CN103620569A

CN103620569A - 用于可植入刺激设备的芯片间通信

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Publication number: CN103620569A
Application number: CN201280030049.0A
Authority: CN
Inventors: T·范阿斯彻; M·詹森斯; G·卡伦
Original assignee: Cochlear Americas Corp
Current assignee: Cochlear Ltd
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: US20120271379A1; EP2700015B1; US8509908B2; CN103620569B; EP2700015A4; WO2012143838A3; WO2012143838A2; EP2700015A2; US9141576B2; US20140047154A1

Abstract

一种设备，包括：第一集成电路（IC）；第二IC，被配置为基于接收的数据向第一IC提供指令，其中第一IC是高电压IC，而第二IC是低电压IC；以及在第一IC和第二IC之间的通信接口，包括并行数据线路的数据总线。第二IC被配置为基于所接收的数据选择多种不同的通信模式中的一种通信模式，以经由通信接口向第一IC提供指令，其中每种模式由被用来向第一IC提供指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义。

Description

用于可植入刺激设备的芯片间通信

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年4月20日提交的美国专利申请号13/090,833的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及可植入刺激设备，并且尤其涉及用于可植入刺激设备的芯片间通信。

背景技术

具有一个或多个可植入组件的可植入刺激设备在各种应用中被用来向受者提供电刺激。示例性的可植入刺激设备包括听觉假体（hearing prostheses）、心脏设备（cardiac device）、失禁设备（incontinence device）以及其它治疗和诊断设备。

对于可植入刺激设备而言，功耗是关键的设计考虑。在一些可植入刺激设备中，使用外部设备经由经皮感应链路或另外的布置而通过皮肤向可植入刺激设备提供功率。例如，像在许多耳蜗植入体中那样，链路可以被操作为向可植入刺激设备连续提供功率，或者可以被周期性地操作，以便向可植入功率存储设备（或“电源”）提供功率。对于一些可植入刺激设备而言，一种替换方式是使用可以通过小型手术进行更换的可植入电源。然而，在这些替换方式中的每一种替换方式中，可在可植入刺激设备内获取的功率是非常有限的。

发明内容

在本发明的一个方面，提供了一种设备，其包括第一集成电路（IC）；第二IC，被配置为基于接收的数据向第一IC提供指令，其中第一IC是高电压IC，而第二IC是低电压IC；以及在第一IC和第二IC之间的通信接口，包括并行数据线路的数据总线。第二IC被配置为基于所接收的数据选择多种不同的通信模式中的一种通信模式，以经由通信接口向第一IC提供指令，其中每种模式由被用来向第一IC提供指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义。

在本发明的另一方面，提供了一种刺激医疗设备。该刺激医疗设备包括刺激器集成电路（IC），其被配置为响应于刺激指令经由多个电极输出电刺激；处理器IC，其被配置为基于接收的数据向刺激器IC提供刺激指令；以及在刺激器IC和处理器IC之间的通信接口，包括并行数据线路的数据总线，其中处理器IC被配置为基于所接收的数据选择多种不同的通信模式中的一种通信模式，以经由通信接口向刺激器IC提供指令，其中每种模式由被用来向刺激器IC提供指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义。

在本发明的又另一方面，提供了一种用于操作医疗设备的方法。该设备包括刺激器集成电路（IC），其被配置为响应于刺激指令经由多个电极输出电刺激；处理器IC，其被配置为经由具有并行数据线路的数据总线的通信接口向刺激器IC提供刺激指令；以及多个可寻址组件。该方法包括：基于由处理器IC接收的数据选择多种通信模式中的一种通信模式，其中每种模式由被用来向刺激器IC提供指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义；并且使用所选择的通信模式经由通信接口基于所接收的数据向刺激器IC提供指令。

附图说明

现在将参考附图对本发明的说明性实施例进行描述，其中：

图1是依据本发明的实施例的具有双芯片实施方式的可植入听觉假体的结构框图；

图2是依据本发明的实施例的可植入系统的各部分的功能框图；

图3是图示依据本发明的实施例的用于从信号处理器IC向刺激器IC传输配置数据的过程的流程图；

图4是依据本发明的实施例的IC之间的通信接口的一种物理实施方式的结构框图；

图5是图示依据本发明的实施例的通过通信接口提供的信号的时序的时序图；

图6是图示依据本发明的实施例的在使用通信接口的数据传输期间的若干信号的时序的时序图；

图7是图示依据本发明的实施例的在通信接口的返回信道上提供的数据相对于刺激器集成电路（IC）的内部时钟信号的时序的时序图；

图8是图示依据本发明的实施例的在事件线路上提供的数据相对于刺激器IC的内部时钟信号的时序的时序图；

图9是示出依据本发明的实施例的刺激事件的时序的时序图；

图10是依据本发明的实施例的用于对电极进行重新配置的第一模式的数据格式的图示；

图11是依据本发明的实施例的用于对电极进行重新配置的第二模式的数据格式的图示；

图12是依据本发明的实施例的用于对电极进行重新配置的第三模式的数据格式的图示；

图13是依据本发明的实施例的用于对电极进行重新配置的第四模式的数据格式的图示；

图14是图示依据本发明的实施例的针对操作通信接口的不同模式的数据要求的曲线图；

图15A图示了依据本发明的实施例的用于向刺激器IC写入数据的写入消息帧；

图15B是依据本发明的实施例的在向刺激器IC的写入操作期间的若干信号的时序图；

图16A图示了依据本发明的实施例的用于从刺激器IC读取数据的读取消息帧；以及

图16B是依据本发明的实施例的在从刺激器IC的读取操作期间的若干信号的时序图。

具体实施方式

本发明的各方面可以在具有两个或更多集成电路（IC）的设备中实施，其中一个IC为混合信号IC而另一个IC为数字IC。本发明的实施例可以在诸如医疗设备（诸如包括与诸如电极之类的多个可寻址组件进行通信的高电压刺激器IC和低电压处理器IC的刺激医疗设备）之类的设备中应用。更具体地，本发明的实施例可以在具有低电压数字IC和高功率混合信号刺激器IC的耳蜗植入体中实施，该混合信号刺激器IC被配置为经由电极阵列的多个电极输出电刺激。

一种类型的可植入刺激设备是可植入听觉假体。常规而言，可植入听觉假体可以使用单个芯片来实施，以使得听觉假体内的所有处理都在单个IC上执行。作为导致了进一步小型化的IC的IC制造技术中的技术发展的结果，存在朝着将不断增加的数量的数字逻辑包括在听觉假体的IC上以提高IC的处理能力的趋势。增加IC的处理能力预计会提供听觉假体的改进的性能和功能。

诸如以上所描述的可植入听觉假体之类的可植入刺激设备经常经由一个或多个电极向受者提供电刺激。IC和电极之间的接口经常需要使用通常在6-20V左右的高电压晶体管。这样的高电压技术扩展通常针对较陈旧的、较大尺寸的IC技术而设计。因此，随着IC尺寸的减小，将变得越来越难以为可植入听觉假体提供单个芯片，因为较新的制造技术将不能提供适用于刺激的高电压晶体管。在本发明的某些实施例中，假体可以作为替代使用两个芯片：一个用于处理的低电压芯片（诸如数字芯片）以及一个用于提供高电压晶体管的高电压芯片。在某些实施例中，使用两个这样的芯片的假体还可以包括用于在两个芯片之间进行通信的接口。

在某些实施例中，低电压芯片（其在这里可以被称作低电压IC）是其中该IC所采用的最大电压明显低于高电压芯片（其在这里可以被称作高电压IC）所采用的最大电压的IC。例如，在某些实施例中，高电压IC所采用的最大电压可以高于低电压IC所采用的最大电压五倍至十倍。在一些实施例中，高电压刺激器IC所采用的最高电压至少为低电压处理器IC所采用的最高电压的两倍。此外，该差异可以随着技术发展而增大。在一些实施例中，低电压芯片是其中所采用的最大电压在1.8伏和3.3伏之间的IC。在某些实施例中，低电压IC可以采用在1.4伏和1.8伏之间的最大电压以与高电压芯片进行通信，并且可以在与诸如存储器设备之类的另一种设备的接口处采用高达3.3伏的最大电压。在某些实施例中，低电压IC是其中该IC所采用的最大电压低于5伏的IC。在一些实施例中，高电压IC是其中该IC所采用的最大电压为至少5伏的IC。在某些实施例中，高电压IC可以采用在大约6伏和20伏之间的最大电压。

在本发明的具有高电压IC和低电压IC的实施例中，使得在低电压IC上实施的功能的数量最大化而使得在高电压IC上实施的功能的数量最小化以降低设备的功耗可能是有利的。在某些实施例（具有高电压混合信号刺激器IC和低电压数字处理器IC的设备）中，仅在刺激器IC上执行刺激信号的生成而在处理器IC上或设备的另一部分中执行其它功能可能是有利的。在某些实施例中，这样的功能划分可以提供设备功耗的降低，因为在高电压刺激器IC上实施很少的功能，而相反地在低电压数字IC上或者由设备的另一组件实施。在一些实施例中，这样的功能划分还可以提供设备尺寸的减小，因为可以以较新的数字技术以比以诸如刺激器IC之类的混合信号IC的模拟技术小得多的尺寸来实施功能。在某些实施例中，混合信号刺激器IC可以超过50%是模拟的。在这样的实施例中，混合信号刺激器IC的数字电路可以仅用来与处理器IC进行接口。

在多芯片实施方式中，芯片间的信令远不如芯片内的信令高效。在两个芯片之间采用与之前在单个芯片内使用的相同处理和通信协议，将导致功耗的非常明显的增加。

将参考特定说明性示例对本发明的各方面进行描述，该特定说明性示例是意在用于耳蜗植入体之中的设备。然而，将要意识到的是，本发明的实施例可应用于可以使用两个IC在可植入刺激设备内传输刺激数据的任何情形。例如，本发明的实施例可以在诸如耳蜗植入体、脑干植入体、混合电/声系统、听力辅助系统之类的可植入听觉假体或者任意其它适当的听觉假体中实施。如这里所使用的，“可植入”设备包括可整体植入的设备以及具有至少一个可植入组件的可部分植入的设备。某些实施例可以在可整体植入的系统中实施，或者针对可部分植入的系统来实施。本发明的实施例还可以在例如心脏设备、失禁设备以及其它肌肉和神经刺激器的提供电刺激的任意其它可植入设备中实施。

现有的可植入听觉假体通常以单个芯片来实施。如以上所提到的，由于IC技术的小型化，存在朝着将更多数字逻辑包括到可植入刺激设备中以便提供改进的功能和性能的趋势。然而，如以上所提到的，IC小型化可能使得难以在刺激设备的IC和电极之间提供高电压接口。因此，本发明的某些实施例针对利用两个芯片的可植入刺激设备：使用深亚微米技术制造的一个芯片，以及提供高电压晶体管以提供与电极的接口的一个芯片。

图1是依据本发明的实施例的具有双芯片实施方式的可植入听觉假体100的结构框图。听觉假体100包括外部系统10和可植入系统50。可植入系统50适于提供所需治疗（在这种情况下是电刺激），其在某些实施例中可以向听力受损的受者提供听力方案（hearingprecept）。外部系统10包括外部声音处理器20，其包括信号处理器IC21和无线收发器IC22。声音处理器20进行操作以捕获从麦克风（未示出）接收的音频信号，在信号处理器IC21中对所捕获的音频信号进行调理和编码，并且使用无线链路61经由无线收发器22向可植入系统50传输输出。外部系统10还包括无线遥控器15，其在该实施方式中经由无线链路62与声音处理器20以及一个或多个麦克风或其它声音拾取设备（未图示）进行通信。遥控器15包括微控制器IC17和无线收发器IC16。外部系统10通常还经由传导链路（例如，无线链路61）提供功率以对可植入系统50的可植入电池54进行充电。在一些实施方式中，外部供应的功率可以被连续地提供至可植入系统50。在其它实施方式中，外部供应的功率可以被周期性地提供。

可植入系统50包括数字信号处理器（DSP）IC70、无线收发器IC52（用于与外部系统10进行通信）、刺激器IC71、通信接口80和可植入电池54。外部系统和可植入系统的功能可以是完全常规的，并且对于治疗本质的细节以及耳蜗植入体的构造细节，读者参考当前市售的产品（例如Cochlear Limited的产品）并且参考本领域的许多参考文献。这里将不对具体治疗进行详细描述，相反，这里将描述与如以上所讨论的各种可植入刺激设备中的任意之一中的多个IC之间的通信接口的操作有关的实施例。此外，本发明的实施例并不局限于刺激器IC和DSP IC之间的处理中的任意特定划分。相反，这里描述的实施方式仅是一种可能性。

在图1中图示的实施例中，双芯片的实施方式包括通常以深亚微米技术实施的数字信号处理（DSP）IC70，以及提供到电极75（或其它实施方式中的其它组件）的接口的刺激器IC71。刺激器IC71可以被实施为使得其仅使用模拟信号或者使用数字信号和模拟信号两者。DSP IC70和刺激器IC71经由芯片间通信接口80进行通信。通信接口80（其可以被称作“芯片间”通信接口或“芯片外”通信接口）优选地为高速接口，其在两个IC之间提供协议透明的通信。通信接口80上的数据通信速率（即，带宽）优选地是灵活的，并且能够实现高数据通信速率。通信接口80优选地还提供可预测的延时、用于传输数据的并行总线以及低功耗。最后，通信接口80优选地是非常鲁棒的。

在图1中图示的实施例中，在植入的DSP IC70上对音频数据进行处理，以便产生刺激指令，同时由刺激器IC71执行实际的刺激，该刺激器IC71包括刺激器IC71能够通过其对电极75进行驱动的高电压晶体管。因此，通过通信接口80传输实时的等步刺激指令。DSPIC70确定要由设备施加的刺激的确切时序，而刺激器IC71包含用于创建这样的时序的适当电路（例如，晶体振荡器）。DSP IC70可以在低功率时钟信号上运行（例如，由自激振荡器或FRO生成的时钟信号）。

通常，IC之间的通信比芯片内的通信消耗更多功率。因此，本发明的各个方面针对降低IC之间的通信接口所消耗的功率量。

图4是依据本发明的实施例的IC之间的通信接口的一种物理实施方式的结构框图。通信接口80连接DSP IC70和刺激器IC71，并且包括图4中图示的若干线路。通信接口80是分别为DSP IC70和刺激器IC71的高速互连75和76之间的同步双向接口。通信接口80包括数据选择线路82、n比特芯片间总线81（其在这里可以被称作数据总线81）、事件线路83、反向信道84、接口时钟线路85和接口时钟使能线路86。数据总线81由n比特并行总线组成并且因此大量数据可以通过该接口移动。数据总线81和选择线路82形成物理正向数据连接（其在这里可以被称作“正向数据信道”），并且事件线路83是物理事件连接。在图4中所示的实施例中，反向信道84提供物理返回连接，并且是被DSP IC70用来从刺激器IC71读取数值的单条线路。

图5是图示依据本发明的实施例的通过通信接口80提供的信号的时序的时序图。正向信道从DSP IC70向刺激器IC71同步传输数据。图5示出了数据总线81上的信号（标记为“数据”）和数据选择线路82上的信号（标记为“数据选择”）相对于在接口时钟线路85上提供的接口时钟信号的时序。正向信道向刺激器IC71提供来自DSP IC70的刺激指令和一般配置数据两者。

图6是图示依据本发明的实施例的使用通信接口80的数据传输期间的若干信号的时序的时序图。图6示出了包括刺激IC的内部时钟、时间基准信号、接口时钟信号、时钟使能线路86上所提供的信号（标记为“时钟开”）以及数据总线81上的信号（标记为“正向数据”）在内的信号的时序。如图5中所指出的，数据总线81上的每次传输开始于数据选择线路在数据的第一字节出现在接口上时变为高电平。数据选择线路保持为高电平直至所传输的最后字节的最后传输周期的开始。在该最后传输周期期间，数据选择线路已经为低电平，以使得其在当前周期结束之后的第一周期准备好可能的新传输。

对于反向信道84而言，提供一条单向线路以使得整个接口是全双工的。这允许DSP IC70在正经由反向信道84接收数据的同时传输新的刺激指令。刺激器IC71在正向数据信道上请求数据时使用反向信道84来提供响应。图7是图示在反向信道84上提供的数据相对于刺激器IC71的内部时钟信号的时序的时序图。如图7中图示的，通过反向信道84提供的数据被格式化为开始周期、奇偶校验周期和n比特数据周期。通过反向信道84提供的数据始终通过相同数量的时钟周期。在可替换实施方式中，反向信道84可以是多信道总线。不优选三态接口，因为这由于方向切换而增加了复杂度，其自身还由于短路电流的可能性而增加了功耗。

事件线路83（其在这里可以被称作“事件指示线路”）被用来为刺激器IC进行刺激事件的精确计时。因此，DSP IC70在事件时间网格上激活该线路。事件通知是非常严格要求时间的并且在某些实施例中通常优先于所有其它通信。为了降低该通信的复杂度，可以使用单独线路用于事件通知。图8是图示依据本发明的实施例的在事件线路83上提供的数据相对于刺激器IC71的内部时钟信号的时序的时序图。在图8中图示的实施例中，通过事件线路83提供的数据被格式化为开始周期和奇偶校验周期，其后跟随用于指示和定义事件的n个1比特周期。

因为单独IC之间的通信需要比单个IC内的通信更多的功率，所以在某些实施例中，优选总线通过概念和设计是低功率的。数字电路的功耗取决于其内部节点的开关活动。在本文中，活动因数α被定义为每个数据周期的预期转变数。如果将该活动因数α耦合至通常等于同步系统中的时钟频率的平均数据速率f，则节点的充电/放电的有效频率由活动因数和数据速率的乘积α*f给出。正因如此，可以针对互补金属氧化物半导体（CMOS）数字电路的平均功耗提供以下公式：

Pdyn=α*f*C*VDD²

在以上公式中，VDD表示供电电压，而C表示电路的总开关容量，其与电路的面积（以及与电路的复杂度）相关。

在图1中图示的实施例中，通信接口80是刺激器IC71在其中生成接口时钟信号的同步接口。刺激器IC71优选地生成接口时钟信号，因为其还生成系统时间基准，并且因为在某些实施例中最仔细地被定时的正是刺激。在一些实施例中，IC70和IC71两者优选地在共用的时间基准（或基准时钟）上运行。图6中图示的接口时钟信号能够被用作DSP IC70的基准时钟和接口时钟两者。然而，为了在需要传输大量数据时提供所期望的高带宽（即，数据速率）接口，在数据通信期间的时钟频率应当远高于生成可靠基准时钟所需的时钟频率。因此，依据本发明的实施例，接口时钟线路85以两种模式进行操作：一种模式在数据通信期间，当接口时钟线路85上提供相对快（即，高频率）的时钟信号时；以及在数据未正在被传输并且在时钟线路85上为DSP IC70提供较慢（即，较低频率）的基准时钟信号的时间期间的第二模式。虽然由刺激器IC71生成，但是时钟信号被由DSP IC70生成并且通过Clock ON线路86提供的时钟使能信号控制。

以上所描述的第一模式和第二模式在图6的时序图中进行图示。在没有数据正在被传输时，时间基准（即，基准时钟）可以具有降低的频率，例如1MHz。为了与刺激器IC71进行通信，DSP IC70在时钟开线路86上致能（assert）“时钟开”信号。响应于该时钟开信号，刺激器IC71生成例如10MHz的较快时钟信号，直至该时钟开信号被禁能（de-assert）。通过控制时钟开线路86，与在较慢的基准时钟阶段期间相比，DSP IC70可以使得通信接口80以高得多的时钟速度并且因此高得多的用于数据传输的带宽进行操作。

在某些实施例中，通信接口80的一个功能是传输用于刺激电极75的刺激指令。刺激指令先于每个刺激事件提供，并且因此每次一个或多个电极的状态需要变化时发送刺激指令。如这里所使用的，“刺激指令”包括一个或多个电极的配置数据。此外，在某些实施例中，刺激指令可以包括一个或多个电极的地址信息以及对应于该配置数据的时序信息。如这里所使用的，“配置数据”包括要在刺激事件期间在指定电极输送的电刺激的任意参数。在某些实施例中，电极的配置数据包括该电极的电刺激的量级。在一些实施例中，对应于刺激量级的时序信息独立于配置数据。在其它实施例中，该配置数据可以包括时序信息。在某些实施例中，如以下进一步描述的，配置数据可以等于由DSP IC响应于所接收的音频数据而生成的刺激数据的一部分或者从该刺激数据得出。如这里所使用的，“刺激事件”是指一个或多个电极的一个或多个刺激参数的变化。在图9中图示的示例中，每个箭头指示刺激事件。在每个所图示的刺激事件，电刺激的量级针对一个或多个电极而变化。在某些实施例中，一个或多个电极中的任意电极处的相应量级可以在给定的刺激事件发生变化。

图9图示了本发明的一个实施例的刺激事件的时序。将要意识到的是，本发明的实施例在应用中并不局限于任何特定的刺激模式。参考图9，对于要被刺激的每个电极而言，在第一刺激阶段期间施加具有第一量级的电刺激。随后，在暂停之后，在第二刺激阶段期间施加具有相等且相反量级的第二电刺激。在实施例中，第二刺激阶段优选地输送与第一阶段相同数量的电荷，这通常通过在与第一阶段期间所施加的刺激相同的持续时间内为电流输送具有相等但相反量级的刺激而实现。

在某些实施例中，可以使用四种不同模式之一将刺激指令从DSP IC70提供至刺激器IC71。在这样的实施例中，能够使用四种不同模式之一来传输由刺激器IC71控制的电极的刺激参数的变化。四种模式可以被概括为重新配置所有电极、重新配置由地址指定的个别电极、重新配置由位图指定的选择的电极组以及使用相同配置数据重新配置所有电极。此外，在某些实施例中，每种不同模式由用来向刺激器IC71提供指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义。更一般地，在某些实施例中，这些模式可以被用来提供与设备的一个或多个可寻址组件相关的指令。如这里所使用的，“可寻址组件”是指设备的可以被指定或者以其它方式由对应于该组件的标识符（诸如地址、编号、ID等）所标识的任意组件。在某些实施例中，可寻址组件是诸如听觉假体之类的刺激医疗设备的电极。

以下将更为详细地对以上所提到的每种模式进行讨论。在一些实施例中，使用不同模式可以允许使用能够实现所需变化的最小功率密集模式。在某些实施例中，该模式选择将提高刺激设备的功率使用效率。通常，所需要的通信越多，功耗就越高。

重新配置所有电极

图10是依据本发明的实施例的用于重新配置电极的第一模式的数据格式的图示。在第一模式（其在这里可以被称作“完全重新配置模式”）中，DSP IC70针对刺激事件重新配置所有电极。该方法需要很多通信，并且因此在大多数或所有电极75的配置数据需要同时变化时是有利的。如图10中图示的，针对每个电极75，单独提供配置数据的完整集合。因为以固定顺序为每个电极提供配置数据，所以在该模式中并不提供电极地址。在这样的实施例中，刺激器IC71将基于接收配置数据的顺序而知道哪些配置数据应用到哪个电极。

寻址个别电极

图11是依据本发明的实施例的用于重新配置电极的第二模式的数据格式的图示。在第二模式（其在这里可以被称作“个别寻址模式”）中，针对刺激事件改变几个电极的配置数据。在该模式中，配置数据与被重新配置的每个电极的电极地址（或编号）一起提供。更具体地，对于要重新配置的每个电极，提供要重新配置的具体电极的地址，随后是指定电极的配置数据。在某些实施例中，每个电极的地址数据大于1比特。在一些实施例中，例如，每个电极具有1字节的电极地址（或ID）。

重新配置选择的电极组

图12是依据本发明的实施例的用于重新配置电极的第三模式的数据格式的图示。该第三模式（其在这里可以被称作“位图寻址模式”）可以在少于全部电极的配置数据要针对刺激事件变化时使用。通过向刺激器IC70提供指示哪些电极要被重新配置的位图来指定被重新配置的电极。在提供该位图之后，提供每个指定电极的新的配置数据。由于从位图获知了选择的电极，并且数据传输的顺序是固定的，所以能够在不提供接收新配置数据的每个电极的明确电极地址的情况下完成传输。第三模式当在第二模式中提供的个别电极的地址比特之和超过位图中的比特的数量时是有利的。在某些实施例中，每个电极由位图中的一个比特来指定。在这样的实施例中，位图中具体比特的数值可以指示对应于该比特的电极是否要被重新配置。在一些实施例中，可以使用具有表示每个电极的一个比特的四字节位图。

使用相同配置重新配置所有电极：广播消息

图13是依据本发明的实施例的用于重新配置电极的第四模式的数据格式的图示。该第四模式在所有电极都要使用相同数据重新配置时可以是有用的。例如，在某些实施例中，所有电极优选地被切换到刺激脉冲之间的相同状态。该第四模式（其在这里可以被称作“广播寻址模式”或“广播模式”）允许向所有电极写入一种配置。在这样的实施例中，响应于接收到与足以对仅一个单个电极进行配置的配置数据的数量基本上相等的配置数据的数量，一个刺激器IC71可以将所接收的配置数据应用到每个电极。

在某些实施例中，在选择了重新配置电极的模式之后，可以使用常规的数据格式。可替换地，可以选择刺激数据格式以使得实施本发明的实施例的好处最大化。

在某些实施例中，不同模式需要不同的数据量并且因此需要不同的通信带宽来实施。

在一些实施例中，第一模式（即，完全重新配置模式）需要1字节的报头以及每个电极2字节的配置数据。因此，表示该模式所需数据量的公式为1+2*Nmax，其中Nmax为最大电极数。

在一些实施例中，第二模式（即，个别寻址模式）需要1字节的报头、每个电极1字节的电极ID以及每个电极2字节的数据。表示该模式所需数据量的公式相应地为1+3*N。

在一些实施例中，第三模式（即，位图寻址模式）需要1字节的报头（其包括位图的一部分）、4字节的位图以及每个电极2字节的数据，总的数据需求为5+2N，其中N是被重新配置的电极数。

图14是依据本发明的实施例的图示对通信接口80进行操作的不同模式的数据需求的曲线图。能够看到，当仅对几个电极进行重新配置时，个别寻址模式和位图寻址模式可以有效得多。

例如，考虑最大电极数为36的以下示例。以下表格示出了基于有多少电极配置正在变化的三种不同模式的数据需求。

对于该示例，能够看到，个别寻址模式（即，第二模式）在被重新配置的电极数小于5时最有效，位图寻址模式（即，第三模式）在被重新配置的电极数介于5和33之间时最有效，而完全重新配置模式（即，第一模式）在被重新配置的电极数大于35时最有效。

在某些实施例中，这些规则可以以用于可植入刺激设备的硬件或软件来实施。

图2是依据本发明的实施例的可植入系统50的各部分的功能框图。如所示出的，图2的可植入系统50包括DSP IC70和刺激器IC71。图3是图示依据本发明的实施例的用于从信号处理器IC向刺激器IC传输配置数据的过程的流程图。以下将参考图2对图3的示例性过程进行描述。

在图3的框310，对音频数据进行处理以产生刺激数据。在某些实施例中，从DSP IC70的外部接收音频数据202。例如，可以经由图1中图示的无线链路61从声音处理器20接收音频数据202。在图2中图示的实施例中，音频数据202被提供至DSP IC70的声音处理模块210。声音处理模块210对音频数据202进行处理以生成刺激数据204。在一些实施例中，声音处理模块210包括利用数字信号处理软件对音频数据202进行处理以生成刺激数据204的一个或多个数字信号处理器。在某些实施例中，声音处理模块210可以以硬件、软件、固件或其组合来实施。如图2中所示，声音处理模块210将刺激数据204提供至DSP IC70的芯片间通信模块220的模式选择模块222。在某些实施例中，模式选择模块222基于刺激数据204选择通信模式，以经由通信接口80向刺激器IC71提供刺激指令。在这样的实施例中，刺激指令基于刺激数据204。以下参考图3的流程图对模式选择模块222在一些实施例中可以通过其选择通信模式的示例性过程进行描述。

在某些实施例中，在图3的框312，模式选择模块222确定是否要针对刺激事件使用相同配置数据对所有电极进行重新配置。如果要使用相同配置数据对所有电极进行重新配置，则模式选择模块222在框314选择广播模式。如果否，则模式选择模块222进行至框316。在框316，模式选择模块222确定要针对刺激事件被重新配置的电极的数量是否小于第一阈值电极数。如果是，则模式选择模块222在框318选择个别寻址模式。如果否，则模式选择模块222进行至框320。在可替换实施例中，模式选择模块222可以在框316确定要针对刺激事件被重新配置的电极的数量是否小于或等于第一阈值电极数。

在框320，模式选择模块222确定要针对刺激事件被重新配置的电极的数量是否小于第二阈值电极数。如果是，则模式选择模块222在框322选择位图寻址模式。如果否，则模式选择模块222在框324选择完全重新配置模式。在可替换实施例中，模式选择模块222可以在框320确定要针对刺激事件被重新配置的电极的数量是否小于或等于第二阈值电极数。在某些实施例中，模式选择模块222以硬件实施。在这样的实施例中，该硬件被配置为进行以上所描述的确定，以便基于针对一个刺激事件被重新配置的电极的数量来选择通信模式。在图2中图示的实施例中，模式选择配置模块230设置由模式选择模块222用来选择通信模式的第一阈值和第二阈值。在模式选择模块222以硬件实施的实施例中，模式选择配置模块230可以对模式选择模块222进行编程（或配置），以便设置适当的阈值水平。在某些实施例中，阈值由模式选择配置模块230在系统启动时设置，并且在系统的后续操作期间保持相同。在可替换实施例中，模式选择模块222和模式选择配置模块230可以以硬件、软件、固件或其组合来实施。

在图3的框326，DSP IC70使用选择的模式向刺激器IC71提供配置数据。在某些实施例中，芯片间通信模块220的通信模式处理模块224实施由模式选择模块222选择的通信模式。在一些实施例中，模式选择模块222向通信模式处理模块224提供刺激数据204以及选择的模式的指示。在可替换实施例中，模式选择模块222可以向通信模式处理模块224仅提供刺激数据204的一部分或者从刺激数据204生成的数据。通信模式处理模块224依据选择的通信模式对刺激数据进行格式化，并且经由数据总线81向刺激器IC71提供包括电极配置数据在内的刺激指令。根据选择的通信模式，通信模式处理模块224还可以在数据总线81上连同作为刺激指令的一部分的配置数据一起提供电极地址数据或地址位图。在某些实施例中，在使用其它模式之一向刺激器IC71提供配置数据之前，DSP IC70可以使用广播模式向刺激器IC71提供配置数据，以使用一个或多个参数的（多个）相同数值对所有电极进行配置。在这样的实施例中，在使用诸如个别寻址模式或位图寻址模式之类的其它模式之一向刺激器IC71提供配置数据之前，DSP IC70可以使用广播模式来使用相同量级对每个电极进行设置（其在这里可以被称作“重置”所有电极）。此外，在这样的实施例中，DSP IC70可以在选择通信模式之前或之后使用广播模式重置所有电极。

而且，在图3的框326，DSP IC70向刺激器IC71提供时序数据，作为被提供至刺激器IC71的刺激指令的一部分。在图2中图示的实施例中，模式选择模块222向时序处理模块226提供刺激数据204、刺激数据204的一部分或者从刺激数据204生成的数据。时序处理模块226使用接收的数据来生成与由通信模式处理模块224输出的配置数据相对应的时序信息。在某些实施例中，时序处理模块226经由事件线路83将该时序信息提供至刺激器IC71。在某些实施例中，该时序信息在相对于何时输出配置数据的延迟之后被提供至刺激器IC71。在一些实施例中，该延迟的长度可以是固定的。在其它实施例中，该延迟的长度可以大于或等于预先设置的最小延迟。在某些实施例中，时序信息指示何时使用被提供至刺激器IC71的配置数据对电极进行重新配置。在这样的实施例中，配置数据可以指示经由一个或多个电极施加的刺激的量级，并且时序信息指示要在何时应用刺激的该量级。在这样的实施例中，刺激器IC71使用配置数据和刺激指令的时序信息来施加指定的电刺激。在一些实施例中，模式选择模块222、通信模式处理模块224和时序处理模块226都以硬件来实施。在可替换实施例中，模块222、224和226可以以硬件、软件、固件或者其组合来实施。在某些实施例中，在框326向刺激器IC71提供配置数据和/或时序数据之后，该过程可以使用新的音频数据在框310再次开始。

在一些实施例中，通信接口80可以被用于从刺激器IC71中的任意寄存器进行读取并对其进行写入。通信接口80是双向逻辑信道，其使用正向信道向刺激器IC71进行通信，并且使用反向信道从刺激器IC71获取数据。根据之前的讨论，将要理解的是，在某些实施例中，正向信道包括其中多条线路同时传输数据的n比特并行总线。

图15A图示了依据本发明的实施例的用于向刺激器IC写入数据的写入消息帧。在某些实施例中，为了向刺激器IC71写入数据，DSP IC70生成如图15A中所描绘的消息帧。该帧以读/写选择比特（开始周期的比特6）开始，在图15A的实施例中，其对于写入周期为“0”。在这样的实施例中，“1”指示读取周期。在其它实施例中，“1”可以指示写入周期而“0”可以指示读取周期。比特5被设置为0，而比特4至2未被使用。图15B是图示依据本发明的实施例的用于写入操作的时钟信号、数据选择信号以及数据线路上的数据的时序图。

图16A图示了依据本发明的实施例的用于从刺激器IC读取数据的读取消息帧。为了从刺激器IC71读取数据，DSP IC70生成如图16A中所描绘的消息帧，其与用于写入操作的图15A的消息帧相类似。与写入操作的写入消息帧相比，在读取操作的消息帧中，读/写比特被设置为“1”并且该帧并不包含数据部分。而且，CRC比特被固定为“0”。如以上所指出的，在其它实施例中，“0”可以指示读取周期，而“1”指示写入周期。图16B是图示依据本发明的实施例的用于读取操作的时钟信号、数据选择信号以及数据线路和反向信道上的数据的时序图。

将要意识到的是，可能有许多可替换的IC通信方法，其将本发明的方法结合到与本发明的实施例有关的上述数据模式。特别地，虽然这里讨论了四种电极重新配置模式，但是一些实施例可以采用更多或更少的模式。

虽然以上已经对各个实施例进行了描述，但是将要理解的是，它们仅通过示例而非限制而被提出。对于相关领域技术人员而言，能够在其中进行形式和细节方面的各种变化而不背离本发明的精神和范围将是显而易见的。因此，本发明的宽度和范围不应当被以上所描述的示例性实施例中的任何实施例限制，而应当仅依据以下权利要求及其等同形式来限定。因此，本实施例将在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。此外，将要意识到的是，以上所描述的关于不同示例性实施例的任意特征、组件、要素等可以在一起实施。

Claims

1.一种设备，包括：

第一集成电路（IC）；

第二IC，被配置为基于接收的数据向所述第一IC提供指令，其中所述第一IC是高电压IC，而所述第二IC是低电压IC；以及

在所述第一IC和所述第二IC之间的通信接口，包括并行数据线路的数据总线，其中所述第二IC被配置为基于所述接收的数据选择多种不同的通信模式中的一种通信模式，以经由所述通信接口向所述第一IC提供所述指令，其中每种模式由被用来向所述第一IC提供所述指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二IC进一步被配置为选择所述模式之一以降低所述通信接口的功耗。

3.根据权利要求1所述的设备，进一步包括：

多个可寻址组件。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述多种模式包括其中通过所述通信接口提供所述多个可寻址组件的子集中的每个可寻址组件的地址和配置数据的模式。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述子集包括比所有所述多个可寻址组件少的组件。

6.根据权利要求3所述的设备，其中所述多种模式包括其中通过所述通信接口提供指定所述可寻址组件的子集的位图以及所述位图中指定的所述可寻址组件中的每个可寻址组件的配置数据的模式，其中所述子集包括所有所述电极或者比所有所述电极少的电极。

7.根据权利要求3所述的设备，其中所述多种模式包括其中没有地址数据被用来向所述第一IC提供所述指令的模式。

8.根据权利要求3所述的设备，其中所述第二IC进一步被配置为从所述接收的数据生成刺激数据，并且基于响应于所述刺激数据所重新配置的所述可寻址组件的数目而选择所述多种通信模式中的一种通信模式。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第二IC包括：

模式选择模块，其被配置为选择所述多种通信模式中的所述一种通信模式。

10.根据权利要求3所述的设备，其中所述多个可寻址组件是多个电极，所述指令是刺激指令，所述第一IC被配置为向多个电极提供电刺激，并且所述第二IC被配置为从所述接收的数据生成所述刺激指令。

11.根据权利要求1所述的设备，其中由所述低电压IC采用的最高电压显著地低于由所述高电压IC采用的最高电压。

12.根据权利要求1所述的设备，其中由所述高电压IC采用的所述最高电压为至少5伏。

13.一种刺激医疗设备，包括：

刺激器集成电路（IC），其被配置为响应于刺激指令经由多个电极输出电刺激；

处理器IC，其被配置为基于接收的数据向所述刺激器IC提供所述刺激指令；以及

在所述刺激器IC和所述处理器IC之间的通信接口，包括并行数据线路的数据总线，其中所述处理器IC被配置为基于所述接收的数据选择多种不同的通信模式中的一种通信模式，以经由所述通信接口向所述刺激器IC提供所述指令，其中每种模式由被用来向所述刺激器IC提供所述指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述处理器IC被配置为选择所述模式之一以使得从所述处理器IC通过所述通信接口向所述刺激器IC提供的数据量最小化。

15.根据权利要求13所述的设备，其中所述多种模式包括其中通过所述通信接口提供所述多个电极的子集中的每个电极的地址和配置数据的模式。

16.根据权利要求13所述的设备，其中所述多种模式包括其中通过所述通信接口提供指定所述多个电极的子集的位图以及所述位图中指定的所述电极中的每个电极的配置数据的模式，其中所述子集包括所有所述电极或者比所有所述电极少的电极。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述子集包括比所有所述多个电极少的电极。

18.根据权利要求13所述的设备，其中所述多种模式包括至少一个模式，其中没有地址数据被用来向所述刺激器IC提供所述指令。

19.根据权利要求18所述的设备，其中在所述至少一种模式中，通过所述通信接口提供所述多个电极中的每个电极的配置数据。

20.根据权利要求13所述的设备，其中所述处理器IC包括：

模式选择模块，被配置为选择所述多种通信模式中的所述一种通信模式。

21.根据权利要求11所述的设备，其中由所述刺激器IC采用的最高电压至少两倍于由所述处理器IC采用的最高电压。

22.根据权利要求13所述的设备，其中所述多种模式包括其中通过所述通信接口提供实质上等于足以对仅一个电极进行重新配置的配置数据的数量的配置数据的模式，并且其中所述刺激器IC被配置为响应于接收所述配置数据而将所述配置数据应用于所述电极中的每个电极。

23.一种用于操作医疗设备的方法，所述医疗设备包括刺激器集成电路（IC），其被配置为响应于刺激指令经由多个电极输出电刺激；处理器IC，其被配置为经由具有并行数据线路的数据总线的通信接口向所述刺激器IC提供所述刺激指令；以及多个可寻址组件，所述方法包括：

基于由所述处理器IC接收的数据选择多种通信模式中的一种通信模式，其中每种模式由被用来向所述刺激器IC提供所述指令的地址数据的数量和配置数据的数量来定义；并且

使用所选择的通信模式经由所述通信接口基于所述接收的数据向所述刺激器IC提供所述指令。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述选择所述多种通信模式中的一种通信模式包括使用所述处理器IC选择所述多种通信模式中的一种通信模式，并且其中所述向所述刺激器IC提供所述指令包括使用所述处理器IC向所述刺激器IC提供所述指令。

25.根据权利要求23所述的方法，进一步包括：

使用所述刺激器IC输出高电压刺激信号。

26.根据权利要求23所述的方法，其中所述选择所述多种通信模式中的一种通信模式包括：

基于响应于所述接收的数据所重新配置的所述多个可寻址组件的数目而选择所述多种通信模式中的一种通信模式，其中所述多种模式包括其中不通过所述通信接口提供地址数据的模式。

27.根据权利要求23所述的方法，其中所述向所述刺激器IC提供所述指令包括：

经由所述通信接口提供所述多个可寻址组件的子集中的每个可寻址组件的地址和配置数据。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述子集包括比所有所述电极少的电极。

29.根据权利要求23所述的方法，其中所述向所述刺激器IC提供所述指令包括：

经由所述通信接口向所述刺激器IC提供指定所述可寻址组件的子集的位图，以及所述位图中指定的所述可寻址组件中的每个可寻址组件的配置数据，其中所述子集包括所有所述电极或者比所有所述电极少的电极。