輸入，并為運(yùn)算放大器16提供感測電壓。晶體管MC⑴的漏極被指定為OUT(I)，它耦接到相應(yīng)電極(未示出)以將刺激電流傳遞至與該相應(yīng)電極接觸的組織。
[0047]晶體管ML(I)和MC(I)的電流鏡組合通過開關(guān)SA(I)可開關(guān)地以共源共柵布置耦接到源晶體管MS。更具體地講，晶體管ML⑴的漏極耦接到“單極單擲”開關(guān)SA(I)的一偵牝晶體管MS的漏極耦接到開關(guān)SA⑴的另一側(cè)。晶體管MS的源極耦接到電壓端口 12，陽極刺激器的該端口是地，晶體管MS的柵極耦接到運(yùn)算放大器16的輸出。對于陰極刺激器，該電壓端口為電壓源，諸如VS。開關(guān)SA(I)由邏輯電路35控制，這樣，當(dāng)邏輯電路35接收到來自控制器30的信號(hào)ANO和來自數(shù)字寄存器2的數(shù)字控制信號(hào)DCS時(shí)，邏輯電路35啟動(dòng)開關(guān)SA⑴(使得SA⑴關(guān)閉)，并且刺激電流從輸出OUT(I)傳遞至其相應(yīng)的電極。當(dāng)邏輯電路35禁用開關(guān)SA⑴(使得SA⑴打開)時(shí)，暫停從輸出OUT(I)傳遞電流。
[0048]此外，同時(shí)，為確保暫停從輸出OUT(I)傳遞電流，邏輯電路35使得開關(guān)SB(I)啟動(dòng)。刺激療法也可由輔助設(shè)備諸如遙控器或智能手機(jī)以無線方式控制，以控制開關(guān)SA(I)和SB(I)的啟動(dòng)的時(shí)序和持續(xù)時(shí)間，以便根據(jù)預(yù)定的治療方案提供所需的電流傳遞。優(yōu)選的是，邏輯電路35以互補(bǔ)的方式控制開關(guān)SA⑴和SB⑴的狀態(tài)，這樣，當(dāng)開關(guān)SA⑴被啟動(dòng)時(shí)，開關(guān)SB(I)被禁用，反之亦然。
[0049]總開關(guān)控制可以利用刺激控制器30、數(shù)字寄存器2和邏輯電路35完成，具體是單一控制還是組合控制將取決于功能考慮。
[0050]盡管上述說明涉及包括晶體管ML(I)和MC(I)的單個(gè)電流鏡組合，但本發(fā)明還設(shè)想了多種電流鏡組合。就這一點(diǎn)而言，圖4B公開了包括晶體管ML⑴至ML(n)以及MC⑴至MC(n)的晶體管組合，其中η是為η個(gè)相應(yīng)電極提供刺激電流的單獨(dú)電流鏡組合的數(shù)量。如圖4Β所示，每一個(gè)包括ML(I)至ML(n)以及MC⑴至MC(n)的電流鏡組合通過相應(yīng)開關(guān)SA⑴至SA (η)耦接到源晶體管MS。每一個(gè)輸出側(cè)晶體管MC⑴的公共連接源極提供施加于運(yùn)算放大器16的正極輸入的公共感測電壓。從相應(yīng)電流鏡組合ML(i)和MC(i)中個(gè)的任意一個(gè)輸出OUT(i)傳遞到相應(yīng)電極i的輸出電流是由數(shù)字寄存器2和邏輯電路35控制，方式是根據(jù)治療或刺激方案來啟動(dòng)相應(yīng)開關(guān)SA(i)。方案可指示刺激器引起任何輸出OUT(i)來提供刺激電流，方式可為一次提供一個(gè)，或以任意組合同時(shí)提供，或以任意順序提供并持續(xù)任意時(shí)間段。
[0051]如用于電流鏡構(gòu)造的現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)的那樣，只有當(dāng)晶體管準(zhǔn)確匹配時(shí)，輸入側(cè)晶體管會(huì)將電流源提供給它的電流準(zhǔn)確地鏡像到輸出側(cè)晶體管(例如，見美國專利N0.8，575，971)。因此，在這些情況下，晶體管制造要求給制備和加工技術(shù)造成了過度的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致低設(shè)備產(chǎn)出和高設(shè)備成本。有利的是，本發(fā)明的一些應(yīng)用消除了對嚴(yán)格的制造工藝的需要，這些嚴(yán)格工藝用于形成晶體管的寬度和長度維度從而形成所需的電路電流增益值。如下面將討論的，本發(fā)明的一些實(shí)施例依賴于選擇的電路電阻器值來可靠地形成所需的電流增益值。更具體地講，電阻器Rl和R2與運(yùn)算放大器16組合，控制源晶體管MS的柵極電壓，以實(shí)現(xiàn)流經(jīng)電阻器R2的準(zhǔn)確總刺激器輸出電流IR2。如圖4B中所標(biāo)注，流經(jīng)電阻器R2的總刺激器輸出電流IR2是當(dāng)對應(yīng)的開關(guān)SA⑴至SA (η)被啟動(dòng)時(shí)流到輸出OUT(I)至OUT (η)的電流之和。
[0052]如圖4Β進(jìn)一步所示，耦接晶體管ML(i)和MC⑴對的每個(gè)電流鏡的公共柵極連接(例如ML⑴和MC⑴的32所示)經(jīng)對應(yīng)的和相應(yīng)的開關(guān)SB⑴連接到電壓源VS。開關(guān)SB(I)至SB (η)的狀態(tài)由邏輯電路35決定，這樣，當(dāng)刺激電流被導(dǎo)向特定的輸出OUT⑴時(shí)，邏輯電路35使得開關(guān)SA⑴被啟動(dòng)，開關(guān)SB⑴被禁用，從而使電流經(jīng)過晶體管MC⑴被傳遞至OUT(i)。以相似的方式，當(dāng)要終止來自特定輸出OUT(i)的刺激電流時(shí)，邏輯電路35使得開關(guān)SA⑴被禁用，開關(guān)SB⑴被啟動(dòng)，從而終止(暫停)從OUT(i)傳遞電流。
[0053]當(dāng)電流Isink從電壓源VS流經(jīng)電阻器Rl時(shí)，在電阻器Rl兩端產(chǎn)生電壓VR1。與此相似，當(dāng)總刺激器輸出電流IR2從電壓源VS流經(jīng)電阻器R2時(shí)，在電阻器R2兩端產(chǎn)生電壓VR2。當(dāng)對應(yīng)開關(guān)SA(I)至SA(η)被啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)算放大器16的正極輸入的電壓是在晶體管MC(I)至MC(n)的源極處感測到的電壓，并且可被視為公共感測電壓。由于與運(yùn)算放大器16相關(guān)聯(lián)的反饋回路，運(yùn)算放大器16的正極輸入和負(fù)極輸入處的電壓在穩(wěn)態(tài)下將相等，因此電壓VR2被強(qiáng)制等于VRl。在穩(wěn)態(tài)下，電流IR2等于所有輸出OUT(I)至OUT (η)上傳遞的輸出電流之和。因此，既然VR2 = IR2.R2并且VRl = Isink.Rl, IR2等于Isink.Rl/R2，所需的總電流增益K被定義為IR2/Isink，因此等于R1/R2。因此，設(shè)置所需的總電流增益K實(shí)際上是選擇Rl和R2的值。
[0054]熟知的是，在集成電路中相同面積的電阻器具有比MOSFET更好的匹配特性。對于相同的部分至部分匹配準(zhǔn)確性，在本發(fā)明的一些應(yīng)用中使用電阻器在集成電路上需要的面積比使用MOSFET的情況更少。本發(fā)明的一些應(yīng)用帶來的額外有益效果與電阻器Rl和R2的構(gòu)造方式有關(guān)。例如，電阻器R2可由多個(gè)(Np)并聯(lián)電阻構(gòu)成，Rl可由多個(gè)(Ns)串聯(lián)電阻構(gòu)成。因此，對于電阻器值R，Rl = R.Ns并且R2 = R/Np并且電流增益K = R1/R2 =Ns.Np。對于當(dāng)Ns = Np = N的情況，電流增益K = N2，所需電阻器總數(shù)等于2N(Ns+Np =2N)，因此根據(jù)電流增益的電阻器總數(shù)量等于2.K1720對于所需的100的電流增益，所需的電阻器的數(shù)量為20，而Ml和M2 (見圖1)需要總數(shù)為101的單獨(dú)晶體管，因?yàn)橐ヅ洳⒙?lián)晶體管，這些晶體管不能串聯(lián)。當(dāng)考慮大于實(shí)例K= 100的電流增益時(shí)，這可能有更大的影響，所節(jié)省的管芯面積甚至更大。本發(fā)明的一些應(yīng)用的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)涉及使用本文所公開的與電流增益有關(guān)的電阻器值技術(shù)，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)所需的電流增益準(zhǔn)確性通常不需要校正，從而提供了額外的電力和管芯面積節(jié)省。
[0055]在實(shí)施過程中，晶體管ML⑴和MC⑴被設(shè)置為具有1:L的寬度(W)長度(L)之比或W/L比率，并且R3R2之比設(shè)為L:1。因此，流經(jīng)電阻器R3的電流IR3并且因此流經(jīng)電阻器MS的電流ID4大約等于流經(jīng)電阻器R2(IR2)的電流除以L，或者等效地，穩(wěn)態(tài)下ID4 =Isink.K/L，因?yàn)檫\(yùn)算放大器16迫使VR2等于VRl。在這種情況下，電流ID4被明確限定，并且基本上與工藝和溫度變化無關(guān)。
[0056]在一些應(yīng)用中，在刺激器電路IlB中實(shí)施運(yùn)算放大器16還有一個(gè)新的優(yōu)點(diǎn)，就是在電路啟動(dòng)期間，也就是說當(dāng)刺激控制器30發(fā)布ANO信號(hào)，該信號(hào)使得Isink流過從而提供VREF，并且IR2等于零安培時(shí)，VRl和VR2之間的電壓差值很大，導(dǎo)致運(yùn)算放大器16的輸出電壓非常大。然而要注意到，邏輯電路35是在提供VREF之前或者與此同時(shí)地被定時(shí)，它啟動(dòng)至少一個(gè)或多個(gè)預(yù)先選定的開關(guān)SA (i)，該開關(guān)SA (i)對應(yīng)于某個(gè)輸出OUT (i)，電流被選擇為經(jīng)過該輸出OUT (i)傳遞。結(jié)果，運(yùn)算放大器16驅(qū)動(dòng)源晶體管MS，使其具有大的柵極到源極初始電壓，從而產(chǎn)生大的初始漏極電流ID4。繼而，對應(yīng)于所選開關(guān)SA (i)的所選晶體管的柵極電壓很快下降以快速開啟這些晶體管。換句話講，大的初始電流ID4的形成使所選晶體管MC(i)的大柵極電容快速放電，導(dǎo)致刺激器的開啟時(shí)間很短。大的初始電流ID4被設(shè)計(jì)為使所選晶體管MC(i)的所有柵極電容放電。
[0057]這個(gè)新的優(yōu)點(diǎn)在一些應(yīng)用中可能十分重要，尤其是對于一些情況下的短輸出電流脈沖而言。如圖5所示，當(dāng)圖3中的刺激控制器30產(chǎn)生如波形51所示的信號(hào)ANO并且如波形52所示的電流Isink輸出進(jìn)入基準(zhǔn)電流發(fā)生器6時(shí)，從ANO的上升沿Ton到刺激器(諸如圖2B的刺激器)的輸出電流lout (i)中的一個(gè)之間會(huì)有很明顯的延遲時(shí)間TDlJn波形53所示，這樣就不會(huì)有短的開啟時(shí)間。然而，如波形53所示，典型刺激器的關(guān)閉時(shí)間在ANO的下降沿Toff后之幾乎是瞬時(shí)的。因此，由1ut(i)產(chǎn)生的輸出電流脈沖將從由ANO的脈沖寬度限定的脈沖寬度顯著縮短，如圖5的波形53所示。如果ANO的脈沖寬度短于TD1，1ut(i)會(huì)完全消失。對于具有8個(gè)輸出和約200uA的總電流輸出的典型刺激器設(shè)計(jì)而言，對于基于圖2A的刺激器設(shè)計(jì)而言，TDl將超過100 μ s ;該設(shè)計(jì)利用高電壓晶體管來實(shí)現(xiàn)MC(I)至MC(n)。在這種情況下，假設(shè)M(I)和M(2)之間的寬度-長度比率是1:100，單個(gè)輸出(OUT (2)至OUT (η))的最大輸出電流超過25mA。為支持每個(gè)輸出處的這個(gè)最大輸出電流，高電壓晶體管MC(2)至MC(n)非常大，并且具有很大的柵極到源極電容。對于典型的電流刺激器而言，最短的脈沖通常長于50 μ S0
[0058]圖5中的波形54示出本發(fā)明的一個(gè)非限制性應(yīng)用的快速開啟特性的益處，其在于與圖5的波形53中所示的長得多的時(shí)間延遲TDl相比，Ton和電流lout (i)上升沿中點(diǎn)之間的時(shí)間延遲TD2非常短。
[0059]盡管可以通過調(diào)節(jié)ANO的脈沖寬度，使其比所需的脈沖寬度長TD1，來補(bǔ)償電流脈沖的縮短，但延遲時(shí)間TDl通常取決于lout (i)的振幅(或水平)和/或進(jìn)入所有刺激電極的總輸出電流IR2。此外，由于工藝的變化，植入不同IC的不同刺激器之間的TDl將會(huì)有所不同。因此，很難通過調(diào)節(jié)ANO的脈沖寬度來正確補(bǔ)償延遲時(shí)間TDl。在一些實(shí)施例中，具有能夠在一系列輸出電流上縮短開啟時(shí)間的脈沖發(fā)生器可能是有利的。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖發(fā)生器可具有小于?ο μ s、5 μ s、2 μ s、l μ s、或任何其他值或中間值、和/或介于約 0.1 和 2 μ s、0.1 和 4 μ s、0.1 和 10 μ s、0.1 和 20 μ s、0.2 和 16 μ s、0.3 和 12 μ s、0.4和8 μ s、0.5和6 μ s、0.5和4 μ s、0.5和2 μ s、0.5和I μ S的開啟時(shí)間，或任何其他開啟時(shí)間或中間開啟時(shí)間。在一些實(shí)施例中，可以針對小于100mA、75mA、50mA、25mA、或任何其他值或中間電流、和 / 或介于 50uA 和 100mA、10uA 和 75mA、150uA 和 50mA、200uA 和 25mA、500uA和10mA，或任何其他電流或中間電流的輸出電流實(shí)現(xiàn)這些開啟時(shí)間。在一些實(shí)施例中，如上述所用，這些輸出電流約占所定義的范圍的10%。圖4B示出了具有短開啟時(shí)間的電路IlB的一個(gè)實(shí)施例。在圖4B中，對于范圍在200uA和25mA之間的總輸出電流IR2，并且對于I和8之間的工作輸出數(shù)量，電路IlB具有在0.5-2 μ s范圍內(nèi)的開啟時(shí)間。即便沒有對ANO脈沖寬度的任何補(bǔ)償，這個(gè)短的開啟時(shí)間甚至對于50 μ s的最短脈沖寬度也是容許的。
[0060]對于圖4Β中所示的實(shí)施例而言，運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)與總電流IR2和開啟的輸出的數(shù)量無關(guān)，因?yàn)檫\(yùn)算放大器的輸出只連接到源晶體管MS的柵極