述双向开关处于断开状态中时被充电。

要被注意的是:所述双向开关主要形成对所述控制电路系统的电容性负载，因为所述负载由至少一个半导体开关的栅极形成，其不得不被充电或放电以从导电状态切换到非导电状态，或者反之亦然。因此，所述双向开关不形成针对所述控制电路系统的静态功率负载。

所述耦接装置和所述控制电路可以被实现为低功率半导体电路，所述低功率半导体电路仅在所述半导体电路系统的晶体管切换到另一状态的瞬时消耗功率。所述控制电压的获取不依靠永久流动的电流。因此，所述控制电路系统不具有静态功率消耗。

所述控制电路系统不具有静态功率消耗并且所述双向开关不通过所述控制端子而静态地消耗功率。因此，根据第一方面的本发明比所述已知的电路系统在功率上更有效率。

在实施例中，所述双向开关进一步具有在双向主电流路径中的至少一个半导体开关和用于提供参考电压的参考电压输出端子，所述参考电压指示所述控制端子上的控制电压必须被限定为哪个电压电平以能够切换所述双向开关。所述控制电路系统进一步包括用于从所述参考电压输出端子接收所述参考电压的参考电压输入端子。所述能量存储元件具有第一端子和第二端子。所述耦接装置包括被布置在所述第一端子和第一供电电压端子之间的第一开关以接收第一供电电压、被布置在所述第二端子和第二供电电压端子之间的第二开关以接收第二供电电压,以及另外的控制电路。所述另外的控制电路控制所述第一开关和所述第二开关中的至少一个被打开或闭合并且当所述双向开关的所述双向主电流路径处于断开状态中时仅闭合所述第一开关和所述第二开关中的至少一个。当所述第一开关和所述第二开关两者被闭合时，所述能量存储元件被充电到是所述第一供电电压和所述第二供电电压之间的差值的电压。当所述第一开关和所述第二开关两者被打开时，所述第一端子和所述第二端子的电压浮动以获得所述能量存储元件的浮动状态。所述控制电路包括功率供应端子，其被耦接在所述第一端子和所述第二端子之间以接收来自所述能量存储元件的供电能量。当所述能量存储元件处于浮动状态中时，以浮动方式产生所述控制电压。

所述控制电路接收来自所述第一端子和所述第二端子的供电电压,并且，因此，所述控制电路能够产生控制电压，其与所述第一端子的电压或所述第二端子的电压直接相关。所述控制电压可以具有在由所述第一端子的电压和所述第二端子的电压限制的范围内的值。当所述能量存储元件处于浮动状态中时，所述控制电压也浮动。

所述双向开关具有在所述主电流路径中的至少一个半导体开关。当接收到与所述参考电压相比是足够高或足够低的控制电压时，可以仅闭合这样的半导体开关。在实施例中，所述参考电压输入端子可以被耦接到所述第二端子，因此，当所述能量存储元件处于浮动状态中时，所述参考电压确定所述第二端子的电压电平，并且因此,确定所述第一端子的电平。因此，如果所述控制电路系统接收到所述参考电压，则所述控制电路能够产生相对于所述参考电压的控制电压以致可以独立于被用于对所述能量存储元件充电的所述第一供电电压和所述第二供电电压而打开或闭合所述双向开关。在另一实施例中，所述参考电压输入端子可以被耦接到所述控制电路以致所述控制电路可以直接产生相对于所述参考电压的电压电平的控制电压。

要被注意的是:所述双向开关主要形成对所述控制电路系统的电容性负载，因为所述负载由所述至少一个半导体开关的栅极形成，其不得不被充电或放电以从导电状态切换到非导电状态，或者反之亦然。因此，所述双向开关不形成针对所述控制电路系统的静态功率负载。仅当所述双向开关处于所述接通状态中时，电流流过所述双向主电流路径，其可能导致所述主电流路径中的小的功率消耗。然而，所述主电流路径中的该功率消耗不是针对所述控制端子的负载，因为所述控制端子仅需要对所述至少一个半导体开关的栅极充电或放电。将所述双向开关的状态从导电状态改变到非导电状态和/或反之亦然导致在所述转变期间所述控制电路中的功率消耗。此公知的动态功率消耗不能被避免。从被存储在所述能量存储元件中的能量取得所需要的能量。

所述控制电路基于从所述能量存储元件接收的供电而工作。为了在所述能量存储元件中存储能量并且为了获得跨越所述能量存储元件的电压，所述能量存储元件必须被充电。通过经由所述第一开关和所述第二开关分别将所述第一端子和所述第二端子连接到所述第一供电电压端子和所述第二供电电压端子，能量被存储在所述能量存储元件中。当闭合所述第一开关和/或所述第二开关时，所述第一端子的电压和所述第二端子的电压不再浮动并且不以浮动的方式产生所述控制电压。非浮动的控制电压不能可靠地切换所述双向开关的至少一个半导体开关，并且，因此，当所述双向开关处于断开状态中时，仅可以执行所述能量存储元件的充电。

所述另外的控制电路和所述控制电路可以被实现为低功率半导体电路，所述低功率半导体电路仅在所述半导体电路系统的晶体管切换到另一状态的瞬时消耗功率。所述控制电压的获得不依靠永久流动的电流。因此，所述控制电路系统不具有静态功率消耗。

所述控制电路系统不具有静态功率消耗并且所述双向开关不通过所述控制端子静态地消耗功率。因此，根据第一方面的本发明比已知的电路系统在功率上更有效率。

在实施例中，在迭代循环的预定义的时间周期中，所述双向开关总是打开的。此知识可以被所述另外的控制电路使用以在事先已知所述双向开关不被闭合的间隔期间闭合所述第一开关和所述第二开关。

在另一实施例中，所述另外的控制电路被耦接到所述控制电路,用于接收所述双向开关是否处于断开状态的指示。基于所述接收到的指示，所述另外的控制电路可以决定所述第一开关和所述第二开关是否可以被闭合。

在另一实施例中，所述控制电路包括锁存器。所述锁存器记忆所述双向开关的接通状态或断开状态并且根据所记忆的状态供应所述控制电压。

具有记忆所述双向开关的接通或断开状态的锁存器是有利的，因为其不需要连续地接收指示接通或断开状态的信号。可以在有限的时间期间提供这样的带有接通/断开信息的信号，并且随后所述锁存器记忆所提供的信息。特别地,当所述双向开关被切换到断开状态时,其防止所述能量存储元件的放电, 因为从所述能量存储元件解耦所述双向开关。这增加了功率效率。

在实施例中，所述控制电路包括用于接收开关控制信号的输入端子，所述开关控制信号指示所述双向开关所需的接通或断开状态。换句话说，所接收到的开关控制信号被所述控制电路使用以产生所述控制电压以致所述双向开关如由所述开关控制信号所指示的那样打开或闭合。其他电路系统，例如，包括根据本发明的控制电路系统的装置的一些电路系统，可以产生所述开关控制信号。

在另外的实施例中，所述控制电路被耦接到所述第一供电电压端子和/或所述第二供电电压端子。所述输入端子被配置为接收所述开关控制信号，其与所述第一供电电压和所述第二供电电压中的至少一个相关。所述控制电路进一步包括通信信道电路,以将所述开关控制信号传递到浮动控制信号，所述浮动控制信号具有与所述第一端子和/或所述第二端子的电压相关的电压。

换句话说，所提供的开关控制信号不是浮动电压，并且例如是在由所述第一供电电压和所述第二供电电压限制的电压范围内的电压。这样的开关控制信号可以从接收来自所述第一供电电压和所述第二供电电压的功率的电路系统而被接收。所提供的开关控制信号的电压必须被转换成与所述浮动电压直接相关的电压，例如，与由所述第一端子的电压和所述第二端子的电压限制的电压范围内的电压直接相关的电压。所述通信信道电路执行所述转换。所述转换必须被执行，因为所述控制信号也与所述第一端子和/或所述第二端子的浮动电压相关。为了执行所述转换，所述控制电路可以接收所述第一供电电压和/或所述第二供电电压以致所述通信信道可以确定所接收到的开关控制信号怎样精确地与所述第一供电电压和/或所述第二供电电压相关。要被注意的是:所述通信信道的功能是所述开关控制信号到另一电平的电平漂移,以及此功能未必需要到所述第一供电电压端子和/或所述第二供电电压端子的连接。在其他实施例中，所述通信信道被连接到不同于所述第一供电电压端子和/或所述第二供电电压端子的具有固定电压的端子。

所述实施例是有利的，因为其允许接收与所述第一供电电压和/或所述第二供电电压相关的双向开关控制信号，这意味着提供此信号的电路系统不是必须知道所述控制电路系统中的浮动电压。所述控制电路可以将所接收到的双向开关控制信号与所述第一供电电压和/或所述第二供电电压相比较以解释所述双向开关控制信号。在例子中，所述双向控制信号可以实质上等于所述第一电压以指示所述双向开关必须处于接通状态中，并且可以实质上等于所述第二电压以指示所述双向开关必须处于断开状态中。

在另外的实施例中，所述控制电路的所述锁存器响应于接收到设置信号而存储所述双向开关的接通状态，并且响应于接收到重置信号而存储所述双向开关的断开状态。所述双向开关控制信号包括设置子信号和重置子信号。所述通信信道电路将所述设置子信号和所述重置子信号两者传送到所述锁存器。

随着设置和重置信号的使用，所述锁存器的状态的设置仅暂时地需要设置信号或重置信号形式的信号。由于时间上的限制，所述通信信道电路仅必须在有限的时间周期期间执行从与所述第一供电电压和/或所述第二供电电压相关的电压向与所述第一端子的电压和/或所述第二端子的电压相关的电压的转换。因此，所述通信信道电路消耗有限的功率量,并且所述控制电路系统的功率效率被提高。

在另一实施例中，所述能量存储元件是基于MOS晶体管而被制造的存储电容器，所述MOS晶体管的漏极、源极以及背栅极被电连接到彼此并一起形成所述存储电容器的第一电极，且所述MOS晶体管的栅极形成所述电容器的第二电极。

换句话说，MOS晶体管的栅氧化层被用作所述存储电容器的电介质。将所述栅氧化层用作电介质是有利的，因为其允许在半导体技术中集成所述存储电容器，并且避免使用必须借助于外部端口而被连接到所述电路系统的外部存储电容器。

所述存储电容器必须存储少量的能量，该能量在在其期间所述存储电容器被充电的时间间隔之间足够打开/或闭合所述双向开关一次或多次。期望的是:当所述存储电容器在所述双向开关是打开的时总是被充电时，所述存储电容器仅必须存储足够用于闭合以及随后打开所述双向开关仅一次的能量。因此，所存储的能量的量是相对小的，并且因此所述存储电容器的尺寸可以是相对小的，其在在半导体技术中集成所述存储电容器的情境下是有利的。然而，所述电容器可以以另外适当的方式被构建。

在实施例中，所述第一开关或所述第二开关是阴极负载二极管，并且所述第一开关和所述第二开关中的另一个是MOS晶体管。所述MOS晶体管的导电或非导电状态由所述另外的控制电路控制。

所述阴极负载二极管必须被连接在所述第一端子和所述第一供电电压端子之间，或者被连接在所述第二端子和所述第二供电电压端子之间，以致当所述能量存储元件处于所述浮动状态中时，所述阴极负载二极管不能传导电流，以及当所述能量存储元件不处于所述浮动状态中时，所述阴极负载二极管可以传导所述电流。仅当所述第一端子的电压通过导电的MOS晶体管而被连接到所述第一供电电压时，或者当所述第二端子的电压通过导电的MOS晶体管而被连接到所述第二供电电压时，所述能量存储元件不处于所述浮动状态，并且，因此，所述能量存储元件通过所述MOS晶体管以及通过所述阴极负载二极管接收能量。一个MOS晶体管和一个阴极负载二极管的使用是有效率的解决方案，因为所述二极管是相对便宜以及相对简单的部件。要被注意的是：所述阴极负载二极管不是有源开关，但充当当跨越所述二极管的电压（阳极-阴极电压）大于所述二极管的（前向）阈值电压时变为导电的无源开关。如果根据此实施例实现所述第一开关和所述第二开关，则所述另外的控制电路仅直接控制所述MOS晶体管处于接通状态，并且由此间接控制被实现为阴极负载二极管的另一开关。

在另一实施例中，所述第一开关是第一MOS晶体管并且所述第二开关是第二MOS晶体管。所述另外的控制电路控制所述第一MOS晶体管的导电或非导电状态以及所述第二MOS晶体管的导电或非导电状态。

使用两个MOS晶体管对于创建所述第一开关和所述第二开关是效率高的且有效的解决方案，并且提供了关于所述能量存储元件的浮动或非浮动状态以及关于所述能量存储元件的充电的完全的控制，并且也避免了当所述开关例如被实现为阴极负载二极管时前向偏置的二极管的电压降。因此，如果使用两个MOS晶体管，则所述能量存储元件可以被充电到实质上等于所述第一供电电压和所述第二供电电压的差值电压的电压电平。

根据本发明的第二方面，提供了双向开关系统，其包括双向开关和根据本发明的第一方面的控制电路系统。所述双向开关提供了与根据本发明的第一方面的控制电路系统相同的益处，并且具有与对应的实施例相似的具有相似效果的实施例。

在实施例中，所述双向开关包括在第一I/O端子和第二I/O端子之间的主电流路径并且进一步包括在所述主电流路径中的第一MOS晶体管和第二MOS晶体管。所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管具有共源极和共栅极。所述第一MOS晶体管的漏极被耦接到所述第一I/O端子并且所述第二MOS晶体管的漏极被耦接到所述第二I/O端子。所述共栅极被耦接到所述控制端子。

在双向开关的所述主电流路径中使用两个MOS晶体管是有效的且效率高的解决方案，所述主电流路径可以通过其而被打开或闭合。

在实施例中，所述共源极被耦接到所述双向开关的参考电压输出端子。

因此，当所述能量存储元件处于浮动状态中时，所述第二端子的浮动电压跟随所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管的共源极的电压。特别地，当所述双向开关处于接通状态中时，所述共源极的电压处于由所述第一I/O端子的电压和所述第二I/O端子的电压限制的范围内。因此，例如当通过所述双向开关传输正弦信号时，所述第一I/O端子和所述第二I/O端子的电压连续地变化，并且，因此，所述共源极的电压相应地变化，以及所述第二端子的浮动电压也相应地变化。所述第一端子的电压通过所述能量存储元件与所述第二端子的电压相关，并且因此也同样根据所述共源极的电压而变化。因此，由所述控制电路产生的所述控制电压可以被用来切换所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管处于断开或接通状态中，因为所产生的控制电压与所述共源极的电压相关。

根据本发明的第三方面，提供了开关矩阵，其包括在所述矩阵的至少一个结点上的根据本发明的第二方面的至少一个双向开关系统。这样的开关矩阵，例如，可以是被用来将医疗刺激器的电极耦接到信号发生器和/或测量电路的交叉点矩阵。

根据本发明的第四方面，提供了医疗刺激器，其包括至少一个根据本发明的第二方面的双向开关系统。

所述开关矩阵和所述医疗刺激器提供了与根据本发明的第二方面的双向开关相同的益处，并且具有与对应的实施例相似的具有相似效果的实施例。

根据本发明的第五方面，提供了控制双向开关的方法。所述双向开关具有用于接收控制电压以控制所述双向开关的接通和断开状态的控制端子以及在双向主电流路径中的至少一个半导体开关。所述方法包括仅当所述双向开关处于断开状态中时将能量存储元件耦接到供电电压用于对所述能量存储元件充电的第一步骤。在另一步骤中，所述方法接收来自所述能量存储元件的功率。在另外的步骤中，当所述能量存储元件没有被耦接到所述供电电压时，所述方法供应具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压。

根据本发明的第五方面的方法提供了与根据本发明的第一方面的控制电路系统相同的益处，并且具有与所述电路系统的对应的实施例相似的具有相似效果的实施例。

在控制所述双向开关的所述方法的实施例中，所述双向开关具有至少一个在双向主电流路径中的半导体开关、控制所述双向主电流路径的接通和断开状态的控制端子、以及用于提供参考电压的参考电压输出端子，所述参考电压指示所述控制端子上的信号必须与哪个电压电平相关。所述方法包括第一步骤：在第一供电电压端子处接收第一供电电压并且在第二供电电压端子处接收第二供电电压。所述方法包括另外的步骤：仅当所述双向开关处于断开状态中时，借助于第一控制电路控制第一开关和第二开关两者被闭合。所述第一开关被布置在所述第一供电电压端子与能量存储元件的第一端子之间，并且所述第二开关被布置在所述第二供电电压端子与所述能量存储元件的第二端子之间。所述方法包括另一步骤：借助于所述第一控制电路控制所述第一开关和所述第二开关两者是打开的，以获得在浮动状态中的所述能量存储元件。所述方法包括另外的步骤：在被耦接到所述第二端子的参考电压端子处接收所述双向开关的所述参考电压。所述方法还包括在第二控制电路的功率供应端子处接收所述第一端子和所述第二端子的电压的步骤。并且所述方法包括在所述第二控制电路的输出端子处产生控制电压的步骤。所述输出端子被耦接到所述双向开关的所述控制端子。当所述能量存储元件处于浮动状态中时，以浮动方式产生所述控制电压。

从在下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面是显而易见的，并且参考在下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将被阐明。

本领域技术人员将理解：可以以任何被认为有用的方式组合本发明的上面所述的实施例、实现和/或方面中的两个或更多。

基于本说明书，本领域技术人员可以实施所述系统的修改和变化、和/或对应于所描述的所述系统的修改和变化的方法的修改和变化。

附图说明

在附图中：

图1a示意性地显示了根据本发明的第一方面的控制电路系统的实施例，

图1b示意性地显示了根据本发明的第一方面的控制电路系统的另一实施例，

图2a示意性地显示了所述控制电路系统的实施例和所述双向开关的实施例，其中所述双向开关包括两个NMOS晶体管，

图2b示意性地显示了所述控制电路系统的实施例和所述双向开关的实施例，其中所述双向开关包括两个PMOS晶体管，

图3示意性地显示了能量存储元件的两个实施例，

图4a示意性地显示了所述第一开关的实施例和所述第二开关的实施例，

图4b示意性地显示了所述第一开关的另一实施例和所述第二开关的另一实施例，

图5a示意性地显示了通信信道的第一实施例，

图5b示意性地显示了通信信道的第二实施例，

图6a示意性地显示了通信信道的第三实施例，

图6b示意性地显示了通信信道的第四实施例，

图6c示意性地显示了通信信道的第五实施例，

图7a示意性地显示了锁存器的电路和被耦接在所述锁存器和通信信道之间的电路，

图7b示意性地显示了锁存器的另一电路和被耦接在所述锁存器和通信信道之间的另一电路，

图8示意性地显示了可以被耦接在锁存器和所述双向开关之间的附加的电路，

图9示意性地显示了所述双向开关的另一实施例，

图10示意性地显示了包括寄生二极管的图9的实施例，

图11示意性地显示了根据本发明的第二方面的双向开关的实施例，

图12示意性地显示了根据本发明的第三方面的开关矩阵的实施例，

图13示意性地显示了根据本发明的第四方面的医疗刺激器的实施例，以及

图14示意性地显示了根据本发明的第五方面的方法的实施例。

应该被注意的是：在不同的图中由相同的参考标号指示的项具有相同的结构特征和相同的功能，或者是相同的信号。在这样的项的功能和/或结构已被解释的情况下，没有必要在详细的描述中重复其解释。

所述图仅仅是示意性的并且没有按比例绘制。特别地，为了清楚，一些尺寸被强烈地夸大。

具体实施方式

在图1a中显示了第一实施例。用于控制双向开关132的控制电路系统134被显示。所述双向开关132包括控制端子130以接收控制电压124来控制所述双向开关132的接通状态和断开状态。所述控制电路系统134包括能量存储元件102、耦接装置101和控制电路108。所述耦接装置101将所述能量存储元件102耦接到供电电压V_sup以对所述能量存储元件102充电。当所述双向开关132处于断开状态中时，所述耦接装置101仅将所述能量存储元件102耦接到所述供电电压V_sup。当所述能量存储元件102没有被耦接到所述供电电压V_sup时，所述控制电路108接收来自所述能量存储元件102的功率并且供应控制电压124，其具有独立于所述供电电压V_sup的电压电平。

在图1b中显示了另一实施例。控制电路系统134的实施例的示意图被显示，其被连接到也被示意性地绘制的双向开关132。所述双向开关132具有在第一I/O端子140和第二I/O端子146之间的双向主电流路径144。在所述双向主电流路径144中提供至少一个可控制的半导体开关143。所述双向开关132具有用于控制所述双向主电流路径144的接通状态和断开状态的控制端子130。所述双向开关132具有另外的参考电压输出端子142，用于提供参考电压128，所述参考电压128指示在所述控制端子130上接收的控制电压必须被限定到哪个电压电平以使得能够切换所述双向开关。因此，取决于所述参考电压与在所述控制端子130处接收的控制电压之间的电压差，所述双向开关132被控制而处于接通状态或断开状态中。

所述控制电路系统134包括用于接收第一供电电压的第一供电电压端子112并且具有用于接收第二供电电压的第二供电电压端子120。所述控制电路系统134进一步包括具有第一端子104和第二端子136的能量存储元件102。第一开关114被布置在所述第一供电电压端子112和所述第一端子104之间。第二开关118被布置在所述第二供电电压端子120和所述第二端子136之间。所述控制电路系统134进一步包括另外的控制电路116，其控制所述第一开关114和所述第二开关118是打开的或闭合的。当所述第一开关114和所述第二开关118两者被闭合时，所述能量存储元件102被充电到是所述第一供电电压和所述第二供电电压之间的差值电压的电压。当所述第一开关114和所述第二开关118两者是打开的时，所述第一端子104和所述第二端子136的电压是浮动的并且因此获得所述能量存储元件102的浮动状态。

所述控制电路系统134进一步包括控制电路108，用于在所述控制电路108的输出端子110处产生控制电压124。所述控制电压124被供应给所述双向开关的控制端子130。所述控制电路108具有功率供应端子106、138以接收来自所述能量存储元件102的供电能量。因此，功率供应端子106被耦接到所述第一端子104并且功率供应端子138被耦接到所述第二端子136。当所述能量存储元件102处于浮动状态中时，以浮动的方式产生所述控制电压124。因此，所产生的控制电压124与所述第一端子104的电压和/或所述第二端子136的电压相关。在例子中，所述控制电压124的电压电平处于由所述第一端子104的电压和所述第二端子136的电压限制的范围内。

所述控制电路系统134进一步具有参考电压输入端子126。所述参考电压输入端子126接收来自所述参考电压输出端子142的参考电压128。

在实施例中，所述参考电压端子被耦接到所述控制电路108以致所述控制电路108可以产生相对于所接收的参考电压128而被限定的控制电压124。

在另一实施例中，所述参考电压端子被耦接到所述第二端子136。因此，如果所述能量存储元件102处于浮动状态中，则所接收的参考电压128确定所述第二端子136的电压。随后，所述能量存储元件102确定所述第一端子104和所述第二端子136之间的电压差，并且因此，如果所述能量存储元件102处于浮动状态中，则所述第一端子104的电压也与所述参考电压128相关。所述控制电路108在其功率供应端子106、138处接收所述第一端子104和所述第二端子136的电压，并且，因此，所产生的控制电压124主要与所述第一端子104和所述第二端子136的电压相关，并且因此，所产生的控制电压124相对于所述参考电压128而被限定。当所述能量存储元件102处于浮动状态中时，所述参考电压128和所述控制电压124之间的电压差确定所述双向开关132的接通或断开状态。

当所述双向开关132的主电流路径144处于断开状态中时，所述控制电路系统134的另外的控制电路116仅闭合所述第一开关114和/或所述第二开关118。如果所述第一开关114或所述第二开关118被闭合，则所述第一端子104或所述第二端子136的电压分别不再是浮动的。这意味着:所产生的控制电压124不再浮动。当所接收的控制电压124与所述参考电压128相关并且不与固定的第一供电电压或固定的第二供电电压相关时，可以仅可靠地闭合所述双向开关132。因此，当所述双向开关132处于断开状态中时，可以仅闭合所述第一开关114和/或所述第二开关118。为了对所述能量存储元件102充电，所述第一开关114和所述第二开关118两者必须被闭合。

所述另外的控制电路116可以具有关于在其期间所述双向开关132处于断开状态中的时间间隔的预定义的知识。在迭代循环的预定义的间隔期间,所述双向开关132可以是打开的，并且因而所述另外的控制电路116可以在所述预定义的间隔期间闭合所述第一开关114和/或所述第二开关118。

图2a示意性地显示了控制电路系统和双向开关212的实施例202,其可以以p-型衬底半导体技术而被制造。用被放置在反串联配置中的两个NMOS晶体管M1、M2实现所述双向开关212，这意味着它们具有共栅极g和共源极s。所述MOS晶体管M1、M2中的一个的漏极d1是所述双向开关212的第一I/O端子并且所述MOS晶体管M1、M2中的另一个的漏极d2是所述双向开关212的第二I/O端子。

所述控制电路系统包括第一开关S1、第二开关S2、存储电容器C_stor、第一控制器210和第二控制器208。电压供应E_energy提供第一电压+fixed和第二电压-fixed，所述第二电压-fixed低于所述第一电压+fixed。第一开关S1接收所述第一电压+fixed并且当所述第一开关S1被闭合时将所述第一电压+fixed提供给所述存储电容器的第一端子。在该图中用+fl指示所述第一端子的电压。所述第二开关S2接收所述第二电压-fixed并且当所述第二开关S2被闭合时将所述第二电压-fixed提供给所述存储电容器的第二端子。在图2a中用-fl指示所述第二端子的电压。

当所述开关S1和S2两者被闭合时，所述存储电容器C_stor被充电，以在所述存储电容器C_stor被完全充电时获得所述存储电容器C_stor的第一端子和第二端子之间的电压差，其实质上等于所述电压供应E_energy的电压。当所述开关S1和S2两者是打开的时，所述第一端子和所述第二端子的电压+fl、-fl分别是浮动的。要被注意的是：所述开关S1和S2被闭合足够长以对所述电容器C_stor完全充电不是必需的。将所述电容器C_stor充电到如下电压电平是足够的：即向所述控制电路206提供足够的供电以能够控制所述双向开关212所需的电压电平。

所述第二端子被连接到所述双向开关212的共源极s，并且因而所述共源极s的电压与所述第二端子的电压-fl彼此跟随。当所述双向开关212处于接通状态中时，所述共源极s的电压处于所述第一I/O端子d1的电压和所述第二I/O端子d2的电压之间。在这样的时刻，所述开关S1和/或S2可以不被闭合，否则所述第二端子的电压可能与所述共源极s的电压冲突。因此，当所述双向开关212处于接通状态中时，所述开关S1和S2中没有一个可以被闭合，并且仅当所述双向开关212处于断开状态中时，所述开关S1和/或S2可以被闭合。

开关S1和S2的打开和闭合受另外的控制电路210控制。在实施例中，所述双向开关212在连续循环的预定义间隔期间总是处于断开状态中，并且连续循环的这些预定义间隔的预定义的知识在所述另外的控制电路210中可以是可利用的，以致所述另外的控制电路210在所述预定义间隔期间仅闭合所述开关S1和/或S2。

所述控制电路系统进一步包括所述控制电路208，其包括通信信道204和锁存器206。所述通信信道204和所述锁存器206两者接收来自所述存储电容器C_stor的功率供应电压。所述通信信道进一步被连接到所述第二供电电压-fixed。所述通信信道在输入端口In接收输入信号，其指示所述双向开关必须是处于接通状态中还是处于断开状态中。所接收的输入信号具有与所述第一电压+fixed相关和/或与所述第二电压-fixed相关的电压电平，例如，所述输入信号的电压电平处于由所述第一电压+fixed和所述第二电压-fixed限制的范围内。所述通信信道将所接收的输入信号转换为所述通信信道的输出信号，其具有与所述第一端子的电压电平+fl和/或所述第二端子的电压电平-fl相关的电压电平，例如，在由所述电压电平+fl和所述电压电平-fl限制的范围内的电压电平。所述通信信道204的输出信号被用于将所述锁存器206设置或重置到特定的状态，并且所述锁存器206根据所述锁存器206的状态将控制电压提供给所述共栅极g。

所产生的控制电压与所述第一端子的电压电平+fl和/或所述第二端子的电压电平-fl相关，并且由于所述第二端子被耦接到所述共源极s，期望的控制电压被所述锁存器206产生，以致所述NMOS晶体管M1和M2的栅极源极电压使得所述双向开关212被闭合或打开。如果所述控制电压高于所述NMOS晶体管M1和M2的阈值电压，则所述双向开关212处于接通模式中。因此，当所述双向开关212必须处于接通状态中时，所述锁存器206可以提供接近于所述第一端子的电压电平+fl的控制电压，并且当所述双向开关212必须处于断开状态中时，所述锁存器206可以提供接近于所述第二端子的电压电平-fl的控制电压。

在实施例中，当所述双向开关被控制为处于断开状态中时，所述另外的控制电路210被耦接到所述控制电路208以接收指示。此指示被所述另外的控制电路210使用以决定所述第一开关S1和/或所述第二开关S2是可以被闭合还是应该是打开的。

在图2b中，示意性地绘制了所述双向开关220和所述控制电路系统的另一实施例214。所述实施例与图2a的实施例相似，然而，所述双向开关220包括两个PMOS晶体管M10、M20，并且因此所述锁存器224必须提供与图2a的实施例的控制电压相反的控制电压，因为当所述PMOS晶体管M10、M20的共栅极g的电压低于所述PMOS晶体管M10、M20的共源极s的电压时，所述双向开关220被闭合。所述第一控制器216、所述锁存器224和所述通信信道218与图2a的实施例的第一控制器210、锁存器206和通信信道204相似。

在图3中，呈现了能量存储元件302、304的两个示意性实施例。所述能量存储元件可以被实现为存储电容器，其在半导体技术中可以借助于NMOS晶体管302或PMOS晶体管304而被制造。所述NMOS晶体管302和所述PMOS晶体管304两者的源极s、漏极d和背栅极形成所述存储电容器的第一电极，并且栅极g形成第二电极。因此，栅氧化层形成所述存储电容器的电介质。在半导体技术中实现的存储电容器的其他实施例是所谓的金属-绝缘体-金属（MIM）电容器和所谓的边缘电容器。所述MIM电容器基于半导体器件的金属-层-堆叠的标准金属层之一中的第一电极而被制造，绝缘材料的薄层被沉积在其顶部上，在那上面制造第二金属电极。所述边缘电容器包括被制造在半导体器件的一个金属层中或被制造在半导体器件的两个或更多邻近的金属层中的两个指叉式电极。所述第一电极的指状部分与所述第二电极的指状部分一起形成电容。要被注意的是：所述能量存储元件的所讨论的实施例意在以半导体技术而被制造，其是有利的以便获得包括完整的控制电路系统的单一器件。然而，所述能量存储元件也可以被制造在单独的半导体器件上。例如，在三维半导体布置中，第一半导体器件可以包括所述控制电路系统的逻辑电路并且可以包括在所述第一半导体器件的顶面处的触点，并且被布置为被放置在所述第一半导体器件的顶面上的第二半导体器件包括所述能量存储元件。特别地，例如，在开关矩阵半导体器件中，在单独的半导体器件（其被放置在包括所述开关逻辑电路的半导体器件的顶部上，以致可以制造更大的开关矩阵）中制造所述能量存储元件可能是有利的。

在图4a中，呈现了所述第一开关和所述第二开关的第一实施例402。所述第二开关由NMOS晶体管T_S2形成，其导电状态由另外的控制电路404控制。特别地，如果所述第二开关被控制为处于导电状态中，则所述第二端子的电压电平-fl变成实质上等于所述第二供电电压-fixed。所述第一端子的电压电平+fl下降到在所述第一供电电压+fixed以下的电平，因为如下被预期：所述能量存储元件不再被完全地充电。所述第一开关由阴极负载二极管D_S1形成。如果所述第一供电电压+fixed高于所述第一端子的电压电平+fl，则所述阴极负载二极管变为导电的并且所述能量存储元件被充电。在短时间段之后，除跨越所述前向偏置的二极管的电压降之外，所述第一端子的+fl的电压电平变得实质上等于所述第一供电电压+fixed。要被注意的是：所述阴极负载二极管的导电和非导电状态不直接由所述另外的控制电路404控制，然而，通过将所述第二开关控制为处于导电状态，所述阴极负载二极管的状态间接地由所述另外的控制电路404控制。

在图4b中，呈现了所述第一开关和所述第二开关的第二实施例406。所述第一开关和所述第二开关被实现为NMOS晶体管T_S1、T_S2，其导电或非导电状态由另外的控制电路408控制。当NMOS晶体管T_S1、T_S2两者被控制为处于导电状态中时，从所述电压供应E_energy对所述电容器充电。

在图5a中，呈现了通信信道502的实施例。信号T₁ctrl是双向开关控制信号，其被所述控制电路接收并且指示所述双向开关的所期望的接通或断开状态。所述信号T₁ctrl被连接到NMOS晶体管T1的栅极。所述通信信道进一步接收所述第一供电电压-fixed和所述第一端子的电压+fl。所述T₁ctrl信号具有与所述第一供电电压-fixed相关的电压电平。所述通信信道的输出端子Out提供被转换的双向开关控制信号，其具有与所述第一端子的电压+fl相关的电压电平。

晶体管T1的导电状态由所述T₁ctrl信号控制。如果晶体管T1不导电，则在所述输出端子Out处的输出电压实质上等于所述电压+fl。如果所述晶体管T1导电，则电流流过电阻器R1和晶体管T1，并且跨越电阻器R1的电压降确定在所述输出端子Out处的输出电压比所述电压+fl低多少。因此，所述输出端子Out的信号与所述浮动电压+fl相关。

所述输出端子Out的电压摆动必须通过所述电路502的部件的精确参数化而被获得。所述电压摆动例如取决于T1的阈值电压、T1的电流增益因子、R1的电阻等等。

图5b呈现了通信信道504的另一实施例。在该实施例中，由所述控制电路接收的双向开关控制信号包括设置子信号InS和重置子信号InR。利用与图5a的实施例相似的两个通信信道子电路，两个信号被转换为与浮动电压+fl相关的电压电平。Set（InS）和Reset（InR）信号分别被用于设置或重置所述锁存器的状态，并且由此控制所述双向开关的状态。为了控制所述锁存器的状态，所述Set（InS）和Reset（InR）信号仅必须被提供相对短的时间段。仅在相对短的时间段期间，电流流过电阻器R10、R20和晶体管T1和T20。因此，所述通信信道仅在所述双向开关必须被切换到另一状态时消耗功率。因此，所述通信信道不消耗静态功率。

在图6a中，呈现了一半通信信道602的另一实施例。当设置子信号和重置子信号被所述控制电路接收时，所述电路602必须被实现两次，一次用于将所述设置子信号转换为与所述电压电平-fl和+fl相关的信号，以及一次用于将所述重置子信号转换为与所述电压电平-fl和+fl相关的信号。

所述通信信道602是分别与图5a和图5b的实施例502和504相比的改进的通信信道。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动电压+fl和-fl之间的更好的输出电压摆动。在将所述固定电压+fixed和-fixed连接到所述浮动电压+fl和-fl的支路中添加（高电压）PMOS晶体管T₂。输入晶体管T₁通常被断开。电阻器R₁₁向所述电压电平+fl拉节点Out1。PMOS晶体管T₂是高度导电的，由于其栅极被束缚到-fl，故T₁和T₂的互相连接的漏极也显示所述+fl电压。两个反相器级T₄/T₅和T₆/T₇提供正常高的输出节点Out3，并且所有三个支路不消耗。当所述输入晶体管T₁的栅极被拉高（暗示接收到设置或重置子信号）时，T₁的导电通道下拉T₁和T₂的互相连接的漏极，并且所述Out1节点也下来。R₁的电阻被选择以致在没有T₂的情况下所述输入晶体管T₁将容易将所述Out1节点拉到局部负供应轨道-fl之下。通过引入T₂，这不再是可能的,因为T₂将被断开。在所述Out1节点处所得到的电压稍微在所述浮动电压-fl之上，即至少PMOS阈值电压。现在所述反相器级T₄/T₅在其输入具有相对低的电压，但NMOS T₄可能将不被完全断开。T₄和T₅的宽度和长度必须被选择为使得所述输出节点Out2被拉高（需要相对弱的NMOS T₄和相对强的PMOS T₅）。反相器级T₆/T₇在所述输出Out3处创建逻辑“低”。只要T₁被激活，两个左侧支路可以消耗并且所述反相器级T₆/T₇不显示静态消耗。如之前注意到的，T₁仅在相对短的时间间隔(在其期间设置或重置子信号被接收)期间是有效的。

在图6a的实施例602中，PMOS晶体管T2的源极-至-背栅极结点被短路，其减小所述阈值电压并且因此产生相对接近所述浮动电压-fl的节点Out1的电压。然而，缺点在于需要在用于T₂的半导体器件中使用额外的高电压孤岛，这增加了对所述衬底的寄生电容并且减少了高频率拒绝。在图6b的通信信道604中，PMOS晶体管T21的背栅极端子被连接到所述（浮动）电压电平+fl。当T1被激活时，以T21的增加的阈值电压为代价避免了所述额外的高电压孤岛。节点Out1不再变得如在图6a的实施例602中一样接近所述电压电平-fl。T4和T5的宽度和长度需要适合于仍然确保所述输出节点Out2被拉高，这需要甚至更弱的NMOS T4和甚至更强的PMOS T5。

在图6c的电路中，描绘了所述通信信道的另外的实施例606。图6b的实施例604的电阻器R11已经被PMOS晶体管T3替代，其栅极被连接到所述（浮动）电压电平-fl。晶体管T3充当非线性的电阻。电阻使用所述半导体器件的相对大的区域，而所述晶体管T3可以被制造在小的多的尺寸。

参考图1b，要被注意的是:由所述双向开关提供的并且在所述参考电压输入端子126上被接收的参考电压128可以显示快的并且相对大的电压摆动。如果所述双向开关如在图2a中所显示的那样而被实现，则从所述NMOS晶体管M1和M2的共源极s获得所述参考电压128，并且因此所述参考电压128直接与由所述双向开关传输的信号相关。特别地，例如在医疗刺激器中，通过所述双向开关而被传输的信号可以跟随具有相对大的幅度的波型。因此，当所述能量存储元件处于浮动状态中时，所述第一端子的电压+fl和所述第二端子的电压-fl可以相对快地变化并且可以具有大的电压摆动。如果锁存器被用于记忆所述双向开关的状态，例如如在图2a中所显示的，并且如果利用由例如在图5b中所显示的通信信道提供的设置和重置信号来切换所述锁存器，则被提供给所述锁存器的设置和重置信号的电压可以同时突然地下降或上升。这不应导致所述锁存器的状态的不需要的变化以及因此而导致的所述双向开关的状态的不需要的变化。因此，如在图7a中所示的，如下是有利的:如果在所述控制电路中使用NAND锁存器704，则对所述控制电路装备XOR电路系统702。如果所述锁存器是NOR锁存器708，则包括XNOR栅极的附加的电路系统706可以被提供在所述通信信道和所述控制电路的锁存器之间，如在图7b中所显示的。在图7a和图7b的两个电路系统中，无论输入信号OutSNotFl和OutRNotFl两者何时同时地下降或上升，被提供给所述NAND锁存器704或所述NOR锁存器708的信号的逻辑电平不变化。如果仅所述输入信号OutSNotFl和OutRNotFl中的一个增高或下降，则被提供给所述NAND锁存器704或所述NOR锁存器708的信号的逻辑电平中的一个变化。要被注意的是:在图7a和图7b中，显示了分别被耦接到所述第一端子和所述第二端子的电压轨道+fl和-fl，其指示所述XOR电路系统702、所述NAND锁存器704、所述XNOR电路系统706和所述NOR锁存器708接收来自所述电压轨道+fl和-fl的供电电压。因此，当所述能量存储元件处于浮动状态中时它们接收浮动供电电压。

图8显示了附加的电路的实施例，其被所述控制电路108包括并且被耦接在所述控制电路108的锁存器和所述双向开关132之间。在此实施例中，所述参考电压128被耦接到所述控制电路108。所述附加的电路接收来自所述锁存器的信号，其指示所述双向开关的接通状态或断开状态。此信号被馈送到包括晶体管T₈₁和T₈₂的第一反相器802，并且被馈送到包括晶体管T₈₃和T₈₄的第二反相器804，所述第二反相器804与包括晶体管T₈₅和T₈₆的第三反相器806串联耦接。所述第一反相器802的输出将控制电压124提供给所述双向开关的控制端子130,并且所述第三反相器806的输出被耦接到所述双向开关的参考电压输出端子142。因此，所述控制端子130和所述参考电压输出端子142之间的电压差是（+fl--fl）或-（+fl--fl），取决于所述锁存器的状态。如果此电压差是正的，则所述双向开关132被控制为处于接通状态中，如果所述电压差是负的，则所述双向开关132被控制为处于断开状态中。

所述第三反相器806将所述参考电压与所述第一端子的（浮动）电压电平+fl或所述第二端子的电压电平-fl相连接。因此，所述第一端子的电压电平+fl或所述第二端子的电压电平-fl实质上等于所述参考电压128，并且因此是所述电压电平+fl或-fl中的另一个，并且也与所述参考电压128相关。取决于所述第一反相器802的状态,所述控制电压124等于所述电压电平+fl或-fl中的一个，并且，因此，所产生的控制电压124与所述参考电压128相关。

要被注意的是:在图8的配置中，代替将所述共栅极g连接到所述控制端子130，所述共源极s可以被连接到所述控制端子130，并且因此所述共栅极g可以被连接到所述参考电压输出端子142。在图8的配置中，仅仅重要的是:所述共栅极g和所述共源极s之间的差值电压在所述双向开关处于接通状态中是正的并且在所述双向开关处于断开状态中是负的。如果所述共栅极和所述共源极被不同地连接(如在本段中所讨论的)，则所述锁存器的OutNot输出端子必须被连接到所述附加的电路系统而不是所述Out输出端子。图9显示了所述双向开关132的另一实施例。所述双向主电流路径处于NMOS晶体管M1的漏极d1和NMOS晶体管M2的漏极d2之间。所述双向开关132具有两个附加的输入端子，即接收电压电平V_max的端子902(所述电压电平V_max高于可能出现在d1和d2之间的主电流路径中的所有电压)，和接收电压电平V_min的端子904(所述电压电平V_min低于可能出现在d1和d2之间的主电流路径中的所有电压)。在实际的实施例中，V_min是在其中制造所述双向开关的半导体器件的衬底的电压。具有共源极s₂和共栅极g₂的NMOS晶体管M3和PMOS晶体管M4的串联布置被布置在所述端子902和所述端子904之间。所述NMOS M3和所述PMOS M4形成类-B电路。两个晶体管均是增强MOSTs以致它们不能同时导电（类-B操作）。所述共源极s₂被连接到所述参考电压输出端子142。所述共源极g₂被连接到所述NMOS晶体管M1和M2的共源极s₁。M3和M4的功能是：所述参考电压输出端子上的参考电压128变成接近于所述共源极s₁的电压电平的电压电平。所述参考电压128不同于所述共源极s₁的电压电平,具有处于NMOS晶体管M3的阈值电压和PMOS晶体管M4的阈值电压之间的范围中的量。换句话说，所述参考电压128一高于所述共源极s₁的电压（其等于所述共栅极g₂的电压），PMOS晶体管M4就导电,直到所述参考电压128的电平几乎等于所述共源极s₁的电压。如果所述参考电压128低于所述共源极s₁的电压，则NMOS晶体管M3导电,直到所述参考电压128的电平几乎等于所述共源极s₁的电压。

图10示意性地显示了图9的实施例，其中绘制了从所述半导体器件的衬底分别到所述晶体管M1…M4的端子的寄生（pn-结）二极管Dpar₁…Dpar₄。

在此段中接着的讨论中，我们假设不存在晶体管M3和M4并且所述共源极s₁被耦接到所述参考电压输出端子142。如之前所讨论的，如果图5a、图5b、图6a、图6b、图6c的通信电路502、504、602、604、606将设置或重置信号传送到与所述电压电平+fl和/或-fl相关的电压电平，则电流流过所述通信电路,从所述电压电平+fl到在其上制造所述控制电路系统（以及可能地,所述双向开关）的半导体器件的衬底。所述电流仅流动短的时间段。此外，电流总是流动闭合的环路，并且因此流过所述通信信道的电流的一部分经由所述寄生二极管Dpar₁和/或Dpar₂从衬底背部流到所述双向开关的I/O端子，特别是当所述双向主电流路径处于断开状态中时。如果所述双向主电流路径处于接通状态中，则小的电流经由被连接到所述双向开关的I/O端子的电路系统流过所述双向主电流路径。这意味着:对于短的时间段而言，所述双向开关的I/O端子可以接收不与必须经由所述双向开关而被传输的信号相关的电流。所述双向开关的I/O端子例如可以被耦接到测量电路并且所述测量可能被这些电流干扰。

如果（如在图10中所绘制的）存在MOS晶体管M3和M4，则短电流脉冲在不同的路径中流动。如果所述双向开关晶体管M1和M2是导电的，则所述脉冲经由所述能量存储元件、经由图8的反相器806的晶体管T₈₆流动到所述参考电压输出端子142并且随后流经Dpar₄。在M3导电的情况下，所述电流环路经由M3的导电通道而闭合。如果M1和M2是非导电的，则所述电流环路经由图8的反相器806的晶体管T₈₅、经由所述参考电压输出端子142以及经由所述二极管Dpar₄而闭合。同样在M1和M2是非导电的并且M3导电的情况下，所述电流环路经由M3的导电通道而闭合。因此，图10的实施例是有利的，因为其防止了所述双向开关的I/O端子上的信号的干扰。

图11示意性地显示了根据本发明的第二方面的双向开关1104系统的实施例。所述双向开关系统1004具有在第一I/O端子1106和第二I/O端子1114之间的双向主电流路径1112。至少一个半导体开关1110被提供在所述双向主电流路径1112中。所述半导体开关1110的接通和断开状态由控制电路系统1102控制。先前讨论了所述半导体开关1110和所述控制电路系统1102的实施例。

图12示意性地显示了开关矩阵1200的实施例。所述开关矩阵1200包括多个列C₁到C_N和多个行R₁到R_M。双向开关系统1202被提供在列C_i和行R_j之间的至少一个结点处。在图12的例子中，所述双向开关系统1202被提供在由行R₃和列C₃形成的结点处。所述双向开关系统1202包括半导体开关1206并且所述半导体开关1206的接通和断开状态由控制电路系统1204控制。先前讨论了所述半导体开关1206和所述控制电路系统1204的实施例。应被注意的是：在实施例中，所述矩阵的所有结点各自具有带有控制电路系统的双向开关。

图13示意性地显示了根据本发明的第四方面的医疗刺激器1300。所述医疗刺激器1300具有多个电极1310…131n，其可以被使得接触人的身体以模拟例如人的肌肉，或在另一例子中，以对人提供深部脑刺激。经由电极而被提供给人的信号可以由用户或医学专家用选择按钮1302来选择。取决于所述选择，信号发生器1306产生信号。由所述信号发生器1306产生的信号可以经由双向开关而被连接到电极1310…131n中的一个。所述医疗刺激器1300包括至少一个双向开关系统，其包括在所述双向开关系统的双向主电流路径中的至少一个半导体开关1308。所述双向开关的接通和断开状态由控制电路系统1304控制。先前讨论了所述半导体开关1308和所述控制电路系统1304的实施例。在另一实施例中，所述医疗刺激器1300包括根据本发明的第三方面的开关矩阵。

图14示意性地显示了根据本发明的第五方面的控制双向开关的方法1400的实施例。所述双向开关具有用于接收控制电压以控制所述双向开关的接通和断开状态的控制端子，以及在双向主电流路径中的至少一个半导体开关。所述方法包括第一步骤：仅当所述双向开关处于断开状态中时，借助于耦接装置将能量存储元件耦接1402到供电电压，用于对所述能量存储元件充电。在另一步骤中，所述方法接收1404来自控制电路中的能量存储元件的功率。在另外的步骤中，当所述能量存储元件没有被耦接到所述供电电压时，所述方法借助于所述控制电路供应1406具有独立于所述供电电压的电压电平的控制电压。

要被注意的是：根据本发明的第一方面的控制电路系统、所述双向开关系统、开关矩阵或根据本发明的第五方面的方法可以在多个应用中被使用。第一例子是医疗植入体，其包括交叉点开关矩阵以将内部电路系统耦接到外部探针，用于刺激和/或记录两者，诸如深部脑刺激器或起搏器（Pace Makers）。在第二例子中，在电话技术中，在用户线接口电路附近或在用户线接口电路内的电路系统例如使用交叉点开关矩阵将用户电话线耦接到电话交换机的内部电路系统。在第三例子中，集成的显示驱动器使用几十伏特的供电电压，其可以通过双向开关的双向主电流路径而被切换。在第四例子中，交叉点开关矩阵可以被用于将各种压电元件耦接到被集成在CMOS技术中的压电驱动器。在第五例子中，用于照明应用的LEDs经常被串联布置以形成LED串并且将功率供应给所述LED串的电压可以通过双向开关系统而被切换。在第六例子中，高级的功率供应转换系统需要双向开关，用于增加的功能性和/或效率。

应被注意的是：上面所述的实施例示出了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例，而不背离所附的权利要求的范围。

在权利要求中，被放置在括号之间的任何参考符号不应被解释为限制该权利要求。动词“包括”和其词形变化的使用不排除除那些在权利要求中陈述的之外的元素或步骤的存在。在元素前的冠词“一个（a）”或“一个（an）”不排除多个这样的元素的存在。可以借助于包括若干不同的元素的硬件并且借助于适当地程序化的计算机来实现本发明。在枚举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干装置可以由硬件的同一个项来实体化。某些手段在互相不同的从属权利要求中被记载的仅有的事实不表明这些手段的结合不能被用来获得优点。