植入式无源脊髓刺激器输出电路的研究与设计

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1、中文图书分类号：TN4密级：公开UDC：621.38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：植入式无源脊髓刺激器输出电路的研究与设计论文作者：代田慧学科：电子科学与技术指导教师：彭晓宏副教授论文提交日期：2017年5月UDC：621.38学校代码：10005中文图书分类号：TN4学号：S201402046密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：植入式无源脊髓刺激器输出电路的研究与设计英文题目：RESEARCHANDDESIGNOFIMPLANTABLEPASSIVESPINALCORDSTIMULA

2、TOR论文作者：代田慧学科专业：电子科学与技术研究方向：集成电路设计与系统集成申请学位：工学硕士指导教师：彭晓宏副教授所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：代田慧日期：2017年5月

3、23日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：代田慧日期：2017年5月24日导师签名：彭晓宏日期：2017年5月24日摘要摘要随着微电子产业的发展，芯片设计向着微型化、低功耗、高稳定性的目标日益靠近，集成电路在医学领域的应用也越来越广泛，植入式无源脊髓刺激器是其中的一个重要方面。而植入式无源脊髓刺激器由于其无电池供电的特点在临床疼痛管理方

4、面应用广泛，本文针对植入式无源脊髓刺激器的输出电路进行研究与设计。本论文主要研究的是植入式无源脊髓刺激器的刺激输出电路，其实现的功能是实现刺激电流脉冲的幅度，频率可调以及刺激四电极可切换，此电路具有无电池、功耗低、安全性高、可靠性高等优点。首先论文阐述了研究的课题背景和意义，然后对植入式刺激器的发展现状和发展趋势进行了分析，根据发展现状以及市场的需求提出本文的研究内容和论文的组织结构。第二，对植入式脊髓刺激的分类进行了详细介绍，给出本文设计的刺激器的整体结构，包括三部分：掌上控制模块、体外发射模块和体内刺激模块。本文根据刺激器的实际临床使用的要

5、求设计了一种无源双向电流刺激器，并确定了设计的指标，接着对刺激器输出模块进行了简单介绍。第三，对刺激器输出级外围模拟电路进行设计仿真，时钟发生器模块：采用环形振荡器结构加入可调电阻保证时钟频率的精确性，时钟频率为2MHz，为数字电路提供一个精确地基准时钟；基准电流产生电路：采用温度补偿结构产生50uA的基准电流，为刺激器输出电路提供基准电流；高压产生电路：采用电荷泵进行升压，采用交叉耦合的电荷泵结构，其电压传输时损失小，升压速度快。第四，完成刺激器的输出级电路具体的设计和测试，对刺激电流的调节和电极切换的电路实现进行了详细的介绍。利用电平移位电

6、路解决了高压开关管的控制问题，最终通过对实际芯片的测试验证了本文设计的刺激器输出电路的性能。最后，根据版图设计的规则以及注意事项结合本文设计的电路的特点，完成了整体的版图绘制。关键词：植入；双向电流；输出级；电平移位；电极切换–I–AbstractAbstractWiththedevelopmentofmicroelectronicsindustry,chipdesigntowardtheminiaturization,lowpowerconsumption,highstabilityofthegoalisgettingcloser,integ

7、ratedcircuitinthefieldofmedicalapplicationsaremoreandmorewidely,implantablepassivespinalcordstimulatorisoneoftheimportantaspects.Theimplantablepassivespinalcordstimulatorhasbeenwidelyusedinclinicalpainmanagementbecauseofitsnon-battery-poweredcharacteristic.Inthispaper,theout

8、putcircuitofimplantablepassivespinalcordstimulatorisresearchedanddesigned.T