一种人工神经电刺激电流控制电路的制作方法

1.本实用新型属于植入式医疗器械领域，特别涉及一种人工电刺激电流控制电路。


背景技术：

2.在植入式神经电刺激医疗器械中，如何输出精确的电流是产品技术的核心。在实际使用过程中，由于用户神经组织情况的多样性，刺激电流控制电路面临很多问题。首先，由于用户对刺激电流敏感性不同，对于刺激电流控制电路输出的电流范围要求很高，例如，人工耳蜗用户要求刺激电流在0～2ma范围内。但与此同时，用户对电流的精度也有很高的要求，例如，对于人工视网膜用户，不同的电流值意味着看到的灰度是不一样的，用户有细节更丰富的视觉感知。因此，既要求大范围刺激又要求高精度刺激，这在电路设计上是矛盾的。其次，用户对刺激率有比较高的要求，对于人工耳蜗用户而言，刺激率一般要达到 5khz，甚至20khz，因此，在传输数据率受限制的情况下，对一帧刺激数据长度有限制。刺激电流幅度值是一帧刺激数据的核心参数，往往也是刺激数据中占比最大的数据，因此，刺激电流幅度值的数据长度要尽可能缩短，这又与实现高精度刺激方向不一致。再次，由于用户神经组织阻抗差别很大，导致刺激电流控制电路需要的耐压很高，但是这样会导致电路功耗增大，如何合理控制电路功耗也是该电路设计的难点。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供人工神经电刺激电流控制电路，使用该电路提供四种不同的电流量程，从而在有限位的控制信号数据前提下，实现了小电流时高精度，大电流时高幅值，同时通过低压数模转换和放大升压输出的方式，降低了电路的总体功耗，在电路排版布局上通过大小电流中心对称并通过奇偶位控制和成对分别提供直流偏置的方式，进一步提高了输出电流的精度和可靠性，整个电路有操作方便，稳定可靠，易于集成等优点。
4.为达到上述目的，本实用新型提供一种人工神经电刺激电流控制电路，至少包括：译码模块，数模转换模块，直流偏置模块和升压输出模块，其中，
5.所述译码模块接收外部传入的输入控制信号，将输入控制信号转化为译码控制信号，用于控制所述数模转换模块输出电流；
6.所述数模转换模块与译码模块相连，包括基础电流转换电路，2倍基础电流转换电路，4倍基础电流转换电路，8倍基础电流转换电路，根据译码控制信号产生对应的输出电流；
7.所述直流偏置模块与数模转换模块相连，由4个直流偏置电路组成，为数模转换模块提供直流偏置电压；
8.所述升压输出模块与数模转换模块相连，将数模转换模块输出的电流进行等比例放大，并通过电压转换将电流通过耐高压的mos管输出。
9.优选地，所述译码模块的输入控制信号为6～12比特数字信号。
10.优选地，所述译码模块的译码控制信号被分为高4位和低若干位，其中高4 位用于控制产生不同量程的电流。
11.优选地，所述数模转换模块提供四种不同量程的电流。
12.优选地，所述数模转换模块由两组基础电流转换电路、两组2倍基础电流转换电路、两组4倍基础电流转换电路和两组8倍基础电流转换电路组成，其中，基础电流转换模块和8倍基础电流转换电路共用直流偏置电压，2倍基础电流转换电路和4倍基础电流转换电路共用直流偏置电压，并在版图结构上呈中心对称。
13.优选地，所述数模转换模块中两组基础电流转换电路、两组2倍基础电流转换电路、两组4倍基础电流转换电路和两组8倍基础电流转换电路分别被译码控制信号中低若干位奇数位和偶数位控制。
14.优选地，所述升压输出模块将数模转换模块输出的电流放大1～16倍，输出最大电压为5～32伏。
15.优选地，所述升压输出模块输出电流范围为1～10ma，最小输出电流精度为2～20ua。
16.本实用新型的有益效果在于：该电路通过将输入控制信号分为高4位和低若干位的方式控制输出4种量程的电流，当高4位变化时，量程自动切换，最后将数模转换的电流进行放大升压并通过高耐压mos管输出，整个电路输出电流既满足单调性，又实现了小电流时高分辨率输出，大电流时电流输出幅度满足需求且电压足够，且除刺激必须电流外，整体电路功耗低，灵活易操控，可适应高刺激率刺激且易于集成。
附图说明
17.为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：
18.图1为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的整体框图；
19.图2为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的具体框图；
20.图3为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的基础电流转换电路的最小单元电路图；
21.图4为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的数模转换模块集成电路版图。
22.图5为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的输出电流与输入控制信号关系图。
具体实施方式
23.下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
24.参见图1-2，所示为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路10 中一具体应用实例的整体框图和具体框图，其中，
25.一种人工神经电刺激电流控制电路，至少包括：译码模块110，数模转换模块120，
直流偏置模块130和升压输出模块140，其中，
26.译码模块110接收外部传入的输入控制信号，输入控制信号为8比特控制信号，将输入控制信号转化为译码控制信号r、rc和c信号，用于控制所述数模转换模块120输出电流，输入控制信号被分为高4位hi《3:0》和低4位lo《3:0》 组成，hi《3:0》和lo《3:0》与r、rc和c分别满足表1、表2和表3的译码关系，其中高4位用于控制产生4种不同量程的电流；
27.数模转换模块120与译码模块110相连，包括两组基础电流转换电路121、两组2倍基础电流转换电路122、两组4倍基础电流转换电路123、两组8倍基础电流转换电路124，根据译码控制信号产生对应的输出电流；
28.直流偏置模块130与数模转换模块120相连，由4个直流偏置电路131组成，为数模转换模块120提供直流偏置电压；
29.升压输出模块140与数模转换模块120相连，将数模转换模块120输出的电流进行等比例放大，并通过电压转换将电流通过耐高压的mos管输出。
30.升压输出模块140将数模转换模块120输出的电流放大1～16倍，输出最大电压为5～32伏。
31.图3为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的基础电流转换电路121的最小单元电路图。其中，m5和m6变被直流偏置模块130的输出电压所控制，提供对应的电流。当控制信号r为1时，右支路被选中；当控制信号rc和c都为1时，左支路被选中。
32.参见图4，所示为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的数模转换模块120集成电路版图。数模转换模块120由两组基础电流转换电路121、两组2倍基础电流转换电路122、两组4倍基础电流转换电路123和两组8倍基础电流转换电路124组成，其中，基础电流转换模块121 和8倍基础电流转换电路124共用直流偏置电压，2倍基础电流转换电路122和 4倍基础电流转换电路123共用直流偏置电压，并在版图结构上呈中心对称。
33.数模转换模块中两组基础电流转换电路121、2倍基础电流转换电路122、4 倍基础电流转换电路123和8倍基础电流转换电路124分别被译码控制信号中低4位奇数位和偶数位控制，从而实现依次切换选中。
34.图5为本实用新型实施例的人工神经电刺激电流控制电路中一具体应用实例的输出电流与输入控制信号关系图。当输入控制信号的高四位hi《3:0》为 0000～0011时，基础电流转换电路121中的最小单元被通过r、rc和c控制信号依次选中，输出电流为0～128ua，最小电流步径为2ua；当输入控制信号的高四位hi《3:0》为0100～0111时，基础电流转换电路121被一直选中的同时，2 倍基础电流转换电路122中的最小单元被通过r、rc和c控制信号依次选中，输出电流为132ua～384ua，最小电流步径为4ua；当输入控制信号的高四位 hi《3:0》为1000～1011时，基础电流转换电路121和2倍基础电流转换电路122 被一直选中的同时，4倍基础电流转换电路123中的最小单元被通过r、rc和 c控制信号依次选中，输出电流为388ua～896ua，最小电流步径为8ua；当输入控制信号的高四位hi《3:0》为1100～1111时，基础电流转换电路121、2倍基础电流转换电路122和4倍基础电流转换电路123被一直选中的同时，8倍基础电流转换电路124中的最小单元被通过r、rc和c控制信号依次选中，输出电流为896ua～1904ua，最小电流步径为16ua。实际测试结果显示，数模转换模块120的dnl
为0.18lsb，最大实际输出电流与理论值误差小于2.2％。
35.表1输入控制信号高四位(hi《3:0》)与输出控制信号r译码表
[0036][0037][0038]
表2输入控制信号高四位(hi《3:0》)与输出控制信号rc译码表
[0039]
hi《3:0》rc《0》rc《1》rc《2》rc《3》rc《4》rc《5》rc《6》
…
rc《14》rc《15》00001000000 0000010100000 0000100010000 0000110001000 0001000000100 0001010000010 0001100000001 00
……ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11100000000 1011110000000 01
[0040]
表3输入控制信号低四位(lo《3:0》)与输出控制信号c译码表
[0041]
lo《3:0》c《0》c《1》c《2》c《3》c《4》c《5》c《6》
…
c《14》c《15》00000000000 0000010100000 0000100110000 0000110111000 0001000111100 0001010111110 0001100111111 00
……ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11100111111 1011110111111 11
[0042]
本实用新型电路可以根据不同用户所需神经电刺激不同的特点，在小电流时保持电流输出精度，同时通过在大电流时增大量程，确保电流输出范围满足用户需求，适用于高速刺激电路，通过高低电压电路分配，降低电路功耗，整个电路具有刺激准确，易于集成，灵活可靠等特点。
[0043]
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。