本發(fā)明涉及生物醫(yī)療電子器械技術領域，具體是涉及一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器。

背景技術：

傳統(tǒng)的單極性神經刺激脈沖發(fā)生器具有以下缺陷：1)傳統(tǒng)方法一般采用將微控制器(MCU)輸出的幅度控制信號經數字-模擬轉換(DAC)芯片轉換成控制電壓以控制基準電流大小，但是DAC芯片所引入的功耗較大，即產生基準電流源的電路所消耗的功耗較大；2)單極性神經刺激脈沖發(fā)生器易發(fā)生刺激部位電荷累積，需額外引入電荷消除電路，使系統(tǒng)更加復雜；3)傳統(tǒng)方法一般采用專用集成電路(ASIC)來產生刺激脈沖，其成本較高。

本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器，目前尚無相關的文獻介紹，亦未搜索到相關的專利文件。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是為克服以上技術缺陷，提供一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器，包括多檔基準微電流源10，鏡像微電流阱20，鏡像微電流源30，多路電流源40，H-橋50，微處理器(MCU)60和電平轉移模塊70，其中，

所述多檔基準微電流源10分別與所述鏡像微電流阱20和微處理器(MCU)60相連；且所述鏡像微電流阱20為所述多檔基準微電流源10的微電流源；

所述鏡像微電流阱20還與所述鏡像微電流源30連接，構成復合電流源；

所述鏡像微電流源30還與所述多路電流源40連接，且所述多路電流源40是所述鏡像微電流源30的微電流源；所述多路電流源40還與所述H-橋50相連，為所述H-橋50提供電流；

所述微處理器(MCU)60主要產生多路開關控制信號和多路脈沖寬度調制(PWM)信號，至少包括輸入/輸出(I/O)口601和多路PWM口602；其中所述I/O口601與所述多檔基準微電流源10連接，用于控制和產生檔位可調的基準微電流源；所述多路PWM口602產生的多路PWM信號首先輸出至所述電平轉移模塊70進行電平提升，然后輸送給所述H-橋50，用于控制所述H-橋50的開關；

所述H-橋50輸出頻率、占空比和幅度可調的雙極性神經刺激脈沖。

所述刺激脈沖發(fā)生器的刺激電流脈沖的幅度(I_amp)范圍為1μA～20mA，刺激電流脈沖幅度為多檔可選、步長不等。例如若所述輸入/輸出(I/O)口601產生多路開關控制信號數(N)為3，則所述多檔基準微電流源10的檔位數為2^N-1，此時所述多路電流源40輸出刺激電流的步長不等。具體而言，如果所述輸入/輸出(I/O)口601產生3路開關控制信號分別控制所述多檔基準微電流源10的3路基準電流(1μA/2μA/100μA)，則所述多檔基準微電流源10的基準電流檔位為1μA/2μA/100μA/3μA/101μA/102μA/103μA(7檔)，此時所述多路電流源40對應的輸出刺激電流脈沖的幅度為10μA/30μA/10mA/100μA/12mA/15mA/20mA(7檔)。

所述刺激脈沖發(fā)生器的刺激脈沖的順從電壓范圍為0～12V。

所述刺激脈沖發(fā)生器的刺激脈沖的頻率(1/T)范圍為1～1000H_Z，刺激頻率步長1H_Z。

所述刺激脈沖發(fā)生器的刺激脈沖的脈寬(W)范圍為1～1000Us，刺激脈寬步長1Us。

所述H-橋70輸出頻率、占空比和幅度可調的雙極性神經刺激脈沖。

本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器的使用方法：

首先，在所述微處理器(MCU)6中設置用于產生PWM的時鐘頻率以及與之相應計數器和寄存器的時間值，預置多路PWM的頻率(1/T，1～1000H_Z)、脈寬(W，1～1000Us)和每兩路PWM之間的死區(qū)時間(T_D，0.1～0.5Us)，并通過所述多路PWM口602輸出多路PWM信號；其次，設置所述微處理器(MCU)的I/O口601的開關信號(如S2～S0)，設置所述多檔基準微電流源10的檔位(如1μA/2μA/100μA/3μA/101μA/102μA/103μA，N＝3，7檔)，則所述多路電流源40輸出步長不等的刺激電流(對應于10μA/30μA/10mA/100μA/12mA/15mA/20mA，7檔)，從而在所述H-橋50輸出預置頻率、占空比和幅度的雙極性神經刺激脈沖。

本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、由于本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器中采用多檔基準微電流源替代傳統(tǒng)方法中的DAC，且多檔基準微電流源、鏡像微電流阱和鏡像微電流源消耗的電流非常小，均在微安級別，因此用于產生基準電流源的電路所消耗的功耗較小；

2、由于本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器的輸出為雙極性神經刺激脈沖，因此不易發(fā)生刺激部位電荷累積，無需額外引入電荷消除電路，電路簡單；

3、由于本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器僅由數量較少的三極管、電阻和單片機構成，因此比傳統(tǒng)采用ASIC產生刺激脈沖的方法成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器的組成示意框圖；

圖2為本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器的組成連接示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器中多路PWM口602產生的PWM信號(PWM1，PWM2)和H-橋50輸出的神經刺激脈沖波形(NS+，NS+)圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1和圖2所述一種簡易雙極性神經刺激脈沖發(fā)生器，由多檔基準微電流源10，鏡像微電流阱20；鏡像微電流源30；多路電流源40；H-橋50；微處理器(MCU)60和電平轉移模塊70構成。

除微處理器(MCU)60外，上述所有組件均采用分立元件制造。

所述多檔基準微電流源10分別與所述鏡像微電流阱20和微處理器(MCU)60相連，由NMOS管M101、M102、M103、M104和電阻R101、R102、R103、R104和R105組成。其中，R101、R102和R103的一端接電源VCC，另一端分別與M101、M102和M103的漏極相連；M101、M102、M103的源極相互連接且均連至R104的一端；R104的另一端與M104的漏極和柵極相連；M104的源極與電阻R105的一端相連，R105的另一端接地。

所述鏡像微電流阱20為所述多檔基準微電流源10的微電流源，由NMOS管M201構成；M201的柵極與M104的柵極相連，其源極接地。

所述鏡像微電流阱20與所述鏡像微電流源30連接，構成復合電流源；所述鏡像微電流源30由PMOS管M301和電阻R301構成；M301的柵極和漏極均連接至M201的漏極，其源極與R301的一端相連；R301的另一端接電源VAA。

所述多路電流源40是所述鏡像微電流源30的微電流源，包含兩路相同的電流源401和402，分別由兩個相同的PMOS管M401和M402構成；M401和M402的柵極與M301的柵極相連；M401和M402的源極均連接電源VAA。

所述多路電流源40為所述H-橋50提供電流；所述H-橋50為四個呈“H”形狀的開關構成的H-橋電路，由四個相同的NMOS管M501、M502、M503和M504構成；M501和M503的漏極分別與M401和M402的漏極相連，M501和M503的源極分別與M502和M504的漏極相連；M501和M503的柵極分別與M504和M501的柵極相連；所述H-橋50輸出頻率、占空比和幅度可調的雙極性神經刺激脈沖(NS+，NS-)。

所述微處理器(MCU)60包括I/O口601和多路PWM口602；其中所述I/O口601中的三路控制信號(S0、S1、S2)分別與所述多檔基準微電流源10中M101、M102、M103的柵極連接，產生檔位可調的基準微電流源；所述多路PWM口602包括兩路互不交疊且具有一定死區(qū)時間的PWM信號(PWM1，PWM2)，并輸出至所述電平轉移模塊70進行電平提升；

所述電平轉移模塊70包括兩個相同的電平轉移模塊701和702，完成順從電壓從MCU供電電壓到VAA的電平提升；其中所述電平轉移模塊701由NMOS管M7011、M7012和電阻R7011、R7012構成兩級級聯的反相器；所述電平轉移模塊702由NMOS管M7021、M7022和電阻R7021、R7022構成兩級級聯的反相器；所述電平轉移模塊701中M7011的柵極與PWM1相連；M7011的漏極同時與R7011的一端和M7012的柵極相連；M7012的漏極與R7012的一端相連；M7011和M7012的源極接地；R7011和R7012的另一端均連接至電源VAA；所述電平轉移模塊702中M7021的柵極與PWM2相連，其各元件的連接方法與所述電平轉移模塊701中對應元件的連接方法相同。圖3為圖2中多路PWM口602產生的PWM信號(PWM1，PWM2)和H-橋50輸出的神經刺激脈沖波形(NS+，NS+)圖。

本實施例基于分立元件和單片機構造，具有電路簡單、刺激脈沖可調幅度范圍大、輔助電路功耗低以及成本低等特點。任何熟悉本領域的技術人員，當可根據本發(fā)明作出各種相應的等效改變和變形，都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。