[发明专利]一种用于神经刺激器的改进型指数波形电流产生电路

说明书

本发明公开了一种用于神经刺激器的改进型指数波形电流产生电路，基于CMOS工艺，将多个MOS晶体管进行设计组合，通过开关的逻辑控制，构建了泰勒级数逼近的指数电流输出。根据不同基准电流的初始值设置，扩大了指数电流的输出范围，且受到恒流源的充放电控制，使得晶体管的栅极电压发生变化，因此该电流具有随时间连续衰减的特点。此外，将该指数电流结构与电流型数模转换器结构相结合，使得指数电流输出范围扩展数倍，可以更好的应用于神经刺激器领域。这种指数电流输出的模数转换器电路结构简单，面积小，生成的指数电流是连续的，且输出范围大，控制端少，利于操作。

技术领域

本发明具体涉及一种用于神经刺激器的改进型指数电流产生电路的设计，属于集成电路技术领域。

背景技术

神经刺激集成电路对神经组织输送和汲取电荷，在刺激点引发动作电位，可以间接控制生物体的生命活动。目前神经刺激器已经占据多个医疗领域，例如癫痫的检测与抑制，人工视网膜假体，人工耳蜗，仿生神经链等。随着生物医疗芯片面积的缩小，可植入式的神经刺激器受到了广泛关注。然而，为了避免电路过热损伤神经组织，热能耗散成为了植入式的限制条件。降低电路热功耗的实质就是提高神经刺激器的功率效率。传统的恒定电流刺激波形是线性上升的，并且由于较大的电极阻抗，电源电压很大。这导致传统恒定电流模式的神经刺激器很难实现较高的功率效率。近年来，指数电流刺激的功用得到证实，在刺激期间可以保证电极电压是恒定的，这要求电路输出精准的且随时间连续衰减的指数电流。然而，目前的指数电流神经刺激器存在较大的误差，并且输出范围也小，难以适应更多的神经刺激应用。

本专利公开了一种用于神经刺激器的改进型指数电流产生电路，弥补了目前的指数电路神经刺激器的缺点，保证了指数波形电流精度，且电路结构更加稳定，输出范围更大。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种用于神经刺激器的改进型指数电流产生电路，具有输出范围大，相对误差小和低功耗等特点，可以良好的应用于神经刺激器电路。

本发明的目的是通过如下的措施来达到的：

图1为指数电流产生电路的结构图。电路结构由两部分构成，第一晶体管(105)，第二晶体管(106)，第三晶体管(107)，第四晶体管(108)和第五晶体管(109)组成恒定电流组。其中第一晶体管(105)漏极和栅极均与第一恒定电流源(110)相连，第二晶体管(106)，第三晶体管(107)，第四晶体管(108)和第五晶体管(109)的栅极均与晶体管(105)的栅极相连。第二晶体管(106)的漏极与第三开关(115)相连，第三晶体管(107)的漏极与第四开关(116)相连，第四晶体管(108)的漏极与第五开关(117)相连，第五晶体管(109)的漏极与第六开关(118)相连。第一晶体管(105)，第二晶体管(106)，第三晶体管(107)，第四晶体管(108)和第五晶体管(109)的源极全部接地。

第六晶体管(100)，第七晶体管(101)，第八晶体管(102)，第九晶体管(103)和第十晶体管(104)组成衰减电流组。其中第六晶体管(100)漏极和栅极均与第二恒定电流源(111)相连，且与第一开关(113)相连，第一开关(113)的另一端不仅与第七晶体管(101)，第八晶体管(102)，第九晶体管(103)和第十晶体管(104)的栅极相连，还与第二开关(114)和电容(119)的一端相连，第二开关(114)的另一端和第三恒定电流源(112)相连。第七晶体管(101)的漏极与第三开关(115)相连，第八晶体管(102)的漏极与第四开关(116)相连，第九晶体管(103)的漏极与第五开关(117)相连，第十晶体管(104)的漏极与第六开关(118)相连。第六晶体管(100)，第七晶体管(101)，第八晶体管(102)，第九晶体管(103)和第十晶体管(104)的源极全部接地，第三恒定电流源(112)和电容(119)的另一端与地相连。第三开关(115)，第四开关(116)，第五开关(117)和第六开关(118)的另一端均与输出电流I_OUT(120)相连。