CN116801942A - 量化波形功率发射 - Google Patents

Abstract

本文中呈现了用于通过使用量化波形状信号(本文称为“量化波形”)来无线传送功率信号(功率)的技术。特别地，量化波形发生器包括脉冲发生器和一组放大器，所述一组放大器在串联谐振回路电路的分布式谐振电容器部分上分组。以预定义脉冲序列驱动这些放大器，以便生成阶跃函数输出(量化波形)。所述量化波形用于驱动功率发射线圈以使所述功率发射线圈以预定的操作频率发射无线功率信号。用于驱动所述放大器的预定义序列使得所述操作频率的一个或多个谐波分量被基本上消除。

Description

量化波形功率发射

技术领域

本发明总体上涉及利用量化波形的功率发射。

背景技术

近几十年来，医疗装置已为接受者提供了广泛的治疗益处。医疗装置可以包括内部或可植入部件/装置、外部或可佩戴部件/装置或其组合(例如具有与可植入部件通信的外部部件的装置)。医疗装置，诸如传统助听器、部分或完全可植入听力假体(例如骨传导装置、机械刺激器、耳蜗植入物等)、起搏器、除颤器、功能性电刺激装置和其他医疗装置，多年来在执行救生和/或生活方式改善功能和/或接受者监测方面一直是成功的。

多年来，医疗装置的类型以及由其执行的功能范围有所增加。例如，有时称为“可植入医疗装置”的许多医疗装置现在通常包括永久或临时植入接受者体内的一个或多个器械、设备、传感器、处理器、控制器或其他功能性机械或电部件。这些功能性装置通常用于诊断、预防、监测、治疗或管理疾病/损伤或其症状，或研究、替换或修改解剖结构或生理过程。这些功能性装置中的许多功能性装置利用从外部装置接收到的功率和/或数据，所述外部装置是可植入部件的一部分或与可植入部件协同操作。

发明内容

在一个方面，提供一种无线功率发射器单元。该无线功率发射器单元包括：谐振回路电路；以及量化波形发生器，其具有耦合到谐振回路电路的输出，其中量化波形发生器被配置成生成预定量化波形，该预定量化波形在被递送到谐振回路电路时引起具有选定谐波发射频谱的无线功率信号的发射，在选定谐波发射频谱中一个或多个预定谐波发射被基本上消除。

在另一方面，提供一种无线功率发射器单元。该无线功率发射单元包括：发射线圈；多个电容器，每个电容器与发射线圈串联连接以形成谐振回路电路；多个放大器；以及脉冲发生器，其被配置成用多个脉冲序列独立地驱动多个放大器中的每个放大器，多个脉冲序列在发射线圈处生成量化波形，量化波形引起感应功率发射，所述感应功率发射中不存在一个或多个谐波发射。

在另一方面，提供了一种设备。该设备包括：多个信号源；多个放大器，其被配置成由多个信号源选择性地驱动；发射线圈；以及至少一个电容器阵列，其连接在多个放大器与发射线圈之间，其中发射线圈发射从多个放大器的至少两个输出的组合得到的波形状功率信号。

在另一方面，提供了一种方法。该方法包括：选择性地激活预定义脉冲序列以生成量化波形；以及用量化波形驱动发射线圈从而以预定操作频率发射无线功率信号。

在另一方面，提供一种无线功率发射器。该无线功率发射器包括：发射线圈；以及一组放大器，其经由与发射线圈串联的电容器阵列连接到发射线圈以形成谐振回路电路，其中放大器以预定义序列被驱动，从而产生近似于双相波形状或正弦波形状中的至少一个的阶跃函数。

在另一方面，提供一种无线功率发射器。该无线功率发射器包括：谐振回路电路，其包括射频(RF)线圈以及多个分布式电容器，多个分布式电容器各自与该RF线圈串联连接；量化波形发生器，其具有耦合到谐振回路电路的输出，其中量化波形发生器包括多个放大器，并且脉冲发生器包括至少两个电压源，至少两个电压源被配置成用多个脉冲序列独立地驱动多个放大器中的每一者，多个脉冲序列在多个放大器的输出处共同生成量化波形，其中量化波形发生器被配置成生成预定量化波形，预定量化波形在被递送到谐振回路电路时，引起具有选定谐波发射频谱的无线功率信号的发射，在选定谐波发射频谱中一个或多个预定谐波发射被基本上消除；以及数据调制器，其被配置成用数据调制无线功率信号。

附图说明

在本文中结合附图描述本发明的实施方案，其中：

图1A图示了根据本文呈现的某些实施方案的耳蜗植入物系统；

图1B是佩戴图1A的耳蜗植入物系统的声音处理单元的接受者的侧视图；

图1C是图1A的耳蜗植入物系统的部件的示意图；

图1D是图1A的耳蜗植入物系统的框图；

图2A是图示用于驱动功率发射线圈的示例单相脉冲的时间信号图；

图2B是图示与用图2A的单相脉冲驱动的功率发射线圈的发射/由该功率发射线圈的发射相关联的频谱的频谱图；

图3是根据本文呈现的实施方案的示例无线功率发射器单元的示意图；

图4A至图4N是图示根据本文呈现的某些实施方案的可递送到图3的多个D类放大器的输入的示例特定脉冲序列的时间信号图；

图5A至图5N图示了根据本文呈现的某些实施方案的当应用于多个D类放大器的输入时由图4A至图4N的脉冲序列的不同组合产生的示例量化波形；

图6A至图6L是图示根据本文呈现的某些实施方案的可递送到图3的多个D类放大器的输入的其他示例特定脉冲序列的时间信号图；

图7A至图7L图示了根据本文呈现的某些实施方案的当应用于多个D类放大器的输入时由图6A至图6N的脉冲序列的不同组合产生的示例优化量化波形；

图8A是图示了当用图5B的量化波形驱动时与功率发射线圈的发射/由该功率发射线圈的发射相关联的频谱的频谱图；

图8B是图示当用图5C的量化波形驱动时与功率发射线圈的发射/由该功率发射线圈的发射相关联的频谱的频谱图；

图8C是图示了当用图7L的量化波形驱动时与功率发射线圈的发射/由该功率发射线圈的发射相关联的频谱的频谱图；

图9A是图示根据本文呈现的某些实施方案的两个5阶跃量化波形和用来构造两个5阶跃量化波形的3阶跃对称脉冲序列的组合的时间信号图；

图9B是图示了了根据本文中呈现的某些实施方案的图9A的3阶跃对称脉冲序列和用来构造3阶跃对称脉冲序列的2阶跃对称脉冲序列的组合的时间信号图；

图9C是总结图9A和9B的示例的表格；

图10是根据本文呈现的实施方案的使用两组放大器的示例无线功率发射器单元的示意图；

图11A、图11B、图11C、图11D和图11E是图示根据本文呈现的某些实施方案的可施加到图10的多个D类放大器的输入的脉冲序列的不同示例组合的时间信号图；

图12是根据本文呈现的实施方案的使用单组放大器的示例无线功率发射器单元的示意图；

图13是图示根据本文呈现的某些实施方案的可施加到图12的一组放大器的输入的脉冲序列的示例组合的时间信号图；

图14是图示根据本文呈现的某些实施方案的多个E类放大器的示意图；

图15是图示根据本文呈现的某些实施方案的形成H类放大器的多个D类驱动器的示意图；

图16是图示根据本文呈现的某些实施方案的具有数据调制器的多个D类放大器的示意图；

图17是根据本文呈现的某些实施方案的示例方法的流程图；以及

图18图示了根据本文呈现的某些实施方案的示例前庭刺激器系统。

具体实施方式

本文呈现了用于通过使用量化波形状信号(有时在本文中称为“量化波形”)来无线传送功率信号(功率)的技术。特别地，量化波形发生器包括脉冲发生器和一组放大器(例如，高效的D类放大器)，一组放大器在串联谐振回路电路的分布式谐振电容器部分上分组。这些放大器被以预定义序列驱动以便生成阶跃函数输出(量化波形)。量化波形用于驱动功率发射线圈以使功率发射线圈以预定的操作频率发射无线功率信号。用于驱动放大器的预定义序列使得操作频率的一个或多个谐波分量被基本上消除。

仅为了易于描述，本文呈现的技术主要参考特定的可植入医疗装置系统，即耳蜗植入物系统来描述。然而，应领会，本文呈现的技术还可由其他类型的可植入医疗装置，可植入医疗装置系统和/或利用感应/无线功率传送/发射的其他类型的装置/系统来实现。例如，本文呈现的技术可以由包括一个或多个其他类型的听觉假体(诸如中耳听觉假体、骨传导装置、直接声刺激器、电声假体、听觉脑刺激器等)的其他听觉假体系统来实现。本文呈现的技术还可以与耳鸣治疗装置、前庭装置(例如前庭植入物)、视觉装置(即仿生眼)、传感器、起搏器、药物递送系统、除颤器、功能性电刺激装置、导管、癫痫发作装置(例如用于监测和/或治疗癫痫事件的装置)、睡眠呼吸暂停装置、电穿孔装置等一起使用。本文中呈现的技术还可以或替代地用于将功率从不同的感应功率发射装置(例如，感应传送初级)传送到感应功率接收装置(例如，感应传送次级)，诸如在可佩戴或便携式电子装置，射频识别(RFID)标签，消费电子装置，器具等的背景下。

图1A至图1D图示了被配置成实现本文呈现的技术的某些实施方案的示例耳蜗植入物系统102。耳蜗植入物系统102包括外部部件104/可植入部件112。在图1A至图1D的示例中，可植入部件有时被称为“耳蜗植入物”图1A图示了植入接受者的头部141中的可植入部件112的示意图，而图1B是佩戴在接受者的头部141上的外部部件104的示意图。图1C是耳蜗植入物系统102的另一示意图，而图1D图示了耳蜗植入物系统102的进一步细节。为了易于描述，图1A至图1D一般将一起进行描述。

如所指出，耳蜗植入物系统102包括被配置成直接或间接附接到接受者的身体的外部部件104，以及被配置成植入在接受者中的可植入部件112。在图1A至图1D的示例中，外部部件104包括声音处理单元106，而耳蜗植入物112包括内部线圈114、刺激器单元142和被配置成植入接受者耳蜗中的细长刺激组件116。

在图1A至图1D的示例中，声音处理单元106是耳外式(OTE)声音处理单元，有时在本文中被称为OTE部件，其被配置成向可植入部件112发送数据和功率。一般而言，OTE声音处理单元是具有大致圆柱形壳体105并且被配置成磁耦合到接受者的头部的部件(例如包括被配置成磁耦合到可植入部件112中的可植入磁体152的集成外部磁体150)。OTE声音处理单元106还包括被配置成感应耦合到可植入线圈114的集成外部(头部部件)线圈108。

应领会，OTE声音处理单元106仅仅是可以与可植入部件112一起操作的外部装置的说明。例如，在替代示例中，外部部件可以包括耳后式(BTE)声音处理单元或微BTE声音处理单元和单独的外部部件。一般而言，BTE声音处理单元包括壳体，该壳体被成形为佩戴在接受者的外耳上并且经由电缆连接到单独的外部线圈组件，其中外部线圈组件被配置成磁耦合和感应耦合到可植入线圈114。应领会，替代的外部部件可以位于接受者的耳道中，佩戴在身体上等。

图1A至图1D图示了其中耳蜗植入物系统102包括外部部件的布置。然而，应领会，本发明的实施方案可以在具有替代布置的耳蜗植入物系统中实现。例如，本文呈现的实施方案可以由完全可植入耳蜗植入物或其他完全植入式医疗装置来实现。完全植入式医疗装置是其中装置的所有部件被配置成植入接受者的皮肤/组织下的装置。因为所有部件都是可植入的，所以完全植入式医疗装置至少在有限的时间段内操作，而不需要外部装置/部件。然而，外部部件可以用于例如对完全植入式医疗装置的内部电源(电池)充电。

回到图1A至图1D的具体示例，图1D图示了OTE声音处理单元106包括被配置成接收输入信号(例如声音或数据信号)的一或多个输入装置113。一个或多个输入装置113包括一个或多个声音输入装置118(例如麦克风、音频输入端口、拾音线圈、等)、一个或多个辅助输入装置119(例如音频端口，诸如直接音频输入(DAI)、数据端口，诸如通用串行总线(USB)端口、电缆端口、等)，以及无线发射器/接收器(收发器)120。然而，应领会，一个或多个输入装置113可以包括附加类型的输入装置和/或更少的输入装置(例如可以省略无线短程无线电收发器120和/或一个或多个辅助输入装置119)。

OTE声音处理单元106还包括外部线圈108、充电线圈121、紧密耦合的发射器/接收器(RF收发器)122(有时称为射频(RF)收发器122)、至少一个可充电电池123和处理模块124。处理模块124包括一个或多个处理器125和包括声音处理逻辑128的存储器装置(存储器)126。存储器装置126可以包括以下中的任一者或多者：非易失性存储器(NVM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质装置、光存储介质装置、闪存装置、电、光或其他物理/有形存储器存储装置。一个或多个处理器125例如是执行存储在存储器装置126中的声音处理逻辑128的指令的微处理器或微控制器。

可植入部件112包括全部被构造成植入接受者的皮肤/组织(组织)115之下的植入主体(主模块)134、引线区136和耳蜗内刺激组件116。植入物主体134一般包括气密密封外壳138，在该气密密封外壳中设置有RF接口电路系统140和刺激器单元142。植入物主体134还包括内部/可植入线圈114，该内部/可植入线圈一般在外壳138外部，但经由气密馈通(图1D中未示出)连接到收发器140。

如所指出，刺激组件116被构造成至少部分地植入接受者耳蜗中。刺激组件116包括多个纵向隔开的耳蜗内电刺激触点(电极)144，该耳蜗内电刺激触点共同形成用于将电刺激(电流)递送到接受者耳蜗的触点或电极阵列146。

刺激组件116延伸穿过接受者耳蜗中的开口(例如耳蜗开窗、圆窗等)，并且具有经由导线区域136和气密馈通(图1D中未示出)连接到刺激器单元142的近侧端部。引线区136包括将电极144电耦合到刺激器单元142的多个导体(导线)。可植入部件112还包括耳蜗外部的电极，有时称为耳蜗外电极(ECE)139。

如所指出，耳蜗植入物系统102包括外部线圈108和可植入线圈114。外部磁体152相对于外部线圈108固定，而可植入磁体152相对于可植入线圈114固定。相对于外部线圈108和可植入线圈114固定的磁体有助于外部线圈108与可植入线圈114的操作对准。线圈的此操作对准使得外部部件104能够经由在外部线圈108与可植入线圈114之间形成的紧密耦合的无线RF链路131向可植入部件112发射数据以及功率。在某些示例中，紧密耦合的无线链路131是射频(RF)链路。然而，可使用各种其他类型的能量传送(诸如红外(IR)、电磁、电容和感应传送)以将功率和/或数据从外部部件传送到可植入部件，并且由此，图1D仅示出了一种示例布置。

如上文所指出，声音处理单元106包括处理模块124。处理模块124被配置成将所接收到的输入信号(在输入装置113中的一个或多个处接收到的)转换成用于刺激接受者的第一耳朵的输出信号(即处理模块124被配置成对在声音处理单元106处接收到的输入信号执行声音处理)。换句话说，一个或多个处理器125被配置成执行存储器126中的声音处理逻辑128，以将所接收到的输入信号转换成表示递送给接受者的电刺激的输出信号145。

如所指出，图1D图示了其中声音处理单元106中的处理模块124生成输出信号的实施方案。在替代实施方案中，声音处理单元106可以向可植入部件112发送较少处理后的信息(例如音频数据)，并且声音处理操作(例如声音到输出信号145的转换)可以由可植入部件112内的处理器执行。也就是说，可植入部件112，而不是声音处理单元106，可以包括类似于图1D的处理模块124的处理模块。

回到图1D的具体示例，输出信号145被提供给RF收发器122，该RF收发器经由外部线圈108和可植入线圈114将输出信号经皮传输(例如以编码方式)到可植入部件112。也就是说，在RF接口电路140处经由可植入线圈114接收输出信号并将其提供给刺激器单元142。刺激器单元142被配置成利用输出信号来生成电刺激信号(例如电流信号)，用于经由“刺激通道”递送到接受者的耳蜗，其中每个刺激通道包括一个或多个电极144。以此方式，耳蜗植入物系统102电刺激接受者听觉神经细胞，以促使接受者感知到所接收到的声音信号的一个或多个分量的方式，绕过通常将声学振动转换成神经活动的缺失或有缺陷的毛细胞。

如上文所指出，形成在外部线圈108与可植入线圈114之间的紧密耦合的无线RF链路131可用于将功率和/或数据从外部组件104传送到耳蜗植入物112。在某些示例中，使用调制技术来发射功率和数据，在调制技术中将数据调制到功率信号上。在图1A和图1B的示例中，外部线圈108和RF收发器122的至少一部分形成外部谐振电路(例如，外部谐振回路电路)154。类似地，可植入线圈122和内部RF接口电路系统140的至少一部分形成可植入谐振电路(例如，内部谐振回路电路)156。外部谐振回路电路154和内部谐振回路电路156共同形成谐振系统，谐振系统用作双向紧密耦合的无线RF链路131。

一般来说，紧密耦合的无线RF链路131以预定的操作/中心频率(例如，大约5MHzRF链路)操作，以在感应耦合的外部RF线圈108与可植入RF线圈114之间传送功率和可能的数据。然而，在常规布置中，由外部线圈108发射的信号不仅处于操作频率，而且还替代地包括谐波发射(例如，以链路操作频率的倍数的发射)。谐波发射至少部分是由于使用由单个驱动器生成的单相脉冲来驱动发射线圈。谐波发射可能干扰或阻截附近可植入无线电接收器系统中的期望信号。例如，在某些实施方案中，耳蜗植入物系统102还包括对这种干扰敏感的磁感应(MI)无线电接收器(120)(例如，MI信号弱并且在接收器上不提供陡峭的输入滤波(选择性))。

图2A是图示根据某些常规布置的用于驱动发射线圈的示例单相脉冲258的时间信号图。在此示例中，单相脉冲258具有百分之四十五(45)(％)的占空比(例如，对于指示为100％总时间的45％，脉冲为高或“1”)。换句话说，图2A是单个放大器输出的时域表示。

图2B是图示与经由在5MHz操作的单个放大器用图2A的单相脉冲258(例如，具有45％占空比(90ns高)的脉冲)驱动的发射线圈的发射/由该发射线圈的发射相关联的频谱的频谱图。如图2B中所示，在大约5MHz处存在峰值，其对应于链路的操作频率。然而，也如图2B中所示，频谱包括在例如10MHz，15MHz，10MHz，25MHz，20MHz等处的谐波发射。在常规布置中，用于数据传送的附近无线电接收器系统需要远离功率发射链路的谐波设定(例如，当RF链路以大约5MHz发射功率时，将MI无线电接收器系统设定为在7.5MHz，12.5MHz，17.5MHz，22.5MHz，27.5MHz等处或附近操作)。然而，MI无线电接收器的有限选择性和线性仍然可能受到附近谐波分量的影响，附近谐波分量可能导致无线电接收器链的饱和。

因此，本文呈现了用来减少，最小化或基本上消除与感应功率传送链路的操作相关联的一个或多个选定/预定谐波发射的技术。即，与感应功率传送链路的操作相关联的一个或多个选定谐波发射相对于基频降低到阈值水平以下。例如，在某些实施方案中，一个或多个选定谐波发射比基频(操作频率)处的峰值低至少30dB。在另外的实施方案中，一个或多个选定谐波发射比基频(操作频率)处的峰值低至少40dB。在另外的实施方案中，一个或多个选定谐波发射比基频(操作频率)处的峰值低至少50dB。在另外的实施方案中，一个或多个选定谐波发射比基频(操作频率)处的峰值低至少60dB。

一般而言，本文中呈现的技术以导致生成“量化”波形状信号(波形)并将其递送到功率发射(初级)线圈的方式用预定义输入脉冲的任何组合来驱动多个放大器。量化波形是具有近似双相或正弦形状中的至少一者的多个离散电平的信号，当将其递送到线圈时，产生无线频谱，在该无线频谱中与感应功率传送链路的操作相关联的一个或多个选定谐波发射被基本上消除。选择预定义的输入脉冲以基本上消除一个或多个选定/预定的谐波发射。可以优选地选择每个预定义输入脉冲的脉冲宽度，使得通过傅立叶分析不存在预定的谐波发射。可以优选地选择每个预定义输入脉冲和序列的脉冲宽度，使得所有脉冲的总和近似双相或正弦形状中的至少一者。

图3是根据本文呈现的实施方案的示例无线功率发射器单元360的示意图。如本文别处所描述，无线功率发射器单元360可集成到许多不同电子装置中。例如，无线功率发射器单元360可被实现为耳蜗植入物系统102的外部部件104的一部分，如上文参考图1A至图1D所描述。

无线功率发射器单元360包括多个放大器362，多个电容器364和功率发射(初级)线圈366(L1)。在图3的示例中，多个放大器362包括分成两组/两个阵列(称为放大器阵列369(1)和369(2))的八(8)个放大器。放大器阵列369(1)和369(2)中的每一者包括四(4)个半H桥(例如，D类放大器)。八个放大器单独地称为放大器362(1)-362(8)。放大器362(1)-362(8)由具有8个单独输出的脉冲发生器365驱动，并连接到它们相应的输入1A-1D(例如放大器362(1)-362(4))和输入2A-2D(例如放大器362(5)-362(8))。脉冲发生器365的每个输出可以每周期生成一个正的预定义脉冲。

脉冲发生器365和多个放大器362共同形成量化波形发生器371。即，放大器362(1)-362(8)由脉冲发生器365以选定/预定脉冲序列独立地切换/驱动，以生成预定放大器输出脉冲序列。由放大器362(1)-362(8)生成的放大器输出脉冲序列被组合，使得输出脉冲序列共同形成具有预定相关联谐波发射频谱的量化波形(例如，近似双相形或近似正弦形输出信号)368。如本文所使用的，“预定相关联的选定谐波发射频谱”意味着当被递送到功率发射线圈366时，量化的波形使得功率发射线圈366以预定的操作频率发射/发射功率信号，同时基本上消除一个或多个预定的/选定的谐波或其他杂散发射。换句话说，在放大器362(1)-862(8)的输入处施加选定的脉冲序列生成所得输出波形368，当施加到线圈866时，该输出波形368使某些谐波和/或其他杂散发射从所发射的信号中消除，这对于与其他无线电链路共存是有利的。

在图3的示例中，8个放大器362(1)-362(8)与8个调谐电容器364(单独地称为调谐电容器364(1)-364(8))组合。调谐电容器364(1)-364(8)被组织成两组/两个阵列，称为电容器阵列367(1)和367(2)。电容器阵列367(1)和367(2)中的每一个包括四个(4)电容器，并且这些电容器串联谐振地连接到功率发射线圈366。在操作中，由于电容器阵列367(1)和367(2)可以在四个电容值上散布开，所以可以优化放大器362(1)-362(8)以减少切换和减少传导损耗。在某些实施方案中，调谐电容器364(1)-364(8)中的每一个的电容相等。在其他实施方案中，调谐电容器364(1)-364(8)中的每一个的电容被二进制缩放(binaryscaled)。在某些实施方案中，即使当施加不同的输入脉冲并且这些电流的总和流过线圈366时，电流的振幅在调谐电容器364(1)-364(8)上相等地散布。

如上文所指出，在放大器362(1)-362(8)的输入上施加特定的脉冲序列，以生成具有预定相关联谐波发射频谱的量化波形(例如，双相或近似正弦波形状的输出信号)368，这意味着从由线圈366响应于量化波形368而生成的所得发射中缺少一个或多个选定的谐波发射。图4A至图4N图示了可以施加到输入1a-1d(例如，放大器362(1)-362(4))和输入2a-2d(例如，放大器562(5)-362(8))以生成具有预定相关联谐波发射频谱的不同量化波形的脉冲序列的不同示例组合。在某些实现方式中，图4A至图4N图示了可以被递送到图3的放大器362(1)-362(8)的输入1a-1a和2a-2d以消除5MHz RF链路的3次和5次谐波的特定脉冲序列的示例。

图5A至图5N图示了当应用于图3的放大器362(1)-362(8)的输入时由图4A至图4N的脉冲序列的不同组合产生的示例量化波形。在图5A至图5N的某些示例中，量化波形是双相波形或“近似正弦”波形。如本文所使用的，“近似正弦”波形状意味着量化波形遵循一般的正弦形状，但是其中包括离散的阶跃。近似正弦波形状的目的不是在没有谐波的情况下产生完美的正弦输出信号，因为这种形状将需要无限数量的放大器，从而产生巨大的切换功率损耗，同时需要大量的电容器和其他电路部件。相反，近似正弦波形状足以减少或基本上消除操作频率的一个或多个谐波，这将足以确保与附近的无线电接收器的兼容性。

图6A至图6L是图示根据本文呈现的某些实施方案的可递送到图3的多个D类放大器的输入的其他示例特定脉冲序列的时间信号图。

图6A至图6L图示了可施加到输入1a-1d(例如，放大器362(1)-362(4))和输入2a-2d(例如，放大器562(5)-362(8))以生成具有预定相关联谐波发射频谱的不同量化波形的脉冲序列的其他示例特定组合。在某些实现方式中，图6A至图6L图示了特定脉冲序列(一些在时间上偏移)的示例，其中4次和5次谐波可能未被完全消除，但是量化波形更加正弦。图7A至图7L图示了当应用于图3的放大器362(1)-362(8)的输入时由图6A至图6L的脉冲序列的不同组合产生的示例量化波形。

图8A是图示当功率发射线圈366用如图3的多个放大器362(1)-362(8)在5MHz利用图5B的预定义脉冲生成的量化波形驱动时与功率发射线圈366的发射/由功率发射线圈366的发射相关联的频谱的频谱图。如图8A中所示，在大约5MHz处存在峰值，5MHz对应于RF链路的操作频率。然而，也如图8A中所示，频谱包括一个或多个谐波减少的频谱区域870(A)，其中5次谐波和偶次谐波已被基本上消除。

图8B是图示当利用图3的多个放大器362(1)-362(8)在5MHz用图5C的预定义脉冲产生的另一量化波形驱动时与功率发射线圈366的发射/由该功率发射线圈产生的发射相关联的频谱的频谱图。如图8B中所示，在大约5MHz处存在峰值，5MHz对应于RF链路的操作频率。然而，也如图8B中所示，频谱包括一个或多个谐波减少的频谱区域870(B)，其中5次谐波和偶次谐波已被基本上消除。

图8C是图示了如由图3的多个放大器362(1)-362(8)在5MHz处利用图6L的预定义脉冲生成的另一量化波形驱动时与功率发射线圈366的发射/由功率发射线圈366的发射相关联的频谱的频谱图。如图8C中所示，在大约5MHz处存在峰值，5MHz对应于RF链路的操作频率。然而，也如图8C中所示，频谱包括一个或多个谐波减少的频谱区域870(C)，其中5次谐波和偶次谐波已被基本上消除。

如上文所指出，根据本文中呈现的实施方案的量化波形具有近似正弦波形状，其具有不同数量的离散电平。在一个示例中，量化波形具有五(5)个离散阶跃/电平，其可使用图3的放大器362(1)-362(8)处的输入的不同组合来生成。如图9A中所示，5阶跃量化波形是对称波形，并且可以包括阴极相，随后是阳极相，在图9A中标记为量化波形(A)，或者该波形可以包括阳极相，随后是阴极相，在图9A中标记为量化波形(B)。同样如图9A中所示，5阶跃量化波形(A)和(B)可以通过两个3阶跃对称脉冲序列的加法或减法来构造。如图所示，标记为对称脉冲序列(A1)和(A2)的两个3阶跃对称脉冲序列可用于构造量化波形(A)，而标记为对称脉冲序列(B1)和(B2)的两个3阶跃对称脉冲序列可用于构造量化波形(B)。

此外，如图9B中所示，图9A的3阶跃对称脉冲序列(即，(A1)、(A2)、(B1)和(B2))可以通过经由多个放大器(例如，图3的放大器362(1)-362(8))生成的两个2阶跃对称脉冲序列的加法或减法来构造。在图9B中，用于构造图7A的3阶跃对称脉冲序列(即，(A1)、(A2)、(B1)和(B2))的2阶跃对称脉冲序列被标记为脉冲序列(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)。图9B图示了可用于构造图9A的3阶跃对称脉冲序列中每一个的2阶跃对称脉冲序列(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)的各种组合。

图9C是总结图9A和图9B的表格，其中在图3的示例布置中应用序列中每一个以生成不同的量化波形。更具体地，图9C的表格包括指示桥362(1)-362(8)的第一列和标识在列1中标识的桥处施加的给定2阶跃脉冲序列(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)和(h)的第二列。图9C的表格包括标识由所施加的2阶跃脉冲的组合构造的3阶跃对称脉冲序列的第三列。图9C中所示的3阶跃对称脉冲序列产生各种量化波形，如上文所讨论，并如在图9C的第四列中所标识。

上文已大体上参考其中无线功率发射器包括布置成两组或两个阵列的八(8)个放大器布置的实施方案描述了实施方案，其中八(8)个电容器与功率发射线圈成串联谐振。应领会，此具体布置仅是说明性的，并且本文呈现的技术可用不同数量的放大器，不同组的放大器，不同数量的电容器等来实施。

例如，图10是根据本文呈现的实施方案的包括两组放大器的示例无线功率发射器单元860的示意图。。在此示例中，无线功率发射器单元860包括四(4)个放大器862(1)-862(4)，四个电容器864(1)-864(4)和功率发射(初级)线圈866(L1)。在图10的示例中，放大器862(1)-862(4)被分成两组/两个阵列，称为放大器阵列869(1)和869(2)，每组/阵列包括两(2)个半H桥(例如，D类放大器)。放大器862(1)-862(4)由脉冲发生器865经由相应的输入1a-1b(例如放大器862(1)和862(2))和输入2a-2a(例如放大器862(3)和862(4))驱动。脉冲发生器865的每个输出可以每周期生成一个正的预定义脉冲。

脉冲发生器865和862(1)-862(4)共同形成量化波形发生器871。即，放大器862(1)-862(4)由脉冲发生器865用选定的/预定的脉冲序列独立地切换/驱动，以生成预定的放大器输出脉冲序列。由放大器862(1)-862(4)生成的放大器输出脉冲序列被组合，使得输出脉冲序列共同形成具有预定相关联谐波发射频谱的量化波形(例如，双相或近似正弦形状的输出信号)868。也就是说，当量化波形868被递送到功率发射线圈866时，其使得功率发射线圈866以预定操作频率发射/发射功率信号，同时消除一个或多个预定/选定谐波或其他杂散发射。换句话说，在放大器862(1)－862(4)的输入处选定的脉冲序列的施加生成所得输出波形，所得输出波形当施加到线圈866时，使某些谐波和/或其他杂散发射从所发射的信号缺失，这对于与其他无线电链路共存是有利的。

在图10的示例中，四个放大器862(1)-862(4)与四个调谐电容器864(1)-864(4)组合。调谐电容器864(1)-864(4)被组织成两组/两个阵列，称为电容器阵列867(1)和867(2)，每组/阵列包括两个(2)电容器。调谐电容器864(1)-864(4)串联谐振地连接到功率发射线圈866。

如上文所指出，在放大器862(1)-862(4)的输入上施加特定的脉冲序列，以生成具有预定相关联谐波发射频谱的量化波形(例如，双相或近似正弦波形状的输出信号)868，这意味着从由线圈866响应于量化波形868而生成的所得发射中缺少一个或多个选定的谐波发射。图11A、图11B、图11C、图11D和图11E图示可施加到输入1a-1b(例如，放大器862(1)和862(2))和输入2a-2b(例如，放大器862(3)和862(4))以生成具有预定相关联谐波发射频谱的不同量化波形的脉冲序列的不同示例组合。

图12是根据本文呈现的实施方案的包括单组放大器的示例无线功率发射器单元960的示意图。图13图示了了可以施加到输入1a-1d(例如，放大器962(1)至962(3))以生成具有预定相关联谐波发射频谱的不同量化波形的脉冲序列的示例组合。

上文主要参考D类放大器的使用描述了实施方案。然而，如本文别处所指出，应领会，本文呈现的技术可用不同放大器或桥(诸如，E类，F类，G类或H类放大器)实现。图14是图示根据本文呈现的某些实施方案的包括多个E类放大器的无线功率发射器单元1260的示意图。图15是图示根据本文呈现的某些实施方案的无线功率发射器单元1360的示意图，该无线功率发射器单元1360包括多个D类驱动器，每个D类驱动器被供应不同干线电压，形成H类放大器。

图16是图示根据本文中呈现的某些实施方案的生成量化波RF载波的多个D类放大器的示意图，该量化波RF载波借助于数据调制器块使用OOK(开关键控)调制方案来调制。本发明不限于量化波的OOK调制，而是可以包括其他调制方案，例如BPSK、FSK、QAM和QPSK。

图17是根据本文呈现的实施方案的方法1000的流程图。方法1000开始于1002，其中通过选择性地激活预定义脉冲序列来生成量化波形。在1004处，用量化波形驱动发射线圈，以预定操作频率发射无线功率信号。该方法允许通过调适图4和图6中所示的量化波的预定义脉冲序列来设定或控制到植入物的功率传送水平。在示例中，图4A中的脉冲序列导致最低的无线功率传送，而图4N中所示的脉冲序列导致最高的无线功率传送。

如本文别处所指出，图3、图10、图12和图14中所示的布置仅是说明性的，并且本文呈现的技术可用不同布置(例如，不同数量的放大器，不同组的放大器，不同数量的电容器等)来实施。同样如本文别处所指出，本文呈现的实施方案主要参考示例听觉假体系统，即耳蜗植入物系统来描述。然而，如上文所指出，应领会，本文呈现的技术可以通过各种其他类型的可植入医疗装置(或包括其他类型的可植入医疗装置的系统)来实现和/或可以用于将功率从多个不同的感应功率传送或充电装置(例如，感应传送初级)传送到多个感应功率接收装置(例如，感应传送次级)。

例如，本文呈现的技术可以由其他听觉假体(诸如声学助听器、中耳听觉假体、骨传导装置、直接声刺激器、电声假体、其他电模拟听觉假体(例如听觉脑刺激器)等)来实现。本文呈现的技术还可以通过耳鸣治疗装置、前庭装置(例如前庭植入物)、视觉装置(即仿生眼)、传感器、起搏器、药物递送系统、除颤器、功能性电刺激装置、导管、癫痫发作装置(例如用于监测和/或治疗癫痫事件的装置)、睡眠呼吸暂停装置、电穿孔装置等来实现。本文呈现的技术还可用于提供功率(无线充电)给例如：可佩戴或便携式电子装置，诸如智能手表，耳机，移动电话等；计算装置，诸如膝上型计算机，平板计算机，游戏控制台等；射频识别(RFID)标签，诸如电动工具，电动牙刷等的消费电子装置，器具等。

图18图示了利用其可以实现本文呈现的实施方案的示例前庭刺激器系统1102。如图所示，前庭刺激器系统1102包括可植入部件(前庭刺激器)1112和外部装置/部件1104(例如外部处理装置、电池充电器、遥控器等)。外部装置1104包括无线功率发射器单元1160，其可具有类似于例如上文所描述的无线功率发射器单元360或860的布置。这样，外部装置1104被配置成向前庭刺激器1112传送功率(以及可能的数据)。

前庭刺激器1112包括全都被配置成植入接受者的皮肤/组织(组织)1115之下的植入物主体(主模块)1134、引线区1136和刺激组件1116。植入物主体1134一般包括气密密封壳体1138，在该气密密封壳体中设置有RF接口电路、一个或多个可充电电池、一个或多个处理器和刺激器单元。植入物主体134还包括内部/可植入线圈1114，该内部/可植入线圈一般在壳体1138外部，但经由气密馈通(未示出)连接到收发器。

刺激组件1116包括设置在载体构件(例如柔性硅树脂主体)中的多个电极1144。在该具体示例中，刺激组件1116包括三(3)个刺激电极，称为刺激电极1144(1)、1144(2)和1144(3)。刺激电极1144(1)、1144(2)和1144(3)用作用于向接受者的前庭系统递送电刺激信号的电接口。

刺激组件1116被配置成使得外科医生可以经由例如接受者的卵圆窗将刺激组件植入接受者的耳石器官附近。应领会，具有三个刺激电极的该具体实施方案仅仅是说明性的，并且本文呈现的技术可以与具有不同数量的刺激电极的刺激组件、具有不同长度的刺激组件等一起使用。

应领会，本文呈现的实施方案并不相互排斥，并且各种实施方案可以多种不同方式中的任一种方式与另一实施方案组合。

本文中描述和要求保护的发明在范围上不受本文中公开的具体优选实施方案的限制，因为这些实施方案意图作为本发明的若干方面的例示而非限制。任何等效实施方案都意图在本发明的范围内。实际上，除了本文中示出和描述的那些修改以外，根据前述描述，本发明的各种修改对于本领域技术人员将变得显而易见。这类修改也意图落入所附权利要求的范围内。

Claims (48)

1.一种无线功率发射器单元，包括：

谐振回路电路；以及

量化波形发生器，所述量化波形发生器具有耦合到所述谐振回路电路的输出，

其中所述量化波形发生器被配置成生成预定量化波形，所述预定量化波形在被递送到所述谐振回路电路时引起具有选定谐波发射频谱的无线功率信号的发射，在所述选定谐波发射频谱中一个或多个预定谐波发射被基本上消除。

2.如权利要求1所述的无线功率发射器单元，其中所述量化波形发生器包括：

多个放大器；以及

脉冲发生器，所述脉冲发生器被配置成用多个脉冲序列独立地驱动所述多个放大器中的每个放大器，所述多个脉冲序列在所述多个放大器的输出处共同生成量化波形。

3.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器各自为D类放大器。

4.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器是E类，F类，G类或H类放大器中的至少一者。

5.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述脉冲发生器包括至少两个电压源。

6.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器包括布置在第一放大器阵列和第二放大器阵列中的八个放大器，其中所述第一放大器阵列和所述第二放大器阵列中的每一者包括四个放大器。

7.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器包括布置在第一放大器阵列和第二放大器阵列中的四个放大器，其中所述第一放大器阵列和所述第二放大器阵列中的每一者包括两个放大器。

8.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述谐振回路电路包括射频(RF)线圈和各自与所述RF线圈串联连接的多个分布式电容器。

9.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述量化波形是双相信号。

10.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述多个脉冲序列包括在时间上相对于彼此偏移的脉冲。

11.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述量化波形具有近似正弦形状。

12.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述无线功率信号中不存在至少3次谐波。

13.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其中所述无线功率信号中不存在至少5次谐波。

14.如权利要求1或2所述的无线功率发射器单元，其还包括：

数据调制器，所述数据调制器被配置成用数据调制所述无线功率信号。

15.一种无线功率发射器单元，包括：

发射线圈；

多个电容器，每个电容器与所述发射线圈串联连接以形成谐振回路电路；

多个放大器；以及

脉冲发生器，所述脉冲发生器被配置成利用多个脉冲序列独立地驱动所述多个放大器中的每个放大器，所述多个脉冲序列在所述发射线圈处生成量化波形，所述量化波形引起感应功率发射，所述感应功率发射中不存在一个或多个谐波发射。

16.如权利要求15所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器是D类放大器。

17.如权利要求15所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器是E类，F类，G类或H类放大器中的至少一者。

18.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中每个放大器通过所述多个电容器中的至少一个电容器耦合到所述发射线圈。

19.如权利要求18所述的无线功率发射器单元，其中所述电容器中的每个电容器的电容相等。

20.如权利要求18所述的无线功率发射器单元，其中每个电容器的所述电容经二进制缩放。

21.如权利要求18所述的无线功率发射器单元，其中所述多个放大器中的每个放大器通过所述多个电容器中的不同的一个电容器耦合到所述发射线圈。

22.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中所述多个电容器是电容器阵列组的一部分。

23.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中所述多个电容器的第一子集是连接到所述发射线圈的第一节点的第一电容器阵列组的一部分，并且所述多个电容器的第二子集是连接到所述发射线圈的第二节点的第二电容器阵列组的一部分。

24.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中所述多个电容器和所述发射线圈匹配到预定调谐频率。

25.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中所述量化波形是双相信号。

26.如权利要求25所述的无线功率发射器单元，其中所述量化波形是双相且对称的信号。

27.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中所述量化波形具有近似正弦形状。

28.如权利要求15，16或17所述的无线功率发射器，其中所述感应功率发射中不存在至少3次谐波。

29.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，其中所述感应功率发射中不存在至少5次谐波。

30.如权利要求15、16或17所述的无线功率发射器单元，还包括：

数据调制器，所述数据调制器被配置成用数据调制所述感应功率发射。

31.一种设备，所述设备包括：

多个信号源；

多个放大器，所述多个放大器被配置成由所述多个信号源选择性地驱动；

发射线圈；以及

至少一个电容器阵列，所述至少一个电容器阵列连接在所述多个放大器与所述发射线圈之间，

其中所述发射线圈发射波形状功率信号，所述波形状功率信号从所述多个放大器的至少两个输出的组合得到。

32.如权利要求31所述的设备，其中所述多个放大器是D类放大器。

33.如权利要求31或32所述的设备，其中所述多个放大器中的每个放大器通过所述至少一个电容器阵列中的所述电容器中的不同的一个电容器耦合到所述发射线圈。

34.如权利要求31或32所述的设备，其中所述至少一个电容器阵列包括连接到所述发射线圈的第一节点的第一电容器阵列组，以及连接到所述发射线圈的第二节点的第二电容器阵列组。

35.如权利要求31或32所述的设备，其中至少一个电容器阵列和所述发射线圈匹配到预定调谐频率。

36.如权利要求31或32所述的设备，其中所述多个电压源被配置成用多个脉冲序列独立地驱动所述多个放大器中的每个放大器，所述多个脉冲序列在所述多个放大器的输出处共同生成量化波形。

37.如权利要求36所述的设备，其中所述量化波形是双相信号。

38.如权利要求36所述的设备，其中所述量化波形具有近似正弦形状。

39.如权利要求31或32所述的设备，所述设备还包括：

数据调制器，所述数据调制器被配置成用数据调制所述波形状功率信号。

40.一种方法，包括：

选择性地激活预定义脉冲序列以生成量化波形；以及

用所述量化波形驱动发射线圈以预定操作频率发射无线功率信号。

41.如权利要求40所述的方法，其中所述量化波形发生器包括脉冲发生器和一组放大器，所述一组放大器在串联谐振回路电路的分布式谐振电容器部分上分组，并且其中选择性地激活所述量化波形发生器包括：

以预定义序列选择性地驱动所述一组放大器中的多个放大器，以便生成包括所述量化波形的阶跃函数输出。

42.如权利要求41所述的方法，其中用于驱动所述放大器的所述预定义序列使得当所述量化波形用于驱动所述发射线圈时，所述预定操作频率的一个或多个谐波分量被基本上消除。

43.如权利要求40、41或42所述的方法，其中选择性地激活量化波形发生器以生成量化波形包括：

用第一脉冲序列驱动连接到所述发射线圈的至少第一放大器，以在发射线圈的第一节点处产生第一输出波形；以及

用一个或多个其他脉冲序列驱动连接到所述发射线圈的至少一个或多个其他放大器，以在所述发射线圈的所述第一节点处产生一个或多个其他输出波形，

其中所述第一输出波形和所述一个或多个其他输出波形在所述发射线圈的所述第一节点处被相加，以在所述发射线圈的所述第一节点处产生具有多个离散电平的所述量化波形。

44.如权利要求43所述的方法，其中所述第一输出波形和所述一个或多个其他输出波形具有预定占空比，使得当在所述发射线圈的所述第一节点处相加时，所述预定操作频率的一个或多个谐波发射被消除。

45.如权利要求40，41或42所述的方法，其中选择性地激活量化波形发生器以生成所述量化波形包括：

分别用第一脉冲序列和一个或多个其他脉冲序列选择性地驱动至少第一放大器和至少一个或多个其他放大器，所述第一脉冲序列和所述一个或多个其他脉冲序列各自具有预定占空，在所述发射线圈处共同产生多个输出电平。

46.如权利要求40、41、或42所述的方法，还包括：

用数据调制所述无线功率信号。

47.一种无线功率发射器，包括：

发射线圈；以及

一组放大器，所述一组放大器经由电容器阵列连接到所述发射线圈，所述电容器阵列与所述发射线圈串联以形成谐振回路电路，

其中以预定义序列驱动所述放大器，从而产生近似于双相波形状或正弦波形状中的至少一者的阶跃函数。

48.一种无线功率发射器单元，包括：

谐振回路电路，所述谐振回路电路包括射频(RF)线圈以及各自与所述RF线圈串联连接的多个分布式电容器；

量化波形发生器，所述量化波形发生器具有耦合到所述谐振回路电路的输出，其中所述量化波形发生器包括多个放大器，并且脉冲发生器包括至少两个电压源，所述至少两个电压源被配置成用多个脉冲序列独立地驱动所述多个放大器中的每个放大器，所述多个脉冲序列在所述多个放大器的所述输出处共同生成量化波形，

其中所述量化波形发生器被配置成生成预定量化波形，所述预定量化波形在被递送到所述谐振回路电路时引起具有选定谐波发射频谱的无线功率信号的发射，在所述选定谐波发射频谱中一个或多个预定谐波发射被基本上消除；以及

数据调制器，所述数据调制器被配置成用数据调制所述无线功率信号。