本發明涉及集成電路，特別是涉及一種用于神經刺激器的刺激產生電路。

背景技術：

1、隨著集成電路和生物醫療技術的進步以及學科交融的深入，集成化的脊髓神經刺激器成為微電子技術與醫學融合的杰出典范。通過高度集成的設計，這種刺激器在確保治療效果的同時，實現了體積的縮小和功耗的降低，從而極大地提升了患者的使用舒適度。它通過向脊髓特定區域施加電刺激，有效調整神經信號的傳遞和處理方式，顯著減輕患者疼痛。不僅如此，脊髓刺激在生物醫療領域的作用還涉及神經康復、運動功能恢復等多個關鍵領域。因此，對脊髓刺激技術的深入研究，對于推動生物醫療領域的發展具有舉足輕重的意義。

2、脊髓刺激療法主要包括電壓刺激和電流刺激兩種。電壓刺激療法依賴電壓信號的變化激活神經纖維，優點是操作簡便且易于控制，但可能受到生物組織阻抗變化影響且需要較大的儲能電容。而電流刺激療法則通過電流直接作用于神經纖維，優點是可以更好地控制每次刺激產生的電荷量，也更為安全，但功耗較大，對電源電壓要求也較高。這兩種療法各有特點，在實際應用中需根據患者具體情況靈活選擇。刺激波形的多樣性也已成為推動治療效果提升的關鍵因素之一。除傳統的低頻波形外，高頻和突發信號被引入到脊髓刺激療法中。這些波形使用與低頻強直刺激不同的頻率和強度，旨在產生無異常感覺的刺激治療，同時提高治療效果。

3、目前，大多數神經刺激電路的刺激模式和波形較為單一，通常僅能提供電壓或電流的單一刺激，且波形調節的選擇性不足。為了實現多樣化的刺激治療，一種用于神經刺激器的刺激產生電路被提出。

技術實現思路

1、基于上述現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種用于神經刺激器的刺激產生電路，解決了現有大多數神經刺激電路的刺激模式和波形較為單一，通常僅能提供電壓或電流的單一刺激，且波形調節的選擇性不足的問題。

2、本發明采用以下技術方案：

3、本發明提供一種用于神經刺激器的刺激產生電路，包括：

4、數字電路，用于生成含有特定頻率、幅度、脈寬、間隔和次數的刺激波形的控制信號；

5、刺激電流產生電路，用于生成不同大小的刺激電流；

6、刺激電壓產生電路，用于生成設定大小的刺激電壓；

7、輸出級電路，包括電壓開關、a開關、b開關、c開關、d開關、充電開關、放電開關、儲能電容和參考電阻；電壓開關一端與刺激電壓產生電路的輸出端連接，另一端與a開關和b開關的一端連接，a開關的另一端與人體生物組織和c開關的一端連接，b開關的另一端與人體生物組織和d開關的一端連接；c開關和d開關的一端與人體生物組織連接，另一端與參考電阻連接；充電開關一端與人體生物組織、b開關的另一端以及d開關的一端連接，另一端與儲能電容一端和放電開關一端連接，儲能電容和放電開關另一端以及參考電阻另一端均接地；

8、通過電流鏡對刺激電流復制得到電流源，通過電流源向a開關和b開關施加刺激電流，所述控制信號用于控制a開關、b開關、c開關和d開關的導通時長和導通順序，輸出級電路生成不同刺激波形的刺激電流；所述控制信號還用于控制電壓開關、a開關、b開關、c開關、d開關、充電開關和放電開關的導通時長和導通順序，輸出級電路生成不同刺激波形的刺激電壓。

9、優選的，所述刺激電壓產生電路包括第一電荷泵電路和第二電荷泵電路，所述第一電荷泵電路包括晶體管m1-m4，電容c1和電容c2，所述第二電荷泵電路包括晶體管m5-m8，電容c3和電容c4；所述第一電荷泵電路和第二電荷泵電路內部的連接方式相同；

10、所述第一電荷泵電路包括晶體管m1-m4，電容c1和電容c2；mos管m3的源極與m1的漏極以及輸入vin連接，漏極與m1和m2的柵極、電容c2的一端以及m4的漏極連接，柵極與m4的柵極、m1和m2的源極以及電容c1的一端連接；mos管m4的源極與m2和m5的漏極以及m7的源極連接，漏極與電容c2的一端、m3的漏極以及m1和m2的柵極連接，漏極與m3的漏極、m1和m2的柵極以及電容c2的一端連接；mos管m1的源極與電容c1的一端、m2的源極以及m3和m4的柵極連接，柵極與電容c2的一端、m3和m4的漏極以及m2的柵極連接，漏極與m3的源極以及輸入vin連接；mos管m2的源極與電容c1的一端、m1的源極以及m3和m4的柵極連接，柵極與電容c2的一端、m3和m4的漏極以及m1的柵極連接，漏極與m4和m7的源極以及m5的漏極連接；電容c2的另一端與clk連接，c1的另一端與clk_n連接；晶體管m6的漏極和m8的源極與vout連接。

11、優選的，所述刺激電流產生電路包括基準電流產生電路和idac電流舵，所述基準電流產生電路用于產生基準電流，idac電流舵用于通過控制信號對基準電流進行要求幅值的比例復制，生成不同大小的刺激電流。

12、優選的，還包括sad?adc，所述sad?adc包括比較器，所述比較器與儲能電容一端和數字電路輸出端電連接；所述數字電路還用于生成參考電壓，所述比較器用于對儲能電容的電壓和參考電壓進行比較，根據比較結果對刺激電壓的大小進行調節。

13、優選的，所述控制信號用于控制a開關、b開關、c開關和d開關的導通時長和導通順序，輸出級電路生成不同刺激波形的刺激電流，包括：

14、在第一步時序，a開關、b開關、c開關和d開關均斷開；

15、在第二步時序，a開關和d開關導通，b開關和c開關斷開，形成正向刺激電流；

16、在第三步時序，a開關、b開關、c開關和d開關均斷開；

17、在第四步時序，a開關和d開關斷開，b開關和c開關導通，形成反向刺激電流；

18、在第五步時序，a開關和b開關斷開，c開關和d開關導通，人體生物組織上的電極對地短路。

19、優選的，所述控制信號還用于控制電壓開關、a開關、b開關、c開關、d開關、充電開關和放電開關的導通時長和導通順序，輸出級電路生成不同刺激波形的刺激電壓，包括：

20、所述電壓開關始終導通；

21、在預充電階段，b開關和充電開關導通，刺激電壓繞過生物組織對儲能電容進行充電以到達指定電壓；

22、在第一個階段，所有開關均斷開；

23、在第二個階段，c開關和充電開關導通，儲能電容進行電壓放電刺激；

24、在第三個階段，所有開關均斷開；

25、在第四個階段，a開關和充電開關導通，刺激電壓經生物組織對儲能電容充電至指定值；

26、在第五個階段，c開關和d開關導通，人體生物組織上的電極對地短路；

27、放電開關用于儲能電容電壓高于指定值后的泄放。

28、優選的，還包括高側柵壓控制電路，其輸入端用于接收控制信號，輸出端與刺激電壓產生電路的多個開關連接；

29、所述高側柵壓控制電路包括pmos管pm1、pm2和pm3、noms管nm1、nm2和nm3、電阻r1和r2、二極管d1和d2以及電容c；

30、noms管nm1的柵極與控制信號clkn連接，源極與電阻r1的一端連接，漏極與pmos管pm1的漏極和柵極以及pm2的柵極連接；noms管nm2的柵極與控制信號clk連接，源極與電阻r2的一端連接，漏極與pm2的漏極和二極管d2的陰極連接；noms管nm3的漏極與pm1和pm2的源極連接，源極與二極管d1的陽極連接，柵極輸出電壓vps；

31、pmos管pm1的漏極與pm1和pm2的柵極以及nm1的漏極連接，源極與pm2的源極以及nm3的漏極連接，柵極與pm2的柵極連接；pmos管pm2的源極與pm1的漏極以及nm3的漏極連接，柵極與pm1的柵極和漏極連接，漏極與nm2的漏極以及二極管d2的陰極連接；pmos管pm3的漏極與電容c的一端以及電阻r1和r2的另一端連接，源極與二極管d2的陰極以及電容c的另一端連接，柵極輸出電壓vps；電阻r1和r2的另一端與電容c的一端以及pm3的漏極連接。

32、優選的，還包括電平轉換電路，所述電平轉換電路用于將控制信號轉化為模擬域電壓。

33、與現有技術相比，本發明采用的上述至少一個技術方案能夠達到以下有益效果：

34、本發明將電壓刺激和與電流刺激的相關電路結合，提出了一個可以輸出刺激電壓和刺激電流的輸出級電路，包括電壓開關、a開關、b開關、c開關、d開關、充電開關、放電開關、儲能電容和參考電阻，同時還提出了數字電路可以生成含有特定頻率、幅度、脈寬、間隔和次數的刺激波形的控制信號，該控制信號控制a開關、b開關、c開關和d開關的導通時長和導通順序，輸出級電路可以生成不同刺激波形的刺激電流，控制信號電壓開關、a開關、b開關、c開關、d開關、充電開關和放電開關的導通時長和導通順序，輸出級電路可以生成不同刺激波形的刺激電壓。本發明可以實現不同模式以及不同波形的電刺激，實現多樣化的刺激治療。