Vref，則SAR邏輯單元將nDAC最高位保持I并將第二高位置置為I (即DAC輸入為11000);若Vout小于Vref，則SAR邏輯單元將nDAC最高位保持O并將第二高位置置為I (即DAC輸入為01000)。隨后開啟第二輪判斷，依次循環(huán)判斷至最低位，滿足Ia和Ic小于DAC的最小位誤差，完成整個nDAC的數(shù)字輸出控制。
[0032]所述數(shù)字校準(zhǔn)電路還包括開關(guān)單元，當(dāng)校準(zhǔn)結(jié)束后所述開關(guān)單元用于控制數(shù)字校準(zhǔn)電路關(guān)閉；所述開關(guān)單元可以由時鐘信號控制數(shù)字校準(zhǔn)系統(tǒng)關(guān)閉，也可以通過設(shè)置完成數(shù)字校準(zhǔn)后觸發(fā)命令控制開關(guān)關(guān)閉數(shù)字校準(zhǔn)。當(dāng)數(shù)字校準(zhǔn)完畢后，nDAC繼續(xù)按照校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行電流輸出。
[0033]模擬校準(zhǔn)
[0034]模擬校準(zhǔn)電路包括順次連接的負(fù)反饋電路和補(bǔ)償電路；所述負(fù)反饋電路與開關(guān)控制電路連接，具體的，所述負(fù)反饋電路連接在第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4之間；所述補(bǔ)償電路連接至陽極輸出端或陰極輸出端所述補(bǔ)償電路連接至陽極運(yùn)算放大器Al或陰極運(yùn)算放大器A2。所述負(fù)反饋電路和補(bǔ)償電路之間還設(shè)置有采樣電容Cs，所述采樣電容Cs用于存儲和提供補(bǔ)償電壓。
[0035]所述負(fù)反饋電路和采樣電容之間還設(shè)置虛擬傳輸門電路S5。模擬校準(zhǔn)系統(tǒng)及其改進(jìn)技術(shù)如圖3所示，負(fù)反饋電路中由恒定電流源Id驅(qū)動的MOS管Mf，由于MOS管Mf在飽和區(qū)內(nèi)其柵源電壓保持不變，因此其柵源電壓由公式Vgs = Vout-Vl-Vc (Vc為電容電壓、Vl為反饋電壓)，由此形成輸出電壓Vout到電容電壓Vc的控制機(jī)制。Vc通過MOS管Mc產(chǎn)生補(bǔ)償電流，形成負(fù)反饋系統(tǒng)，由Vout驅(qū)動控制Vl和Vc依靠電流漏產(chǎn)生補(bǔ)償電流Ib實(shí)現(xiàn)模擬反饋精確校準(zhǔn)，采樣電容Cs用于儲存電容兩端電壓Vc，保持在校準(zhǔn)結(jié)束后的輸出階段補(bǔ)償電流的大小不變。
[0036]補(bǔ)償電流Ib大小由以下公式確定:
[0037]Ib = 0.5 μ Cox (ff/L) (Vc-Vth) 2
[0038]其中S5開關(guān)為傳輸門結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的傳輸門結(jié)構(gòu)因?yàn)镹MOS和PMOS的寄生電容不匹配導(dǎo)致Vc的采樣誤差。普通傳輸門在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下的寄生電容會有變化，因此會引起采樣電容兩端電壓Vc的變化。虛擬傳輸門的作用是保持導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下寄生電容不變，從而使Vc不受寄生電容的影響。Cs作為采樣電容，本身的作用就是保持模擬校準(zhǔn)結(jié)束(即S5關(guān)閉后)以后補(bǔ)償電流的大小不變。而補(bǔ)償電流大小受Vc的控制，顯然S5上的寄生電容對于Cs有個分壓作用。保證導(dǎo)通前后寄生電容大小不變，即保證Cs上的電壓不變。
[0039]具體的在本實(shí)施例中，設(shè)Vc的采樣誤差為AVc則補(bǔ)償電流的誤差A(yù)Ib =0.5yCox(ff/L) [2 (Vc-Vth) AVc+AVc2]。為了減少Vc的采樣誤差，本實(shí)用新型采用了虛擬傳輸門結(jié)構(gòu)確保NMOS和PMOS寄生電容相匹配。虛擬傳輸門的作用是保持導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下寄生電容不變，從而使Vc不受寄生電容的影響。
[0040]虛擬傳輸門結(jié)構(gòu)如圖4所示，圖示開關(guān)S5由MOS管組成，用Cp和Cn表示MOS管的寄生電容，調(diào)整MOS管的尺寸可以使PMOSl和NMOSl的寄生電容是PM0S2和NM0S2的兩倍。保證在傳輸門導(dǎo)通和閉合時采樣電容Cl兩端的寄生電容均為2Cp+2Cn，如此則減少了Vc的采樣誤差。當(dāng)傳輸門導(dǎo)通時電路輸出端的寄生電容為NMOSl和PMOSl的單端寄生電容大小為2Cp+2Cn，當(dāng)傳輸門關(guān)閉時電路輸出端寄生電容為NM0S2和PM0S2的雙端寄生電容大小為2Cp+2Cn。減少了寄生電容對采樣電容Vc的影響。
[0041]本實(shí)用新型技術(shù)方案的工作原理:
[0042]第一步:確定輸出電流脈沖的幅度圖示陽極電流Ia ;
[0043]第二步:進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)；開關(guān)S3和S4閉合，開關(guān)SI和S2斷開；由電壓檢測和逐次逼近邏輯完成陰極電流Ic的調(diào)控使Ia-1c小于DAC的最小位誤差。
[0044]第三步:模擬校準(zhǔn)系統(tǒng)開啟，保持開關(guān)S3和S4閉合，開關(guān)SI和S2斷開；通過系統(tǒng)反饋用補(bǔ)償電流Ib平衡Ia和Ic的差值。
[0045]第四步:當(dāng)數(shù)字校準(zhǔn)和模擬校準(zhǔn)完畢之后，通過S1、S2的開關(guān)控制輸出雙相電流脈沖。
[0046]如圖5-6所示，經(jīng)仿真，在輸出電流設(shè)定為93uA和152uA時電極模型受到的刺激信號波形，因此經(jīng)模擬驗(yàn)證，本實(shí)用新型真實(shí)可行。
[0047]本實(shí)用新型能產(chǎn)生滿足電荷平衡要求的雙相刺激脈沖，在電流幅度誤差上優(yōu)于上述最優(yōu)的模擬反饋校準(zhǔn)技術(shù)，尤其在輸出電流較大(大于SOuA)時性能優(yōu)勢更加明顯。同時采用高增益運(yùn)放增加了輸出阻抗，在驅(qū)動負(fù)載方面優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0048]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，包括陽極輸出端、陰極輸出端、數(shù)字校準(zhǔn)電路、設(shè)置在陽極輸出端和陰極輸出端之間的開關(guān)控制電路、與開關(guān)控制電路連接的電極；所述數(shù)字校準(zhǔn)電路包括順次連接電壓檢測電路和邏輯運(yùn)算組件，所述電壓檢測電路與開關(guān)控制電路電性連接，所述邏輯運(yùn)算組件與陽極輸出端或陰極輸出端電性連接。2.如權(quán)利要求1所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，還包括模擬校準(zhǔn)電路，所述模擬校準(zhǔn)電路包括順次連接的負(fù)反饋電路和補(bǔ)償電路；所述負(fù)反饋電路與開關(guān)控制電路電性連接，所述補(bǔ)償電路連接至陽極輸出端或陰極輸出端。3.如權(quán)利要求2所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述開關(guān)控制電路由第一開關(guān)電路和第二開關(guān)電路并聯(lián)而成，所述第一開關(guān)電路包括串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第二開關(guān)電路包括串聯(lián)的第三開關(guān)和第四開關(guān)。4.如權(quán)利要求3所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述電極連接在第一開關(guān)和第二開關(guān)之間，所述負(fù)反饋電路和電壓檢測電路均連接在第三開關(guān)和第四開關(guān)之間。5.如權(quán)利要求4所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述陽極輸出端包括順次連接的陽極數(shù)模轉(zhuǎn)換器和陽極運(yùn)算放大器，所述陰極輸出端包括順次連接的陰極數(shù)模轉(zhuǎn)換器和陰極運(yùn)算放大器；所述邏輯運(yùn)算組件連接至陽極數(shù)模轉(zhuǎn)換器或陰極數(shù)模轉(zhuǎn)換器；所述補(bǔ)償電路連接至陽極運(yùn)算放大器或陰極運(yùn)算放大器。6.如權(quán)利要求5所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述電壓檢測電路包括一電壓比較器，所述電壓比較器采集輸出電壓并將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將比較的結(jié)果傳輸給邏輯運(yùn)算組件，所述邏輯運(yùn)算組件根據(jù)比較結(jié)果，控制陽極輸出端或陰極輸出端輸出滿足最小位誤差的輸出電流。7.如權(quán)利要求5所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述負(fù)反饋電路和補(bǔ)償電路之間還設(shè)置有采樣電容，所述采樣電容用于存儲和提供補(bǔ)償電壓。8.如權(quán)利要求7所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述負(fù)反饋電路和采樣電容之間還設(shè)置有傳輸門電路。9.如權(quán)利要求8所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述傳輸門電路為虛擬傳輸門電路。10.如權(quán)利要求8所述的具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，其特征在于，所述數(shù)字校準(zhǔn)電路還包括開關(guān)單元，所述開關(guān)單元用于控制數(shù)字校準(zhǔn)電路關(guān)閉。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及神經(jīng)刺激器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有新型電荷平衡系統(tǒng)的神經(jīng)刺激器，包括陽極輸出端、陰極輸出端、數(shù)字校準(zhǔn)電路、設(shè)置在陽極輸出端和陰極輸出端之間的開關(guān)控制電路、與開關(guān)控制電路連接的電極；所述數(shù)字校準(zhǔn)電路包括順次連接電壓檢測電路和邏輯運(yùn)算組件，所述電壓檢測電路與開關(guān)控制電路連接，所述邏輯運(yùn)算組件與陽極輸出端或陰極輸出端連接。本實(shí)用新型的神經(jīng)刺激器具有能輸出高度匹配的雙相電流脈沖，易于集成、高穩(wěn)定性、電流幅度誤差小的特點(diǎn)。
【IPC分類】A61N1/36, H03K3/02
【公開號】CN204840670
【申請?zhí)枴緾N201520510674
【發(fā)明人】彭超, 張金勇, 王磊
【申請人】深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月14日