CN104399183B - 一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，通过设置的端口电平检测电路和高低电平判断电路，端口电平检测电路的输出端连接高低电平判断电路的输入端，高低电平判断电路的高电平输出端连接至端口电平检测电路，低电平输出端连接至心脏起搏器。从而能够通过端口检测电路判断起搏器是否接入心脏，进而自动控制起搏器切换工作模式，不需人工干预，操作简单，同时电路结构简单，功耗消耗低，仅当检测到心脏起搏器已经植入人体时发出唤醒信号，使心脏起搏器工作，能有效提高起搏器功耗管理效率，节约起搏器电池能量，降低成本。

Description

一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路。

背景技术

心脏起搏器由单一不可更换的电池供电，一般要求能够工作10年甚至更久，功耗要求极为苛刻。对于一款起搏器，其从生产完成到植入到人体所等待时间较长，这段时间应使起搏器处于休眠状态，保证其内部绝大部分模块不工作，使整个芯片功耗消耗最低，降低起搏器的电池能量浪费。目前改变起搏器工作状态的主要方法为：起搏器植入人体后，通过体外程控仪程控起搏器进入正常工作模式。这种方法需要人工干预，操作复杂。能够自动检测起搏器是否植入人体从而确认起搏器应处于哪种状态的唤醒电路必不可少。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺点，提供一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，具有功耗低的优点。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：包括端口电平检测电路和高低电平判断电路；端口电平检测电路的输出端连接高低电平判断电路的输入端，高低电平判断电路的高电平输出端连接至端口电平检测电路，低电平输出端连接至心脏起搏器。

所述的端口电平检测电路包括：第一MOS管，第一MOS管的源端与电源电压相连接，栅端和漏端与电流源相连接；第一MOS管栅端还与第二MOS管的栅端、第三MOS管的栅端和第六MOS管的漏极相连接；第二MOS管的漏端与起搏器心房电极导线的阳极相连接，源端与电源电压相连接；第三MOS管的源端与电源电压相连接，漏端与起搏器心室电极导线的阳极相连接；第六MOS管的源端连接至电源电压，栅端连接至第一反向器的输出端，第一反向器的输入端连接至模式控制端口；所述的第一反向器的输出端还分别连接至第四MOS管的栅端、第五MOS管的栅端和高低电平判断电路；第四MOS管的源端和第五MOS管的源端均接地，第四MOS管的漏端和第五MOS管的漏端分别与起搏器心房、心室电极导线阴极相连接。

所述的第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第六MOS管为P型MOS管。

所述的第四MOS管和第五MOS管为N型MOS管。

所述的电流源提供的电流为100nA。

所述的高低电平判断电路包括：与第一反向器输出端相连接的与门，且与门的输入端还与或门的输出端相连接，与门的输出端连接至唤醒信号接收端口；

所述的或门的输入端分别连接第二反向器和第三反向器，第二反向器和第三反向器的输入端分别连接至第二MOS管和第三MOS管的漏端。

本发明具有以下的有益效果：相比较现有技术，本发明通过设置的端口电平检测电路和高低电平判断电路，端口电平检测电路的输出端连接高低电平判断电路的输入端，高低电平判断电路的高电平输出端连接至端口电平检测电路形成反馈回路，低电平输出端连接至心脏起搏器。从而能够通过端口检测电路判断起搏器是否接入心脏，进而自动控制起搏器切换工作模式，不需人工干预，操作简单，同时电路结构简单，功耗消耗低，仅当检测到心脏起搏器已经植入人体时发出唤醒信号，使心脏起搏器进入正常工作模式，同时通过反馈回路唤醒电路进行自关断，能有效提高起搏器功耗管理效率，节约起搏器电池能量，延长起搏器使用年限，降低成本。

附图说明

图1为心脏起搏器的唤醒原理图；

图2为心脏起搏器的唤醒电路原理图；

图3为图2所示电路的仿真结果图(2.8v)；

图4为图2所示电路的仿真结果图(1.8v)。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

参见图1和2，本发明包括端口电平检测电路和高低电平判断电路；端口电平检测电路的输出端连接高低电平判断电路的输入端，高低电平判断电路的高电平输出端连接至端口电平检测电路，低电平输出端连接至心脏起搏器。端口电平检测电路包括：第一MOS管M1，第一MOS管M1的源端与电源电压相连接，栅端和漏端与电流源I6相连接；第一MOS管M1栅端还与第二MOS管M2的栅端、第三MOS管M3的栅端和第六MOS管M6的漏极相连接；第二MOS管M2的漏端与起搏器心房电极导线的阳极相连接，源端与电源电压相连接；第三MOS管M3的源端与电源电压相连接，漏端与起搏器心室电极导线的阳极相连接；第六MOS管M6的源端连接至电源电压，栅端连接至第一反向器I1的输出端，第一反向器I1的输入端连接至模式控制端口；所述的第一反向器I1的输出端还分别连接至第四MOS管M4的栅端、第五MOS管M5的栅端和高低电平判断电路；第四MOS管M4的源端和第五MOS管M5的源端均接地，第四MOS管M4的漏端和第五MOS管M5的漏端分别与起搏器心房、心室电极导线阴极相连接。第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第六MOS管M6为P型MOS管。第四MOS管M4和第五MOS管M5为N型MOS管。电流源I6提供的电流为100nA。高低电平判断电路包括：与第一反向器I1输出端相连接的与门I5，且与门I5的输入端还与或门I4的输出端相连接，与门I5的输出端连接至唤醒信号接收端口；或门I4的输入端分别连接第二反向器I2和第三反向器I3，第二反向器I2和第三反向器I3的输入端分别连接至第二MOS管M2和第三MOS管M3的漏端。

参考图2，一共包括6个MOS管，5个逻辑门。注意本发明所保护的范围不局限于这里描述的实例。在本实例中，晶体管均使用的MOS管，当然，可以使用三极晶体管代替MOS管。在这种情况下，用三极管基极代替MOS管栅极，用集电极代替漏极，用发射极代替源极。

对于端口电平检测电路：当起搏器未植入人体时，源端与电源电压相连接，漏端与P型MOS管第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3的栅端相连接的P型第六MOS管M6的栅端为高电平，使其处于关断状态，保证端口电平检测电路处于工作状态。此时，源端与电源相连接，与第二MOS管M2、第三MOS管M3成电流镜像关系的第一MOS管M1中流过电流100nA。由于与接心房的起搏器电极导线阳极相连接的第二MOS管M2漏端处于悬浮状态，该端口为高电平。与接心室的起搏器电极导线阳极相连接的第三MOS管M3漏端也处于悬浮状态，该端口为高电平。接心房的起搏器阳极、接心室的起搏器阳极分别接高低电平判断电路的第三、第四端口。当起搏器刚植入人体时：接心房的起搏器阳极和与接心房的起搏器电极导线阴极相连接的N型第四MOS管M4的漏端之间会接入心房；或者接心室的起搏器阳极和与接心室的起搏器电极导线阴极相连接的N型第五MOS管M5漏端之间会接入心室；或者同时接入。其中每路接入电阻约为200～2K欧姆。由于第四MOS管M4、第五MOS管M5的源端接地，栅端接电源电压，使得接心房的起搏器阴极、接心室的起搏器阴极电压约为0。根据第二MOS管M2、第三MOS管M3与第一MOS管M1的电流镜像关系，使得从接心房的起搏器阳极到阴极，接心室的起搏器阳极到阴极的电流均约为100nA，综合可得到接心房的起搏器阳极、接心室的起搏器阳极端口电压均约为20uV～200uV，为低电平。当起搏器模式转换到正常工作模式下时，P型第六MOS管M6导通，使端口电平检测电路停止工作。

对于高低电平判断电路：第一反相器I1的输入为该电路的第一端口，接收起搏器模式控制命令的模式控制端口，输出为第二端口，并且与一个二输入与门I5的一个输入端相连接；第二反相器I2的输入为该电路的第三端口，接心房的起搏器阳极相连接，输出与一个二输入或门I4的一个输入端相连接；第三反相器I3的输入为该电路的第四端口，接心室的起搏器阳极相连接，输出与I4的另一输入端相连接；或门I4输出与与门I5另一输入端相连接；二输入与门I5的输出为该电路的第五端口即唤醒信号输出端口。整个逻辑关系符合表1所示真值关系。

表1高低电平判断电路真值表

第一端口	第二端口	第三端口	第四端口	第五端口
					1	0	1	1	0
1	0	1	0	1
					1	0	0	1	1
1	0	0	0	1
					0	1	x	x	0

图3为图2所示电路的仿真结果图。该图左半部分为2.8V情况下的仿真结果，可以看到在左上图虚线所示的起搏器模式控制信号MODE为低电平的情况下，左上图实线所示的唤醒信号WAKEUP能在接入心室电阻，图3的虚线VRON信号为高时正确产生，同时也能在接入心房电阻，图3的实线ARON信号为高时正确产生；当MODE为高电平时，无论是否接入心房或者心室均不会产生唤醒信号，表明此时唤醒电路不工作，功能正确。

图4为1.8V最低电源电压情况下的仿真结果，可以看到在又上图虚线所示的起搏器模式控制信号MODE为低电平的情况下，右上图实线所示的唤醒信号能在接入心室电阻，图4的虚线VRON信号为高时正确产生，同时也能在接入心房电阻，图4的实线ARON信号为高时正确产生；当MODE为高电平时，无论是否接入心房或者心室均不会产生唤醒信号，表明此时唤醒电路不工作，功能同样正确。

综上所述，本发明能够正确判断起搏器是否接入心脏，从而自动控制起搏器切换工作模式，不需人工干预，操作简单，同时电路结构简单，功耗消耗低，能有效提高起搏器功耗管理效率，节约起搏器电池能量，降低成本。

Claims (5)

1.一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，其特征在于：包括端口电平检测电路和高低电平判断电路；端口电平检测电路的输出端连接高低电平判断电路的输入端，高低电平判断电路的高电平输出端连接至端口电平检测电路，低电平输出端连接至心脏起搏器；

所述的端口电平检测电路包括：第一MOS管(M1)，第一MOS管(M1)的源端与电源电压相连接，栅端和漏端与电流源(I6)相连接；第一MOS管(M1)栅端还与第二MOS管(M2)的栅端、第三MOS管(M3)的栅端和第六MOS管(M6)的漏极相连接；第二MOS管(M2)的漏端与起搏器心房电极导线的阳极相连接，源端与电源电压相连接；第三MOS管(M3)的源端与电源电压相连接，漏端与起搏器心室电极导线的阳极相连接；第六MOS管(M6)的源端连接至电源电压，栅端连接至第一反向器(I1)的输出端，第一反向器(I1)的输入端连接至模式控制端口；所述的第一反向器(I1)的输出端还分别连接至第四MOS管(M4)的栅端、第五MOS管(M5)的栅端和高低电平判断电路；第四MOS管(M4)的源端和第五MOS管(M5)的源端均接地，第四MOS管(M4)的漏端和第五MOS管(M5)的漏端分别与起搏器心房、心室电极导线阴极相连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，其特征在于：所述的第一MOS管(M1)、第二MOS管(M2)、第三MOS管(M3)和第六MOS管(M6)为P型MOS管。

3.根据权利要求1所述的一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，其特征在于：所述的第四MOS管(M4)和第五MOS管(M5)为N型MOS管。

4.根据权利要求1所述的一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，其特征在于：所述的电流源(I6)提供的电流为100nA。

5.根据权利要求1所述的一种应用于心脏起搏器的自动唤醒电路，其特征在于：所述的高低电平判断电路包括：与第一反向器(I1)输出端相连接的与门(I5)，且与门(I5)的输入端还与或门(I4)的输出端相连接，与门(I5)的输出端连接至唤醒信号接收端口；

所述的或门(I4)的输入端分别连接第二反向器(I2)和第三反向器(I3)，第二反向器(I2)和第三反向器(I3)的输入端分别连接至第二MOS管(M2)和第三MOS管(M3)的漏端。