电压调节模块及植入式神经刺激系统的制作方法

本实用新型涉及植入式医疗领域，尤其涉及一种电压调节模块及植入式神经刺激系统。

背景技术：

植入式医疗系统近年来在医学临床上得到越来越广泛的应用，通常包括植入式神经刺激系统(包括脑深部刺激系统dbs，植入式脑皮层刺激系统cns，植入式脊髓电刺系统激scs，植入式骶神经刺激系统sns，植入式迷走神经刺激系统vns等)、植入式心脏刺激系统(俗称心脏起搏器)、植入式药物输注系统(idds)等。

在植入式医疗系统中，神经剌激系统通过对靶点神经进行慢性电剌激，可以有效控制功能性神经疾病和精神疾病的症状。

靶点神经信号的频率和幅值可以反映神经疾病的情况，通过读取靶点神经信号可以判断病情和采取优化治疗方式，也可以客观判断神经剌激系统的治疗效果。

实际操作中，不同个体所需的刺激幅值相差较大，范围可能从0.1v到14v，由于是电池供电，只能提供3.6v的电源电压，而实际输出的刺激幅值为电源电压的整数倍，实际输出的刺激幅值一般与所需的刺激幅值之间具有差异，现有技术中的刺激幅值无法实现精细调节，进而造成功耗的浪费。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电压调节模块及植入式神经刺激系统。

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种电压调节模块，包括相连的细调电荷泵及倍压电荷泵，所述细调电荷泵的第一输出电压v1＝m*v0，所述倍压电荷泵的第二输出电压v2＝n*v0，所述电压调节模块的总输出电压v＝v1+v2，其中，v0为输入电压，m的取值范围为0～1，n为大于等于1的整数。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述细调电荷泵的输入端连接所述输入电压，所述倍压电荷泵的输入端连接所述输入电压，且所述细调电荷泵与所述倍压电荷泵之间通过中间开关连接。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述细调电荷泵包括若干细调电荷泵基本单元，每一细调电荷泵基本单元包括细调充电支路、细调放电支路、位于细调充电支路及细调放电支路的若干细调电容、若干细调开关，其中，所述细调充电支路用于为若干细调电容充电，所述细调放电支路用于输出中间输出电压，所述中间输出电压作为第一输出电压或输出至邻接的另一细调电荷泵基本单元，所述细调充电支路及所述细调放电支路由所述若干细调开关控制以输出不同的中间输出电压。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，每一细调电荷泵基本单元还包括与所述细调放电支路串联的串联支路，所述串联支路包括至少一串联输入端及控制所述串联输入端开闭的串联开关，所述串联输入端用于接地或连接其他细调电荷泵基本单元的中间输出电压而输出串联电压，当所述细调放电支路及所述串联支路导通时，所述第一输出电压为细调放电支路的中间输出电压和串联电压的和。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，每一细调电荷泵基本单元包括两个细调电容，当所述细调充电支路导通时，输入电压或中间输出电压为串联的两个细调电容充电，而后当所述细调放电支路及所述串联支路导通时，两个细调电容并联，所述第一输出电压为每一细调电容两端的电压及串联电压的和。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述细调电荷泵包括依次连接的第一细调电荷泵基本单元、第二细调电荷泵基本单元、第三细调电荷泵基本单元及第四细调电荷泵基本单元，其中，所述第一细调电荷泵基本单元包括第一串联支路、第一细调充电支路、第一细调放电支路及位于第一细调充电支路及第一细调放电支路的两个第一细调电容、若干第一细调开关，所述第一细调充电支路连接输入电压，所述第一细调放电支路输出第一中间输出电压，所述第二细调电荷泵基本单元包括第二串联支路、第二细调充电支路、第二细调放电支路及位于第二细调充电支路及第二细调放电支路的两个第二细调电容、若干第二细调开关，所述第二细调充电支路连接所述第一中间输出电压，所述第二细调放电支路输出第二中间输出电压，所述第三细调电荷泵基本单元包括第三串联支路、第三细调充电支路、第三细调放电支路及位于第三细调充电支路及第三细调放电支路的两个第三细调电容、若干第三细调开关，所述第三细调充电支路连接所述第二中间输出电压，所述第三细调放电支路输出第三中间输出电压，所述第四细调电荷泵基本单元包括第四串联支路、第四细调充电支路、第四细调放电支路及位于第四细调充电支路及第四细调放电支路的两个第四细调电容、若干第四细调开关，所述第四细调充电支路连接所述第三中间输出电压，所述第四细调放电支路输出第四中间输出电压，所述第一串联支路接地或连接所述第二中间输出电压、所述第三中间输出电压及所述第四中间输出电压的其中之一，所述第二串联支路接地或连接所述第三中间输出电压及所述第四中间输出电压的其中之一，所述第三串联支路接地或连接所述第四中间输出电压，所述第四串联支路接地。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述倍压电荷泵包括若干倍压充电支路、若干倍压放电支路、位于若干倍压充电支路及若干倍压放电支路的若干倍压电容、若干倍压开关，其中，所述若干倍压充电支路用于为若干倍压电容充电，所述若干倍压放电支路用于输出第二输出电压，所述若干倍压充电支路及所述若干倍压放电支路由所述若干倍压开关控制以输出不同的第二输出电压。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述若干倍压充电支路包括第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路，所述若干倍压放电支路包括第一倍压放电支路、第二倍压放电支路、第三倍压放电支路，所述若干倍压电容包括第一倍压电容、第二倍压电容、第三倍压电容，其中，所述第一倍压充电支路连接所述输入电压及所述第一倍压电容，所述第二倍压充电支路连接所述输入电压及所述第二倍压电容，所述第三倍压充电支路连接所述输入电压及所述第三倍压电容，所述第一倍压放电支路连接所述第一倍压电容，所述第二倍压放电支路串联所述第一倍压电容及所述第二倍压电容，所述第三倍压放电支路串联所述第一倍压电容、所述第二倍压电容及所述第三倍压电容，当所述第一倍压充电支路导通且而后所述第一倍压放电支路导通时，所述第二输出电压v2＝v0，当所述第一倍压充电支路、第二倍压充电支路导通且而后所述第二倍压放电支路导通时，所述第二输出电压v2＝2*v0，当所述第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路导通且而后所述第三倍压放电支路导通时，所述第二输出电压v2＝3*v0。

作为本实用新型一实施方式的进一步改进，所述电压调节模块还包括比较器，所述比较器的两个输入端分别连接预设电压及总输出电压，所述总输出电压由若干开关控制，当所述总输出电压不大于所述预设电压时，所述比较器输出控制信号以提高若干开关的工作频率。

为实现上述实用新型目的之一，本实用新型一实施方式提供一种植入式神经刺激系统，包括终端设备及刺激电极，所述终端设备包括如上任意一项技术方案所述的电压调节模块，所述电压调节模块用于输出总输出电压以控制所述刺激电极的电刺激幅值。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型一实施方式采用细调电荷泵和倍压电荷泵结合方式输出可大范围精细调节的总输出电压，使得实际的总输出电压尽量接近所需的刺激幅值，进而大大节省了功耗。

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的植入式神经刺激系统示意图；

图2是本实用新型一实施方式的电压调节模块及刺激电极的示意图；

图3是本实用新型一实施方式的电压调节模块结构框图；

图4是本实用新型一实施方式的细调电荷泵中基本部件电路图；

图5是本实用新型一实施方式的细调电荷泵电路图；

图6是本实用新型一实施方式的第一输出电压v1＝1/2*v0的开关时序图；

图7是本实用新型一实施方式的第一输出电压v1＝1/4*v0的开关时序图；

图8是本实用新型一实施方式的第一输出电压v1＝1/8*v0的开关时序图；

图9是本实用新型一实施方式的第一输出电压v1＝1/16*v0的开关时序图；

图10是本实用新型一实施方式的第一输出电压v1＝15/16*v0的开关时序图；

图11是本实用新型一实施方式的倍压电荷泵电路图；

图12是本实用新型一实施方式的第二输出电压v2＝v0的开关时序图；

图13是本实用新型一实施方式的第二输出电压v2＝2*v0的开关时序图；

图14是本实用新型一实施方式的第二输出电压v2＝3*v0的开关时序图；

图15是本实用新型一实施方式的电压调节模块的电路图；

图16是本实用新型一实施方式的比较器示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

参图1，本实用新型一实施方式提供一种植入式神经刺激系统。

植入式神经刺激系统通常包括以下几个组件：若干个刺激电极200(这里以左脑电极及右脑电极为例)、电极导线300、延伸导线500、脉冲发生器400以及终端设备600。

以脑深部刺激系统dbs为例，脉冲发生器400通过延伸导线500、电极导线300和刺激电极200将电脉冲传导到脑部stn(subthalamicnucleus，底丘脑核)核团以达到治疗帕金森等疾病的目的。

终端设备600以程控仪为例，程控仪用来调节脉冲发生器400的各刺激参数，刺激参数包括脉冲幅值，脉冲宽度(即脉宽)和脉冲频率等，可以理解的，终端设备600也可以其他设备，例如显示设备等，可以根据实际情况而定。

结合图2，植入式神经刺激系统还包括电压调节模块100。

电压调节模块100可设置于终端设备600中，但不以此为限。

电压调节模块100用于输出总输出电压v以控制刺激电极200的电刺激幅值。

在本实施方式中，电压调节模块100包括相连的细调电荷泵10及倍压电荷泵20。

细调电荷泵10的第一输出电压v1＝m*v0，倍压电荷泵20的第二输出电压v2＝n*v0，电压调节模块100的总输出电压v＝v1+v2，其中，v0为输入电压，m的取值范围为0～1，n为大于等于1的整数。

需要说明的是，输入电压v0即为电池提供的电源电压，但不以此为限。

本实施方式采用细调电荷泵10和倍压电荷泵20结合方式输出可大范围精细调节的总输出电压v，使得实际的总输出电压v尽量接近所需的刺激幅值，进而大大节省了功耗。

在本实施方式中，结合图3，细调电荷泵10的输入端连接输入电压v0，倍压电荷泵20的输入端连接输入电压v0，且细调电荷泵10与倍压电荷泵20之间通过中间开关s21连接。

可以看到，输入电压v0分别为细调电荷泵10及倍压电荷泵20提供输入，当中间开关s21闭合导通时，细调电荷泵10与倍压电荷泵20相互串联，电压调节模块100的总输出电压v为第一输出电压v1和第二输出电压v2的和，理论上，总输出电压v也可单独等于第一输出电压v1或单独等于第二输出电压v2，本实施方式以总输出电压v的输出端位于倍压电荷泵20且总输出电压v为第一输出电压v1和第二输出电压v2的和值为例。

下面，详细介绍细调电荷泵10及倍压电荷泵20的具体电路图。

结合图4及图5，细调电荷泵10包括若干细调电荷泵基本单元(10a、10b、10c、10d)。

每一细调电荷泵基本单元包括细调充电支路(p1a、p1b、p1c、p1d)、细调放电支路(p2a、p2b、p2c、p2d)、位于细调充电支路及细调放电支路的若干细调电容(ca、cb、cc、cd)、若干细调开关(s1a、s2a、s1b、s2b、s1c、s2c、s1d、s2d)，其中，细调充电支路用于为若干细调电容充电，细调放电支路用于输出中间输出电压v’，中间输出电压v’作为第一输出电压v或输出至邻接的另一细调电荷泵基本单元，细调充电支路及细调放电支路由若干细调开关控制以输出不同的中间输出电压v’。

也就是说，当前细调电荷泵基本单元输出的中间输出电压v’可以直接作为第一输出电压v输出，也可以作为邻接的另一细调电荷泵基本单元的输入电压，如此，通过多个细调电荷泵基本单元，可以根据需求输出不同大小的第一输出电压v1，且第一输出电压v1＝m*v0，m的取值范围为0～1。

这里，以每一细调电荷泵基本单元包括两个基本部件(cell1～cell8)为例，参图4，每一基本部件包括两个开关及一个电容。

每一细调电荷泵基本单元还包括与细调放电支路串联的串联支路(p3a、p3b、p3c、p3d，串联支路电压记为v3，未标注于图中)，串联支路包括至少一串联输入端及控制串联输入端开闭的串联开关(s3～s15)，串联输入端用于接地或连接其他细调电荷泵基本单元的中间输出电压而输出串联电压v3，当细调放电支路及串联支路导通时，第一输出电压v1为细调放电支路的中间输出电压v’和串联电压v3的和。

每一细调电荷泵基本单元包括两个细调电容，当细调充电支路导通时，输入电压v0或中间输出电压v’为串联的两个细调电容充电，而后当细调放电支路及串联支路导通时，两个细调电容并联，第一输出电压v1为每一细调电容两端的电压及串联电压v3的和。

在一具体示例中，结合图5，以细调电荷泵10包括四个细调电荷泵基本单元为例，且每一细调电荷泵基本单元包括两个基本部件，当然，在其他示例中，细调电荷泵基本单元及基本部件的数量及连接关系可以根据实际情况而定。

细调电荷泵10包括依次连接的第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b、第三细调电荷泵基本单元10c及第四细调电荷泵基本单元10d。

第一细调电荷泵基本单元10a包括第一串联支路p3a、第一细调充电支路p1a、第一细调放电支路p2a及位于第一细调充电支路p1a及第一细调放电支路p2a的两个第一细调电容ca、若干第一细调开关(s1a、s2a)，第一细调充电支路p1a连接输入电压v0，第一细调放电支路p2a输出第一中间输出电压v1’。

第二细调电荷泵基本单元10b包括第二串联支路p3b、第二细调充电支路p1b、第二细调放电支路p2b及位于第二细调充电支路p1b及第二细调放电支路p2b的两个第二细调电容cb、若干第二细调开关(s1b、s2b)，第二细调充电支路p1b连接第一中间输出电压v1’，第二细调放电支路p2b输出第二中间输出电压v2’。

第三细调电荷泵基本单元10c包括第三串联支路p3c、第三细调充电支路p1c、第三细调放电支路p2c及位于第三细调充电支路p1c及第三细调放电支路p2c的两个第三细调电容cc、若干第三细调开关(s1c、s2c)，第三细调充电支路p1c连接第二中间输出电压v2’，第三细调放电支路p2c输出第三中间输出电压v3’。

第四细调电荷泵基本单元10d包括第四串联支路p3d、第四细调充电支路p1d、第四细调放电支路p2d及位于第四细调充电支路p1d及第四细调放电支路p2d的两个第四细调电容cd、若干第四细调开关(s1d、s2d)，第四细调充电支路p1d连接第三中间输出电压v3’，第四细调放电支路p2d输出第四中间输出电压v4’。

第一串联支路p3a接地或连接第二中间输出电压v2’、第三中间输出电压v3’及第四中间输出电压v4’的其中之一，第二串联支路p3b接地或连接第三中间输出电压v3’及第四中间输出电压v4’的其中之一，第三串联支路p3c接地或连接第四中间输出电压v4’，第四串联支路p3d接地。

这里，通过控制若干细调开关(s1a、s2a、s1b、s2b、s1c、s2c、s1d、s2d)及若干串联开关(s3～s15)的开闭可以实现细调电荷泵10输出不同的第一输出电压v1。

下面，介绍细调电荷泵10输出几种第一输出电压v1时的具体开关时序。

结合图6，为第一输出电压v1＝1/2*v0的开关时序图，此时，第一细调电荷泵基本单元10a工作。

当处于第一时间段t1时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程为：位于第一细调充电支路p1a的基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均闭合(即处于高电平状态)，位于第一细调放电支路p2a的基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均断开(即处于低电平状态)，且串联开关s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一细调充电支路p1a导通，输入电压v0为两个串联的第一细调电容ca充电，每一第一细调电容ca两端的电压为1/2*v0。

当处于第二时间段t2时，第一细调电荷泵基本单元10a进入放电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的放电过程为：位于第一细调充电支路p1a的基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均断开，位于第一细调放电支路p2a的基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均闭合，且串联开关s3、s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一串联支路p3a接地，且第一细调放电支路p2a导通，两个第一细调电容ca相互并联，第一中间输出电压v1’即为任一第一细调电容ca两端的电压，亦即，v1’＝1/2*v0，且此时的第一中间输出电压v1’即为整个细调电荷泵10的第一输出电压v1，即v1＝1/2*v0。

这里，为了便于说明，开关s1a、开关s2a均被称作第一细调开关，开关s3、s4均被称作串联开关，下面的说明参考此处说明，后续不再赘述。

结合图7，为第一输出电压v1＝1/4*v0的开关时序图，此时，第一细调电荷泵基本单元10a及第二细调电荷泵基本单元10b均工作。

当处于第一时间段t1时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程为：基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均闭合，基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均断开，且串联开关s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一细调充电支路p1a导通，输入电压v0为两个串联的第一细调电容ca充电，每一第一细调电容ca两端的电压为1/2*v0。

当处于第二时间段t2时，第一细调电荷泵基本单元10a进入放电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的放电过程为：基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均断开，基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均闭合，且串联开关s3、s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一串联支路p3a接地，且第一细调放电支路p1a导通，两个第一细调电容ca相互并联，第一中间输出电压v1’即为任一第一细调电容ca两端的电压，亦即，v1’＝1/2*v0，第一中间输出电压v1’传输至第二细调电荷泵基本单元10b。

第二细调电荷泵基本单元10b的充电过程为：基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s1b均闭合，基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s2b均断开，且串联开关s9闭合，其他串联开关断开，也就是说，第二细调充电支路p1b导通，接入第二细调电荷泵基本单元10b的第一中间输出电压v1’为两个串联的第二细调电容cb充电，每一第二细调电容cb两端的电压为1/2*v1’，即为1/4*v0。

当处于第三时间段t3时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入放电过程。

这里，第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程不再赘述。

第二细调电荷泵基本单元10b的放电过程为：基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s1b均断开，基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s2b均闭合，且串联开关s8、s9闭合，其他串联开关断开，也就是说，第二串联支路p3b接地，且第二细调放电支路p2b导通，两个第二细调电容cb相互并联，第二中间输出电压v2’即为任一第二细调电容cb两端的电压，亦即，v2’＝1/4*v0，且此时的第二中间输出电压v2’即为整个细调电荷泵10的第一输出电压v1，即v1＝1/4*v0。

结合图8，为第一输出电压v1＝1/8*v0的开关时序图，此时，第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b及第三细调电荷泵基本单元10c均工作。

当处于第一时间段t1时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程为：基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均闭合，基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均断开，且串联开关s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一细调充电支路p1a导通，输入电压v0为两个串联的第一细调电容ca充电，每一第一细调电容ca两端的电压为1/2*v0。

当处于第二时间段t2时，第一细调电荷泵基本单元10a进入放电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的放电过程为：基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均断开，基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均闭合，且串联开关s3、s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一串联支路p3a接地，且第一细调放电支路p1a导通，两个第一细调电容ca相互并联，第一中间输出电压v1’即为任一第一细调电容ca两端的电压，亦即，v1’＝1/2*v0，第一中间输出电压v1’传输至第二细调电荷泵基本单元10b。

第二细调电荷泵基本单元10b的充电过程为：基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s1b均闭合，基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s2b均断开，且串联开关s9闭合，其他串联开关断开，也就是说，第二细调充电支路p1b导通，接入第二细调电荷泵基本单元10b的第一中间输出电压v1’为两个串联的第二细调电容cb充电，每一第二细调电容cb两端的电压为1/2*v1’，即为1/4*v0。

当处于第三时间段t3时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入放电过程，第三细调电荷泵基本单元10c进入充电过程。

这里，第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程不再赘述。

第二细调电荷泵基本单元10b的放电过程为：基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s1b均断开，基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s2b均闭合，且串联开关s8、s9闭合，其他串联开关断开，也就是说，第二串联支路p3b接地，且第二细调放电支路p2b导通，两个第二细调电容cb相互并联，第二中间输出电压v2’即为任一第二细调电容cb两端的电压，亦即，v2’＝1/4*v0，第二中间输出电压v2’传输至第三细调电荷泵基本单元10c。

第三细调电荷泵基本单元10c的充电过程为：基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s1c均闭合，基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s2c均断开，且串联开关s13闭合，其他串联开关断开，也就是说，第三细调充电支路p1c导通，接入第三细调电荷泵基本单元10c的第二中间输出电压v2’为两个串联的第三细调电容cc充电，每一第三细调电容cc两端的电压为1/2*v2’，即为1/8*v0。

当处于第四时间段t4时，第一细调电荷泵基本单元10a进入放电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入充电过程，第三细调电荷泵基本单元10c进入放电过程。

这里，第一细调电荷泵基本单元10a的放电过程、第二细调电荷泵基本单元10b的充电过程不再赘述。

第三细调电荷泵基本单元10c的放电过程为：基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s1c均断开，基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s2c均闭合，且串联开关s12、s13闭合，其他串联开关断开，也就是说，第三串联支路p3c接地，且第三细调放电支路p2c导通，两个第三细调电容cc相互并联，第三中间输出电压v3’即为任一第三细调电容cc两端的电压，亦即，v3’＝1/8*v0，且此时的第三中间输出电压v3’即为整个细调电荷泵10的第一输出电压v1，即v1＝1/8*v0。

结合图9，为第一输出电压v1＝1/16*v0的开关时序图，此时，第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b、第三细调电荷泵基本单元10c及第四细调电荷泵基本单元10d均工作。

当处于第一时间段t1时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程为：基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均闭合，基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均断开，且串联开关s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一细调充电支路p1a导通，输入电压v0为两个串联的第一细调电容ca充电，每一第一细调电容ca两端的电压为1/2*v0。

当处于第二时间段t2时，第一细调电荷泵基本单元10a进入放电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入充电过程。

第一细调电荷泵基本单元10a的放电过程为：基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s1a均断开，基本部件cell1及基本部件cell2的第一细调开关s2a均闭合，且串联开关s3、s4闭合，其他串联开关断开，也就是说，第一串联支路p3a接地，且第一细调放电支路p1a导通，两个第一细调电容ca相互并联，第一中间输出电压v1’即为任一第一细调电容ca两端的电压，亦即，v1’＝1/2*v0，第一中间输出电压v1’传输至第二细调电荷泵基本单元10b。

第二细调电荷泵基本单元10b的充电过程为：基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s1b均闭合，基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s2b均断开，且串联开关s9闭合，其他串联开关断开，也就是说，第二细调充电支路p1b导通，接入第二细调电荷泵基本单元10b的第一中间输出电压v1’为两个串联的第二细调电容cb充电，每一第二细调电容cb两端的电压为1/2*v1’，即为1/4*v0。

当处于第三时间段t3时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入放电过程，第三细调电荷泵基本单元10c进入充电过程。

这里，第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程不再赘述。

第二细调电荷泵基本单元10b的放电过程为：基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s1b均断开，基本部件cell3及基本部件cell4的第二细调开关s2b均闭合，且串联开关s8、s9闭合，其他串联开关断开，也就是说，第二串联支路p3b接地，且第二细调放电支路p2b导通，两个第二细调电容cb相互并联，第二中间输出电压v2’即为任一第二细调电容cb两端的电压，亦即，v2’＝1/4*v0，第二中间输出电压v2’传输至第三细调电荷泵基本单元10c。

第三细调电荷泵基本单元10c的充电过程为：基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s1c均闭合，基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s2c均断开，且串联开关s13闭合，其他串联开关断开，也就是说，第三细调充电支路p1c导通，接入第三细调电荷泵基本单元10c的第二中间输出电压v2’为两个串联的第三细调电容cc充电，每一第三细调电容cc两端的电压为1/2*v2’，即为1/8*v0。

当处于第四时间段t4时，第一细调电荷泵基本单元10a进入放电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入充电过程，第三细调电荷泵基本单元10c进入放电过程，第四细调电荷基本单元10d进入充电过程。

这里，第一细调电荷泵基本单元10a的放电过程、第二细调电荷泵基本单元10b的充电过程不再赘述。

第三细调电荷泵基本单元10c的放电过程为：基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s1c均断开，基本部件cell5及基本部件cell6的第三细调开关s2c均闭合，且串联开关s12、s13闭合，其他串联开关断开，也就是说，第三串联支路p3c接地，且第三细调放电支路p2c导通，两个第三细调电容cc相互并联，第三中间输出电压v3’即为任一第三细调电容cc两端的电压，亦即，v3’＝1/8*v0，第三中间输出电压v3’传输至第四细调电荷泵基本单元10d。

第四细调电荷泵基本单元10d的充电过程为：基本部件cell7及基本部件cell8的第四细调开关s1d均闭合，基本部件cell7及基本部件cell8的第四细调开关s2d均断开，且串联开关s15断开，也就是说，第四细调充电支路p1d导通，接入第四细调电荷泵基本单元10d的第三中间输出电压v3’为两个串联的第四细调电容cd充电，每一第四细调电容cd两端的电压为1/2*v3’，即为1/16*v0。

当处于第五时间段t5时，第一细调电荷泵基本单元10a进入充电过程，同时，第二细调电荷泵基本单元10b进入放电过程，第三细调电荷泵基本单元10c进入充电过程，第四细调电荷泵基本单元10d进入放电过程。

这里，第一细调电荷泵基本单元10a的充电过程、第二细调电荷泵基本单元10b的放电过程及第三细调电荷泵基本单元10c进入充电过程不再赘述。

第四细调电荷泵基本单元10d的放电过程为：基本部件cell7及基本部件cell8的第四细调开关s1d均断开，基本部件cell7及基本部件cell8的第四细调开关s2d均闭合，且串联开关s15闭合，也就是说，第四串联支路p3d接地，且第四细调放电支路p2d导通，两个第四细调电容cd相互并联，第四中间输出电压v4’即为任一第四细调电容cd两端的电压，亦即，v4’＝1/16*v0，且此时的第四中间输出电压v4’即为整个细调电荷泵10的第一输出电压v1，即v1＝1/16*v0。

可以看到，选择性控制第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b、第三细调电荷泵基本单元10c及第四细调电荷泵基本单元10d工作可以实现不同的第一输出电压v1，第一输出电压v1可为1/2*v0、1/4*v0、1/8*v0、1/16*v0。

当然，第一输出电压v1也可为其他数值，下面，以第一输出电压v1＝15/16*v0为例作说明。

结合图10，为第一输出电压v1＝15/16*v0的开关时序图，此时，第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b、第三细调电荷泵基本单元10c及第四细调电荷泵基本单元10d均工作。

图10与图9的区别在于第五时间段t5，这里，第一时间段t1、第二时间段t2、第三时间段t3、第四时间段t4的说明可以参考图9的说明，在此不再赘述。

结合图10，当处于第五时间段t5时，第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b、第三细调电荷泵基本单元10c及第四细调电荷泵基本单元10d均处在放电过程。

这里，第一串联支路p3a包括接地端gnd、第二中间输出电压输入端v2’、第三中间输出电压输入端v3’、第四中间输出电压输入端v4’，第二串联支路p3b包括接地端gnd、第三中间输出电压输入端v3’、第四中间输出电压输入端v4’，第三串联支路p3c包括接地端gnd及第四中间输出电压输入端v4’，第四串联支路p3d包括接地端gnd(结合图5)。

当处于第五时间段t5时，第四细调电荷泵基本单元10d的输出端连接第三细调电荷泵基本单元10c的第四中间输出电压输入端v4’，第三细调电荷泵基本单元10c的输出端连接第二细调电荷泵基本单元10b的第三中间输出电压输入端v3’，第二细调电荷泵基本单元10b的输出端连接第一细调电荷泵基本单元10a的第二中间输出电压输入端v2’。

此时，当第四细调电荷泵基本单元10d的输出端连接至第三细调电荷泵基本单元10c的第四中间输出电压输入端v4’，且闭合串联开关s14、s12时，第三串联支路p3c与第三细调放电支路p2c之间相互串联，此时第三细调电荷泵基本单元10c实际输出的第三中间输出电压v3’＝1/8*v0+1/16*v0。

当第三细调电荷泵基本单元10c的输出端连接至第二细调电荷泵基本单元10b的第三中间输出电压输入端v3’，且闭合串联开关s10、s8时，第二串联支路p3b与第二细调放电支路p2b之间相互串联，此时第二细调电荷泵基本单元10b实际输出的第二中间输出电压v2’＝1/4*v0+1/8*v0+1/16*v0。

当第二细调电荷泵基本单元10b的输出端连接至第一细调电荷泵基本单元10a的第二中间输出电压输入端v2’，且闭合串联开关s5、s3时，第一串联支路p3a与第一细调放电支路p2a之间相互串联，此时第一细调电荷泵基本单元10a实际输出的第一中间输出电压v1’＝1/2*v0+1/4*v0+1/8*v0+1/16*v0，且此时的第一中间输出电压v1’即为整个细调电荷泵10的第一输出电压v1，即v1＝1/2*v0+1/4*v0+1/8*v0+1/16*v0＝15/16*v0。

第一输出电压v1为其他数值的说明可以参考图10的说明，选取特定的细调电荷泵基本单元的输出端连接至特定的细调电荷泵基本单元的串联支路输入端，可以输出不同的第一输出电压v1。

例如，当处于第五时间段t5且第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b、第三细调电荷泵基本单元10c及第四细调电荷泵基本单元10d均工作时，第四细调电荷泵基本单元10d的输出端连接第二细调电荷泵基本单元10b的第四中间输出电压输入端v4’，第二细调电荷泵基本单元10b的输出端连接第一细调电荷泵基本单元10a的第二中间输出电压输入端v2’，第一细调电荷泵基本单元10a的输出端作为最终的输出端，第一输出电压v1＝1/2*v0+1/4*v0+1/16*v0＝13/16*v0。

又例如，当处于第四时间段t4且第一细调电荷泵基本单元10a、第二细调电荷泵基本单元10b及第三细调电荷泵基本单元10c均工作时，第三细调电荷泵基本单元10c的输出端连接第二细调电荷泵基本单元10b的第三中间输出电压输入端v3’，第二细调电荷泵基本单元10b的输出端作为最终的输出端，第一输出电压v1＝1/4*v0+1/8*v0＝6/16*v0。

综合来说，当第一细调电荷泵基本单元10a的输出端作为最终的输出端时，第一输出电压v1可为1/2*v0、9/16*v0、10/16*v0、11/16*v0、12/16*v0、13/16*v0、14/16*v0、15/16*v0，当第二细调电荷泵基本单元10b的输出端作为最终的输出端时，第一输出电压v1可为1/4*v0、5/16*v0、6/16*v0、7/16*v0，当第三细调电荷泵基本单元10c的输出端作为最终的输出端时，第一输出电压v1可为1/8*v0、3/16*v0，当第四细调电荷泵基本单元10d的输出端作为最终的输出端时，第一输出电压v1可为1/16*v0。

另外，输入电压v0也可直接作为第一输出电压v1，而且，细调电荷泵10还包括控制第一输出电压v1的输出的控制开关(s16～s20)，控制开关s16用于控制第一细调电荷泵基本单元10a的输出端，控制开关s17用于控制第二细调电荷泵基本单元10b的输出端，控制开关s18用于控制第三细调电荷泵基本单元10c的输出端，控制开关s19用于控制第四细调电荷泵基本单元10d的输出端，控制开关s20用于控制输入电压v0的输出。

可以看到，通过选取特定的细调电荷泵基本单元的输出端连接至特定的细调电荷泵基本单元的串联支路输入端，第一输出电压v1的取值范围为1/16*v0～v0，且第一输出电压v1的步长为1/16*v0。

结合图11，为本实用新型一实施方式的倍压电荷泵20电路图。

倍压电荷泵20包括若干倍压充电支路、若干倍压放电支路、位于若干倍压充电支路及若干倍压放电支路的若干倍压电容(c1、c2、c3)、若干倍压开关(s22～s32)，其中，若干倍压充电支路用于为若干倍压电容充电，若干倍压放电支路用于输出第二输出电压，若干倍压充电支路及若干倍压放电支路由若干倍压开关控制以输出不同的第二输出电压v2。

也就是说，可以根据需求选择不同的倍压充电支路及倍压放电支路以输出不同大小的第二输出电压v2，且第二输出电压v2＝n*v0，n为大于等于1的整数。

在一具体示例中，以倍压电荷泵20包括三个倍压充电支路、三个倍压放电支路及三个倍压电容为例，当然，在其他示例行，倍压电荷泵20的充电支路、放电支路及倍压电容的数量及连接关系可以根据实际情况而定。

若干倍压充电支路包括第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路，若干倍压放电支路包括第一倍压放电支路、第二倍压放电支路、第三倍压放电支路，若干倍压电容包括第一倍压电容c1、第二倍压电容c2、第三倍压电容c3。

其中，第一倍压充电支路连接输入电压v0及第一倍压电容c1，第二倍压充电支路连接输入电压v0及第二倍压电容c2，第三倍压充电支路连接输入电压v0及第三倍压电容c3，第一倍压放电支路连接第一倍压电容c1，第二倍压放电支路串联第一倍压电容c1及第二倍压电容c2，第三倍压放电支路串联第一倍压电容c1、第二倍压电容c2及第三倍压电容c3，当第一倍压充电支路导通且而后第一倍压放电支路导通时，第二输出电压v2＝v0，当第一倍压充电支路、第二倍压充电支路导通且而后第二倍压放电支路导通时，第二输出电压v2＝2*v0，当第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路导通且而后第三倍压放电支路导通时，第二输出电压v2＝3*v0。

下面，介绍倍压电荷泵20输出几种不同的第二输出电压v2时的具体开关时序。

结合图12，为第二输出电压v2＝v0的开关时序图，此时，第一倍压充电支路及第一倍压放电支路工作。

当处于第一时间段t1时，第一倍压充电支路进入充电过程。

第一倍压充电支路的充电过程为：位于第一倍压充电支路的倍压开关s22、s23均闭合，其他倍压开关及中间开关s21断开，也就是说，第一倍压充电支路导通，输入电压v0为第一电容c1充电，第一电容c1两端的电压为v0。

当处于第二时间段t2时，第一倍压放电支路进入放电过程。

第一倍压放电支路的放电过程为：位于第一倍压放电支路的倍压开关s25和中间开关s21闭合，其他倍压开关断开，也就是说，第一倍压放电支路导通，第二输出电压v2即为第一电容c1两端的电压，即，第二输出电压v2＝v0。

这里，为了便于说明，各个开关均被称作倍压开关，中间开关s21也于该处作说明，下面的说明参考此处说明，后续不再赘述。

结合图13，为第二输出电压v2＝2*v0的开关时序图，此时，第一倍压充电支路、第二倍压充电支路及第二倍压放电支路工作。

当处于第一时间段t1时，第一倍压充电支路、第二倍压充电支路进入充电过程。

第一倍压充电支路、第二倍压充电支路的充电过程为：位于第一倍压充电支路的倍压开关s22、s23均闭合，位于第二倍压充电支路的倍压开关s26、s27均闭合，其他倍压开关及中间开关s21断开，也就是说，第一倍压充电支路、第二倍压充电支路导通，输入电压v0分别为第一电容c1、第二电容c2充电，第一电容c1、第二电容c2两端的电压均为v0。

当处于第二时间段t2时，第二倍压放电支路进入放电过程。

第二倍压放电支路的放电过程为：位于第二倍压放电支路的倍压开关s24、s28和中间开关s21闭合，其他倍压开关断开，也就是说，第二倍压放电支路导通，第一电容c1及第二电容c2相互串联，第二输出电压v2即为第一电容c1两端的电压与第二电容c2两端的电压的和，即，第二输出电压v2＝2*v0。

结合图14，为第二输出电压v2＝3*v0的开关时序图，此时，第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路及第三倍压放电支路工作。

当处于第一时间段t1时，第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路进入充电过程。

第一倍压充电支路、第二倍压充电支路、第三倍压充电支路的充电过程为：位于第一倍压充电支路的倍压开关s22、s23均闭合，位于第二倍压充电支路的倍压开关s26、s27均闭合，位于第三倍压充电支路的倍压开关s30、s31均闭合，其他倍压开关及中间开关s21断开，也就是说，第一倍压充电支路、第二倍压充电支路及第三倍压充电支路导通，输入电压v0分别为第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3充电，第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3两端的电压均为v0。

当处于第二时间段t2时，第三倍压放电支路进入放电过程。

第三倍压放电支路的放电过程为：位于第三倍压放电支路的倍压开关s24、s29、s32和中间开关s21闭合，其他倍压开关断开，也就是说，第三倍压放电支路导通，第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3相互串联，第二输出电压v2即为第一电容c1两端的电压、第二电容c2两端的电压及第三电容c3两端的电压的和，即，第二输出电压v2＝3*v0。

可以看到，通过选取特定的倍压充电支路及倍压放电支路，第二输出电压v2的取值范围为v0～3*v0，且第二输出电压v2的步长为v0。

参图15，为整个电压调节模块100的电路图，包括了相连的细调电荷泵10和倍压电荷泵20。

当中间开关s21闭合时，细调电荷泵10与倍压电荷泵20相互串联，电压调节模块100的总输出电压v为第一输出电压v1和第二输出电压v2的和，而第一输出电压v1和第二输出电压v2的数值可以独立控制，通过控制控制开关(s16～s20)，可以实现不同数值的第一输出电压v1串联至第二输出电压v2，电压调节模块100的总输出电压v的取值范围为1/16*v0～4*v0，且总输出电压v的步长为1/16*v0。

本实施方式采用细调电荷泵10和倍压电荷泵20结合方式产生大范围精细可调的输出电压，同时保证高效率，另外，本实施方式所用的电容数量少，效率在负载和频率匹配情况下可以达到90％以上。

另外，由于细调电荷泵10和倍压电荷泵20协同工作，细调电荷泵10和倍压电荷泵20需要注意时序的配合，对应不同的总输出电压v，需要不同的时序关系。

例如，当总输出电压v为3*v0+15/16*v0时，定义倍压电荷泵20输出数值为3*v0的第二输出电压v2需要的周期时长为t，细调电荷泵10输出数值为15/16*v0的第一输出电压v1需要的周期时长为2.5t，因此，为了使得细调电荷泵10与倍压电荷泵20的周期时长相互匹配，需要将倍压电荷泵20的周期时长延长为2.5t，因此，倍压电荷泵20中高电平的占空比不等于50％，当然，高低电平的具体占空比可以根据实际情况而定。

在本实施方式中，结合图16，由于电压调节模块100的总输出电压v受负载影响，因此，可以采用闭环控制来自动调整开关(包括细调开关、倍压开关、串联开关等)频率。

这里，电压调节模块100还包括比较器30，比较器30的两个输入端分别连接预设电压vn及总输出电压v，总输出电压v由若干开关控制，当总输出电压v不大于预设电压vn时，比较器30输出控制信号以提高若干开关的工作频率，如此，可大大提高电压调节模块100的输出效率。

另外，如果开关频率提高到最大值还是无法达到预设电压vn时，则提高输入电压v0。

综上，本实用新型采用细调电荷泵10和倍压电荷泵20结合方式输出可大范围精细调节的总输出电压v，使得实际的总输出电压v尽量接近所需的刺激幅值，进而大大节省了功耗。

另外，本实施方式所用的电容数量少，效率在负载和频率匹配情况下可以达到90％以上，且同时保证高效率。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。