DE69417609T2

DE69417609T2 - Räumlich getrennte Kontrollvorrichtung für einen implantierbaren Stimulator für das Gewebewachstum

Info

Publication number: DE69417609T2
Application number: DE69417609T
Authority: DE
Inventors: A. Mark Bettin; C. William Brosche; John H. Erickson; A. Arthur Pilla; John C. Tepper; Ike C. Thacker; Gregg Turi; Anthony J. Varichio
Original assignee: Neomedics Inc
Current assignee: Amei Technologies Inc
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1994-01-24
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2014-01-25
Also published as: CA2113745A1; CA2113745C; EP0611583B1; JPH06246007A; US5766231A; DE69417609D1; EP0611583A1; US5565005A

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich generell auf medizinische Geräte und spezieller auf einen implantierbaren Gewebewachstums-Stimulator.

Hintergrund der Erfindung

Bekannte Gewebe-Wachstums-Stimulatoren gehören generell in zwei allgemeine Kategorien. Die erste Kategorie besteht aus implantierbaren Gleichstrom- ("GS"-) Geräten. Der Generator solcher Stimulatoren wird in den Körper in der Nähe der Stelle einer Gewebebeschädigung, eines Knochenbruchs oder einer Fusion implantiert. Eine Katode kommt typischerweise aus dem Gehäuse des GS-Stimulators heraus, die direkt zu der Stelle der Verletzung führt. Das Stimulatorgehäuse wirkt als Anode. Die Elektronik innerhalb des Stimulators bewirkt, daß ein Gleichstrom zwischen Katode und Anode und dadurch generell durch den Ort des Gewebes, der Knochenfraktur oder der Fusion generell fließt. Eine zweite Klasse von Gewebe-Wachstumsstimulatoren sind externe oder nicht-invasive Stimulatoren. Diese Stimulatoren sind angrenzend an die Stelle eines Gewebeortes, eines Knochenbruchs oder einer Fusion außerhalb des Körpers angeordnet. Typischerweise erzeugen diese Geräte entweder ein gepulstes elektromagnetisches Feld ("PEMF") oder ein sinusförmiges elektrisches Feld von 60 kHz, um ein Heilen an dem Ort der Schädigung zu fördern. Diese Untergruppen nicht-invasiver Stimulatoren werden als PEMF-Stimulatoren und solche mit kapazitiver Koppelung bezeichnet.
Es gibt zahlreiche Nachteile, die mit bekannten implantierbaren Gleichstrom-Gewebewachstums-Stimulatoren verbunden sind. Im allgemeinen erfordert die GS-Charakteristik dieser Stimulatoren, daß die Leitungen direkt zur Stelle der Schädigung geführt werden. Es wird angenommen, daß die chemische Veränderung an der Katodenoberfläche das Gewebewachstum induziert. Zusätzlich ist die Katode (oder sind die Katoden) in dem Gewebe, dem Bruch oder der Knochentransplantationsmasse eingebettet. Es kann während des Explantierens des Stimulators erforderlich sein, daß die implantierte Elektrode in dem Körper gelassen wird. Dies kann notwendig sein, nachdem das Gewebe heilt und die Katode, die ursprünglich in der Gewebemasse implantiert worden ist, diese umkapselt hat. Wenn die Katode beschädigt oder in anderer Weise funktionsunfähig wird, ist ein sehr großer chirurgischer Aufwand erforderlich, um sie am Ort des Gewebes auszuwechseln. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit chirurgischer Komplikationen, wie beispielsweise einer Infektion. Desgleichen verschlechtert der GS-Stimulator und seine Katode die Ergebnisse von Abbildungen infolge ihrer Nähe zu relevanten Körperelementen. Abbildungstechniken, wie beispielsweise eine Magnetresonanz-Abbildung, eine Computertomografie und eine Röntgenstrahlen-Fotografie werden beeinflußt.
Externe Gewebewachstums-Stimulatoren haben ebenfalls damit verbundene Nachteile. Wegen ihrer Unterbringung außerhalb des menschlichen Körpers sind diese Stimulatoren durch ambulante oder halbambulante Patienten verletzbar. Ihre Verschiebung kann, ob beabsichtigt oder unbeabsichtigt, eine Beschädigung an der Einheit bewirken. Diese Geräte sind auch mühselig und erfordern gewöhnlich, daß die Patienten sie betätigen. Dies schafft ein Problem der Zustimmung des Patienten und letzten Endes der Effektivität des Stimulators. Weiterhin erfordern kapazitiv gekoppelte Stimulatoren ein leitfähiges Gel zwischen der Haut des Patienten und jeder Elektrode. Dieses Gel muß oft ersetzt werden, und es ist bekannt, daß es eine Hautreizung erzeugt.
Die meisten bekannten Stimulatoren werden einfach durch den Hersteller eingeschaltet und ausgeschaltet, wenn die Stimulator-Batterie leer ist oder wenn die Energiezuführung in anderer Weise abgeschaltet wird. Das US-Patent Nr. 4,414,979 für Hirshorn mit dem Titel "Überwachbarer Knochenwachstums-Stimulator", erteilt am 15. November 1983, offenbart einen implantierbaren GS-Knochenwachstums-Stimulator, welcher Impulse elektromagnetischer Energie mit einer Frequenz proportional zu dem Strom aussendet, der an den Ort der Schädigung abgegeben wird. Dies gestattet einen gewissen Grad der Überwachbarkeit der am Ort des Gewebes abgegebenen Energie. Jedoch sind noch weitere Parameter von Gewebewachstums-Stimulatoren ebenfalls von Interesse. Es kann für den behandelnden Arzt wichtig sein, die Funktionsweise des Stimulators, die zu erwartende Lebensdauer der dazugehörigen Stimulatorbatterie und den Zustand der Leitungen zu kennen. Umgekehrt ist es auch wünschenswert, daß man in der Lage ist, bestimmte Funktionsformen eines Gewebewachstums-Stimulators zu programmieren. Eine solche Möglichkeit ist bei implantierbaren Gewebewachstums-Stimulatoren besonders wichtig, da man ja anderenfalls nicht zu ihnen zugreifen kann. Eine solche Überwachbarkeit und Programmierbarkeit steht bis jetzt bei bisherigen implantierbaren Stimulatoren noch nicht zur Verfügung.
Deshalb ist ein Bedarf bezüglich einer Fernbetätigungseinheit für die Steuerung und Überwachung eines Gewebewachstums-Stimulators entstanden, der implantierbar ist, der leicht ausgewechselt und vollkommen nach Gebrauch entfernt werden kann, welcher sowohl überwachbar, als auch programmierbar während des Betriebes ist und welcher keine Beteiligung des Patienten erfordert und welcher Bilddarstellungsresultate nicht stört.
US-A-4,602,638 offenbart eine invasive elektrische Stimulationseinrichtung für das Stimulieren von Knochenbrüchen. Die Einrichtung hat eine Energiequelle, eine implantierbare Katode, eine implantierbare Anode und Netzanschlußteil, welche miteinander durch verschiedene Leitungen verbunden sind. Ein ferngesteuerter frequenzmodulierter Stromregeler ist elektrisch mit der Energiequelle verbunden.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine räumlich getrennte Einrichtung zur Steuerung und Überwachung eines implantierbaren Gewebewachstums-Stimulators wie in Anspruch 1 beansprucht.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird für eine Programmier/Überwachungseinrichtung für das Programmieren und die Überwachung eines implantierbaren Gewebewachstums-Stimulators gesorgt, welcher vorzugsweise als Handgerät ausgeführt ist. Der Stimulator hat Schaltungen für das Implementieren ausgewählter Operationen als Reaktion auf ein Down-Link-Signal, das von der Programmier/Überwachungseinrichtung übertragen wird. Der Stimulator hat auch Schaltungen für die Übertragung von Up-Link-Signalen, die repräsentativ für den Status des Stimulators sind, zu der Programmier/Überwachungseinrichtung. Die mit der Hand gehaltene Programmier/Überwachungseinrichtung hat eine Steuerungsschaltung für das Erzeugen des Down-Link-Signals, um den implantierbaren Gewebewachstums-Stimulator so zu programmieren, daß er ausgewählte Operationen durchführt. Die Steuerungsschaltung verarbeitet auch das Up-Link-Signal, um den Status des implantierbaren Gewebewachstums-Stimulator zu überwachen. Die Programmier/Überwachungseinrichtung hat auch eine Sende/Empfangs-Schaltung für die Übertragung des Down-Linksignals zu dem implantierbaren Gewebewachstums-Stimulator und für das Empfangen des Up-LinkSignals von diesem implantierbaren Gewebewachstums-Stimulator. Die Sende/Empfangs-Schaltung koppelt auch das Up-Linksignal mit der Steuerungsschaltung.
Ein erster technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie bequem mit einer Hand über einen langen Zeitraum gehalten und bedient werden kann.
Ein zweiter technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie einen implantierten Stimulator ohne physische Verbindung damit programmieren und überwachen kann.
Ein dritter technischer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß sie autonom ist, d. h. daß man sie nicht mit irgendwelchen externen Geräten zwecks ordnungsgemäßer Funktion koppeln muß.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum Zweck eines vollständigeren Verstehens der vorliegenden Erfindung und der Vorteile derselben wird jetzt auf die folgenden Beschreibungen Bezug genommen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erfolgen, bei welchen:
Fig. 1 und 2 isometrische Veranschaulichungen des offenbarten Gewebewachstums-Stimulators sind, der für die Erzeugung eines Wechselstrom-Ausgangsignals konfiguriert ist;
Fig. 3 eine isometrische Veranschaulichung des offenbarten Gewebewachstums-Stimulators ist, der für die Erzeugung eines Gleichstrom-Ausgangssignals konfiguriert ist;
Fig. 4 eine grafische Darstellung des Ausgangs aus dem Gewebewachstums-Stimulators ist, der in Fig. 1 und 2 abgebildet ist;
Fig. 5 eine grafische Darstellung des Ausgangs aus dem Gewebewachstums-Stimulators ist, der in Fig. 3 abgebildet ist;
Fig. 6 eine vereinfachte Schnittansicht des menschlichen Körpers ist, die eine Ausführungsform einer Implantierkonfiguration für den in Fig. 1 und 2 abgebildeten Gewebewachstums-Stimulators ist;
Fig. 7 eine vereinfachte Schnittansicht des menschlichen Körpers ist, die eine Ausführungsform einer Implantierkonfiguration für den in Fig. 3 abgebildeten Gewebewachstums-Stimulators ist;
Fig. 8a und 8b die linke und die rechte Hälfte eines Blockschaltbildes für die Anwendung einer speziellen integrierten Schaltung ist, die bei dem in Fig. 1 bis 3 abgebildeten Gewebewachstums-Stimulator verwendet wird;
Fig. 9a eine grafische Darstellung des Kommunikationsprotokolls ist, das von der in Fig. 8a und 8b abgebildeten Schaltung verwendet wird;
Fig. 9b und 9c Tabellen abbilden, die eine Erklärung des Down- Link-Datenworts bzw. des Up-Link-Signals der in Fig. 8a und 8b abgebildeten Schaltung enthalten;
Fig. 10 ein Blockschaltbild der in Fig. 8a abgebildeten Kristall-Oszillator-Schaltung veranschaulicht;
Fig. 11 ein Blockschaltbild der in Fig. 8a abgebildeten Einschalt-Rückstell-Schaltung veranschaulicht;
Fig. 12 schematisch die in Fig. 8b abgebildete Hauptzeitbasis- Schaltung veranschaulicht;
Fig. 13 ein Blockschaltbild der in Fig. 8b abgebildeten Ausgangstreiber-Schaltung veranschaulicht;
Fig. 14 schematisch die in Fig. 8a abgebildete Sendeschaltung veranschaulicht;
Fig. 15a und 15b schematisch die in Fig. 8a abgebildete PPM- Dekoder-Schaltung veranschaulichen;
Fig. 16 ein Blockschaltbild der in Fig. 8a abgebildeten Kommunikationsmodem-Schaltung veranschaulicht;
Fig. 17 schematisch die in Fig. 8b abgebildete Leitungsstatus- Schaltung veranschaulicht:
Fig. 18 schematisch die in Fig. 8a abgebildete Empfängerschaltung veranschaulicht;
Fig. 19 schematisch die in Fig. 8b abgebildete Batteriestatus- Schaltung veranschaulicht;
Fig. 20 ein Blockschaltbild der in Fig. 8b abgebildeten Spannungs-Bezugswert/Reglerschaltung veranschaulicht;
Fig. 21 schematisch die in Fig. 8a und 8b, konfiguriert für den WS-Betrieb, veranschaulicht; und
Fig. 22 schematisch die in Fig. 8a und 8b abgebildete Schaltung, konfiguriert für den GS-Betrieb, veranschaulicht.
Fig. 23 ist eine Programmier/Überwachungseinheit als Handgerät;
Fig. 24 ist ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltungsanordnungen, die innerhalb der Programmier/Überwachungseinheit von Fig. 23 untergebracht sind;
Fig. 25 ist ein Blockschaltbild der Stromversorgungseinheit von Fig. 24;
Fig. 26 ist ein Blockschaltbild der Steuerungsschaltung von Fig. 24;
Fig. 27 ist ein Blockschaltbild des Registerblocks von Fig. 26;
Fig. 28 ist eine detaillierte Ansicht des Registers FLAG-REG von Fig. 27;
Fig. 29a bis d sind detaillierte Schemata einer Ausführungsform der Stromversorgungsschaltung von Fig. 25 und der Steuerungsschaltung von Fig. 26;
Fig. 30 ist ein Blockschaltbild der Sende/Empfangs-Schaltung von Fig. 24;
Fig. 31 ist ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Sende/Empfangs-Schaltung von Fig. 30;
Fig. 32 ist ein detailliertes Schema der bevorzugten alternativen Ausführungsform der Sende/Empfangs-Schaltung von Fig. 31;
Fig. 33 ist ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform der Sende/Empfangs-Schaltung von Fig. 30;
Fig. 34 ist ein detailliertes Schema der alternativen Ausführungsform von Fig. 33;
Fig. 35 ist ein Flußbild des durch den Prozessor von Fig. 26 ausgeführten P/M-Programms;
Fig. 36 ist ein Flußbild des Hochfahr-Unterprogramms von Fig. 35;
Fig. 37 ist ein Flußbild des Display-Hochfahr-Unterprogramms von Fig. 36;
Fig. 38 ist ein Flußbild des Eigendiagnose-Unterprogramms von Fig. 36;
Fig. 39 ist ein Flußbild des Tastendruckempfangs-Unterprogramms von Fig. 35;
Fig. 40 ist ein Flußbild des Implantationstest-Unterprogramms von Fig. 35;
Fig. 41 ist ein Flußbild des Up-Link-Lese-Unterprogramms von Fig. 40;
Fig. 42 ist ein Flußbild des Statuswort-Dekodier-Unterprogramms von Fig. 40;
Fig. 43 ist ein Flußbild des Implantationstest-Bestanden-Unterprogramms von Fig. 42;
Fig. 44 ist ein Flußbild des Warnungs-Ein-Anzeige-Unterprogramms von Fig. 42;
Fig. 45 ist ein Flußbild des Warnungs-Aus-Anzeige-Unterprogramms von Fig. 42;
Fig. 46 ist ein Flußbild des Fehleranzeige-Unterprogramms von Fig. 42;
Fig. 47 ist ein Flußbild des Unterprogramms "Fehler Implantation nicht gefunden" von Fig. 41;
Fig. 48 ist ein Flußbild der Anzeige "Implantierbatterie Spannung niedrig" von Fig. 42;
Fig. 49 ist eine alternative Ausführungsform der Schaltungen von Fig. 8a und 8b;
Fig. 50 ist ein Blockschaltbild der Ausgangsschaltung von Fig. 49;
Fig. 51 ist ein Blockschaltbild der Ausgangstreiber-Steuerungs-Schaltung von Fig. 50;
Fig. 52a bis c sind Schemata der modifizierten Signale DOWN- LINK, UP-LINK2 bzw. UP-LINK3, wie sie für die alternative Ausführungsform von Fig. 49 erforderlich sind; und
Fig. 53 ist ein Flußbild des in Verbindung mit der alternativen Ausführungsform von Fig. 49 abgearbeiteten Unterprogramms "Ausbruchsschema einstellen".

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf Fig. 1 bis 22 der Zeichnungen verstanden, wobei gleiche Bezugszahlen für gleiche oder entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit dem folgenden Inhaltsverzeichnis beschrieben:

A. Mechanische Packungsbildung

1. WS-Konfiguration
2. GS-Konfiguration

B. Ausgangskennwerte

1. WS-Konfiguration
2. GS-Konfiguration

C. Implantationskonfiguration

1. WS-Konfiguration
2. GS-Konfiguration

D. Elektronische Implementation

1. Übersicht
2. Kommunikationsprotokoll
3. Beschreibung Signal/externe Eingabe
4. Schaltungsbeschreibung
a. Kristall-Oszillator
b. Einschalten-Rückstellen
c. Hauptzeitbasis
d. Ausgangstreiber
e. Geber (Sender)
f. PPM-Dekoder
g. Kommunikatioris-Modem
h. Leitungsstatus
l. Empfänger
j. Batteriestatus-Anzeige
k. Spannungs-Bezugswert/Regler
5. Konfiguration der Stimulatorschaltung
a. WS-Konfiguration
b. GS-Konfiguration

E. Programmier/Überwachungs-Einrichtung

1. Schaltungsbeschreibung
a. Stromversorgungs-Schaltung
b. Steuerungsschaltung
c. Sende/Empfangs-Schaltung
i. Bevorzugte Ausführungsform
A. Betrieb der bevorzugten Ausführungsform
ii. Alternative Ausführungsform
A. Betrieb der alternativen Ausführungsform
2. Programmierung/Überwachung von ITGS

F. Modifizierter implantierbarer Gewebewachstums-Stimulator

1. Schaltungsfunktion
2. Interaktive Programmierung/Überwachung des modifizierten implantierbaren Gewebewachstums-Stimulators
A. Mechanische Packungsbildung
1. WS-Konfiguration
Fig. 1 und 2 sind isometrische Veranschaulichungen des offenbarten Gewebewachstums-Stimulators (ITGS) in der Konfiguration für die Erzeugung eines Wechselstrom-Ausgangs. Insbesondere bildet Fig. 1 den WS-ITGS für eine Implantation in einen Patienten ab. Fig. 2 bildet den offenbarten ITGS vor dem endgültigen Zusammenbau ab.
Fig. 1 bildet einen ITGS in der Konfiguration für einen Wechselstrom-("WS"-) Ausgang generell bei 10 ab. (Im Nachstehenden der "WS-Stimulator"). WS-ITGS 10 hat einen länglichen Arm 12, der aus einem flexiblen elastomeren Material hergestellt ist, der eine erste Elektrode 14 und eine zweite Elektrode 16 verbindet. Der Arm 12 hält einen vorbestimmten Abstand zwischen den Elektroden 14 und 16 aufrecht, während der WS- ITGS generell flach ist. Der Arm 12 biegt sich jedoch, was es ermöglicht, daß WS-ITGS leichter den Konturen des Patienten entspricht, in den er chirurgisch implantiert wird4
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Arm 12 aus Silikon hergestellt, das von Down-Corning unter der Bezeichnung MDX 4- 4516 gefertigt wird. Es können auch andere Materialien in implantierbarer Qualität, wie beispielsweise Urethan und Silikon-Urethanmischungen anstelle von Silikon verwendet werden. Die Elektroden 14 und 16 werden aus Titan hergestellt. Zusätzlich ist Elektrode 14 ein freiliegender Teil eines in WS-ITGS 10 eingebetteten Titangehäuses (in Fig. 2 gezeigt). Das Gehäuse ist mit einem elektrisch nicht leitenden Material, wie beispielsweise Parylen derart beschichtet, daß kein anderes Teil aus Titan, als Elektrode 14 freiliegt. WS-ITGS ist ungefähr 15,24 cm (6 Zoll) lang und 0,51 cm (0,2 Zoll) dick. Ungefähr 13,97 cm (5,5 Zoll) von WS-ITGS 10 bestehen aus dem Arm 12. Der restliche Teil von WS-ITGS besteht aus einem (in Fig. 2 gezeigten) beschichteten Elektronikgehäuse.
In Betrieb erzeugt WS-ITGS einen Wechselstrom zwischen den Elektroden 14 und 16. Das resultierende elektrische Feld kann verwendet werden, um eine Gewebe- und Knochenheilung zu stimulieren.
Fig. 2 bildet den WS-ITGS ab, bevor der Arm 12 gebildet worden ist und bevor eine nicht-leitende Parylenschicht auf ein Gehäuse 18 aufgebracht worden ist. Das Gehäuse 18 hat eine Durchführungs-Baugruppe 20. Die Durchführungs-Baugruppe 20 führt eine elektrische Leitung 22 zu der Elektrode 16. Die gestrichelte Linie am Gehäuse 18 zeigt die Lage der Elektrode 14 nach dem endgültigen Zusammenbau an. Zusätzlich hat das Gehäuse 18 zwei Lippen 24, welche eine unregelmäßige Oberfläche haben. Die Lippen 24 erleichtern dadurch eine sichere Vereinigung zwischen dem Arm (in Fig. 1 gezeigt) und dem Gehäuse 18.
Bei einer Ausführungsform wird das Gehäuse 18 aus zwei Greiferschalenhälften hergestellt, die eine Länge gleich der endgültigen Länge des Gehäuses 18 haben. Bei dieser ersten Ausführungsform wird die Elektronik zwischen die Greiferschalen eingesetzt und werden dann die Greiferschalen miteinander verschweißt, um eine hermetische Abdichtung zu bilden. Bei der zweiten Ausführungsform wird das Gehäuse aus zwei Greiferschalenhälften gebildet, welche geringfügig länger als die endgültige Länge sind. Diese Greiferschalen werden anfänglich ohne die Elektronik-Baueinheit miteinander verschweißt. Dann wird das Endteil entfernt, wird die Elektronik darin eingesetzt und wird eine Kappe über die Öffnung geschweißt, um eine hermetische Abdichtung zu bilden. Bei der einen Ausführungsform ist die Leitung 22 eine spiralförmige Spule, die aus einer Metalllegierung in medizinischer Qualtität besteht, wie beispielsweise aus MP35 N.

2. GS-Konfiguration

Fig. 3 bildet eine isometrische Veranschaulichung des offenbarten ITGS 26 in einer Konfiguration für die Erzeugung eines Gleichstrom-Ausgangs (im Nachstehenden des "GS-ITGS") ab. GS- ITGS 26 hat eine Anode 28 und zwei Katoden 30. Die Anode 26 ist aus Platin, das auf das Gehäuse von GS-ITGS 26 (im wesentlichen in Fig. 2 gezeigt) elektrisch plattiert wird. GS-ITGS hat einen kurzen elastomeren Arm 32, um den GS-ITGS 26 besser für ein Einsetzen in den menschlichen Körper einzupassen und um die Durchführungs-Baueinheit (in Fig. 2 abgebildet) zu isolieren. Wie in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben, hat GS-ITGS ein Titangehäuse. Dies ist nicht mit einem nichtleitenden Material beschichtet. Zusätzlich sind Katoden 30 innerhalb von GS-ITGS durch eine Spule elektrisch gekoppelt, die aus einer geeigneten Metallegierung in medizinischer Qualität, wie beispielsweise MP35 N, hergestellt ist. Die Leitungen 34 sind nicht vollkommen in den Arm 32 eingekapselt, so daß man die Elektroden 30 leicht an oder innerhalb der zu behandelnden Knochenmasse anbringen kann. Die Leitungen 34 sind in einem Rohr aus elastomerem Material abgeschirmt.
In Funktion erzeugt GS-ITGS einen Gleichstrom zwischen den Katoden 30 und Anode 28. Wie in Verbindung mit Fig. 10 bis 22 beschrieben, ist jede Katode 30 von GS-ITGS ein unabhängiger Strompfad.

B. Ausgangskennwerte

1. WS-Konfiguration

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der in Fig. 1 und 2 abgebildeten ITGS. WS-ITGS 10 (in Fig. 1 und 2 abgebildet) erzeugt einen Wechselstrom-Ausgang. Bei der bevorzugten Ausführungsform erzeugt WS-ITGS einen asymmetrischen Ausgang von 99 Impulsen (einen "Ausbruch"), dem eine Ruheperiode folgt. Nach der Ruheperiode wird der Zyklus Ausbruch/Ruhe solange wiederholt, bis WS-ITGS 10 abgeschaltet wird. Der positive Teil des Ausgangsimpulses, der so angegeben ist, daß er die Dauer t hat, ist ungefähr 65 ys lang und hat eine Amplitude von 2,1 mA. Dieser Strom erzeugt ungefähr 3 mV/cm am Heilungsort bei der in Fig. 6 abgebildeten Implantations-Ausführungsform. Der negative Teil des Ausgangs, der so angegeben ist, daß er die Dauer t&sub2; hat, ist ungefähr 195 us lang und hat eine Amplitude von < -0,7 mA. Dieser erzeugt -1 mV/cm an demselben Heilungsort. Das WS-Ausgangsignal ist nach 99 Impulsen ungefähr 640 Millisekunden lang aus. Die resultierende Ausbruch/Ruhe-Rate hat eine Frequenz von 1,49 Hz.
Es sollte selbstverständlich sein, daß der WS-ITGS 10 auch so hergestellt werden kann, daß er andere Wellenformen ausgibt, sowohl symmetrische, als auch unsymmetrische. Beispielsweise könnte der WS-ITGS 10 eine Wellenform erzeugen, die eine Sinusform hat. Die Amplitude des negativen Teils des Ausgangs kann so modifiziert werden, daß sie für eine Feldstärke von 0,3 bis 3 mV/cm am Knochen- oder Gewebeort mit einer entsprechend 3-fachen Amplitude der positiven Seite der Wellenform sorgt. Dieser Bereich erzeugt optimale Heilungsergebnisse.

2. GS-Konfiguration

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung des Ausgangs des in Fig. 3 abgebildeten ITGS. GS-ITGS 26 (in Fig. 3 gezeigt) erzeugt einen konstanten negativen Strom zwischen seinen beiden Katoden und der Anode von ungefähr -20 uA während seiner Funktion.

C. Implantationskonfiguration

1. WS-Konfiguration

Fig. 6 ist eine vereinfachte Schnittansicht des menschlichen Körpers, die eine Ausführungsform einer Implantationskonfiguration für den in Fig. 1 und 2 abgebildeten WS-ITGS abbildet. WS-ITGS ist entlang seiner Längsachse in einer Ebene gewählt, die generell senkrecht zu den Ebenen verläuft, die die Elektroden 14 und 16 enthalten. WS-ITGS 10 ist typischerweise in dem menschlichen Körper, generell bei 36 angezeigt, in der Nähe eines Wirbels 38 implantiert. WS-ITGS 10 ist so in der Nähe des Wirbels 38 plaziert, daß bewirkt wird, daß das elektrische Feld, das zwischen den Elektroden 14 und 16 erzeugt wird, einen Teil des Wirbels 38 durchdringt, der eine Knochenwachstums-Stimulation benötigt. Die äußere Grenze das durch WS-ITGS 10 erzeugten elektrischen Feldes wird generell durch Feldlinien 40 angezeigt. Der Wirbel 38 benötigt typischerweise eine Knochenwachstums-Stimulation, wenn zwei oder mehr Wirbel klinisch miteinander fusioniert werden.
Wegen der WS-Natur und des Elektrodenabstandes von WS-ITGS 10 erhält der Wirbel 38 selbst dann den Nutzen aus dem elektrischen Feld 40, wenn WS-ITGS 10 nicht an den Wirbel 38 anstößt. Beispielsweise kann WS-ITGS 10 weiter als 1 cm entfernt von dem geschädigten Abschnitt des Wirbels 38 entfernt sein. Dies gestattet es einem Chirurgen, WS-ITGS 10 subkutan zu implantieren. Dies vereinfacht ein Implantieren und Explantieren, reduziert die Möglichkeit einer Infektion und verbessert die Abbildungsergebnisse. Die Abbildungsergebnisse werden verbessert, weil es keine fremden Gegenstände in der Nähe des Wirbels 38 gibt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird WS-ITGS 10 subkutan so implantiert, daß seine Elektroden 14 und 16 vom Wirbel 38 weg zeigen. In empirischen Untersuchungen ist festgestellt worden, daß diese Plazierung zu einer besseren elektrischen Feldverteilung und einer geringeren unerwünschten Muskelstimulation führt.

2. GS-Konfiguration

Fig. 7 ist eine vereinfachte isometrische Ansicht des menschlichen Körpers, die eine Ausführungsform einer Implantationskonfiguration für den in Fig. 3 veranschaulichten GS-ITGS 26 abbildet. Hier wird die GS-ITGS 26 benutzt, um eine Knochen wachstumsmasse 42 mit zwei angrenzenden Wirbeln 38 des Rückgrats 44 zu fusionieren. GS-ITGS 26 kann subkutan implantiert werden. Jedoch müssen die Leitungen 34 so eingesetzt werden, daß Katoden 30 (nicht gezeigt) sich direkt in der oder angrenzend an die Knochenverpflanzungsmasse 42 befinden. Es ist nicht erforderlich, daß beide Katoden 30 an derselben Knochenstelle plaziert werden.
Es sollte selbstverständlich sein, daß sowohl WS-ITGS 10, als auch GS-ITGS 26 in der Nähe irgendeines Knochens für die Behebung mehrerer Typen von Knochenverletzungen implantiert werden können. Zusätzlich können sowohl WS-ITGS 10, als auch GS-ITGS 26 in der Nähe irgendeines anderen Gewebetyps für die Behebung mehrerer Typen von Gewebeverletzungen implantiert werden. Beispielsweise können sowohl WS-, als auch GS-ITGS benutzt werden, um eine Heilung in den langen Knochen des Körpers in verbindendem Gewebe (wie beispielsweise in Knorpel und Bändern) zu fördern und auch zur Förderung einer Nerven-Regeneration verwendet werden. Desgleichen können auch sowohl der WS-, als auch der GS-ITGS an einer Knochenstelle verwendet werden, um die Heilung eines Knochenbruches zu fördern.

D. Elektronische Implementierung

1. Übersicht

Fig. 8a und 8b bilden die linke und die rechte Hälfte eines Blockschaltbildes für die Anwendung einer speziellen integrierten Schaltung ("ASIC") 46 ab, in der der in Fig. 1 bis 3 abgebildete ITGS verwendet wird. Die integrierte Schaltung 36 hat 26 externe Anschlüsse, die Pads 1 bis 28. Intern hat IC 46 eine Kristalloszillator-Schaltung 48, eine Einschalt-Rückstell-Schaltung 50, eine Hauptzeitbasis-Schaltung 52, eine Ausgangstreiber-Schaltung 54, eine Geberschaltung 56, eine PPM-Dekoder-Schaltung 58, eine Kommunikationsmodem-Schaltung 60, eine Leitungsstatus-Schaltung 62, eine Empfängerschaltung 64, eine Batteriestatus-Schaltung 66 und eine Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68.
Die Kristalloszillator-Schaltung 48 erzeugt ein Taktsignal von 76,8 kHz, das mit C768 gekennzeichnet ist. Diese Schaltung hat drei externe Anschlüsse, XTRM, XTAL1 und XTAL2 und einen Eingang GND_REF. Diese Schaltung wird vollständiger irr Verbindung mit Fig. 10 beschrieben.
Die Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 erzeugt drei Rückstellausgänge, NRSET, NRSTPRG, NRST, um nach dem Einschalten alle anderen Schaltungen in einen Anfangszustand zu bringen. Diese Schaltung hat vier Eingänge, C76_8, C1_49, NSTRT und IPOR und zwei Prüfpunkte, TEST und TP6. Die Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 wird in Verbindung mit Fig. 11 vollständiger beschrieben.
Die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt die Impuls-Taktsignale für die Steuerung der Ausgangstreiber-Schaltung 54. Zusätzlich erzeugt diese Schaltung 8 Ausgänge, BIASON, NIPLUS, IMINUS, IMINUS2, NOUT_ON, NEN_ANL, ANL_CLK und C1_49. Diese Schaltung hat sechs Eingänge, NRESET, REC_OFF, C76_8, DCON, STIM0, STIM1 und zwei Prüfpunkte, TEST und TP1. Die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 wird in Verbindung mit Fig. 12 vollständiger beschrieben.
Die Ausgangstreiber-Schaltung 54 steuert das Ausgangssignal OUT1 und OUT2, das an den Patienten geliefert wird. Diese Schaltung hat Eingänge GND_REF, NOUT_ON, IMINUS, IMINUS2, NI- PLUS und BIASON und externe Anschlüsse ILIMIT, ITRM und SYMTRM. Die Ausgangstreiber-Schaltung 54 wird in Verbindung mit Fig. 13 vollständiger beschrieben.
Die Geberschaltung 56 verknüpft die Impuls-Taktparameter vom PPM-Dekoder mit dem Datenausgang von Kommunikationsmodem 60, um einen niederfrequenten magnetischen Impuls an einen externen Empfänger über NTRANS_OUT zu senden. Diese Schaltung hat Eingänge C76_8, STARTCLK, ONECLK, ZEROCLK, TCODE und XMIZ. Die Geberschaltung 56 wird in Verbindung mit Fig. 14 vollständiger beschrieben.
Die PPM-Dekoder-Schaltung 58 stellt fest, ob eine empfangene Information von der Empfängerschaltung 64 eine gültige Down- Link-Kommunikation ist. Desgleichen erzeugt die Dekoder-Schaltung 58 das Impulspositionsprotokoll, das von der Geberschaltung 56 verwendet wird. Diese Schaltung hat Ausgänge C38_4, NPPMRST, DSTB, DATA, STARTCLK, REC_OFF, ZEROCLK, ONECLK. Die PPM-Dekoder-Schaltung 58 hat auch Eingänge C76_8, NREC OUT, NTRANS, NRST und 2 Prüfpunkte, TEST und TP4. Diese Schaltung wird in Verbindung mit Fig. 15a und 15b vollständiger beschrieben.
Die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 steuert die Betriebsform von IC 46 über zwei seiner Ausgangsbits, STIM0 und STIM1. Diese beiden Bits definieren die vier möglichen Betriebsformen: aus, vier Stunden ein/20 Stunden aus, acht Stunden ein/16 Stunden aus oder dauernd ein. Desgleichen erhält diese Schaltung Signale von der Batteriestatus-Schaltung 66, die den Status der Batterie (EOL und LOWBATT) anzeigt und von der Leitungsstatus-Schaltung 62, die die Impedanz der Ausgangsleitungen anzeigt (LDHIGH und LDLOW). Die Schaltung erzeugt dann ein 11-Bit-Kommunikationswort und die Gebereinschaltung (TCODE und XMIT) für ein Übermitteln durch die Geberschaltung 56. Die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 hat neun weitere Eingänge, NRSTPRG, C38_4, NPPMRST, DSTB, DATA, STARTCLK, REC_OFF, DCON und CODE, zwei weitere Ausgänge, NTRANS und NSTRT und zwei Prüfpunkte, TEST und TP5. Die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 wird in Verbindung mit Fig. 16 vollständiger beschrieben.
Die Leitungsstatus-Schaltung 62 vergleicht die Impedanz der Ausgangsleitungen mit einem vorbestimmten Schwellenwert oder Schwellenwerten. Sie hat zwei Ausgänge, LDLOW und LDHIGH. Die Schaltung hat Eingänge NRST, IMINUS, ANL_CLK, DCON, NEN_ANL, ILEAD und Verbindungen zu OUT1, OUT2, LDTRM1 und LDTRM2 und zwei Prüfpunkte TEST und TP2. Die Leitungsstatus-Schaltung 62 wird in Verbindung mit Fig. 17 vollständiger beschrieben.
Die Empfängerschaltung 64 erzeugt einen digitalen Ausgang, NREC_OUT, aus einem analogen Eingang RECV. Dieses Signal wird von einem Gerät außerhalb von IC 46 empfangen. Die Empfängerschaltung 64 hat einen zusätzlichen Eingang IREC. Diese Schaltung wird in Verbindung mit Fig. 18 vollständiger beschrieben.
Die Batteriestatus-Schaltung 66 überwacht die Spannung, die von der dazugehörigen Batterie geliefert wird und signalisiert der Kommunikationsmodem-Schaltung 60, wenn die Batterie zwei Auslösepunkte mit LOWBATT und EOL erreicht. Diese Schaltung hat Eingänge NRST, REC_OFF, C1_49, NEN_ANL, IBATT und GND_REF, eine externe Verbindung zu EOLTRM und zwei Prüfpunkte TEST und TP3. Die Batteriestatus-Schaltung 66 wird in Verbindung mit Fig. 19 vollständiger beschrieben.
Die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt die Vorwertströme, die bei IC 46 verwendet werden: IPOR, IREC, IBATT, ILEAD, IDCON, ICODE und ITEST. Diese Schaltung hat Eingänge VSET1, VSET2 und VREF und den Ausgang GND_REF. Die Spannungs- Bezugswert/Regler-Schaltung 68 wird in Verbindung mit Fig. 20 vollständiger beschrieben.

2. Kommunikationsprotokoll

Fig. 9a ist eine grafische Darstellung des durch die in Fig. 8a und 8b abgebildete Schaltung benutzten Kommunikationsprotokolls. Die integrierte Schaltung 46 sendet und empfängt Daten bei 1200 Hz. Diese Frequenz führt zu einem Gesamt-Übertragungsfenster von 833 us. Nach dem Empfang eines Startimpulses am Startfenster überprüft die integrierte Schaltung 46 auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Datenimpulses in dem "Fenster eins", "Fenster Null" oder "Fenster kein Impuls festgestellt". Wie abgebildet, treten diese drei Fenster ungefähr 208 us, 416 us und 624 us nach dem Startimpuls auf. Das Kommunikationsprotokoll ergibt einen logischen Datenpegel "Eins", wenn ein Impuls in dem Fenster "Eins" empfangen wird und einen Datenwert von "Null", wenn ein Impuls in dem Fenster "Null" empfangen wird. Ein Kommunikationsfehler wird angezeigt, wenn ein Impuls in dem Fenster "kein Impuls festgestellt" empfangen wird. Das offenbarte Kommunikationsprotokoll gestattet eine zusätzliche Fehlerprüfung dadurch, daß ein Impuls an beiden Startfenstern erforderlich ist und daß es erforderlich ist, daß entweder das Fenster "Eins" oder das Fenster "Null" einen Datenwert hat, aber nicht beide. Jedes Fenster ist ungefähr 104 us lang. Eine Datenerkennung wird nur in den vier vorstehenden Fenstern während jeder Kommunikation in Betrieb gesetzt.
Ein externer Empfänger/Geber kann aus einem Mikroprozessor mit einer 1200-Baud-Einrichtung hergestellt werden, der mit einer geeigneten Spule verbunden ist.
Fig. 9b und 9c bilden Tabellen ab, die eine Erklärung des Down-Link-Datenworts bzw. des Up-Link-Quittierens der in Fig. 8a und 8b abgebildeten Schaltung erklären. Die integrierte Schaltung 46 benutzt ein Datenwort von 11 Bit. Die Abwärtsverbindung oder das empfangene Datenwort hat drei programmierbare Datenbits. Das zweite, dritte und vierte Bit des Down-Link- Datenwortes enthalten Daten, welche von der integrierten Schaltung 46 benutzt werden, um ihre Betriebsweise einzustellen. Bit 2 ist ein Nicht-Lese-(RNW-) Bit. Wenn RNW gleich Null ist, dann wirkt IC 46 auf das dritte und das vierte Bit so ein, wie anschließend beschrieben. Wenn RNW gleich Eins ist, dann verbindet IC 46 einfach ein Programmdatenwort von 11 Bit mit dem externen Geber/Empfänger. Das dritte und das vierte Bit, STIM0 und STIM1, zeigen an, wie lange der ITGS läuft. Wie in Fig. 9b abgebildet, hat der Knochenwachstums-Stimulator vier Betriebsformen. (1) Er kann dauernd ausgeschaltet sein. (2) Er kann 4 Stunden ein- und 20 Stunden ausgeschaltet sein.
(3) Er kann 8 Stunden ein- und 16 Stunden ausgeschaltet sein. (4) Er kann im Dauerbetrieb arbeiten. Alle anderen Bits in dem Down-Link-Datenwort sind unveränderlich. Das erste, sechste und das siebente Bit müssen eine logische 1 sein, während das fünfte, achte und elfte Bit eine 0 sein muß. Das neunte und das zehnte Bit muß den hardwareseitig verdrahteten Bits DCON bzw. CODE folgen. DCON ist ein extern hardwareseitig verdrahtetes Bit, das anzeigt, ob der TGS für einen WS- oder einen GS-Ausgang konfiguriert ist. Ein logischer Pegel von 0 zeigt einen WS-Ausgang an, während ein logischer Pegel von 1 einen GS-Ausgang anzeigt. CODE ist ein extern hardwareseitig verdrahtetes Bit. Es kann beispielsweise benutzt werden, im eine erste und eine zweite Version hergestellter Stimulatoren anzuzeigen. Das Down-Link-Datenwort wird von links nach rechts übertragen.
Das Up-Link-Datenwort, das von der integrierten Schaltung 46 zu einem externen Empfänger übertragen wird, hat 8 Datenbits, ein Prüfbit mit ungerader Parität und Start- und Stop-Bits. Das Start- und das Stop-Bit sind logisch auf hohem bzw. niedrigem Pegel. Das zweite und das dritte Bit zeigen die gegenwärtige Betriebsform von IC 46 an, wie in Verbindung mit dem Down-Link-Datenwort beschrieben. Das vierte und das fünfte Bit zeigen an, ob die Bits DCON oder CODE auf hohem oder niedrigem Pegel sind. Das sechste und das siebente Bit zeigen den Status der Stimulatorleitungen an. Im WS-Betrieb zeigen diese Bits an, ob die Elektrode 16 (in Fig. 1 und 2 gezeigt) normal ist, eine niedrige Impedanz hat oder eine hohe Impedanz hat. Im GS- Betrieb zeigen diese Bits an, ob eine der beiden Leitungen 34 (in Fig. 3 gezeigt) eine abnormal hohe Impedanz hat. Der spezielle logische Wert für jede Bedingung in jeder Betriebsform ist in dieser Figur definiert. Das achte und das neunte Bit zeigen den Status der internen Batterie des ITGS an. Die Batteriestatus-Schaltung 62 (in Fig. 8 abgebildet) überwacht die Batteriespannung für zwei Auslösepunkte, 2,1 V und 2,4 V. Diese Spannungen entsprechen dem Zustand "Ende der Lebensdauer" (EOL) und "niedrige Batteriespannung" (LOWBAT), abgebildet wie in der Figur angegeben. Das zehnte Datenbit ist ein Paritätsbit für ungerade Parität. Es ist auf hohem Pegel, wenn die Anzahl der ihm vorausgehenden Einsen geradzahlig ist und ist auf niedrigem Pegel, wenn die Anzahl der vorausgehenden Einsen eine ungerade Zahl ist.

3. Beschreibung Signale/externe Eingabe

Die folgenden Signale werden von der integrierten Schaltung 46 intern und als externe Verbindungen verwendet:
ANL CLK wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Es setzt die Leitungsstatus-Schaltung 62 während bestimmter Intervalle des GS-Ausgangssignals in Funktion.
BIASON wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Im WS-Betrieb schaltet es den Vorwertstrom für den positiven Teil des Ausgangssignals ein. Es wird während des negativen Teils des WS-Signalausgangs außer Funktion gesetzt. Im GS-Betrieb ist dieses dauernd auf hohem Pegel. BIASON wird als Ausgangstreiber benutzt.
C1_49 wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Es ist ein Taktsignal von 1,49 Hz. Es wird als Taktsignal für die Steuerlogik der Ausgangsschalter von Ausgangstreiber 54 benutzt.
C76_8 wird durch die Kristalloszillator-Schaltung 48 erzeugt. Es ist ein Taktsignal von 76,8 kHz. Es ist das Hauptzeitsignal, das von der integrierten Schaltung 46 verwendet wird.
CODE ist ein extern hardwareseitig verdrahtetes Bit (Pad 10). Das Kommunikationsprotokoll erfaßt das Kommunikationswort, das ein passendes Bit für eine gültige Downlink-Verbindung hat.
DATA wird durch den PPM-Dekoderblock 58 erzeugt. Es ist der Ausgang aus dem PPM-Dekoder, der ein gültiges Datum 0 oder Datum 1 anzeigt, das von der Empfängerschaltung 64 empfangen worden ist.
DCON ist ein extern hardwareseitig verdrahtetes Bit (Pad 13). Es wird benutzt, um anzuzeigen, für welche Konfiguration, WS oder GS, die Schaltung aufgebaut ist. Ein logischer Pegel 0 zeigt die WS-Konfiguration an, während ein logischer Pegel 1 die GS-Konfiguration anzeigt.
DSTB wird durch die PPM-Dekoder-Schaltung 58 erzeugt. Es blendet gültige Daten in die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 ein. EOL wird durch die Batteriestatus-Schaltung 66 erzeugt. Dieses Bit hat einen logischen Wert 1, wenn die Batteriespannung kleiner als oder gleich 2,1 V ist. Anderenfalls hat es einen logischen Wert 0.
EOLTRM ist ein Eingang für die Batteriestatus-Schaltung 66. Es wird mit VDD über einen externen Kondensator und Widerstand (Pad 12) verknüpft. Es wird benutzt, um die Spannung für zu niedrigen Batteriewert und Ende der Lebensdauer der Batterie auf die gewünschten Auslösepunkte (hier 2,4 bzw. 2,1 V) abzugleichen.
GND_REF wird durch die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es ist ein gepufferter Spannungspegel, um 1,5 V niedriger als VDD. Er wird vom Chip über Pad 18 gebracht.
IBATT wird durch die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es erzeugt eine Stromsenke 20 nA, die benutzt wird, um den Vorwertstrom in der Batteriestatus-Schaltung 68 einzustellen.
ICODE wird durch die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es erzeugt eine Stromsenke 100 nA, die benutzt wird, um den Stift CODE nach unten zu ziehen, wenn jener Stift offengelassen wird.
IDCON wird durch die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es erzeugt eine Stromsenke 100 nA, die benutzt wird, um den Stift DCON nach unten zu ziehen, wenn jener Stift offengelassen wird.
ILEAD wird die durch Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es erzeugt eine Stromquelle von 20 nA, die verwendet wird, um die Leitungsstatus-Schaltung 62 mit einem Vorwert zu versehen.
ILIMIT ist eine externe Verbindung zur Ausgangstreiber-Schaltung 54 (Pad 22). IM WS-Betrieb wird ILIMIT nicht benutzt. Im GS-Betrieb ist ILIMIT mit dem Stimulatorgehäuse verbunden und wirkt als Anode der Einheit.
IMINUS wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Im WS-Betrieb schaltet es den negativen Ausgangsteil des Signals. Im GS-Betrieb schaltet es den Ausgangsstrom. Es wird durch die Ausgangstreiber-Schaltung 54 benutzt.
IMINUS2 wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Im WS-Betrieb wird es nicht benutzt. Im GS-Betrieb schaltet es den Ausgangsstrom für OUT2. Es wird durch die Ausgangstreiber- Schaltung 54 benutzt.
IPOR wird durch die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es ist eine Stromsenke von 10 nA, die benutzt wird, um der Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 einen Vorwert zu geben.
IREC wird durch die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 erzeugt. Es ist eine Stromsenke von 20 nA, die von der Empfängerschaltung 64 benutzt wird.
ITEST wird durch den Spannungs-Bezugswert/Regler 68 erzeugt. Es ist eine Stromsenke von 100 nA, die benutzt wird, um den Stift TEST nach unten zu ziehen, wenn jener Stift nicht angeschlossen ist.
ITRM ist eine externe Verbindung mit VDD über einen externen Widerstand (Pad 25). Der Widerstand wird benutzt, um den Ausgangsstrom sowohl im WS-, als auch im GS-Betrieb abzugleichen. Es ist ein Eingang für die Ausgangstreiber-Schaltung 54.
LDHIGH wird durch die Leitungsstatuseinheit erzeugt. Im WS-Betrieb zeigt ein logischer Pegel 1 eine hohe Leitungsimpedanz an. Im GS-Betrieb zeigt ein logischer Pegel 1 eine hohe Leitungsimpedanz für OUT2 an.
LDLOW wird durch die Leitungsstatuseinheit erzeugt. Im WS-Betrieb zeigt ein logischer Pegel 1 eine niedrige Leitungsimpedanz an. Im GS-Betrieb zeigt ein logischer Pegel 1 eine hohe Leitungsimpedanz für OUT1 an.
LDTRM1 ist ein Eingang in die Leitungsstatus-Schaltung 62. Es ist mit GND_REF über einen externen Widerstand gekoppelt (Pad 20). Es stellt die Auslösepunkte für die Leitungsstatus-Schaltung 62 ein.
LDTRM2 ist ein Eingang in die Leitungsstatus-Schaltung 62. Es ist mit GND_REF über zwei in Reihe geschaltete Widerstände verbunden (Pad 19). Es wird benutzt, um die Auslösepunkte für die Leitungsstatus-Schaltung 62 einzustellen.
LOWBATT wird in der Batteriestatus-Schaltung 66 erzeugt. Dieses Signal ist normalerweise auf niedrigem Pegel. Wenn der Batterieausgang unter 2,4 V abfällt, dann schaltet sich dieses Signal auf den logischen Pegel 1.
NEN ANL wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Im WS-Betrieb setzt dieses Signal die Batterie- und die Leitungs status-Schaltung während des negativen Teils des Ausgangssignals in Funktion. Anderenfalls sind diese Schaltungen außer Funktion, um Energie zu sparen. Im GS-Betrieb setzt dieses Signal die Batterie- und die Leitungsstatus-Schaltung einmal alle 1,49 Hz in Funktion.
NIPLUS wird durch die Hauptzeitbasis-Schältung 52 erzeugt. Im WS-Betrieb steuert dieses Signal den Ausgangsschalter für den positiven Teil des Ausgangssignals. Es wird im GS-Betrieb nicht benutzt.
NOUT_ON wird durch die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt. Im WS-Betrieb setzt dieses Signal den Ausgangstreiber während des Ausbruchszeitraums in Funktion. Es ist sonst abgeschaltet. Im GS-Betrieb ist dieses Signal für die Dauer des Stimulierens, d. h. 4 Stunden, 8 Stunden oder dauernd eingeschaltet.
NPPMRST wird durch die PPM-Dekoder-Schaltung 58 erzeugt. Es ist ein primäres Rückstellen für die Kommunikationsmodem- Schaltung 60.
NREC_OUT wird durch die Empfängerschaltung 64 erzeugt. Es ist eine digitale Darstellung des empfangenen externen Eingangs.
NRESET wird durch die Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 erzeugt. Es wird nach dem Einschalten und nach einer gültigen Down-Link/Up-Link-Kommunikation zurückgestellt. In beiden Fällen kehrt es nach zwei Taktzyklen von 76,8 kHz in den hohen Pegel zurück.
NRST wird durch die Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 erzeugt. Es wird nach dem Einschalten und nach einer gültigen Down- Link/Up-Link-Kommunikation zurückgestellt. In beiden Fällen kehrt es nach einem Taktzyklus von 1,49 Hz in den hohen Pegel zurück.
NRSTPRG wird durch die Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 erzeugt. Es wird nach dem Einschalten zurückgestellt. Es kehrt in seinen hohen Pegel nach NRST-Übertragungen auf hohem Pegel zurück.
NSTRT wird durch die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 erzeugt. Es initialisiert ein Zurückstellen nach einer gültigen Down- LinklUp-Link-Kommunikation.
NTRANS wird durch die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 erzeugt. Es zeigt den Abschluß einer gültigen Down-Link-Kommunikation an.
NTRANS_OUT wird durch die Gebereinheit 58 erzeugt. Es ist das Ausgangssignal der Treiberstufe der Geberschaltung 56. Es ist mit einer externen Spule verbunden (Pad 8).
ONECLK wird durch die PPM-Dekoder-Schaltung 58 erzeugt. Es ist das dekodierte Taktsignal, das der Datenposition für den logischen Pegel Eins in dem Kommunikationsprotokoll entspricht.
OUT1 ist ein Ausgang von der Ausgangstreiber-Schaltung 54 (Pad 23). Sowohl beim WS-, als auch beim GS-Betrieb ist dies das Ausgangssignal.
OUT2 ist ein Ausgang von der Ausgangstreiber-Schaltung· 54 (Pad 24). Im WS-Betrieb ist OUT2 mit OUT1 verbunden. Im GS-Betrieb ist OUT2 der zweite unabhängige Strompfad.
REC_OFF wird durch die PPM-Dekoder-Schaltung 58 erzeugt. Dieses Signal setzt die Empfänger-, Batteriestatus- und die Ausgangstreiber-Schaltung während einer Up-Link-Operation außer Funktion.
RECV wird in die Empfängereinheit 56 eingegeben. Es ist mit einer externen Spule gekoppelt (Pad 9).
STARTCLK wird durch die PPM-Dekoder-Schaltung 58 erzeugt. Es ist ein dekodiertes Taktsignal, das der Startposition in dem Kommunikationsprotokoll entspricht.
STIM0 wird durch die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 erzeugt. Es wird mit dem Bit STIM1 verwendet, um die vier Stimulationsmodi zu erzeugen (aus, 4 Stunden ein, 8 Stunden ein, dauernd ein).
STIM1 wird durch die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 erzeugt. Es wird mit dem Signal STIM0 verwendet, um die vier Stimulationsmodi zu erzeugen (aus, 4 Stunden ein, 8 Stunden ein, dauernd ein).
SYMTRM ist ein Eingang zur Ausgangstreiber-Schaltung 54. Es kann mit GND_REF oder VDD über einen externen Widerstand gekoppelt sein (Pad 21). Es wird benutzt, um den positiven Teil des Ausgangsstroms abzugleichen. Es wird gegenwärtig nicht benutzt.
TCODE wird durch die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 erzeugt. Es ist der Datenausgang, der zur Geberschaltung 56 für eine externe Übertragung gesandt wird.
TEST ist ein Prüfsignal, das in Verbindung mit TP1 bis TP6 verwendet wird. Es wird vom Chip bei Pad 4 gebracht.
TP1 bis TP6 sind externe Prüfpunkte (Pad 26, 27, 28, 1, 2, bzw. 3). Sie geben Daten von den verschiedenen Zellenblöcken für Prüfzwecke aus.
VDD ist eine externe Verbindung zu dem positiven Anschluß der 2,8-Volt-Batterie (Pad 14).
VSS ist eine externe Verbindung zu dem negativen Anschluß der 2,8-Volt-Batterie (Pad 11).
VREF ist ein Eingang zur Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68. Es ist mit einer ungepufferten Referenzspannung von 1,5 V (Pad 17) verbunden.
VSET1 ist ein Eingang zur Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68. Es ist mit VDD über zwei in Reihe geschaltete externe Widerstände verbunden (Pad 15). Es wird benutzt, um VREF abzugleichen.
VSET2 ist ein Eingang zur Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68. Es ist mit VDD über einen Widerstand verbunden (Pad 16). Es wird ebenfalls benutzt, um VREF abzugleichen.
XMIT wird durch die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 erzeugt. Es setzt den Geberausgang in Funktion.
XTAL1 ist eine externe Verbindung zu einem Anschluß einer Oszillator/Widerstands-Schaltung 76,8 kHz (Pad 6). Es ist ein Eingang für die Kristalloszillator-Schaltung 48.
XTAL2 ist eine externe Verbindung zu einem Anschluß einer Oszillator/Widerstands-Schaltung 76,8 kHz (Pad 7). Es ist ein Eingang für die Kristalloszillator-Schaltung 48.
XTRM ist eine externe Verbindung zu VDD über einen Widerstand (Pad 5). Sie stellt den Vorwertstrom bei dem Kristalloszillator 76,8 kHz ein.
ZEROCLK wird durch die PPM-Dekoder-Schaltung 58 erzeugt. Es ist das dekodierte Taktsignal, das einem logischen Pegel Null in dem Kommunikationsprotokoll entspricht.

4. Schaltungbeschreibung

a. Kristalloszillator

Fig. 10 veranschaulicht ein Blockschaltbild der in Fig. 8a abgebildeten Kristalloszillator-Schaltung 48. Die Kristaloszillator-Schaltung 48 hat einen Kristalltreiber 70, einen Hysterese-Komparator 72 und einen Ausgangstreiber 74. Der Kristalltreiber 70 ist mit dem Kristall X1 und dem Widerstand R2 über die Pads 6 und 7 verbunden. Der Kristall X1 und der Widerstand R2 selbst sind parallelgeschaltet. Die Eingänge von Hysterese-Komparator 72 sind ebenfalls mit dem Kristall X1 und dem Widerstand R2 über die Pads 6 und 7 verbunden. Der Ausgang von Hysterese-Komparator 72 ist mit dem Ausgangstreiber 74 verbunden, welcher Signale C76_8 ausgibt. Ein externer Widerstand R1 ist zwischen VDD und Pad 5 geschaltet. Pad 5 ist mit zwei Stromquellen 76 und 78 in Reihe verbunden. Die Stromquelle 76 wird durch das Signal GND_REF gesteuert. Die Stromspiegel 80, 82 und 84 liefern den Vorwertstrom an den Kristalltreiber 70, den Hysterese-Komparator 72, bzw. den Ausgangstreiber 74. Jeder dieser Stromspiegel spiegelt die Stromquelle 78 mal irgendeiner ganzen Zahl. Diese Beziehung wird durch die gestrichelte Linie angezeigt. Insbesondere liefert der Stromspiegel 80 einen Strom von dem fünffachen Wert desjenigen von Stromquelle 78, liefert der Stromspiegel 82 den dreifachen Wert des Stroms von Stromquelle 78 und liefert der Stromspiegel 84 den zweifachen Wert des Stroms von Stromquelle 78. Die Stromquelle 78 und die Stromspiegel 80, 82 und 84 sind mit Vss verbunden.
In Funktion legt der Kristalltreiber 70 eine solche Spannung über den Kristall X1 an, daß der Kristall X1 bei der regulären Frequenz von 76,8 kHz schwingt. Der Hysterese-Komparator 72 kippt, wenn das Potential über den Kristall X1 um ungefähr 100 mv schwingt. Der digitale Hoch-Tief-Ausgang von Hysterese-Komparator 72 wird durch den Ausgangstreiber 74 verstärkt. Der Treiber 74 stellt sicher, daß das endgültige Signal von Schiene zu Schiene (Vss zu VDD) schwingt. Der Widerstand R1 wird in Verbindung mit GND_REF benutzt, um den Vorwertstrom der Stromspiegel 80, 82 und 84 einzustellen.

b. Einschalt-Rückstell-Schaltung

Fig. 11 veranschaulicht ein Blockschaltbild der in Fig. 8a abgebildeten Einschalt-Rückstell-Schaltung 50. Die Einschalt- Rückstell-Schaltung 50 hat eine Diode 86, die zwischen VDD und einen Knoten 88 geschaltet ist. Der Knoten 88 ist mit VSS über einen Kondensator 90 verbunden. Der Kondensator 90 kann eine Kapazität von 6 pF haben. Der Knoten 88 ist mit dem Eingang eines Puffers 92 verbunden. Der Puffer 92 ist mit einem Knoten 94 über einen Widerstand 96 mit 10 kOhm verbunden. Der Knoten 94 wirkt als ein Eingang zu den Klinken 98, 100 und 102. Die Klinken 98 und 102 sind Doppel-Rückstellklinken, während die Klinke 100 eine Einzel-Rückstellklinke ist. Die Klinke 98 wird zwei Taktzyklen von 76,8 kHz (geht auf hohen Pegel), nachdem die beiden Rückstellbedingungen (NPOR, Knoten 94, ist auf niedrigem Pegel oder NSTRT ist auf niedrigem Pegel) zu einer logischen Eins zurückkehren, gesetzt. In ähnlicher Weise wird die Klinke 102 einen Zyklus von 1,49 Hz, nachdem beide Rückstellbedingungen auf hohen Pegel gehen, gesetzt. Die Klinke 100 wird einen Zyklus, nachdem die Rückstellbedingung NPOR auf hohen Pegel geht, gesetzt. Wie abgebildet, erzeugen die Ausgänge der Klinken 98, 100 und 102 Signale NRESET, NRSTPRG, bzw. NRST.
TP6 ist über Pad 6 entweder mit dem Knoten 94 oder NRST verbunden. Die spezielle Verbindung ist von dem logischen Pegel von TEST abhängig, der bei Pad 4 angelegt wird. Wenn TEST gleich Null ist, dann wird TP6 mit NRST verbunden. Wenn TEST gleich Eins ist, dann wird TP6 mit dem Knoten 94 verbunden.
In Funktion verursacht ein Spannungsabfall, daß sich der Kondensator 90 entlädt. Dies bringt augenblicklich den Knoten 88 auf niedrigen Pegel. Der Puffer 92 stellt die Klinken 98, 100 und 102 zurück. Die Klinke 98 kehrt nach zwei vollen Taktzyklen des Taktsignals C76_8 auf hohen Pegel zurück. Die Klinken 100 und 102 kehren nach einem Zyklus des Taktsignals C1_49 auf hohen Pegel zurück. Zusätzlich können die Klinken 98 und 102 durch NSTRT zurückgestellt werden.
Während des Prüfens beobachtet TP6 den Ausgang des langsamen Puffers 92 an Knoten 94 oder den Ausgang von Klinke 102. Der Widerstand 96 verhütet, daß TP6 den Ausgang von Puffer 92 während des Prüfens nach unten zieht.

c. Hauptzeitbasis

Fig. 12 veranschaulicht schematisch die in Fig. 8a abgebildete Hauptzeitbasis-Schaltung 52. Die Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt die Taktsignale, die für die Ausgangstreiber-Schaltung 54 (in Fig. 13 gezeigt) notwendig sind. Die Hauptzeitbasis- Schaltung 52 hat eine Reihe von in Kaskadenform geschalteten Teiler-Schaltungen 104, 106, 108, 110, 112, 114 und 116 und verschiedene Gatter, die durch die Teiler-Schaltungen getrieben werden. Jede Teiler-Schaltung setzt die in sie eingegebene Frequenz des Taktsignaleingangs um einen speziellen Wert herab. Die Teiler-Schaltung 104 ist eine Teiler-Schaltung um den Faktor 5, welche ein Eingangssignal C76_8 hat. Die Teiler- Schaltung 104 gibt deshalb ein Signal von 15,36 kHz aus. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 104 ist mit dem Eingang der Teiler-Schaltung 106 verbunden. Die Teiler-Schaltung 106, eine Teiler-Schaltung um den Faktor 4, erzeugt einen Ausgang von 3,84 kHz. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 106 ist mit dem Eingang der Teiler-Schaltung 108 verbunden. Teiler-Schaltung 108, eine Teiler-Schaltung um den Faktor 99, erzeugt ein Taktsignal von 38,8 Hz. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 108 wird in die Teiler-Schaltung 110 eingegeben. Die Teiler-Schaltung 110, eine Teiler-Schaltung um den Faktor 26, erzeugt ein Signal von 1,49 Hz, C1_49. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 110 wird in die Teiler-Schaltung 112 eingegeben. Die Teiler-Schal tung 112, eine Teiler-Schaltung um den Faktor 5, erzeugt ein Taktsignal, das eine Periode von 3,35 Sekunden hat. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 112 wird in die Teiler-Schaltung 114 eingegeben. Die Teiler-Schaltung 114, eine Teiler-Schaltung um den Faktor 4.297, erzeugt ein Taktsignal, das eine Periode von 4 Stunden hat. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 114 wird über das T-Gatter 118 in die Teiler-Schaltung 116 eingegeben. Die Teiler-Schaltung 116, eine Teiler-Schaltung um den Faktor 6, erzeugt ein Taktsignal, das eine Periode von 24 Stunden hat. Die Teiler-Schaltung 116 kann als Alternative als Eingang den Ausgang aus der Teiler-Schaltung 112 haben. Das Signal, CLKS, kann über das T-Gatter 120 wie abgebildet zugeführt werden. Die T-Gatter 118 und 120 werden durch TEST gesteuert. Die Teiler-Schaltung 116 kann auch die Signale STIM0 und STIM1 als Eingang haben. Wie abgebildet, wird jede Teiler-Schaltung 104 bis 116 durch das Signal NRESET zurückgestellt.
Die Steuerlogik der Hauptzeitbasis-Schaltung 52 erzeugt die Signale ANL_CLK, NEN_ANL, NOUT_ON, IMINUS2, IMINUS, NIPLUS und BIASON wie abgebildet. C1_49 ist der Ausgang der Teiler-Schaltung 110. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 104 taktet die D- Flip-Flops 122, 132 und 134. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 104 wird zuerst durch einen Inverter 124 invertiert, bevor er Flip-Flop 122 taktet. Der Eingang von Flip-Flop 122, PULSE, ist mit einem alternativen Ausgang (PW) der Teiler-Schaltung 106 verbunden. Ausgang PW, als CLK2 gekennzeichnet, erzeugt einen Impuls identisch mit dem Ausgang der Teiler-Schaltung 106, der an der abfallenden Kante der Teiler-Schaltung 106 auftritt. NRESET und REC_OFF werden in ein AND/NAND-Gatter 126 eingegeben, nachdem REC_OFF durch einen Inverter 128 invertiert worden ist. Der negierte UND-Ausgang des Gatters 126 wird mit DCON durch ein NOR-Gatter 130 verknüpft. Der Ausgang aus dem Gatter 130 wird mit dem Eingang RESET von Flip-Flop 122 verbunden. Der als UND behandelte Ausgang des Gatters 126 wird mit dem zurückgestellten Eingang eines D-Flip-Flops 132 und 134 verbunden. Flip-Flop 132 hat als Eingang den Ausgang eines UND-Gatters 136. Das Gatter 136 hat zwei Eingänge, STIM_ON (den Ausgang von Teiler-Schaltung 115) und den Ausgang von Teiler-Schaltung 110. Der Eingang zu Flip-Flop 134 ist mit dem Ausgang des UND-Gatters 138 verbunden. Das Gatter 138 hat als seine zwei Eingänge STIM_ON und den Ausgang eines ODER- Gatters 140. Das ODER-Gatter hat zwei Eingänge, DCON und den Ausgang von Teiler-Schaltung 110.
ANL_CLK ist der Ausgang eines UND-Gatters 142 mit drei Eingängen. Das Gatter 142 hat die Eingänge DCON, den Ausgang von Gatter 136 und den Ausgang von Flip-Flop 132. NEN_ANL wird aus dem Ausgang eines ODER-Gatters 144, invertiert durch einen Inverter 146, erzeugt. Das ODER-Gatter 144 hat Eingänge, welche die Ausgänge von Gatter 136 und Flip-Flop 132 sind. NOUT_ON wird durch den Ausgang eines ODER-Gatters 148, invertiert durch einen Inverter 150, erzeugt. Das Gatter 148 hat Eingänge, welche die Ausgänge von ODER-Gatter 144 und eines UND-Gatters 152 sind. Das Gatter 152 hat zwei Eingänge, STIM_ON und DCON. IMINUS2 wird aus dem Ausgang eines ODER-Gatters, invertiert durch einen Inverter 156 erzeugt. Das Gatter 154 hat Eingänge, welches die Ausgänge von Flip-Flop 134 (invertiert) und dem Gatter 130 sind. IMINUS wird aus dem Ausgang eines ODER-Gatters 158 invertiert durch einen Inverter 160 erzeugt. Das Gatter 158 hat Eingänge, welche die Ausgänge von Flip-Flop 134 (invertiert) und Flip-Flop 122 sind. NIPLUS wird aus dem aus AND bestehenden Ausgang eines Doppel-UND/NAND-Gatters 162 invertiert durch einen Inverter 164 erzeugt. Das Gatter 162 hat als Eingänge die Ausgänge der Flip-Flops 122 und 134. BIASON wird durch den Ausgang des UND-Gatters 166 invertiert durch den Inverter 168 erzeugt. Das Gatter 166 hat als Eingänge den mit NAND behandelten Ausgang von Gatter 162 und DCON invertiert durch einen Inverter 170.
Zusätzlich sind die Ausgänge der T-Gatter 172 und 174 mit TP1 verbunden. Der Eingang der T-Gatter 172 und 174 ist mit dem alternativen Ausgang, PW, der Teiler-Schaltung 106 bzw. dem Ausgang von Flip-Flop 134 verbunden. Die T-Gatter 172 und 174 werden durch TEST gesteuert. Wenn TEST gleich 0 ist, dann ist TP1 mit dem Ausgang PW der Teiler-Schaltung 106 verbunden. Wenn TEST gleich 1 ist, dann ist TP1 mit dem Ausgang von Flip- Flop 134 verbunden.
In Funktion erzeugt der Ausgang der Teiler-Schaltung 116 (STIM_ON) eine Reihe von PULSEN von vier Stunden in Abhängigkeit von den Werten von STIM1 und STIM0 entsprechend den folgenden Werten. Wenn STIM1 = 0 und STIM0 = 0, dann ist STIM_ON kontinuierlich auf niedrigem Pegel, wenn STIM1 = 0 und STIM0 - 1, dann ist STIM_ON periodisch 4 Stunden lang auf hohem Pegel und auf niedrigem Pegel 20 Stunden lang, wenn STIM1 = 1 und STIM0 = 0, dann ist STIM_ON periodisch 8 Stunden lang auf hohem Pegel und auf niedrigem Pegel 16 Stunden lang, wenn STIM1 - 1 und STIM0 = 1, dann ist STIM_ON dauernd auf hohem Pegel. Dieses interne Signal steuert die vier Betriebsformen des Stimulators. Der Ausgang der Teiler-Schaltung 104 wirkt als Taktgeberuhr für die Hauptbasiszeit-Schaltung 52. Der alternative Ausgang, PW, der Teiler-Schaltung 106 erzeugt den Arbeitszyklus 25% auf hohem Pegel/75% auf niedrigem Pegel bei WS-Betrieb. Die Teiler-Schaltung 108 erzeugt 99 Impulse für jeden Ausbruch des WS-Signals. Die Teiler-Schaltung 110 erzeugt das Verhältnis von Ausbruch zu Ruhe von 1. 25. Dies ist der Ausgang 1,49 Hz beim WS-Betrieb.
Die abschließenden Teiloperationen werden unter drei Teiler- Schaltungen 112, 114 und 166 aufgeteilt, um ein Testen zu erleichtern. Dies ermöglicht ein Testen der Hauptzeitbasis- Schaltung 52 unter Verwendung eines künstlichen 20-Sekunden- Tages. Wie vorstehend beschrieben, wird dann, wenn TEST = 1 die Teiler-Schaltung 114 umgangen. Desgleichen kann man, wie vorstehend beschrieben, den Ausgang der Teiler-Schaltung 106 und von Flip-Flop 134 direkt durch die T-Gatter 172 und 174 und durch TP1 feststellen.

d. Ausgangstreiber

Fig. 13 veranschaulicht ein Blockschaltbild der in Fig. 8b abgebildeten Ausgangstreiber-Schaltung 54. Der Ausgangstreiber 54 besteht aus Stromspiegeln 176, 178, 180, 182, 184, 186 und 188. Der Stromspiegel 176 ist mit VDD über Pad 25 und einem externen Widerstand R11 verbunden. Der Stromspiegel 176 hat einen Steuerspannungseingang, GND_REF. Der Stromspiegel 176 ist mit dem Stromspiegel 178 über einen Schalter 190 verbunden. Der Schalter 190 wird durch NOUT N gesteuert. Der Stromspiegel 178 ist zwischen den Schalter 190 und Vss geschaltet. Der Stromspiegel 180 ist zwischen VDD und den Knoten 192 geschaltet. Der Knoten ist mit V00 auch über einen freigestellten Widerstand R12 bei Pad 21 verbunden. Der Knoten 192 ist auch mit dem Stromspiegel 182 über einen Schalter 194 verbunden. Der Schalter 194 wird durch BIASON gesteuert. Der Stromspiegel 182 ist auch mit Vss verbunden. Der Stromspiegel 184 ist zwischen VDD und einen Knoten 196 geschaltet. Der Knoten 196 ist extern mit ILIMIT bei Pad 22 verbunden. Der Knoten 196 ist auch mit einem Knoten 198 über einen Schalter 200 gekoppelt. Der Schalter 200 wird durch NIPLUS gesteuert. Der Knoten 198 ist extern mit OUT1 bei Pad 23 verbunden, um den Spiegel 186 über einen Schalter 202 zu steuern. Der Schalter 202 wird durch IMINUS gesteuert. Der Stromspiegel 186 ist auch mit Vss verbunden. Ein Schalter 204 wird durch IMINUS2 gesteuert und verbindet einen externen Ausgang, OUT2, bei Pad 24 mit dem Stromspiegel 188. Der Stromspiegel 188 ist auch mit Vss verbunden.
Der Widerstand R11 gleicht den Strom durch den Stromspiegel 176 und folglich den Strom durch den Stromspiegel 178 ab. Der Stromspiegel 182 ist so gestaltet, daß er den Strom von Stromspiegel 178 dreimal absenkt. Die Stromspiegel 186 und 188 sind so gestaltet, daß sie den Strom von Stromspiegel 178 33-mal absenken. Der Stromspiegel 180 ist eine Quelle für denselben Strom, wie der Stromspiegel 182, wenn der Widerstand R12 weggelassen wird. Der Widerstand R12 kann eingeschlossen werden, um den Strom durch den Stromspiegel 180 abzugleichen. Der Stromspiegel 184 ist so gestaltet, daß er eine Quelle mit dem 33-fachen des Stroms durch den Stromspiegel 180 oder ungefähr dem 99-fachen des Stroms von Stromspiegel 178 bildet.
Beim WS-Betrieb ist der Schalter 204 offen, was gestattet, daß OUT2 extern mit OUT1 verbunden ist. Gleichzeitig werden die Schalter 200 und 202 asymmetrisch geöffnet und geschlossen, um periodisch den Strom nach OUT1 von den Stromquellen 184 und 186 zu liefern und abzusenken. BIASON setzt die Stromspiegel 180 und 184 während des negativen Teils des Ausgangs außer Funktion. NOUT_ON setzt die Ausgangstreib-Schaltung 54 nur während des Impulsteils des Ausgangssignals in Funktion. ILIMIT wird nicht benutzt. Bei dieser Ausführungsform der Ausgangstreiber-Schaltung 54 wird der an OUT1 gelieferte und von dort abgenommene Strom auf einem verhältnismäßig konstanten Pegel gehalten. Bei anderen Ausführungsformen wird jedoch die Spannung bei OUT1 auf einem konstanten Pegel gehalten.
Im GS-Betrieb ist ILIMIT mit dem Gehäuse des Knochenwachstums- Stimulators (in Fig. 2 abgebildet) verbunden und wirkt als Anoden. Der Schalter 200 ist offen, und der Schalter 194 ist geschlossen. OUT1 und OUT2 sind mit den 2 Katoden (in Fig. 3 abgebildet) verbunden, und jede ist mit den Stromspiegeln 186 bzw. 188 durch die Schalter 202 bzw. 204 verbunden. Der GS- Ausgang wird durch IMINUS und IMINUS2 gesteuert.

e. Geber

Fig. 14 veranschaulicht schematisch den in Fig. 8 abgebildeten Geber. Die Geber-Schaltung 56 hat die Schaltlogik 206, welche die Invertertreiber 208 und 210 treibt. Die Invertertreiber 208 und 210 steuern die Schalter 212 bzw. 214. Der Schalter 212 verbindet VDD mit dem Widerstand 216. Der Widerstand 216 ist mit einem Knoten 218 verbunden. Der Schalter 214 verbindet den Knoten 218 mit VSS. Der Knoten 218 ist mit dem Knoten 220 über eine externe Verbindung, TRANS bei Pad 8 durch einen externen Kondensator C2 verbunden. Der Knoten 220 ist mit VDD durch eine externe Induktionsspule L1 verbunden. Desgleichen ist der Knoten 220 über einen externen Widerstand R3 zurück zu der integrierten Schaltung 46 durch RECV bei Pad 9 verbunden.
Bei einer Ausführungsform der Geber-Schaltung 56 sind die Widerstände 216 und R3 Widerstände von 10 kOhm, ist C2 ein Kondensator 1000 pF und ist Induktionsspule L1 eine Induktionsspule von 4,8 mli.
Die Logik 206 gibt an die Invertertreiber 208 und 210 den Ausgang aus NAND-Gatter 224, doppelt invertiert durch die Inverter 226 und 228, aus. Das Gatter 224 ist ein NAND-Gatter mit drei Eingängen, welches C76_8, den Ausgang aus einem ODER-Gatter 230 und XMIT verknüpft. Das Gatter 230 ist ein ODER-Gatter mit drei Eingängen, das die Eingänge STARTCLK, 'den Ausgang eines UND-Gatters 232 und den Ausgang von einem UND-Gatter 234 hat. Das Gatter 232 hat die Eingänge ONECLK und TCODE. Das Gatter 234 hat die Eingänge TCODE, invertiert durch einen Inverter 236 und ZEROCLK.
In Funktion synchronisiert die Logik 206 Ausgangsdaten bei TCODE mit dem entsprechenden Kommunikationsprotokoll-Fenster. Insbesondere wird ein Datenbit mit hohem Pegel mit ONECLK und C76_8 synchronisiert. Ein Datenbit mit niedrigem Pegel wird mit ZEROCLK und C76_8 synchronisiert. XMIT wirkt als Einschaltsignal. Das synchronisierte Ausgangssignal von Logik 206 bewirkt, daß die Inverter 208 und 210 die Schalter 212 und 214 schließen. Der Strom fließt dann durch die Induktionsspule 222. Die Logik 206 tastet die Induktionsspule L1 zweimal pro Datenbit infolge der Länge der Impulse der Taktsignale und von TCODE ab.

f. PPM-Dekoder

Fig. 15a und 15b veranschaulichen schematisch die in Fig. 8a abgebildete PPM-Dekoder-Schaltung 58. Die PPM-Dekoder-Schaltung 58 hat einen PPM-Taktdekodierblock 238 und die dazugehörige Datenprüflogik. So, wie der Block 238 in der Figur abgebildet ist, erzeugt er C38_4, ZEROCLK, ONECLK, STARTCLK, DSTB und NPPMRST. Der Block 238 erzeugt auch das Signal TELCLK, ein Zeitsteuerungssignal, für eine Verwendung innerhalb der PPM- Dekoder-Schaltung 58. Der Block 238 wird vollständiger in Verbindung mit Fig. 15b beschrieben.
Fig. 15a hat fünf als Kaskade geschaltete D-Flip-Flops 240, 242, 244, 246 und 248. Wie abgebildet, ist der Ausgang der Flip-Flops 240, 242, 244, 246 und 248 mit dem Eingang des nächsten Flip-Flops verbunden. Flip-Flop 240 wird durch NREC_OUT, invertiert durch einen Inverter 250, getaktet. Flip- Flop 240 wird durch TELCLK zurückgestellt, nachdem jenes Signal durch die Verzögerungs-Schaltung 252 zeitweilig verzögert worden ist. (Die Verzögerungs-Schaltung 252 könnte ein UND- Gatter sein, wobei seine beiden Eingänge mit TELCLK verbunden sind.) Die Flip-Flops 242, 244, 246 und 248 werden jeweils durch TELCLK getaktet und durch NRST zurückgesetzt.
Ein NAND-Gatter 254 stellt sicher, daß der Datenbiteingang bei NREC OUT dem in Fig. 9a beschriebenen Kommunikationsprotokoll entspricht. Das Gatter 254 hat drei Eingänge, den invertierten Ausgang von Flip-Flop 242, den Ausgang eines XOR-Gatters 256 und den Ausgang von Flip-Flop 248. Die Eingänge für Gatter das 256 sind mit den Ausgängen der Flip-Flops 244 und 246 verbunden.
DATA wird aus dem Ausgang von Flip-Flop 246 erzeugt. REC OFF wird aus dem invertierten Ausgang eines D-Flip-Flops 258, invertiert durch einen Inverter 260, erzeugt. Der Eingang von Flip-Flop 258 ist mit VDD verbunden, und er wird durch NTRANS getaktet. Das Rückstellsignal für Flip-Flop 258 ist mit dem Ausgang eines RS-Flip-Flops 262 verbunden. Flip-Flop 262 hat einen ersten Eingang von dem Ausgang eines NAND-Gatters 264 und einen zweiten von dem Ausgang von Inverter 250. Das NAND- Gatter 264 hat die Eingänge NRST und den Ausgang eines NAND- Gatters 266. Das NAND-Gatter 266 ist ein NAND-Gatter mit drei Eingängen, das als Eingänge den invertierten Ausgang von Flip- Flop 258, DSTB und den Ausgang eines NAND-Gatters 254 hat. Der Setz-Eingang zu Flip-Flop 242 ist mit dem Ausgang eines NAND- Gatters 268 verbunden. Die Eingänge für das NAND-Gatter 268 sind mit dem Ausgang von Inverter 250 und mit NPPMRST über einen Inverter 270 verbunden.
Die T-Gatter 272 und 274 schalten alternierend REC OUT und TELCLK zu TP4 unter Steuerung von TEST. Wenn TEST gleich Null ist, dann wird TP4 mit dem 4800-Hz-Signal TELCLK verbunden. Wenn TEST gleich eins ist, wird TP4 mit REC OUT verbunden.
In Funktion erfassen die Flip-Flops 240, 242, 244, 246 und 248 Daten, die bei NREC OUT vorhanden sind, welche mit dem 4800- Hz-Signal TELCLK synchronisiert sind. Das Gatter 254 stellt sicher, daß das Datenbit dem in Verbindung mit Fig. 9a beschriebenen PPM-Protokoll folgt. Das Gatter 254 gibt ein Signal mit hohem Pegel dann aus, wenn irgendeine der drei Bedingungen erfüllt sind: (1) das Startbit ist auf hohem Pegel, (2) entweder das zweite oder dritte Bit ist auf hohem Pegel, aber nicht beide oder keins von beiden und (3) das erkannte Fenster "kein Impuls" ist auf niedrigem Pegel. Flip-Flop 258 und der Inverter 260 erzeugen REC OFF.
Fig. 15b veranschaulicht ein Schema des in Fig. 15a abgebildeten PPM-Takt-Dekodierblocks 238. Der Block 238 besteht aus sechs D-Flip-Flops 276, 278, 280, 282, 284 und 286. Diese Flip-Flops sind kaskadenförmig derart geschaltet, daß der Ausgang der Flip-Flops 276, 278, 280, 282 und 284 mit dem Takteingang der Flip-Flops 278, 280, 282, 284 und 286 entsprechend verbunden ist. Der Takteingang zu Flip-Flop 276 ist mit dem Ausgang von UND-Gatter 288 verbunden. Das Gatter 288 hat zwei Eingänge, C76_8 und den Ausgang eines UND-Gatters 290. Das UND-Gatter 290 hat die Eingänge NSTOP und NTRANS. Der Ausgang von Gatter 290 ist auch mit den Rückstellungen von der Flip- Flops 276, 278 und mit einem D-Flip-Flop 292 verbunden. Flip- Flop 292 wird durch den Ausgang von Flip-Flop 278 getaktet, und sein Eingang wird durch VDD auf hohem Pegel gehalten. Der Ausgang von Flip-Flop 292 erzeugt das Signal NPPMRST. Der invertierte Ausgang von Flip-Flop 292, invertiert durch einen Inverter 294, stellt die Flip-Flops 280, 282, 284 und 286 zurück.
Der Eingang und der invertierte Ausgang jedes der Flip-Flops 276, 278, 280 und 282 sind so miteinander verbunden, daß Knoten 296, 298, 300 und 302 gebildet werden. Diese Knoten bilden die Eingänge zum ODER-Gatter 304. ZEROCLK wird durch ein NOR- Gatter 306 erzeugt. Das Gatter 306 hat drei Eingänge, den Ausgang von Gatter 304, einen Knoten 308 und den Ausgang von Flip-Flop 286. Der Knoten 308 ist mit dem Eingang und dem invertierten Ausgang von Flip-Flop 284 verbunden. ONECLK wird durch ein NOR-Gatter 310 erzeugt. Das Gatter 310 hat drei Eingänge, den Ausgang von Gatter 304, den Ausgang von Flip-Flop 284 und den Ausgang von Klinke 286. STARTCLK wird durch ein NOR-Gatter 312 erzeugt. Das NOR-Gatter 312 hat drei Eingänge, den Ausgang von Gatter 304, den Knoten 308 und den invertierten Ausgang von Flip-Flop 286. DSTB wird durch ein NOR-Gatter 314 erzeugt. Das NOR-Gatter 314 hat vier Eingänge, den Knoten 300, den Ausgang von Flip-Flop 282, den Knoten 308 und einen Knoten 315. Der Knoten 315 ist mit dem Eingang und dem invertierten Ausgang von Flip-Flop 286 verbunden. TELCLK wird von dem Knoten 302, invertiert durch einen Inverter 316, erzeugt.

g. Kommunikationsmodem

Fig. 16 veranschaulicht ein Blockschaltbild der in Fig. 8a abgebildeten Kommunikationsmodem-Schaltung 60. Die Kommunikationsmodem-Schaltung 60 hat ein 11-Bit-Schieberegister 318 mit Ausgängen NSTRT und einen 11-Bit-Bus 3120. Das Schieberegister 318 wird durch NPPMRST zurückgestellt und wird durch DSTB ge taktet. DATA und REC_OFF werden durch ein ODER-Gatter 322 logisch verknüpft. Der Ausgang von Gatter 322 ist der Dateneingang zum Schieberegister 318. Der Bus 320 verbindet das Schieberegister 318 mit der Protokoll-Prüfschaltung 324, mit einem Multiplexer 11 zu 1 326 und mit Stimulations-Steuerbitklinken 328.
Die Protokoll-Prüfschaltung 324 hat die Eingänge DCON, CODE über Pads 13 bzw. 10. Die Protokoll-Prüfschaltung 324 hat einen einzigen Ausgang ACCESS, der in die Klinken 328 und in eine Down-Link/Up-Link-Steuer-Schaltung eingegeben wird. Die Klinken 328 haben auch die Eingänge NRSTPRG, DCON und den Ausgang von Schaltung 330. Die Klinken 328 geben STIM0 und STIM1 aus. Die Schaltung 330 hat auch Eingänge NPPMRST und C38_4. Wie abgebildet, hat der Multiplexer 326 die Dateneingänge STIM0, STIM1, DCON, CODE, LDLOW, LDHIGH, LOWBATT und EOL. Der Multiplexer 326 hat auch zwei Steuereingänge STARTCLK und REC_OFF. Der Multiplexer 326 gibt TCODE und XMIT aus.
Ein Schalter 332 schaltet alternierend einen externen Anschluß, TP5, entweder zu der zehnten Datenleitung in Bus 320 oder zu ACCESS, je nach dem logischen Wert von TEST. Wenn TEST = 0, dann wird TP5 mit ACCESS verbunden. Wenn Test = 1, dann wird TP5 mit einer Datenleitung in Bus 320 verbunden, die das Schluß- oder Stop-Informationsbit enthält. Pad 2 ist mit TP5 verbunden, während Pad 4 mit TEST verbunden ist.
In Funktion werden 11 Datenbits in ein Schieberegister 318 über DSTB und DATA eingeblendet. Diese Bits werden dann auf dem Bus 320 verfügbar gemacht. Die Protokoll-Prüf-Schaltung 324 vergleicht dann die empfangenen Daten mit den in Verbindung mit Fig. 9b beschriebenen Erfordernissen des programmierten Datenwortes. Wenn diese Erfordernisse erfüllt werden, dann gibt die Protokoll-Prüf-Schaltung 324 eine logische Eins an ACCESS aus. Die Klinken 328 prüfen das zweite empfangene Datenbit, um festzustellen ob STIM0 und STIM1 nach (RNW = 0) geschrieben oder einfach von (RNW = 1) gelesen werden sollten.
Wenn ein Schreibkommando auf Bus dem 320 angezeigt wird, dann werden die Klinken 328 mit den neuen Daten geladen. Wenn nur eine Leseoperation angezeigt wird, dann sorgt das Kommunikationsmodem 60 für eine Quittungs-Aufwärtsverbindung zum externen Empfänger. Die Schaltung 300 gibt eine logische Null auf NTRANS aus, nachdem eine gültige Kommunikation empfangen worden ist, wie diese durch die Protokoll-Prüf-Schaltung 324 angezeigt wird.
Nach einer gültigen Abwärtsverbindung gibt das Kommunikationsmodem 60 21 Datenbits entsprechend dem in Verbindung mit Fig. 9c beschriebenen Kommunikationsprotokoll auf TCODE aus. Der Multiplexer setzt die Geber-Schaltung 56 über XMIT in Funktion. Der Multiplexer 326 gibt jedes Bit in der richtigen Reihenfolge dadurch aus, daß er sequentiell ein stehengebliebenes Bit auf jeder der 11 Busleitungen 320 vom Schieberegister 318 empfängt. Eine logische 1 wird im Schieberegister 318 durch REC OFF eingezwängt. Der Multiplexer 326 setzt sequentiell jede Datenleitung in Funktion, wenn sich die Eins durch den Bus 320 fortbewegt. Diese Prozedur bewirkt, daß der Inhalt der Datenleitungen STIM0, STIM1, DCON, CODE, LDLOW, LDHIGH, LOW, BATT und EOL zusammen mit dem Startbit seriell durch TCODE in der richtigen Reihenfolge ausgegeben wird, ohne, daß ein Adreßzähler erforderlich ist. Ein interner Flip-Flop erzeugt eine ungerade Parität, nachdem das letzte Datenbit ausgegeben ist und unmittelbar vor dem Stop-Bit. Es sollte selbstverständlich sein, daß auch ein konventioneller Multiplexer mit Adreßbits anstelle des Multiplexers 326 verwendet werden könnte.

h. Leitungsstatus

Fig. 17 veranschaulicht schematisch die in Fig. 8b abgebildete Leitungsstatus-Schaltung 62. Die Leitungsstatus-Schaltung 62 besteht aus einem ersten und einem zweiten Komparator 334 und 336. OUT1 ist mit dem ersten Eingang von Komparator 334 durch Pad 23 verbunden. Ein Knoten 338 ist mit dem zweiten Eingang von Komparator 334 verbunden. Der Knoten 338 ist auch mit Knoten 340 über das externe Pad 20 verbunden. Der Knoten 340 ist mit GND_REF über den Widerstand R9 verbunden. Der erste Eingang zum Komparator 336 ist mit dem Knoten 342 verbunden. Der Knoten 342 ist mit einem Knoten 340 über einen externen Widerstand R8 und Pad 19 verbünden. Der Knoten 324 ist auch mit einem Stromspiegel 344 gekoppelt. Der Stromspiegel 344 ist mit VSS verbunden und spiegelt den Strom durch einen Stromspiegel 346. Der Stromspiegel 346 ist mit ILEAD über den Schalter 348 unter der Steuerung des Stromspiegels NEN_ANL verbunden. Der Stromspiegel 346 ist auch mit VSS verbunden. Der Knoten 338 ist mit einem zweiten Stromspiegel 350 über einen Schalter 352 unter der Steuerung von DCON verbunden. Der Stromspiegel 350 spiegelt auch den Stromspiegel 346 und ist mit VSS verbunden. Die Ausgänge zu den Komparatoren 334 und 336 sind mit den Knoten 354 und 356 verbunden. Der Knoten 354 ist ein Eingang zu einem XOR-Gatter 358. Das Gatter 358 hat DCON als seinen zweiten Eingang. Der Ausgang zum Gatter 358 ist mit dem Eingang eines Flip-Flops 360 verbunden. Der Knoten 356 ist mit dem Eingang eines Flip-Flops 362 verbunden. Die Flip-Flops 360 und 362 werden durch NRST zurückgestellt und werden durch den Ausgang eines ODER-Gatters 364 getaktet. Das Gatter 364 hat Eingänge ANL_CLK und IMINUS. Die Flip-Flops 360 und 362 erzeugen LDLOW bzw. LDHIGH.
Der Schalter 366 verbindet alternativ TP2 über Pad 27 mit jedem der Ausgänge von Komparator 334 und 336. Der Schalter 366 arbeitet unter der Steuerung von TEST über Pad 4. Wenn TEST gleich 0 ist, dann wird TP2 mit dem Knoten 356 verbunden. Wenn TEST gleich 1 ist, dann wird TP2 mit dem Knoten 354 verbunden.
Im WS-Betrieb hat der Knochenwachstums-Stimulator einen einzigen Elektrodenausgang. OUT1 und OUT2 werden deshalb vom Chip her kurzgeschlossen. Der Komparator 334 vergleicht die Spannung an OUT1 mit der Spannung am Knoten 340. Wenn die Spannung an OUT1 unter die Spannung am Knoten 340 abfällt, dann gibt der Komparator 334 eine Null an die Klinke 360 und an LDLOW aus. Die Spannung bei dem Knoten 340 wird durch die Wahl von Widerstand R9 bestimmt. Der Komparator 336 vergleicht die Spannung bei OUT1 mit einer Spannung am Knoten 342. Wenn die Spannung an OUT2 die Spannung am Knoten 342 überschreitet, dann gibt der Komparator 336 einen logischen Pegel Null aus, welcher durch Flip-Flop 362 verblockt und auf LDHIGH ausgegeben wird. Die Spannung bei dem Knoten 342 wird durch die Wahl der Widerstände R8 und R9 bestimmt. NEN_ANL setzt die Leitungsstatus-Schaltung 62-während des positiven Teils und des Ruheteils des Ausgangsignals außer Funktion, um Energie zu sparten. Der Stromspiegel nimmt 100 nA von Knoten 342 ab.
Beim GS-Betrieb sind jeweils OUT1 und OUT2 mit einer Katode über Pads 23 und 24 verbunden. Desgleichen ist der Knoten 342 mit GND_REF über den Widerstand R8 verbunden. (Der Widerstand R8 ist nicht mit dem Knoten 340 verbunden). Der Schalter 352 wird durch DCON geschlossen, was es ermöglicht, daß der Stromspiegel 350 100 nA vom Knoten 338 abzieht. Beide Komparatoren 334 und 336 vergleichen die Spannungen bei OUT1 und OUT2 mit den Spannungen an den Knoten 338 bzw. 342. Der Komparator 334 gibt einen logischen Pegel Null dann aus, wenn OUT1 niedriger als die Spannung an dem Knoten 340 ist (hohe Leitungsimpedanz bei OUT1). Der Komparator 336 gibt einen logischen Pegel Eins aus, wenn OUT2 niedriger als die Spannung bei Knoten 342 ist (hohe Leitungsimpedanz bei OUT2). Diese Ausgänge werden durch Flip-Flops 360 und 362 verblockt.

i. Empfänger

Fig. 18 veranschaulicht schematisch die in Fig. 8a abgebildete Empfänger-Schaltung 64. Die Empfänger-Schaltung 64 hat einen Energiesteilheits-Komparator 368, welcher NREC_OUT ausgibt. Der erste Eingang zum Komparator 368 ist mit einem Knoten 370 verbunden. Der zweite Eingang ist mit einer internen Spannungsversorgung verbunden, welche von 75 bis 150 mv reicht.
Der Strom wird von Knoten 370 durch eine Stromquelle 372 abgeleitet. Die Stromquelle 372 ist mit VSS verbunden. Der Knoten 370 ist mit einem externen Knoten durch den Widerstand R3 über das externe Pad 9 verbunden. Der Knoten 370 ist auch mit VDD über die Induktionsspule L1 verbunden. Pad 8 ist eine externe Verbindung für eine Geber-Schaltung 56. Diese ist mit dem Knoten 374 über den Kondensator C2 verbunden.
Wie in Verbindung mit Fig. 14 beschrieben, hat die Induktionsspule L1 eine Induktivität von 4,8 mH, hat der Widerstand R3 einen Widerstand von 10 kOhm und hat der Kondensator C2 eine Kapazität von 1000 pF.
In Funktion pulst der Komparator 368 einen niedrigen Pegel, wenn die Induktionsspule L1 einen Impuls von einem externen Geber empfängt. Der Komparator 368 kann einen Impuls mit einer Amplitude von ungefähr 20 mv, einer Breite von 7,5 us und Impulse feststellen, die bis zu einer Dichte von 75 us zusammenliegen.

j. Batteriestatusanzeige

Fig. 19 veranschaulicht schematisch die in Fig. 8b abgebildete Batteriestatusanzeige 66. Die Batteriestatus-Schaltung 66 hat einen Komparator 376. Der Ausgang aus dem Komparator 376 wird logisch mit REC_OFF durch ein UND-Gatter 378 verknüpft. Der Ausgang von Gatter 378 ist mit dem Eingang einer Klinke 380 verbunden. Die Klinke 380 wird durch NRST zurückgestellt, und ihr Ausgang erzeugt LOWBATT. Der Ausgang der Klinke 380 wird mit dem Ausgang von Gatter 378 durch ein UND-Gatter 382 verknüpft. Der Ausgang von UND-Gatter 382 ist mit dem Eingang einer Klinke 384 verknüpft. Die Klinke 384 wird durch NRST zurückgestellt und durch C1_49 getaktet. Die Klinke 384 erfordert zwei Taktzyklen, um einzuklinken. Der Ausgang von Klinke 384 erzeugt EOL.
Der erste Eingang zum Komparator 376 ist mit einem Knoten 386 verbunden. Der Knoten 386 ist mit einem externen Knoten 388 über EOLTRM und Pad 12 verbunden. Ein externer Kondensator C3 ist zwischen den Knoten 388 und Voo geschaltet. Ein externer Widerstand R4 ist zwischen den Knoten 388 und VSS geschaltet. Zwei Stromspiegel 390 und 392 sind parallel zwischen den Knoten 386 und den Knoten 394 geschaltet. Ein Schalter 396 verbindet selektiv die Stromquelle 392 mit dem Knoten 394 unter Steuerung durch den Ausgang von Klinke 380. Der Knoten 394 ist mit VDD über einen Schalter 398 unter Steuerung durch NEN_ANL gekoppelt. Der zweite Eingang von Komparator 376 ist mit GND_REF verbunden.
Ein Schalter 400 verbindet alternativ TP3 über Pad 28 entweder mit dem Ausgang von Gatter 378 oder dem Ausgang von Klinke 384. Der Schalter 400 wird durch TEST über ein externes Pad 4 gesteuert. Wenn TEST gleich Null ist, dann wird TP3 mit dem Ausgang von Gatter 378 verbunden. Wenn Test gleich Eins ist, dann wird TP3 mit dem Ausgang von Klinke 384 verbunden.
In Funktion vergleicht der Komparator 376 die Spannung bei dem Knoten 386 mit GND_REF. Die erste Spannung, die von dem Knoten 386, ist in Abhängigkeit davon, wieviel Strom über den Widerstand R4 durch die Stromspiegel 390 und 392 entnommen wird, konstant. GND_REF fällt jedoch ab, wenn VDD während der Lebensdauer der Schaltung abfällt.
Anfänglich ist der Ausgang von Klinke 380 auf niedrigem Pegel und ist der Schalter 396 geschlossen. Die Stromspiegel 390 und 392 nehmen 120 nA über den Widerstand R4 ab. Anfänglich ist GND_REF auf einem höheren Potential als der Knoten 386. Der Ausgang von Komparator 376 ist deshalb auf niedrigem Pegel. Wenn die Batterie altert, fällt GND_REF unter die konstante Spannung bei dem Knoten 386 ab und schaltet den Ausgang von Komparator 376 auf hohen Pegel. Dies gibt ein Bit LOWBATT von der Klinke 380 aus und öffnet den Schalter 396. Durch den Knoten 386 fließt deshalb nur ein Strom von 80 nA. Dies ernied rigt die Spannung von Knoten 388. GND_REF wird wieder höher als die Spannung bei dem Knoten 386, was bewirkt, daß der Ausgang von Komparator 376 wieder auf niedrigen Pegel geht. Eventuell wird, wenn die Batterie noch weiter altert, GND_REF unter den zweiten, sogar noch niedrigeren Spannungspegel bei dem Knoten 386 fallen, was den Ausgang vom Komparator 376 auf hohen Pegel schaltet. Der zweite hohe Ausgang wird mit dem Ausgang von Klinke 380 durch das Gatter 382 verknüpft und als EOL ausgegeben.

k. Spannungs-Bezugswert/Regler

Fig. 20 veranschaulicht ein Blockschaltbild der in Fig. 8b abgebildeten Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68. Die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 besteht aus einer Diode 403, die mit VDD und dem Knoten 402 verbunden und wie abgebildet unter Vorspannung liegt. Der Knoten 402 ist mit Vss über einen Stromspiegel 404 verbunden. Eine zweite Diode 405 ist zwischen VDD und VSET1 über Pad 15 geschaltet. VSET1 ist mit VSET2 über einen externen Widerstand R5 gekoppelt. VSET2 verläßt die Schaltung über Pad 16. VSET2 ist mit einem Knoten 406 verbunden. Der Knoten 406 ist mit Vss über einen Stromspiegel 408 verbunden. Ein Rechenverstärker 410 hat seinen ersten Eingang mit dem Knoten 406 und seinen zweiten Eingang mit dem Knoten 402 verbunden. Ein externer Widerstand R6 ist zwischen VDD und einen Knoten 412 geschaltet. Knoten 412 ist mit VREF über Pad 17 verbunden. Pad 17 ist mit Vss über einen Stromspiegel 414 verbunden. Der Knoten 412 ist der erste Eingang von Komparator 416. Der zweite Eingang zu dem Komparator 416 ist mit seinem Ausgang verknüpft. Der Ausgang von Komparator 416 erzeugt GND_REF (intern und GND extern). GND_REF ist mit einem Anschluß eines externen Kondensators C5 über ein externes Pad 18 verbunden. Der zweite Anschluß von Kondensator C5 ist mit VDD gekoppelt. Ein erster und ein zweiter Stromspiegel 418 und 420 sind in Reihe zwischen VDD und Vss geschaltet. Die Stromspiegel 422 und 424 sind mit VDD gekoppelt und erzeugen die Vorwertströme von 20 nA IREC bzw. ILEAD. ITEST ist mit VSS über einen Stromspiegel 426 verbunden. IDCON ist mit VSS über einen Stromspiegel 428 verbunden. ICODE ist mit VSS über einen Stromspiegel 430 verbunden. IBATT ist mit VSS über einen Stromspiegel 432 verbunden. IPOR ist mit VSS über einen Stromspiegel 434 verbunden. Die Stromspiegel 426, 428 und 430 erzeugen Vorwertströme von 100 nA. Die Stromspiegel 432 und 434 erzeugen einen Vorwertstrom von 20 bzw. 10 nA.
NRSTPRG steuert einen Schalter 436. Der Schalter 436 verbindet VDD mit einem Stromspiegel 438. Der Ausgang von Stromspiegel 438 ist mit dem Ausgang von Komparator 410 verbunden. Die Ströme, die durch die Stromspiegel 438, 404, 408, 414, 420, 426, 428, 430, 432 und 434 fließen, werden durch den Ausgang von Komparator 410 reguliert und werden auf eine Temperaturschwankung in der nachstehend beschriebenen Weise kompensiert. Die Stromspiegel 418, 422 und 424 werden durch den Ausgang von Komparator 410 über den Stromspiegel 420 gesteuert. Der Stromspiegel 438 setzt die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 in Funktion.
Die Spannungs-Bezugswert/Regler-Schaltung 68 basiert auf dem Bandlückenprinzip. Der Komparator 410 stellt die Stromspiegel so ein, daß die Spannungen an den Knoten 402 und 406 gleich sind. Deshalb ist der Strom durch R6 direkt proportional der einzelnen Diode 403. Der Strom durch R5 basiert auf der Differenz in den zwei Dioden 403 und 405, welche so gewählt werden, daß sie eine Differenz von 8 : 1 in der Stromdichte haben. Wenn R5 im richtigen Gleichgewicht mit R6 gewählt wird (R6/R5 = 16,2) dann ist die Stromsumme temperaturunabhängig. VREF wird durch den gespiegelten Strom und den externen Widerstand R7 eingestellt. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist VREF gleich GND (GND_REF) oder VDD - 1,5 V.

5. Konfigurationen der Stimulator-Schaltung

a. WS-Konfiguration

Fig. 21 veranschaulicht schematisch die in Fig. 8a und 8b abgebildete Schaltung in der Konfiguration für das WS-Ausgangssignal. Nach dem Paketieren werden die Stifte 1 bis 4 und 26 bis 28 bei der integrierten Schaltung 46 offengelassen. Ein Testen erfolgt vor der endgültigen Montage.
XTRM ist mit VDD 5 über den Widerstand R1 verbunden. Der Widerstand R1 ist ein Widerstand von 10 MOhm. XTAL1 ist mit dem Kristall X1 parallel zum Widerstand R2 verbunden. XTAL2 ist mit dem anderen Anschluß von Kristall X1 und dem Widerstand R2 verbunden. Der Kristall X1 ist ein Kristall 76,8 kHz, und der Widerstand R2 hat einen Widerstand von 20 MOhm. TRANS ist mit einem Anschluß von Kondensator C2 verbunden. RECV ist mit dem ersten Anschluß des externen Widerstandes R3 verbunden. Die verbleibenden Anschlüsse von Kondensator C2 und dem Widerstand R3 sind miteinander und mit dem ersten Anschluß der Induktionsspule L1 verbunden. Der zweite Anschluß der Induktionsspule L1 ist mit VDD verbunden. Der Kondensator C2 hat eine Kapazität von 1.000 pF, der Widerstand R3 hat einen Widerstand von 10 kahm, und die Induktionsspule L1 hat eine Induktivität von 4,8 mH. CODE kann mit VDD über das externe Pad 10 verbunden sein oder nicht. VSS ist mit dem negativen Anschluß von Batterie BT1 verbunden. Die Batterie BT1 ist eine Lithium-Jod-Batterie 2,8 Volt, die für 200 mAh ausgelegt ist. Eine geringfügig größere Batterie kann stattdessen eingesetzt werden, die die Auslegung der Batterie BT1 auf 0,5 Ah vergrößert.
Wie abgebildet, ist VSS auch mit einem Anschluß von Kondensator C1 und einem Anschluß von Widerstand R4 verbunden. Der zweite Anschluß von Kondensator C1 ist mit VDD verbunden, und der zweite Anschluß von Widerstand R4 ist mit EOLTRIM verbunden. EOLTRIM ist auch mit VDD über den Kondensator C3 verbunden. Die Kondensatoren C1 und C3 haben eine Kapazität von 22 uF bzw. 100 pF. Der Widerstand R4 wird aktiv vor dem endgültigen Zusammenbau mit einem Bereich von 3 bis 9 MOhm abgeglichen, um einen Auslösepunkt LOWBATT von 2,4 zu erreichen. DCON wird potentialfrei an dem externen Pad 13 gelassen. VDD ist mit dem positiven Anschluß von Batterie BT1 verbunden. VSET1 ist mit VDD über eine Widerstands-Reihen-Schaltung der Widerstände R5 und R6 verbunden. VSET2 ist mit dem Knoten verbunden, der durch die innere Verbindung von Widerstand R5 mit Widerstand R6 gebildet wird. VREF ist parallel zur Widerstands/Kondensator-Kombination geschaltet. Die parallele Widerstands-Kondensator-Kombination besteht aus Widerstand R7 und Kondensator C4. Der zweite Anschluß von R7 und C4 ist jeweils mit VDD verbunden. Die Widerstände R6 und R7 haben einen Widerstand von 18,75 MOhm. Der Widerstand R5 wird vor dem Zusammenbau aktiv abgeglichen, um GND = VDD - 1, 5 Volt zu erzeugen. GND ist mit VDD über den Kondensator C5 und mit dem Elektrodenfenster am Knochenwachstums-Stimulator verbunden.
LDTRM2 ist mit einem Knoten 440 über eine Widerstands-Reihen- Schaltung verbunden, die aus den Widerständen R8 und R9 besteht. Der Knoten 440 ist mit GND verbunden. LDTRM1 ist mit dem Knoten verbunden, der durch die Verbindung der Widerstände R8 und R9 gebildet wird. Der Auslösepunkt für niedrige Leitungsimpedanz wird dadurch eingestellt, daß Widerstand R9 aktiv abgeglichen wird. Der Auslösepunkt für hohe Impedanz wird dadurch eingestellt, daß der Widerstand R8 nach dem Widerstand R9 aktiv abgeglichen wird. SYMTRIM ist mit einem Knoten 442 über einen freigestellten Widerstand R12 verbunden. SYMTRIM verläßt die integrierte Schaltung 46 an dem externen Pad 22. OUT1 ist mit der Ausgangselektrode über den Kondensator C7 verbunden. Der Kondensator C7 stellt sicher, daß der Ausgang keine Netto-GS-Komponente hat. Der Kondensator C7 hat die Kapazität 10 uF. OUT1 ist auch mit dem Knoten 442 über den Widerstand R10 verbunden. Der Widerstand R10 hat einen widerstand von 2 MOhm. Die Knoten 442 und 440 sind elektrisch miteinander verbunden. OUT2 ist mit OUT1 verbunden. ITRIM ist mit VDD über den Widerstand R11 verbunden, der Widerstand R11 wird aktiv abgeglichen, um den Ausgangsstrom einzustellen. Zusätzlich ist die Zenerdiode D1 zwischen GND und den Ausgang geschaltet, und die Vorspannung ist wie abgebildet. Sie sorgen für einen Hochspannungsschutz für die Schaltung. Der Kondensa tor C6 ist auch zwischen OUTPUT1 und GND geschaltet. Der Kondensator C6 schützt die Schaltung vor EMI. Der Kondensator C6 hat eine Kapazität von 1.000 pF.

b. GS-Konfiguration

Fig. 22 veranschaulicht schematisch die in Fig. 8a und 8b abgebildete Schaltung in der Konfiguration für das GS-Ausgangssignal. Die integrierte Schaltung 46 hat im wesentlichen dieselbe Konfiguration für den GS-Ausgang, wie für den WS-Ausgang. Es gibt die folgenden Unterschiede: DCON ist mit VDD verbunden, um den GS-Betrieb anzuzeigen. OUT2 ist mit der zweiten Katode verbunden. Jeder Ausgang hat eine parallele Zenerdioden/Kondensator-Kombination zwischen ihm und LDTRM1. Die Diode D1 und der Kondensator C6 sind parallel zwischen OUT1 und ILI- MIT geschaltet. Die Diode D2 und der Kondensator C7 sind parallel zwischen OUT1 und ILIMIT geschaltet. ILIMIT ist mit der Katode, CAN, verbunden.
Bestimmte Widerstände und Kondensatoren können andere Werte haben, um die GS-Konfiguration zu reflektieren. Diese Korrektur kann von jemandem, der mit der Technik vertraut ist, in Verbindung mit der vorstehenden Beschreibung vorgenommen werden.

E. Programnier/Überwachungseinrichtung

Fig. 23 ist eine Programmier/Überwachungs- (P/M-) Einheit 500 als Handgerät. Bei dieser Ausführungsform wird P/M 500 benutzt, um den ITGS 10 von Fig. 1 zu programmieren, zu überwachen und in anderer Weise zu betätigen. (Sofern nichts anderes vermerkt ist, ist jede interaktive Beziehung mit dem WS-ITGS 10 auch auf den GS-ITGS von Fig. 3 anwendbar. Aus Gründen der Einfachheit wird nur Bezug auf ITGS 10 in der Beschreibung und in den Figuren genommen.)
P/M 500 hat ein Gehäuse, das generell bei 501 gezeigt wird, um die internen Bauelemente von P/M 500 zu umschließen. Das Gehäuse 501 ist für eine Einhand-Bedienung von P/M 500 gestaltet. Speziell ist der Griff 512 so gestaltet, daß er bequem von der menschlichen Hand ergriffen werden kann. Der Griff 512 hat eine Länge A, welche ungefähr 130,5 Millimeter beträgt und eine Breite B, welche ungefähr 47,6 Millimeter beträgt. Es hat sich gezeigt, daß diese Abmessungen eine bequeme EinhandBedienung von P/M 500 über längere Zeiträume ermöglicht.
P/M 500 hat auch einen "Netz-Ein-"Schalter 502. P/M 500 besitzt weiterhin ein Display 504 für die Bildanzeige eines interaktiven Menüs und des Status' sowohl von ITGS, als auch von P/M 500. Das interaktive Menü zeigt zwei Funktionswahlen an. Diese beiden Funktionswahlen werden in einer solchen Art und Weise auf dem Display 504 angeordnet, daß eine Funktionswahl durch Drücken eines Druckknopfes 506 (KEY1) und die andere Funktionswahl durch Drücken eines Druckknopfes 508 (KEY2) vorgenommen wird. Durch Verwenden der Druckknöpfe 506 und 508 kann ein Nutzer durch das Menü "spazieren" und Programmier- oder Überwachungsfunktionen für P/M 500 für ein Implementieren bezogen auf ITGS 10 wählen. Beispielsweise sind die beiden ersten Funktionswahlen, die auf dem Display 504 angezeigt werden, nachdem P/M auf "Ein" geschaltet worden ist, "TEST IMPLANT" als erste Funktionswahl und "TURN IMPLANT ON/OFF" als zweite Funktionswahl, wie in Fig. 35, welche nachstehend im Detail diskutiert werden. Um die erste Funktionswahl für ein Testen des ITGS 10 vorzunehmen, wird der Knopf 506 gedrückt. Um die zweite Funktionswahl für ein Schalten des Zustandes "EIN/AUS" von ITGS 10 vorzunehmen, wird der Knopf 508 gedrückt. Andere Funktionswahlen sind in der Form einer Frage ausgedrückt. So fordert P/M 500 die Eingabe notwendiger Daten an. Beispielweise zeigt Fig. 35 auch eine zweite Anzeige "IS DEVICE IMPLANTED? YES/NO". Um bejahend anzugeben, daß ITGS 10 implantiert ist, wird der Knopf 506 gedrückt. Um negativ anzugeben, daß ITGS 10 nicht implantiert ist, wird der Knopf 508 gedrückt. Das interaktive Programm und die Überwachungs- und Programmierfunktionen von P/M 500 werden nachstehend in Verbindung mit Fig. 35 bis 48 diskutiert.
P/M 500 hat auch ein Antennenspulengehäuse 510, welches Bestandteil von Gehäuse 501 ist, um die Gebe- und Empfangs-Antennenspulen zu kapseln, die nachstehend in Verbindung mit Fig. 31 bis 34 zu diskutieren sind.

1. Schaltungbeschreibung

Fig. 24 ist ein Blockschaltbild der innerhalb von P/M 500 angeordneten elektronischen Schaltungen. Diese Schaltungen umfassen die Sende/Empfangs-Schaltung 514 für die Übermittlung des Down-Link-Programmdatenwortes von Fig. 9b (im Nachstehenden DOWN-LINK) zu ITGS 10 und für das Empfangen der Up-Link- Information von Fig. 9c (im Nachstehenden UP-LINK) von ITGS 10.
Die Steuerungs-Schaltung 518 erzeugt das interaktive Menü und implementiert die gewählte Funktion. Die Steuerungs-Schaltung 518 erzeugt auch das DOWN-LINK, welches die Sende/Empfangs- Schaltung 514 zu ITGS10 übermittelt (Fig. 1). Die Steuerungs- Schaltung 518 verarbeitet auch das UP-LINK, welches die Sende/Empfangs-Schaltung 514 von ITGS 10 empfängt. Zusätzlich kann die Steuerungs-Schaltung 518 ein Signal DISABLE erzeugen, um die Empfangseinrichtungen der Sende /Empfangs-Schaltung 514 während der Zeit außer Funktion zu setzen, zu der die Sende/- Empfangs-Schaltung 514 sendet. Dies verhütet, daß die Sende/- Empfangs-Schaltung 514 ihre eigenen Sendesignale empfängt. Jedoch erfordern, wie nachstehend diskutiert wird, einige Ausführungsformen der Sende/Empfangs-Schaltung 514 das vorstehend beschriebene Abschaltmerkmal nicht. Die Steuerungs-Schaltung 518 ist auch mit einem externen Programmlader für ein Laden des Programms gekoppelt, welches die Steuerungs-Schaltung 518 abarbeiten muß, um wie vorstehend beschrieben zu funktionieren. Die Steuerungs-Schaltung 518 kann mit weiteren externen Einrichtungen gekoppelt sein, wie einem Rechner, einem Drucker oder einer Displayeinrichtung.
Die Stromversorgungs-Schaltung 516 liefert drei Spannungen, VBat, Vcc und Vg, an die Sende-Empfangs-Schaltung 514 und die Steuer-Schaltung 518. Bei dieser Ausführungsform beträgt VBat ungefähr 9 Volt, Vcc ungefähr 5 Volt und ist Vg Masse, was ungefähr gleich 0 Volt ist. Die Stromversorgungs-Schaltung 516 liefert auch ein Signal RESET, um die Steuerungs-Schaltung 518 zurückzustellen, wenn der Schalter "Ein" 503 gedrückt wird.

a. Stromversorgungs-Schaltung

Fig. 25 ist ein Blockschaltbild der Stromversorgungs-Schaltung 516. Die Spannungsabsenk-Schaltung 523 beginnt mit der Lieferung der Spannung VBat von einer 9-Volt-Batterie oder setzt diese fort, wenn der "EIN"-Schalter 502 gedrückt wird. Als Reaktion auf ein Signal POWER-DOWN von der Steuerungs-Schaltung 518 hört die Spannungsabsenk-Schaltung 523 auf, VBat zu liefern und schaltet folglich P/M 500 "AUS". Bei dieser Ausführungsform erzeugt die Steuerungs-Schaltung 518 das Signal POWER-DOWN, wenn P/M 500 ungefähr 2 Minuten lang inaktiv ist, d. h. weder der Knopf 506, noch der Knopf 508 gedrückt worden ist. Der Regler 524 wandelt VBat in Vcc um. Die Spannungserhöhungs-Rückstell-Schaltung 526 liefert ein Signal RESET an die Steuerungs-Schaltung 518, wenn der Schalter 502 gedrückt wird und die Spannungsabsenk-Schaltung 523 beginnt, VBat zu liefern. Wenn die Spannungsabsenk-Schaltung 523 schon VBat liefert, dann hat das Drücken des "EIN"-Schalters keine Auswirkung auf die Spannungserhöhungs-Schaltung 523, und das Signal RESET wird erzeugt.

b. Steuerungs-Schaltung

Fig. 26 ist ein Blockschaltbild der Steuerungs-Schaltung 518. Ein Prozessor 528 erzeugt das interaktive Menü auf dem Display 504 über einen Adressen/Daten-Bus 529. Bei dieser Ausführungsform ist das Display 504 eine Flüssigkristallanzeige (LCD), obwohl andere Ausführungsformen auch andere Typen von Displays haben können. Sowohl der Prozessor 528, als auch das Display 504 werden von der Spannung Vcc versorgt. Zusätzlich erzeugt der Prozessor 528 das Signal DOWN-LINK für die Sende/Empfangs- Schaltung 514, um zu ITGS 10 zu übertragen. Desgleichen verarbeitet der Prozessor 528 das Signal UP-LINK von der Sende/- Empfangseinheit 514. Wie vorstehend diskutiert, wird das Signal UP-LINK durch ITGS 10 als Reaktion auf das Signal DOWN- LINK übertragen. Der Prozessor 528 instruiert den Audio-Tongenerator 532, welcher durch VBat versorgt wird, einen von mehreren hörbaren Tönen als Reaktion auf das Signal UP-LINK oder bei Fehlen desselben zu erzeugen. Diese Tonerzeugung wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 36, 39 und 43 bis 48 stärker detailliert diskutiert.
Noch unter Bezugnahme auf Fig. 26 ist ein Speicher 534, der von der Spannung Vcc versorgt wird, für die Speicherung von Daten und Instruktionen für den Prozessor 528 vorgesehen. Diese Instruktionen haben die Form eines Programms (von dem ein Teil das vorstehend diskutierte interaktive Programm einschließt) und von Unterprogrammen, welche nachstehend in Verbindung mit Fig. 35 bis 48 diskutiert werden. Der Speicher 534 hat einen direkt adreßbierbaren Speicher (RAM) 536 für die zeitweilige Speicherung von Daten. RAM 536 hat einen Block von Registern 537, welches jeweils für die zeitweilige Speicherung von Daten während der Abarbeitung des Programms und verschiedener Unterprogramme durch den Prozessor 528 verwendet wird. Der Registerblock 537 wird im Nachstehenden in Verbindung mit Fig. 27 und 28 stärker detailliert diskutiert. Der Speicher 534 hat auch einen Lesespeicher (ROM) 538 für das permanente Speichern des vorstehend erwähnten Programms bzw. der Unter programme. Das Programm und die Unterprogramme beinhalten Instruktionen für das Instruieren des Prozessors 528, das aktive Menü zu erzeugen und zu implementieren, das Signal DOWN-LINK zu erzeugen, das Signal UP-LINK zu verarbeiten und den Status sowohl von ITGS 10, als auch von P/M 500 anzuzeigen. Der Prozessor 528 kommuniziert mit dem Speicher 534 über den Adreß/- Daten-Bus 529. Ein Dekoder 540, der von der Spannung Vcc versorgt wird, sorgt für eine Schnittstelle zwischen dem Prozessor 528 und dem Adreß/Daten-Bus 539.
Wieder unter Bezugnahme auf Fig. 26 werden das Programm und Unterprogramme in ROM 538 über den Prozessor 528 und eine Anschlußverbindung 542 geladen, welcher durch die Spannung Vcc versorgt wird. Eine externe Programm-Ladeeinrichtung lädt das Programm und die Unterprogramme über die externe Schnittstelle, die durch die Anschlußverbindung 542 geliefert wird. Andere externe Geräte, wie beispielsweise ein Rechner, ein Display oder ein Drucker können über die Anschlußverbindung 542 interaktiv mit dem Prozessor 528 verbunden werden. Beispielsweise kann das von ITGS 10 empfangene Signal UP-LINK zwecks Verarbeitung einem externen Rechner zugeführt werden. Als Reaktion auf UP-LINK kann der externe Rechner dem Prozessor 528 über die Anschlußverbindung 542 das Kommando erteilen, geeignete Instruktionen über ein Signal DOWN-LINK an ITGS 10 zu senden.
Die Steuerungs-Schaltung 518 hat auch eine Eingabeeinrichtung 544, welche aus Drucktasten 506 und 508 besteht, die mit dem Prozessor 528 verbunden sind und durch die Spannung Vcc versorgt werden, um eine Selektion zwischen den Funktionswahlen zu ermöglichen, die durch das angezeigte interaktive Programm geliefert werden. Ein Kristall 543 setzt das interne Taktsignal von dem Prozessor 528 auf eine stabile Frequenz, deren optimaler Wert typischerweise durch den Hersteller des Prozessors 528 geliefert wird. Eine Batteriespannungs-Prüf-Schaltung 545 liefert eine Prüfspannung an den Prozessor 528, welche proportional der Spannung Vbat ist. Der Prozessor 528 verarbeitet die Prüfspannung, um festzustellen, ob die 9-Volt-Bat terie eine Spannung "niedrig" hat oder nicht (d. h. ob Vbat ausreichend für einen ordnungsgemäßen Betrieb von P/M 500, aber niedrig genug ist, um daran zu denken, daß es bald notwendig ist, die 9-Volt-Batterie auszuwechseln) oder ob sie sich "am Ende ihrer Lebensdauer" befindet (d. h. Vbat für einen ordnungsgemäßen Betrieb von P/M 500 nicht mehr ausreichend ist).
Fig. 27 ist eine detaillierte Ansicht von Registerblock 537 von Fig. 26. Der Registerblock 537 hat vier Register: FLAG- REG, TEMP1-REG, TEMP2-REG und STATUS-REG. FLAG-REG-Bits zeigen an, ob bestimmte Bedingungen sowohl von ITGS 10, als auch von P/M 500 aufgetreten oder nicht aufgetreten sind oder welcher Status von ITGS 10 und P/M 500 aktuell ist. Der Aufbau von FLAG-REG wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 28 stärker detailliert diskutiert. TEMP1-REG und TEMP2-REG werden für ein zeitweiliges Speichern des Signals UP-LINK während der Abarbeitung des Lese-UP-LINK-Unterprogramms verwendet, was nachstehend in Verbindung mit Fig. 41 diskutiert wird. STATUS-REG speichert den Status von ITGS 10, wie er von dem Signal UP- LINK während der Abarbeitung des Lese-UP-LINK-Unterprogramms hergeleitet wird.
Fig. 28 ist eine detaillierte Beschreibung des Charakters jeder Bitposition von FLAG-REG. Das Bit "ON/OFF" wird gesetzt, wenn ITGS 10 im Zustand "EIN" ist. Das Bit "IMPLANTED" wird gesetzt, wenn ITGS 10 in einem Körper implantiert ist (von der Dateneingabe während der Abarbeitung des Programms von Fig. 35 hergeleitet). Das Bit "IMPLANT FOUND" wird gesetzt, wenn Kommunikationen zwischen ITGS 10 und P/M 500 durch den Empfang eines Signals UP-LINK hergestellt worden sind, das als Reaktion auf ein Signal DOWN-LINK übertragen worden ist. Der Status (gesetzt" oder "nicht gesetzt") der Bits "ON/OFF" und "IMPLANTED" wird aus dem Signal UP-LINK bestimmt, das während der Abarbeitung des Lese-UP-LINK-Unterprogramms bestimmt, das nachstehend in Verbindung mit Fig. 41 diskutiert wird.
Immer noch unter Bezugnahme auf Fig. 28 wird "BATTERY EOL" gesetzt, wenn die 9-Volt-Batterie, die P/M 500 versorgt, am "Ende ihrer Lebensdauer" ist, wie vorstehend diskutiert. "BATTERY LOW" wird gesetzt, wenn die 9-Volt-Batterie, die P/M 500 versorgt, wie vorstehend diskutiert die Batteriespannung "niedrig" hat. "MEMORY O. K." wird gesetzt, wenn die Schaltung innerhalb der Steuerungs-Schaltung 518 (siehe Fig. 26), die den Prozessor 528, den Dekoder 540 und den Speicher 534 umfaßt, nicht ordnungsgemäß arbeitet. "PROCESSOR O. K." wird gesetzt, wenn der Prozessor 528 nicht ordnungsgemäß arbeitet. "CIRCUIT VOLTAGE O. K." wird gesetzt, wenn irgendeine der Spannungen an bestimmten Knoten der Schaltung von Fig. 24 nicht den richtigen Wert hat. "COMMUNICATIONS CIRCUITRY O. K." wird gesetzt, wenn die Sende/Empfangs-Schaltung 514 oder ihre Schnittstelle mit Steuerungseinheit 518 nicht ordnungsgemäß funktioniert. Der Status der vorstehenden sechs Bits wird während der Abarbeitung des nachstehend in Verbindung mit Fig. 38 diskutierten Eigendiagnoseprogramms bestimmt.
Wieder unter Bezugnahme auf Fig. 28 wird "KEY1 PRESSED" gesetzt, wenn KEY1; d. h. die Drucktaste 506, als Reaktion auf die Anforderung einer Funktionswahl auf dem Display 504 gedrückt wird. "KEY2 PRESSED" wird gesetzt, wenn KEY2, d. h. die Drucktaste 508, als Reaktion auf die Anforderung einer Funktionswahl auf dem Display 504 gedrückt wird. Der Status der beiden vorstehenden zwei Bits wird während der Abarbeitung des in Verbindung mit Fig. 39 diskutierten Unterprogramms "Get Keypress" bestimmt.
Fig. 29a bis d sind detaillierte Schemata der bevorzugten Ausführungsform der Energieversorgungs-Schaltung 516 und der Steuerungs-Schaltung 518. Fig. 29a zeigt den Prozessor 528 und dessen periphere Schaltungen. Bei dieser Ausführungsform ist der Prozessor 528 ein Motorola 6811, obwohl andere Ausführungsformen andere Prozessoren verwenden können. Die Batteriespannungs-Prüf-Schaltung wird bei dieser Ausführungsform so gezeigt, daß sie aus einem ohmschen Spannungsteiler für die Lieferung der Prüfspannung an den Prozessor 528 besteht. Hier hat der Prozessor 528 einen internen Analog-Digital-Wandler (nicht gezeigt) für das Umwandeln der analogen Prüfspannung in ein digitales Wort für die interne Verarbeitung durch den Prozessor 528. Die Implementierungen der Kritalloszillator-Schaltung 543 und Einschalt-Rückstell-Schaltung werden ebenfalls gezeigt.
Fig. 29b zeigt den Dekoder 540. Bei dieser Ausführungsform besteht der Dekoder 540 aus einer Klinke 74HC373, die mit einem PAL 16V8 verbunden ist: Der Audiotongenerator 532 wird so gezeigt, daß er einen Transistor hat, der mit einer piezoelektrischen Einrichtung für die Erzeugung eines hörbaren Tons gekoppelt ist. Die Eingabeeinrichtung 544 wird so gezeigt, daß sie zwei Druckknöpfe 506 und 508 hat. Beide Druckknöpfe sind von dem Typ, welcher sich elektrisch schließt, wenn er gedrückt wird und elektrisch offen ist, wenn er nicht gedrückt wird. Wie vorstehend diskutiert, werden zwei Funktionswahlen des interaktiven Menüs gleichzeitig auf das Display 504 ausgegeben. Der Druckknopf 506, d. h. KEY1, signalisiert, wenn er gedrückt ist, dem Prozessor 528, daß die erste Möglichkeit gewählt worden ist. In gleicher Weise signalisiert der Druckknopf 508, d. h. KEY2, wenn er gedrückt ist, dem Prozessor 528, daß die zweite Möglichkeit gewählt worden ist.
Fig. 29c zeigt den Speicher 534, der aus einem RAM HH62256 als RAM 536 und einem EPROM CAT28C256 als ROM 538 besteht. Display 504 besteht aus einer LCD-Anzeige GND16-406 16 · 4.
Fig. 29d zeigt eine Einrichtung MAX242, die für die Anschlußverbindung 542 verwendet wird. Die Schaltungsimplementierung von Down-Link-Schaltung 523 wird ebenfalls gezeigt. Die beiden NAND-Gatter bilden einen Flip-Flop. Wenn der Ausgang des Flip- Flops einen niedrigen Spannungswert, d. h. ungefähr Masse oder 0 Volt hat, dann schließt der Transistor Q2 und wird leitfähig, um Vbat zu liefern. Wenn das Down-Link-Signal durch den Prozessor 528 erzeugt wird, dann wird der Transistor Q1 leit fähig und kippt den Ausgang des Flip-Flops auf einen hohen Spannungswert, d. h. ungefähr 9 Volt. Folglich öffnet sich der Transistor Q2, hört auf, zu leiten und wird Vbat nicht länger geliefert. P/M 500 ist jetzt solange "Aus", bis der Schalter "EIN" 502 gedrückt wird.

c. Sende/Empfangs-Schaltung

Fig. 30 ist eine stärker detaillierte Ansicht der Sende/Empfangs-Schaltung 514. Das Sendemodul 518 empfängt das Signal DOWN-LINK von der Steuerungs-Schaltung 518 und die Bedingungen des Signals DOWN-LINK für die Übertragung über die Antenne 521 zum ITGS 10. Das Empfangsmodul 522 empfängt das Signal UP-LINK über die Antenne 521 von ITGS 10 und die Bedingungen des Signals UP-LINK für die Verarbeitung durch die Steuerungs-Schaltung 518. Einige Ausführungsformen von Empfangsmodul 522 empfangen, wie nachstehend diskutiert, auch das Signal DISABLE (außer Funktion Setzen) von der Steuerungs-Schaltung 518. Das Sendemodul 520 und das Empfangsmodul 522 werden nachstehend in Verbindung mit Fig. 31 bis 34 stärker detailliert diskutiert.

i. Bevorzugte Ausführungsform

Fig. 31 ist ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Sende/Empfangs-Schaltung 514 von Fig. 30. Das Sendemodul 520 hat einen Impulsgenerator 546, welcher von dem Prozessor 528 das Signal DOWN-LINK empfängt, das eine Reihe von Impulsen umfaßt, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 9b beschrieben. Das Signal DOWN-LINK von dem Prozessor 528 ist ein Signal in digitaler Form, d. h. das digitale Signal DOWN-LINK. Der Impulsgenerator 546 verstärkt das Signal DOWN-LINK und führt das Signal DOWN-LINK zu einer Sendespule 548 von Antenne 521. Das Signal DOWN-LINK von dem Impulsgenerator 546 ist ein Signal in analoger Form, d. h. das analoge Signal DOWN-LINK. Das von der Sendespule 548 übertragene Signal DOWN-LINK ist ein Signal in elektromagnetischer Form, d. h. das elektromagnetische Signal DOWN-LINK. Die Sendespule 548 wird durch die Spannung VBat gespeist. Die Antenne 521 hat auch eine Empfängerspule 550, die von der Spannung VBat gespeist wird, für das Koppeln des elektromagnetischen Signals UP-LINK, das von ITGS 10 abgestrahlt wird, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 14 beschrieben, mit dem Empfängermodul 522. Bei dieser Ausführungsform sind die Sendespule 548 und die Empfangsspule 550 auf demselben Körper, d. h. Kern, gewickelt, obwohl bei anderen Ausführungsformen jede der Spulen 548 und 550 auf einem gesonderten Kern gewickelt sein kann.
Das Empfängermodul 522 hat eine Begrenzungs-Schaltung 552, die von der Spannung Vaat gespeist wird, für die Begrenzung der Spitzenwert-Auswanderungen des durch die Empfängerspule 550 gekoppelten analogen Signals UP-LINK. Eine Sperr-Schaltung 554, die von der Spannung VBat gespeist wird, wirkt als auf ein Signal DISABLE von dem Prozessor 528 reagierender Schalter, um irgendein empfanges Signal vom Eingang von WS-Koppelelement 556 zu entkoppeln. Anderenfalls wird das WS-gekoppelte Signal vom Ausgang des WS-Koppelelements 556 dem Eingang eines Differentialverstärkers 558 zugeführt, welcher von den Spannungen Vcc und Vg versorgt wird. Das verstärkte Signal wird dann über ein WS-Koppelelement 559 einem invertierenden Verstärker 560, der von den Spannungen Vcc und Vg versorgt wird, zugeführt, welcher das Signal UP-LINK in digitaler Form ausgibt. Das Signal UP-LINK wird dann mit dem Prozessor 528 von Fig. 26 zwecks weiterer Verarbeitung gekoppelt. Bei dieser Ausführungsform des Empfängermoduls 522 haben der Differentialverstärker 5S8 und der invertierende Verstärker 560 jeweils eine Verstärkung von 15, obwohl bei anderen Ausführungsformen entweder der Differentialverstärker 558, der invertierende Verstärker 650 oder auch beide eine andere Verstärkung als 15 haben können.
Fig. 32 ist ein detailliertes Schema der Sende/Empfangs-Schaltung 514 von Fig. 31. Der Impulsgenerator 546 hat einen Tran sistor 562, der zwischen der Spannung Vg und der Sendespule 548 gekoppelt ist. Das Gatter von Transistor 562 wird durch das digitale Signal DOWN-LINK von dem Prozessor 528 getrieben. Die Begrenzungs-Schaltung 552 besteht, wie gezeigt, aus zwei parallelen Dioden. Die Sperr-Schaltung 554 besteht aus einem Transistor, der als Schalter wirkt, während die WS-Koppelelemente 556 und 558 jeweils einen einzelnen Kondensator haben. Der Differentialverstärker 558 besteht aus einem Rechenverstärker, der als Differentialverstärker konfiguriert ist, während der invertierende Verstärker 560 aus einem Rechenverstärker in invertierender Ausführung besteht.

A) Funktionsweise der bevorzugten Ausführungsform

In Funktion der Sende/Empfangs-Schaltung 514 von Fig. 31 und 32 sendet der Prozessor 528 (Fig. 26) das Signal DOWN-LINK in digitaler Form an den Impulsgenerator 546. Wie vorstehend diskutiert, besteht das digitale Signal DOWN-LINK aus einer Reihe von Impulsen. Der Transistor 652 wirkt wie ein Schalter und schließt für die Dauer jedes digitalen DOWN-LINK-Impulses. Wenn der Transistor 562 geschlossen ist, ist ein Ende von Sendespule 548 mit der Spannung Vg (Masse) gekoppelt. Ein Stromimpuls fließt durch die Sendespule 548 während der Zeit, zu der der Transistor 562 geschlossen ist. Dieser Stromimpuls verursacht, daß die Sendespule 548 einen elektromagnetischen Impuls abstrahlt. Es wird eine Reihe elektromagnetischer Impulse abgestrahlt, jeweils eine für jeden Impuls im digitalen Signal DOWN-LINK. Folglich wird das elektromagnetische Signal DOWN-LINK erzeugt. Unter normalen Bedingungen wird das elektromagnetische Signal DOWN-LINK von ITGS 10 (Fig. 1) wie vorstehend beschrieben empfangen. Erfordernisse für normale Bedingungen schließen ein, daß P/M 50 (Fig. 23) sich nahe genug beim Empfänger 64 (Fig. 18) von ITGS 10 befindet, so daß die Dämpfung der elektromagnetischen Impulse, die das elektromagnetische Signal DOWN-LINK bilden, gering genug ist, um einen Empfang zu gewährleisten. Dies kann es erforderlich machen, daß das Antennengehäuse 510 (Fig. 23 zu ITGS 10 hin gerichtet wird.
ITGS 10 verarbeitet das empfangene elektromagnetische Signal DOWN-LINK und sendet dann zu P/M 500 (Fig. 23) das elektromagnetische Signal UP-LINK zurück, welches ebenfalls aus einer Reihe elektromagnetischer Signale wie vorstehend beschrieben besteht. Wieder wird unter normalen Bedingungen jeder Impuls des elektromagnetischen Signals UP-LINK einen Spannungsimpuls über die Empfangsspule 550 induzieren. Diese induzierten Impulse bilden das analoge Signal UP-LINK.
Jeder analoge Spannungsimpuls über Empfangsspule 550 wird dann durch die Begrenzer-Schaltung 552 "beschnitten". Die Begrenzer-Schaltung 552 besteht aus einem Paar paralleler Dioden, welche jeden analogen Impuls des analogen Signals UP-LINK um Vaat herum zentrieren und die Spitzenwertauswanderung jedes Impulses analog auf einen Wert zwischen VBat -0,7 V und VBat + 0,7 Volt begrenzen. Typischerweise hat jeder analoge Impuls am Eingang der Begrenzer-Schaltung 552 eine Amplitude von ungefähr 4 Mikrovolt. Jeder "beschnittene" analoge Impuls wird dann dem WS-Koppelelement 556 zugeführt. Das WS-Koppelelement besteht aus einem Kondensator, welcher die GS-Komponente der "beschnittenen" analogen Impulse, welche gleich VBat ist, blockiert, d. h. filtert. Jeder analoge Impulsausgang von WS-Koppelelement 556 hat eine Spitzenwertauswanderung zwischen -0,7 Volt und +0,7 Volt. (Jeder Impuls ist um ungefähr 0 Volt herum zentriert, statt um VBat, da er ja von dem Signal gefiltert ist.)
Jeder analoge Impuls des analogen Signals UP-LINK wird dann durch den Differentialverstärker 558 verstärkt, welcher, wie vorstehend diskutiert, eine Verstärkung von ungefähr 15 hat. Jeder verstärkte analoge Impuls wird dann dem WS-Koppelelement 559 zugeführt. In derselben Weise, wie das WS-Koppelelement 556 blockiert der Kondensator, der das WS-Koppelelement 559 bildet, jede GS-Komponente, die den verstärkten analogen Im pulsen durch den Differentialverstärker 558 mitgegeben wird. Jeder Impuls wird dann dem invertierenden Verstärker 560 zugeleitet. Der invertierende Verstärker 560 konvertiert jeden analogen Impuls in einen digitalen Impuls, dessen Logik-Zuleitungen mit dem Prozessor 528 (Fig. 26) kompatibel sind. Folglich erzeugt der invertierende Verstärker 560 das digitale Signal UP-LINK. Hier wird ein niedriger Pegel oder eine logischen "0" durch eine Spannung von ungefähr Vg repräsentiert oder wird ein hoher Pegel oder eine logische "1" durch eine Spannung von ungefähr VCC repräsentiert. Jeder digitale Impuls des digitalen Signals UP-LINK wird dem Prozessor 528 für eine Verarbeitung zugeführt.

ii. Alternative Ausführungsform

Fig. 33 ist ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform des Sende/Empfangsmoduls 514 von Fig. 30. Der Impulsgenerator 546 verstärkt das digitale Signal DOWN-LINK und koppelt das digitale Signal DOWN-LINK mit einem Ende einer Sende/Empfangsspule 568. Die Sende/Empfangsspule 568 ist eine einzelne Spule, welche benutzt wird, um sowohl das elektromagnetische Signal DOWN-LINK zu senden, als auch, um das elektromagnetische Signal UP-LINK zu empfangen. Das entgegengesetzte Ende der Sende/Empfangsspule 568 ist mit der Spannung VBat gekoppelt. Beide Enden der Sende/Empfangsspule 568 sind unterschiedlich mit der Begrenzungs-Schaltung 552 gekoppelt. Die Begrenzungs-Schaltung 552 begrenzt differentiell die Spitzenwertauswanderungen des analogen Signals UP-LINK. Das differentiell beschnittene analoge Signal UP-LINK wird differentiell der WS-Koppel-Schaltung 556 zugeführt. Der differentielle Ausgang von WS-Koppel-Schaltung 556 wird differentiell dem Differentialverstärker 558 zugeleitet. Differentialverstärker 558 konvertiert den differentiellen Eingang in einen Eintakt- Ausgang. Eine Begrenzungs-Schaltung 564 begrenzt die Spitzenwertauswanderungen des Eintakt-Ausgangs von Differentialverstärker 558 und koppelt das analoge Signal UP-LINK mit dem Eingang des invertierenden Verstärkers 560. Der Ausgang aus dem invertierenden Verstärker 560 wird einem ersten Eingang eines Komparators 566 zugeleitet. Ein Bezugsspannungs-Generator liefert eine Referenzspannung Vref, welche mit einem zweiten Eingang von Komparator 566 gekoppelt ist. Der Komparator 566 erzeugt das digitale Signal UP-LINK, welches dem Prozessor 528 (Fig. 26) zugeleitet wird.
Fig. 34 ist ein detailliertes Schema der alternativen Ausführungsform von Fig. 33. Die Begrenzungs-Schaltung 552 hat zwei Dioden, die parallel über den Differentialeingang und -ausgang der Begrenzungs-Schaltung 552 gekoppelt sind. Das WS-Koppelelement 556 hat zwei Kondensatoren, von denen jeweils einer seriell mit einer anderen der beiden Differential-Eingangs/- Ausgangsleitungen gekoppelt ist. Der Differentialverstärker 558 besteht aus einem Rechenverstärker, welcher das differentielle analoge Signal UP-LINK verstärkt und es in ein Eintakt- Signal konvertiert. Die Begrenzungs-Schaltung 564 hat zwei parallel Dioden, welche das Eintakt-Signal "beschneiden". Der invertierende Verstärker 560 besteht aus einem Rechenverstärker in invertierender Konfiguration, welcher das "beschnittene" Signal verstärkt und invertiert. Der Komparator 566 besteht aus einem Komparator, welcher den analogen Signalausgang UP-LINK aus dem invertierenden Verstärker 560 mit einer Spannung Vref vergleicht. Der Bezugsspannungsgenerator 562 besteht aus einem ohm'schen Spannungsteiler, welcher Vref aus Vbat erzeugt. Das digitale Signal UP-LINK wird aus dem Komparator 566 ausgegeben.

A) Funktionsweise der alternativen Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf Fig. 33 und 34 funktioniert die alternative Ausführungsform der Sende/Empfangs-Schaltung 514 ähnlich wie die bevorzugte Ausführungsform von Fig. 31 und 32. Ein Hauptunterschied ist, daß die Sende/Empfangsspule 568 sowohl als Sendespule, als auch als Empfangsspule arbeitet. Ein wei terer Hauptunterschied ist, daß die durch das elektromagnetische Signal UP-LINK über der Sende/Empfangsspule 568 induzierten analogen Spannungsimpulse differentiell zum Differentialverstärker 558 durchgekoppelt werden. Diese differentiell gekoppelten analogen Impulse bilden das differentielle analoge Signal UP-LINK. Ein Vorteil der Differentialkoppelung ist, daß sie weniger empfindlich gegen übliche Spannungs- und Stromschwankungen ist, als eine Eintakt-Koppelung.
Noch unter Bezugnahme auf Fig. 33 und 34 wird jeder analoge Impuls des differentiellen analogen Signals UP-LINK, das über die Sende/Empfangsspule 568 induziert wird, differentiell mit der Begrenzungs-Schaltung 552 gekoppelt. Die Begrenzungs- Schaltung 552 schränkt die differentielle Spannungsauswanderung jedes analogen Impulses auf einen Wert zwischen + 0,7 Volt ein. Jeder analoge Impuls wird dann differentiell durch die beiden Kondensatoren von WS-Koppelelement 556 kapazitiv gekoppelt. Das WS-Koppelelement 556 beseitigt irgendeine GS- Spannungskomponente aus den differentiell gekoppelten Impulsen.
Jeder analoge Impuls wird dann differentiell mit dem Differentialverstärker 558 gekoppelt, welcher jeden Impuls aus einem differentiellen Signal in ein Eintakt-Signal konvertiert. Die analogen Eintakt-Impulse werden dann der Begrenzer-Schaltung 564 zugeführt, welche die Spitzenwertauswanderung jedes analogen Impulses auf einen Wert zwischen + 0,7 Volt "beschneidet". Jeder "beschnittene" analoge Impuls wird durch die Kombination von invertierendem Verstärker 560 und Komparator 566 in einen digitalen Impuls umgewandelt. Folglich wird das digitale Signal UP-LINK am Ausgang von Komparator 566 erzeugt. Wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 31 und 32 beschrieben, ist jeder digitale Impuls des digitalen Signals UP-LINK kompatibel mit dem Prozessor 528 (Fig. 26). Jeder digitale Impuls des digitalen Signals UP-LINK wird dem Prozessor 528 zur Verarbeitung zugeführt.

2. Programmieren/Überwachen des ITGS

Fig. 35 veranschaulicht in der Form eines Flußbildes das interaktive Betreiben von P/M 500 (Fig. 23). Die normalen, einfach umrandeten Blöcke repräsentieren die durch P/M 500 durchgeführten angegebenen Operationen. Stark umrandete Blöcke zeigen die Abarbeitung eines Unterprogramms durch den Prozessor 528 an, deren Funktionsweise nachstehend in Verbindung mit einer anderen Figur stärker detailliert diskutiert wird. Doppelt umrandete Kästen zeigen den Inhalt von Display 504 an jenem speziellen Punkt in dem Flußbild an. Die rhombenförmigen Kästen repräsentieren eine durch den Prozessor 528 an jenem Punkt des Programms oder Unterprogramms zu treffende Entscheidung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 35 wird dort das Flußbild des durch den Prozessor 528 abgearbeiteten Programms veranschaulicht. P/M 500 wird mit dem Netzschalter "Ein" 502 auf "Ein" geschaltet. Sofort arbeitet der Prozessor 528 ein Unterprogramm "Anfahren" ab. Das Programm "Anfahren" wird in Verbindung mit Fig. 36 detailliert diskutiert. Die Marken innerhalb von FLAGREG (Fig. 28) werden auf "nicht gesetzt" initialisiert.
Das Display 504 fordert das Eingeben eines Signals an, ob ITGS 10 (in Abhängigkeit von seinem gegenwärtigen Zustand) auf "ein" oder "aus" gekippt oder ob ITGS 10 getestet werden sollte. Die erste Wahlmöglichkeit, "TEST IMPLANT" wird durch Drücken von Taste 506 (KEY1) gewählt, während die zweite Wahlmöglichkeit, "TURN IMPLANT ON/OFF", durch Drücken von Taste 508 (KEY2) gewählt wird. Nach der Sichtanzeige der beiden vorstehenden Selektionswahlen arbeitet der Prozessor 528 ein Unterprogramm "Get Keypress" (Tastendrücken erfassen) ab, um festzustellen, welche Taste gedrückt ist und folglich, ob ITGS 10 getestet oder "ein/aus" gekippt werden soll. Das Unterprogramm "Get Keypress" wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 39 detailliert diskutiert. In TEMP1-REG, das repräsentiert, ob ITGS 10 getestet oder "ein/aus" gekippt werden soll, wird dann die Registermarke gesetzt, um letzteres anzuzeigen oder nicht gesetzt, um das erstere anzuzeigen.
Das Display 504 fordert durch die Anzeige von "IS DEVICE IMP- LANTED? YES/NO" zur Eingabe von Daten auf, die signalisieren, ob ITGS 10 gegenwärtig implantiert ist oder nicht. "YES" wird durch Drücken von Taste 506 gewählt, und "NO" wird durch Drücken von Taste 508 gewählt, wie vorstehend beschrieben. Das Unterprogramm "Get Keypress stellt, wie beschrieben, fest, welche Antwort gewählt worden ist, und die Registermarke in FLAG-REG "IMPLANTED" wird nur dann gesetzt, wenn die empfangenen Eingabedaten anzeigen, daß ITGS 10 implantiert ist.
Eine Nachricht "PLACE MONITOR OVER IMPLANT" (Monitor über Implantierung plazieren), die darüber informiert, daß P/M 500 über ITGS 10 zu plazieren ist (über dem Bereich, in dem ITGS 10 implantiert ist), wird auf das Display 504 ausgegeben. Wie schon weiter vorn diskutiert, muß das Antennengehäuse 501 typischerweise in der generellen Richtung von ITGS 10 zeigen, damit ITGS 10 und P/M 500 miteinander kommunizieren können. Die Einzelheiten von Sendung und Empfang sowohl bei P/M 500, als auch bei ITGS 10 werden vorstehend diskutiert.
Wenn ITGS 10 auf "ein/aus" gekippt werden soll, dann sendet P/M 500 das richtige Signal DOWN-LINK (Fig. 9b), das ITGS 10 anweist, seinen Status über das Signal UP-LINK zurückzusenden (Fig. 9c). Wenn das Signal UP-LINK nicht innerhalb einer angemessenen Zeit (hier 2 Sekunde) von P/M empfangen wird, dann kehrt der Prozessor 528 zu dem Unterprogramm "Initialize Flags" (Markierungen initialisieren) wie gezeigt zurück. Wenn das Signal UP-LINK empfangen wird, dann führt der Prozessor 528 ein Unterprogramm "Implant ON/OFF" (Implantierung ein/aus) durch, um festzustellen, ob ITGS 10 gegenwärtig "ein" oder "aus" ist. Wenn P/M 500 "ein" ist, dann übermittelt P/M 500 ein Signal DOWN-LINK, das ITGS 10 anweist, auf "aus" zu schal ten. Wenn ITGS 10 gegenwärtig "aus" ist, dann übermittelt P/M 500 ein Signal DOWN-LINK, das ITGS 10 anweist, auf "ein" zu schalten. Der Prozessor 528 kehrt dann zu dem Unterprogramm "Initialize Flags" zurück.
Wenn ein Testen von ITGS 10 durchgeführt werden soll, dann arbeitet der Prozessor 528 ein Unterprogramm "Implant Test" (Implantierung testen) wie gezeigt ab. Das Unterprogramm "Implant Test" wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 40 detailliert diskutiert. Der Prozessor 528 kehrt dann zu dem Unterprogramm "Initialize Flags" wie gezeigt zurück.
Fig. 36 ist ein Flußbild des Unterprogramms "Power-Up" (Anfahren) von Fig. 35. Der Prozessor 528 arbeitet zuerst ein Unterprogramm "Power-Up Displays" ab. Dieses Unterprogramm wird unmittelbar nach dem "Ein"-Schalten von P/M 500 abgearbeitet. Das Unterprogramm "Power-Up Displays" wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 37 detailliert diskutiert. Dann arbeitet der Prozessor 528 ein Eigendiagnose-Unterprogramm ab, welches nachstehend in Verbindung mit Fig. 38 detailliert diskutiert wird.
Danach stellt der Prozessor 528 fest, ob die 9-Volt-Batterie, die VBat liefert, am Ende ihrer Einsatzlebensdauer ist, indem er die Marke "Battery EOL (Lebensdauerende)" in FLAG-REG liest. Bei dieser Ausführungsform tritt "Ende der Lebensdauer" der Batterie dann auf, wenn VBat unter einen vorbestimmten Schwellenwert "Ende der Lebensdauer" fällt. Wenn die Marke "Battery EOL" gesetzt ist, dann gibt das Display 504 aus: "BATTERY AT END OF LIVE REPLACE BATTERY". Ein "negativer" hörbarer Ton, der generell anzeigt, das ein Problem aufgetreten ist, wird durch den Audiotongenerator 532 ungefähr 10 Sekunden lang erzeugt. Der Prozessor 528 arbeitet dann ein Unterprogramm "Power-Down" (Abschalten) ab, wobei er ein Abschaltsignal an Abschaltung 523 sendet, um P/M 500 abzuschalten.
Wenn die Marke "Battery EOL" nicht gesetzt ist, dann bestimmt der Prozessor 528, ob irgendeine der P/M-Statusmarken gesetzt worden ist. Wenn irgendeine dieser Marken gesetzt ist, dann wird "MONITOR FAILURE CONTACT REPRESENTATIVE" auf das Display 504 ausgegeben. Der "negative" hörbare Ton wird ungefähr 10 Sekunden lang erzeugt, und der Prozessor 528 arbeitet das Unterprogramm "Power-Down" ab.
Wenn keine der P/M-Statusmarken gesetzt ist, dann stellt der Prozessor 528 fest, ob die Marke "Battery Low" gesetzt ist. Wenn sie gesetzt ist, dann erscheint "BATTERY LOW REPLACE AFTER USE" auf dem Display 504. Der Audiotongenerator 532 erzeugt einen hörbaren Ton "Achtung", welcher von dem "negativen" hörbaren Ton zu unterscheiden ist, ungefähr 5 Sekunden lang. Wenn die Marke "Battery Low" nicht gesetzt ist, (oder wenn sie gesetzt ist, nachdem der Ton "Achtung" erzeugt ist), erscheint "MONITOR SELF-TEST PASSED" auf dem Display 504. Ein "positiver" hörbarer Ton, der sowohl von dem negativen Ton, als auch von dem Ton "Achtung" zu unterscheiden ist, wird ungefähr 3 Sekunden lang erzeugt. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Unterprogramm "Power-Up" heraus.
Fig. 37 ist ein Flußbild des Unterprogramms "Power-Up Displays" von Fig. 36. Wenn P/M 500 auf "ein" geschaltet wird, dann erscheint "P/M Vx.x (c) 199x AMERICAN MEDICAL ELECTRO- NICS" auf dem Display 504. Diese Nachricht zeigt die Software- Version des Programms und der Unterprogramme, welche P/M 500 abarbeitet, das Jahr, in dem die Software-Version veröffentlicht worden ist und den Hersteller an. Die vorstehend erwähnte Anzeige wird ungefähr 2 Sekunden lang erzeugt, dann erscheint "SELF TEST IN PROGRESS" ungefähr 2 Sekunden lang auf dem Display 504. Diese Nachricht zeigt an, daß der Prozessor 528 das Eigendiagnose-Unterprogramm von Fig. 38 abarbeitet.
Fig. 38 ist ein Flußbild des Eigendiagnose-Unterprogramms von Fig. 36. Es werden sechs Teste seriell nacheinander durchgeführt. Der erste durchgeführte Test ist der Test "Ende der Le bensdauer" der Batterie. Dieser Test wird von dem Prozessor 528 durchgeführt. Der Prozessor 528 konvertiert die von der Batteriespannungs-Prüf-Schaltung 545 (Fig. 26) gelieferte analoge Prüfspannung in ein digitales Wort und bestimmt aus diesem digitalen Wort, ob Vaat über oder unter einem vorbestimmten Schwellenwert "Ende der Lebensdauer" liegt. Wenn VBat über diesem Schwellenwert liegt, dann ist die 9-Volt-Batterie nicht am "Ende ihrer Lebensdauer", und der Test ist bestanden. Wenn VBat unter diesem Schwellenwert liegt, dann ist die Batterie am "Ende ihrer Lebensdauer", muß ausgewechselt werden, und der Test ist nicht erfolgreich bestanden. Wenn die 9-Volt-Batterie diesen Test nicht erfolgreich besteht, dann wird die Marke "Battery EOL" in FLAG-REG gesetzt, und es erfolgt ein Aussprung aus dem Eigendiagnose-Unterprogramm.
Wenn die Batterie den Test "Battery Bnd Of Life" erfolgreich besteht, dann wird der Test "Batteriespannung niedrig" durchgeführt. Dieser Test wird von dem Prozessor 528 in einer Art und Weise durchgeführt, die fast identisch mit dem Test "Ende der Lebensdauer" der Batterie ist. Der einzige Unterschied ist, daß der vorbestimmte Schwellenwert "Batteriespannung niedrig" höher als der Schwellenwert "Ende der Lebensdauer" ist. Wenn VBat unter dem Schwellenwert "niedrig" liegt (aber über dem Schwellenwert "Ende der Lebensdauer" der Batterie), dann ist sie noch hoch genug für ein ordnungsgemäßes Betreiben von P/M 500, aber es ist wahrscheinlich, daß die 9-Volt-Batterie bald ersetzt werden muß. Wenn der Batterietest "niedrig" nicht erfolgreich bestanden wird, dann wird die Marke "BATTERY LOW" in FLAG-REG gesetzt. Wenn der Batterietest "niedrig" erfolgreich bestanden wird, dann wird keine Marke in FLAG-REG gesetzt. Der Prozessor 528 geht dann zum nächsten Test weiter.
Die restlichen vier Test-Unterprogramme werden kollektiv die "P/M STATUS-" Teste genannt, weil sie jeweils den Status eines anderen Elementes der internen Schaltung von P/M 500 testen. Der Speicher-Test überprüft den Speicher 534 von Fig. 26. Während dieses Tests werden verschiedene Schaltungelemente, wie beispielsweise der Speicher 534, getestet, um ihr ordnungsgemäßes Funktionieren sicherzustellen. Beispielsweise kann der Prozessor 528 ein spezielles Wort in ein spezielles Register von RAM 538 schreiben. Der Prozessor 528 würde dann dasselbe Register lesen und prüfen, ob der Inhalt mit dem speziellen Wort identisch ist. Wenn Identität festgestellt wird, dann funktionieren die Kommunikationswege zwischen dem Prozessor 528 und dem speziellen Register ordnungsgemäß. Es kann jedes Register von RAM 538 auf diese Weise getestet werden, um festzustellen ob RAM 538 ordnungsgemäß funktioniert. Andere Schaltungelemente können in ähnlicher Weise durch den Prozessor 528 getestet werden, um deren einwandfreie Funktion nachzuweisen. Teste des vorstehend erwähnten Typs sind allgemein bekannt und werden deshalb hier nicht detailliert diskutiert. Wenn der Speicher 534 nicht ordnungsgemäß funktioniert, dann ist der Test nicht erfolgreich bestanden. Die Marke "MEMORY O. K." von FLAG-REG wird gesetzt, und der Prozessor 528 springt aus dem Eigendiagnose-Unterprogramm heraus.
Wenn der Speicher 534 ordnungsgemäß funktioniert, dann ist der Speichertest erfolgreich bestanden, und der Prozessor 528 führt den Prozessortest durch, während welchem der Prozessor 528 tatsächlich seine eigenen Schaltungkomponenten auf ordnungsgemäßes Funktionieren überprüft. Jeder Prozessor hat seinen eigenen nur für ihn gültigen Prozessortest, welcher entweder von dem Hersteller des Prozessors geliefert oder automatisch von dem Prozessor ausgeführt wird, wenn er das Kommando erhält, dies zu tun. Deshalb braucht die Spezifik des Prozessortestes hier nicht detailliert diskutiert zu werden. Wenn der Prozessor 528 den Prozessortest nicht erfolgreich besteht, dann wird die Marke "PROCESSOR O. K." von FLAG-REG gesetzt, und der Prozessor 528 springt aus dem Eigendiagnose-Unterprogramm heraus.
Wenn der Prozessor 528 den Prozessortest erfolgreich besteht, dann wird als nächstes der Schaltungspannungstest abgearbeitet. Während dieses Tests mißt der Prozessor 528 die Spannung an vorbestimmten Schaltungknoten innerhalb der Sende/Empfangs- Schaltung 514, der Energieversorgungs-Schaltung 516 und der Steuer-Schaltung 518 von Fig. 24. Wenn die Spannung an einem bestimmten Knoten nicht auf ihrem richtigen Wert ist, dann wird ein Problem, wie beispielsweise ein Kurzschluß oder ein offener Stromkreis, angezeigt. Der Prozessor 528 setzt die Marke "CIRCUIT VOLTAGE O. K." in FLAG-REG und springt aus dem Eigendiagnose-Unterprogramm heraus.
Wenn der Schaltungspannungstest erfolgreich bestanden wird, dann arbeitet der Prozessor 528 den Kommunikations-Schaltungstest ab. Dieser Test überprüft das ordnungsgemäße Funktionieren von Sende/Empfangs-Schaltung 514. Beispielsweise überträgt der Prozessor 528 einfach ein Signal DOWN-LINK über die Sende/-Empfangs-Schaltung 514. Der Empfangsteil der Sende/Empfangs-Schaltung 514 wird dann von dem Prozessor 528 überwacht, um festzustellen, ob das übertragene Signal empfangen wird. Das heißt, das übertragene tatsächliche Signal wird sofort von dem Empfänger empfangen, wenn die Sende/Empfangs-Schaltung 514 ordnungsgemäß funktioniert. Dies unterscheidet sich vom normalen Betrieb insofern, als der Prozessor 528 kein Signal UP- LINK von ITGS 10 empfängt, sondern einfach das Signal DOWN- LINK empfängt, das er abgegeben hat. Es ist so, als ob P/M 500 ihre Sende/Empfangs-Schaltung 514 kurzschließt, so daß alles, was gesendet wird, auch empfangen wird. Wenn der Prozessor 528 feststellt, daß er das empfangen hat, was er gesendet hatte, dann funktioniert die Sende/Empfangs-Schaltung 514 ordnungsgemäß. Wenn die Sende/Empfangs-Schaltung nicht ordnungsgemäß funktioniert, dann setzt der Prozessor 528 die Marke "COMMUNICATIONS CIRCUIT O. K." in FLAG-REG und springt aus dem Eigendiagnose-Unterprogramm heraus. Wenn die Sende/Empfangs-Schaltung 514 ordnungsgemäß funktioniert, dann springt der Prozessor 528 aus dem Eigendiagnose-Unterprogramm heraus, ohne irgendeine der Marken in FLAG-REG zu setzen. Durch Überprüfen des Inhalts von FLAG-REG kann die Ursache des Fehlers von P/M 500 festgestellt werden.
Fig. 39 ist ein Flußbild des "Get Keypres"-Unterprogramms von Fig. 35. Das "Get Keypress"-Unterprogramm stellt fest, wenn eine und welche "Taste" gedrückt ist. Wie vorstehend angegeben, ist die Drucktaste 506 "KEY1" und ist die Drucktaste 508 "KEY2". Der Prozessor 528 beginnt mit der Abarbeitung des "Get Keypress"-Unterprogramms dadurch, daß die Marken "KEY1" und "KEY2" in FLAG-REG gelesen werden. Wenn eine oder beide Marken gesetzt sind, dann ignoriert der Prozessor 528 dieses anfängliche "Tasten"-Drücken und wartet, bis die gedrückte "Taste" losgelassen wird, bevor er weitergeht. Dies verhütet eine unbeabsichtigte Auswahl, die durch ein Drücken einer "Taste" verursacht wird, bevor die Anforderung "SELECT: TEST..." von Fig. 35 auf dem Display 504 erscheint. Wenn die "Taste" losgelassen wird, oder wenn es keine anfänglich gedrückte "Taste" gibt, dann wartet der Prozessor 528 über einen Zeitraum von ungefähr 2 Minuten auf eine zu drückende "Taste", d. h. daß eine Selektion der Funktionswahlmöglichkeiten vorgenommen wird. Wenn keine "Taste" innerhalb dieser Zeit gedrückt wird, dann arbeitet der Prozessor 528 das Unterprogramm POWER-DOWN P/M 500 (Abschalten P/M 500) dadurch ab, daß er ein Signal POWER-DOWN an die Abschaltung 523 sendet und folglich P/M 500 abgeschaltet wird. Das Abarbeiten des Unterprogramms POWER- DOWN verhütet eine unnötige Energieentnahme bei der 9-Volt- Batterie, wenn P/M unbeabsichtigt eingeschaltet gelassen wird. Wenn eine "Taste" innerhalb von 2 Minuten gedrückt wird, dann erzeugt der Audiotongenerator 532 einen "Klick"- Ton, um anzuzeigen, daß eine "Taste" gedrückt worden ist. Der Prozessor 528 setzt die zutreffende Marke in FLAG-REG und springt aus dem "Get Keypress"-Unterprogramm heraus.
Fig. 40 ist ein Flußbild des Implantationstest-Unterprogramms von Fig. 35. Der Prozessor 528 arbeitet zuerst das Up-Link- Lese-Unterprogramm ab, um festzustellen, ob ITGS 10 "ein" oder "aus" ist (Fig. 9b). Das Up-Link-Lese-Unterprogramm wird in Verbindung mit Fig. 41 weiter diskutiert. Der Prozessor 528 speichert dann die 8 Bits des Signals UP-LINK von Fig. 9c beginnend mit STIM0 und endend mit BATT1 in STATUS-REG (Fig. 27), um ein Statuswort zu bilden. Wenn ITGS 10 "ein" ist, dann beginnt der Prozessor 528 das Abarbeiten eines Statuswort-Dekodier-Unterprogramms, das in Verbindung mit Fig. 42 diskutiert wird.
Wenn ITGS 10 "aus" ist, dann verursacht der Prozessor 528 die Erzeugung und Übertragung eines Signals DOWN-LINK mit den zutreffenden Werten für STIM0 und STIM1, um ITGS 10 auf "ein" zu schalten. Jede beliebige der in Fig. 9b gezeigten "ein"-Formen ist angemessen. Der Prozessor 528 verzögert um ungefähr 1 Sekunde, bevor er das Aufwärtslese-Unterprogramm abarbeitet. Der Prozessor 528 ersetzt die 6 Bits von START-REG beginnend mit DCON und endend mit BATT1 durch die entsprechenden Bits des von ITGS empfangenen Signals UP-LINK (Fig. 9c). STIM0 und STIM1 vom Statusregister werden nicht ersetzt. Der Prozessor 528 erzeugt und verursacht die Übertragung eines Signals DOWN- LINK, das ITGS 10 anweist, auf "aus" zu schalten und folglich ITGS 10 in den Zustand zurückzuführen, in dem er sich befand, bevor der Prozessor 528 mit der Abarbeitung des Implantationstest-Unterprogramms begonnen hatte. Der Prozessor 528 arbeitet das Up-Link-Lese-Unterprogramm ab und überprüft, daß ITGS 10 "aus" ist. Der Prozessor 528 beginnt mit der Abarbeitung des Statuswort-Dekodier-Unterprogramms.
Fig. 41 ist ein Flußbild des Up-Link-Lese-Unterprogramms. Der Prozessor 528 erzeugt ein Signal DOWN-LINK und verursacht dessen Übertragung, um ITG5 10 anzuweisen, ein Signal UP-LINK zu senden. Wenn kein Signal UP-LINK innerhalb von ungefähr 2 Sekunden empfangen wird, dann tritt ein Zeitüberschreitungsfehler auf, und der Prozessor 528 beginnt mit der Abarbeitung des Unterprogramms "Implantation nicht gefunden", das nachstehend in Verbindung mit Fig. 47 beschrieben wird. Wenn ein Signal UP-LINK innerhalb der zugewiesenen Zeit empfangen wird, dann speichert der Prozessor 528 dieses vorübergehend in Register TEMP1-REG ab (Fig. 27). Der Prozessor 528 erzeugt dann ein zweites Signal DOWN-LINK und verursacht dessen Übertragung, um ITGS 10 anzuweisen, ein zweites Signal UP-LINK zu senden. Wie der beginnt, wenn kein Signal UP-LINK in der zugewiesenen Zeit empfangen wird, der Prozessor 528 mit der Abarbeitung des Unterprogramms "Implantation nicht gefunden". Normalerweise wird das zweite Signal UP-LINK innerhalb der zugewiesenen Zeit empfangen, und der Prozessor 528 speichert dies in dem Register TEMP2-REG ab. Der Prozessor 528 vergleicht dann den Inhalt von TEMP1-REG mit TEMP2-REG. Wenn der Inhalt von TEMP1-REG und TEMP2-REG nicht miteinander identisch ist, dann beginnt der Prozessor 528 mit der Abarbeitung des Up-Link-Lese-Unterprogramms von Anfang an, weil es wahrscheinlich ist, daß ein Kommunikationsfehler während des Sendens oder des Empfangs eines der beiden Signale UP-LINK aufgetreten ist. Der Prozessor 528 arbeitet das Aufwärtsverbindung-Lese-Unterprogramm solange weiter ab, bis ein Zeitüberschreitungsfehler auftritt oder zwei aufeinanderfolgende empfangene Signale UP-LINK identisch sind. Typischerweise werden zwei aufeinanderfolgende Signale UP-LINK identisch sein, und der Prozessor 528 beendet die Abarbeitung des Up-Link-Lese-Unterprogramms.
Fig. 42 ist ein Flußbild des Statuswort-Dekodier-Unterprogramms von Fig. 40. Der Zweck dieses Unterprogramms ist, den Status von ITGS 10 aus dem von ITGS 10 empfangenen Implantationstest-Unterprogramm von Fig. 40 festzustellen und auf das Display 504 auszugeben. Es gibt sechs mögliche fehlerfreie Zustände, in denen sich ITGS 10 befinden kann. Wenn ITGS 10 sich in einem anderen Status befindet, dann funktioniert das Gerät nicht ordnungsgemäß.
Bei dieser Ausführungsform des Statuswort-Dekodier-Unterprogramms testet der Prozessor 528 auf jeden der fehlerfreien Zustände in der in Fig. 42 gezeigten Reihenfolge. Jedoch könnte der Prozessor 528 auf die fehlerfreien Zustände in jeder beliebigen Reihenfolge testen, ohne die durch das Statuswort- Dekodier-Unterprogramm erzielten Ergebnisse zu ändern. Der Prozessor 528 bestimmt zuerst aus dem im Register STATUS-REG abgespeicherten Signal UP-LINK, ob sich ITGS 10 in einem ersten Status (nicht implantiert, 'aus', Leitung hohe Impedanz, Batterie o. k.) befindet oder nicht. Wenn dies der Fall ist, dann arbeitet der Prozessor 528 das Implantationstest-Bestanden-Unterprogramms ab, das nachstehend in Verbindung mit Fig. 43 diskutiert wird, um anzuzeigen, daß sich ITGS 10 entweder im ersten oder zweiten fehlerfreien Zustand befindet. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Statuswort-Dekodier-Unterprogramm heraus.
Wenn sich ITGS 10 nicht im ersten Status befindet, dann bestimmt der Prozessor 528, ob sich das Gerät in einem zweiten Zustand (implantiert, 'ein', Leitung o. k., Batterie o. k.) befindet oder nicht. Wenn dies der Fall ist, dann arbeitet der Prozessor 528 das Implantationstest-Bestanden-Unterprogramm ab, um anzuzeigen, daß sich ITGS 10 entweder im ersten oder zweiten fehlerfreien Zustand befindet. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Statuswort-Dekodier-Unterprogramm heraus.
Wenn sich ITGS 10 nicht im zweiten Status befindet, dann stellt der Prozessor 528 fest, ob sich das Gerät in einem dritten Status (implantiert, 'ein', Leitung o. k., Batterie niedrig) befindet oder nicht. Wenn dies der Fall ist, dann arbeitet der Prozessor 528 das Unterprogramms "Implantierbatterie Spannung niedrig" von Fig. 48 ab, um anzuzeigen, daß die Batterie-Energieversorgung von ITGS 10 "niedrig" ist. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Statuswort-Dekodier-Unterprogramm heraus.
Wenn sich ITGS 10 nicht im dritten Status befindet, dann stellt der Prozessor 528 fest, ob das Gerät sich in einem vierten Status (nicht implantiert, 'ein', Leitung hoch, Batterie o. k.) befindet oder nicht. Wenn dies der Fall ist, dann erzeugt der Prozessor 528 ein Signal DOWN-LINK und verursacht dessen Übertragung, um den ITGS 10 anzuweisen, sich auf "aus" zu schalten, weil dann, wenn er nicht implantiert ist, es sonst eine unnötige Energieentnahme bei der Batterie des ITGS 10 gibt. Der Prozessor 528 arbeitet danach das vorstehend in Verbindung mit Fig. 41 diskutierte Up-Link-Lese-Unterprogramm ab und überprüft, daß ITGS 10 "aus" ist. Der Prozessor 528 führt die Überprüfung dadurch durch, daß die Bits STIM0 und STIM1 des Signals UP-LINK gelesen werden (Fig. 9c). Der Prozessor 528 arbeitet dann das nachstehend in Verbindung mit Fig. 44 diskutierte Warnungs-Ein-Anzeige-Unterprogramm ab und springt aus dem Statuswort-Dekodier-Unterprogramm heraus.
Wenn ITGS 10 sich nicht im vierten Status befindet, dann stellt der Prozessor 528 fest, ob er sich in einem fünften Status (implantiert, 'aus' Leitung o. k., Batterie niedrig) befindet oder nicht. Wenn sich ITGS 10 im fünften Status befindet, dann arbeitet der Prozessor 528 das nachstehend in Verbindung mit Fig. 45 diskutierte Warnungs-Aus-Anzeige-Unterprogramm ab, um anzuzeigen, daß ITGS 10 "aus" ist. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Statuswort-Dekodier-Unterprogramm heraus.
Wenn sich ITGS 10 nicht im fünften Status befindet, dann stellt der Prozessor 528 fest, ob er sich im letzten fehlerfreien Status (implantiert, 'aus', Leitung o. k., Batterie niedrig) befindet oder nicht. Wenn sich ITGS 10 in diesem letzten fehlerfreien Status befindet, dann arbeitet der Prozessor 528 das Warnungs-Aus-Anzeige-Unterprogramm ab und springt dann aus dem Statuswort-Dekodier-Unterprogramm heraus.
Wenn sich ITGS 10 nicht in irgendeinem dieser sechs fehlerfreien Zustände befindet, dann arbeitet der Prozessor 528 ein nachstehend in Verbindung mit Fig. 46 diskutiertes Fehleranzeige-Unterprogramm ab.
Fig. 43 ist ein Flußbild des Implantationstest-Bestanden-Unterprogramms von Fig. 41. Die Nachricht "IMPLANT FOUND IMPLANT TEST PASSED" (Implantation gefunden, Implantationstest bestanden) wird auf das Display 504 ausgegeben. Diese Nachricht zeigt an, daß Kommunikationsverbindungen mit ITGS 10 hergestellt worden sind und daß ITGS 10 ordnungsgemäß funktioniert. Ein "positiver" hörbarer Ton wird durch den Audiotongenerator 532 von Fig. 26 erzeugt. Die Nachricht und der Ton werden ungefähr 3 Sekunden lang erzeugt, wie durch die Dreisekunden- Verzögerung gezeigt, bevor der Prozessor 528 aus dem Unterprogramm herausspringt.
Fig. 44 ist ein Flußbild des Warnungs-"Ein"-Anzeige-Unterprogramms von Fig. 42. Dieses Unterprogramm wird abgearbeitet, um zu warnen, daß der nicht implantierte ITGS 10 "ein" ist. Typischerweise sollte ITGS 10 "aus" sein, wenn er nicht implantiert ist, um Batterieenergie zu sparen. Diese Warnung erfolgt, um sicherzustellen, daß der nicht implantierte ITGS 10 nicht unbeabsichtigt "ein" gelassen wird. Die Nachricht: "IM- PLANT FOUND: WARNING: IMPLANT WAS ON WHILE NOT IMPLANTED" (Implantierung gefunden: Warnung: Implantierung war ein, während nicht implantiert) wird auf das Display 504 ausgegeben. Der Audiotongenerator 532 von Fig. 26 erzeugt einen "negativen" hörbaren Ton. Sowohl die Nachricht, als auch det Ton werden ungefähr 5 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 5 Sekunden Verzögerung angezeigt. Danach instruiert Prozessor der 528 das Display 504, die Nachricht "IMPLANT TEST PASSED" (Implantationstest bestanden) auszugeben, um anzuzeigen, daß ITGS 10 ordnungsgemäß funktioniert. Der Audiotongenerator 532 erzeugt einen "positiven" hörbaren Ton. Sowohl der Ton, als auch die Nachricht werden ungefähr 3 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 3 Sekunden Verzögerung angezeigt. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Warnungs-"Ein"-Anzeige-Unterprogramm aus.
Fig. 45 ist ein Flußbild des Warnungs-"Aus"-Anzeige-Unterprogramms von Fig. 42. Dieses Unterprogramm wird abgearbeitet, um zu warnen, daß der implantierte ITGS 10 "aus" ist. Typischerweise sollte ITGS 10 "ein" sein, wenn er implantiert ist, um die Heilung eines Gewebeortes zu fördern. Diese Warnung soll sicherstellen, daß der implantierte ITGS 10 nicht unbeabsichtigt "aus" gelassen wird. Der Prozessor 528 instruiert das Display 504, die Nachricht "IMPLANT FOUND: WARNING: IMPLANT IS OFF" (Implantierung gefunden: Warnung: Implantierung ist aus) auszugeben. Der Audiotongenerator 532 wird von dem Prozessor 528 instruiert, einen "negativen" hörbaren Ton zu erzeugen. Sowohl die Nachricht, als auch der Ton werden ungefähr 5 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 5 Sekunden Verzögerung gezeigt. Der Prozessor 528 instruiert danach das Display 504, die Nachricht "IMPLANT TEST PASSED" (Implantationstest bestanden) auszugeben, um anzuzeigen, daß ITGS 10 ordnungsgemäß funktioniert. Der Audiotongenerator 532 wird instruiert, einen "positiven" hörbaren Ton zu erzeugen. Sowohl der Ton, als auch die Nachricht werden ungefähr 3 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 3 Sekunden Verzögerung gezeigt wird. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Warnungs-"Aus"-Anzeige-Unterprogramm aus.
Fig. 46 ist ein Flußbild des Fehleranzeige-Unterprogramms von Fig. 42. Die Funktion dieses Unterprogramms ist, zu warnen, daß ITGS 10, ob implantiert oder nicht, nicht ordnungsgemäß funktioniert und eine Wartung benötigt. Der Prozessor 528 instruiert das Display 504, eine Nachricht "IMPLANT FOUND IMPLANT FAILURE CONTACT REPRESENTATIVE" (Implantation gefunden, Implantationsfehler, mit Vertreter Kontakt aufnehmen) auszugeben. Der Audiotongenerator 532 wird von dem Prozessor 528 instruiert, einen "negativen" hörbaren Ton zu erzeugen. Sowohl die Nachricht, als auch der Ton werden ungefähr 5 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 5 Sekunden Verzögerung gezeigt. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Fehleranzeige-Unterprogramm heraus.
Fig. 47 ist ein Flußbild des Unterprogramms "Fehler, Implantation nicht gefunden" von Fig. 41. Die Funktion dieses Unterprogramms ist, anzuzeigen, daß keine Kommunikationen zwischen P/M 500 und ITGS 10 hergestellt worden sind. Der Prozessor 528 instruiert das Display 504, die Nachricht "IMPLANT NOT FOUND ENSURE MONITOR IS OVER IMPLANT" (Implantation nicht gefunden, sicherstellen, daß Monitor über Implantierung) auszugeben. Diese Nachricht läßt daran denken, daß Kommunikationen nicht hergestellt worden sind, weil das Antennengehäuse 501 von P/M 500 sich nicht direkt über dem ITGS 10 oder dem Bereich, in welchem ITGS 10 implantiert ist, befindet und dorthin zeigt, wenn er implantiert ist. Der Audiogenerator 532 wird von dem Prozessor 528 instruiert, einen "negativen" hörbaren Ton zu erzeugen. Sowohl die Nachricht, als auch der Ton werden ungefähr 5 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 5 Sekunden Verzögerung gezeigt. Der Prozessor 528 setzt dann die Marke "Implantierung nicht gefunden" in FLAG-REG und springt aus dem Unterprogramm "Fehler Implantation nicht gefunden" heraus.
Fig. 48 ist ein Flußbild des Unterprogramms der Anzeige "Implantierbatterie Spannung niedrig" von Fig. 42. Die Funktion dieses Unterprogramms ist, anzuzeigen, daß die ITGS-Batterie schwächer wird und wahrscheinlich bald ersetzt werden muß. Das Unterprogramm zeigt auch an, daß ITGS 10 ordnungsgemäß funktioniert. Der Prozessor 528 instruiert das Display 504, die Nachricht "IMPLANT FOUND IMPLANT BATTERY LOW" (Implantation gefunden, Implantationsbatterie niedrig) auszugeben. Der Audiotongenerator 532 wird von dem Prozessor 528 instruiert, einen hörbaren Ton "Achtung" zu erzeugen. Sowohl die Nachricht, als auch der Ton werden ungefähr 3 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 3 Sekunden Verzögerung gezeigt. Der Prozessor 528 instruiert danach das Display 504, die Nachricht "IMPLANT TEST PASSED" (Implantationstest bestanden) auszugeben. Der Audiotongenerator 532 wird von dem Prozessor 528 instruiert, einen "positiven" hörbaren Ton zu erzeugen. Sowohl der Ton, als auch die Nachricht werden ungefähr 3 Sekunden lang erzeugt, wie durch die 3 Sekunden Verzögerung gezeigt. Der Prozessor 528 springt dann aus dem Unterprogramms der Anzeige "Implantierbatterie Spannung niedrig" heraus.
Bei dieser Ausführungsform erscheinen, wie aus Fig. 35 bis 48 offensichtlich wird, Nachrichten auf das Display 504 von P/M 500, um einem menschlichen Nutzer den Status sowohl von P/M 500 von Fig. 23, als auch von ITGS 10 von Fig. 1 anzuzeigen. Jedoch kann bei anderen Ausführungsformen der Prozessor 528 diese Status-Nachrichten auch an ein externes Gerät, wie beispielsweise einen Computer, zwecks weiterer Bearbeitung sen den, wie in Fig. 24 und 26 gezeigt. Der Computer würde mit dem Prozessor 528 über die Anschlußverbindung 542 kommunizieren. Als Reaktion auf diese Status-Nachrichten könnte der Computer Instruktionen an P/M 500 über die Anschlußverbindung 542 und den Prozessor 528 ausgeben. Der externe Computer könnte auch ein Signal DOWN-LINK erzeugen und dessen Übertragung zu ITGS 10 über die Anschlußverbindung 542, den Prozessor 528 und die Sende/Empfangs-Schaltung 514 verursachen.

F. Modifizierter inplantierbarer Gewebewachstums-Stimulator

Fig. 49 ist eine alternative Ausführungsform zur Anwendung einer speziellen integrierten Schaltunge (ASIC) 46 (Fig. 8a und 8b) von ITGS 10 (Fig. 1). Bei dieser Ausführungsform werden jetzt viele der durch ASIC 46 durchgeführten Funktionen durch den Prozessor 600 durchgeführt. ASIC 602 hat zusätzliche Schaltungen für die Durchführung zusätzlicher Funktionen, welche nachstehend detailliert diskutiert werden. Alle übrigen Funktionen werden in derselben Art und Weise und durch dieselben internen Schaltungen und Strukturen durchgeführt, wie sie in Verbindung mit Fig. 8 bis 22 diskutiert worden sind.
Der Prozessor 600 wird während des Einschaltens durch die Einschalt-Rückstell-Schaltung 604 zurückgestellt, welcher in derselben Art und Weise funktioniert, wie die Einschalt-Rückstell-Schaltung 50 von Fig. 8a. Der Kristall-Oszillator 606 liefert ein Signal, welches der Prozessor 600 in ein internes Taktsignal umwandelt. Der Speicher 608 hat einen ROM 610 für die Speicherung des Arbeitsprogrammcodes für den Prozessor 600. Der Speicher 608 hat auch einen RAM 612 für das zeitweilige Speichern von Daten. RAM 612 hat ein Register VOLTAGE OUT-REG, welches nachstehend stärker detailliert diskutiert wird. Ein Adreß/Daten-Bus sorgt für einen Zweiwege-Kommunikationspfad zwischen dem Prozessor 600, dem Speicher 608 und ASIC 602.
Wie Fig. 49 zeigt, wird die Sende/Empfangsfunktion durch den Mikroprozessor 600 in Verbindung mit externen Schaltungen durchgeführt. Der PPM-Dekoder 614 dekodiert die PPM-Signale (Fig. 9a bis c), die zwischen ITGS 10 und P/M 500 übertragen werden. Die interne Schaltung von dem PPM-Dekoder 614 ist ähnlich der in Fig. 11 gezeigten. Der Sender/Empfänger 616 konvertiert das digitale Signal, das von dem Prozessor 600 erzeugt worden ist, über den PPM-Dekoder 614 in ein analoges Signal UP-LINK für das Treiben der Sende/Empfangs-Spule 620. Die Sende/Empfangs-Spule 620 wandelt das analoge Signal UP- LINK in ein elektromagnetisches Signal UP-LINK für einen Empfang durch die Antenne 521 (Fig. 28) von P/M 500 um. Die Sende/Empfangs-Spule 620 wandelt auch ein von PJM 500 empfangenes elektromagnetisches Signal DOWN-LINK in ein analoges Signal DOWN-LINK um, das für eine Koppelung mit dem Sender/Empfänger 618 geeignet ist. Der Sender/Empfänger 618 wandelt das analoge Signal DOWN-LINK in ein digitales Signal DOWN-LINK um, das über den PPM-Dekoder 614 mit dem Prozessor 600 gekoppelt wird. Obwohl der PPM-Dekoder 614, der Sender/Empfänger 618 und die Sende/Empfangsspule 620 bei dieser alternativen Ausführungsform als externe Schaltungen gezeigt werden, können bei anderen Ausführungsformen diese Bauteile innerhalb von ASIC 602 angeordnet sein.
Noch unter Bezugnahme auf Fig. 49 hat ASIC 602 ein Status/- Steuerregister 622 für das Senden von Statusinformationen (UP- LINK) bzw. das Empfangen von Kommandos (DOWN-LINK) über den Prozessor 600 von und nach P/M 500. Die Ausgangs-Treiber- Schaltung 624 treibt die Ausgangsterminals mit Signalen OUT1 und OUT2, genauso, wie der Ausgangstreiber 54 (Fig. 8b und 13). Jedoch überwacht, wie nachstehend in Verbindung mit den Figuren diskutiert wird, der Ausgangstreiber die Impedanz zwischen den Elektroden 14 und 16 bei WS-Betrieb oder zwischen der Katoden 30 und Anode 28 beim GS-Betrieb von ITGS 10. Diese Impedanz wird an den Mikroprozessor 600 als Abfühlspannung gesandt. Zusätzlich ist eine analoge Masse zwischen ASIC 602 und den Prozessor 600 geschaltet. Ein Analog-Digital-Wandler (ADC) 626 ist in dem Prozessor 600 für das Konvertieren der Abfühlspannung in ein digitales Signal, das mit dem Prozessor 600 kompatibel ist, enthalten.
Fig. 50 ist ein Blockschaltbild der Ausgangs-Schaltung 624 von Fig. 49. Die Ausgangs-Schaltung 624 hat eine Ausgangstreiber- Steuereinrichtung 628, welche den Betrag des Stroms festsetzt, der durch den Ausgangstreiber 630 als Reaktion auf ein Signal DOWN-LINK ausgegeben wird, das über den Prozessor 600 und das Status/Steuerregister 622 von P/M 500 empfangen worden ist. Die Ausgangstreiber-Steuereinrichtung 628 wird nachstehend in Verbindung mit Fig. 49 stärker detailliert diskutiert. Der Differentialverstärker 632 fühlt die Spannung über die Katoden 30 und die Anode 28 (Fig. 3) beim GS-Betrieb ab und verstärkt diese. Im WS-Betrieb fühlt der Differentialverstärker 632 die Spannungen zwischen der Elektrode 14 und Vg bzw. der Elektrode 16 und Vg (Fig. 1) ab und verstärkt diese. Bei beiden Betriebsarten ist die verstärkte Spannung die Abfühlspannung, welche mit dem ADC 626 von dem Prozessor 600 gekoppelt wird.
Fig. 51 ist ein Blockschaltbild der Ausgangstreiber-Steuereinrichtung 628 von Fig. 50. Ein Register 634 empfängt und speichert ein digitales Kommando von dem Status/Steuer-Register 622. Dieses digitale Kommando repräsentiert den Wert des Stroms, der aus dem Ausgangstreiber 630 ausgegeben werden soll. Dieser digitale Wert wird dann durch den Digital/Analog- Wandler (DAC) 636 in eine entsprechende Spannung konvertiert. Diese entsprechende Spannung wird mit dem Ausgangstreiber 630 gekoppelt. Als Reaktion auf diesen analogen Wert setzt der Ausgangstreiber 630 den Stromausgang zu der Katode 30 und der Anode 28 bei GS-Betrieb und den Elektroden 14 und 16 beim WS- Betrieb auf den Wert, der durch das digitale Kommando repräsentiert wird.
Noch unter Bezugnahme auf Fig. 51 empfängt und speichert ein Register 638 auch ein zweites digitales Kommando von Status/- Steuer-Register 622. Dieses zweite digitale Kommando repräsen tiert den Arbeitszyklus der durch den Ausgangstreiber 630 erzeugten Wellenform, wenn ITGS 10 im wS-Betrieb arbeitet (Fig. 1). Dieses zweite digitale Kommando wird dann durch DAC 640 in eine entsprechende Spannung umgewandelt. Als Reaktion auf die entsprechende Spannung erzeugt der Ausgangstreiber 630 eine Ausgangs-Wellenform (Fig. 4) mit dem gewünschten Arbeitszyklus.
Fig. 52a zeigt ein modifiziertes Signal DOWN-LINK mit zwei zusätzlichen Kommandos gegenüber dem Signal DOWN-LINK von Fig. 9b. Das Kommando "Write Current" (schreibe Strom) zeigt an, daß das Signal DOWN-LINK den Wert enthält, der in Register 638 von Fig. 51 zu laden ist. Das Kommando "Write Duty Cycle" (schreibe Arbeitszyklus) (nur beim WS-Betrieb verwendet) zeigt an, daß das Signal DOWN-LINK den Wert für den Arbeitszyklus enthält, der in dem Register 634 von Fig. 51 zu laden ist. Um die zwei zusätzlichen Kommandos unterzubringen, müß die Größe des Signals DOWN-LINK um ein Bit von 11 Bits auf 12 Bits vergrößert werden. Die Kommandos "Lesen, nicht schreiben" (hier als "Schreiben" und "Lesen" gezeigt) bleiben dieselben, wie bei Fig. 9b.
Fig. 52b bis c zeigen die beiden zusätzlichen Signale UP-LINK, die für das Betreiben des modifizierten ITGS 10 erforderlich sind. Das erste Signal UP-LINK bleibt identisch mit dem in Fig. 9c gezeigten. Das zweite Signal, UP-LINK2, liefert Spannungsausgang, den Inhalt von VOLTAGEOUT-REG, d. h. die Impedanzmessung, an P/M 500. Das dritte Signal, UP-LINK 3 (das nur bei WS-Betrieb benutzt wird) liefert den Arbeitszyklus-Inhalt von dem Register 638, d. h. den Strom-Arbeitszyklus der Ausgangs-Wellenform. UP-LINK1 wird unmittelbar nach UP-LINK2 übertragen. Wenn ITGS 10 im WS-Betrieb arbeitet, wird UP-LINK3 unmittelbar nach UP-LINK2 übertragen. Das Unterprogramm UP- LINK Lesen von Fig. 41 wird leicht insofern modifiziert, als alle drei Signale UP-LINK zweimal als Gruppe von drei Signalen gelesen werden und die erste Gruppe mit der zweiten Gruppe zwecks Überprüfung eines fehlerfreien Empfangs verglichen wird.

1. Schaltungsfunktion

In Funktion werden die Register 634 und 638 von Fig. 51 mit vorbestimmten Werten durch den Mikroprozessor 600 nach dem Einschalten von ITGS 10 (Fig. 1) geladen. Dies führt zu einer vorbestimmten Stromamplitude sowohl während des GS-, als auch des WS-Betriebes und zu einem vorbestimmten Arbeitszyklus bei WS-Betrieb. Die Kennwerte Strom und Arbeitszyklus der Wellenform werden gemeinsam das "Ausbruchsmuster" der Wellenform genannt.
Während des WS-Betriebes liefert der Differentialverstärker 632 von Fig. 50 alternativ als zweite Spannung die Spannungsdifferenzen zwischen dem Anschluß OUT1 und Vg und dann zwischen OUT2 und Vg, je nachdem, welcher Anschluß jeweils den Ausgangsstrom zu der Zeit liefert. Bei dieser Ausführungsform liefert OUT1 Strom während der ins Positive verlaufenden Teile der Wellenform von Fig. 4 und liefert OUT2 Strom während der ins Negative verlaufenden Teile derselben Wellenform, genau so, wie der Ausgangstreiber 54 von Fig. 8b und 13.
ADC 626 von dem Prozessor 600 in Fig. 49 empfängt die Abfühlspannung und konvertiert sie kontinuierlich in ein digitales Wort. Der Prozessor 600 aktualisiert kontinuierlich das Register VOLTAGEOUT-REG in RAM 612 mit den aktuellsten dieser digitalen Worte. Nur der aktuellste Inhalt von Register VOLATAGEOUT-REG wird benötigt, um die Impedanz zwischen den Elektroden 14 und 16 zu berechnen.
Während des GS-Betriebes liefert der Differentialverstärker 632 als Abfühlspannung die Spannungsdifferenz zwischen dem Anschluß OUT1 und dem Anschluß OUT2. Die berechnete Impedanz ist deshalb diejenige zwischen den Katoden 30 und der Anode 28. Die restliche Funktionsweise ist identisch mit der vorstehend für den WS-Betrieb beschriebenen. Pfad 1 des Flußbildes von Fig. 53 faßt diesen Prozeß sowohl für den WS-, als auch den GS-Betrieb zusammen.

2. Interaktives Programmieren/Überwachen des modifizierten implantierbaren Gewebe-Wachstumsstimulators

Zu einer willkürlich gewählten Zeit später "fragt" P/M 500 ITGS 10 auf die in Register VOLTAGEOUT-REG gespeicherten Meßwerte ab, wie in dem Flußbild von Fig. 53 gezeigt. ITGS 10 überträgt dann diese Meßwerte an P/M 500. Als Reaktion auf diese empfangenen Meßwerte kann die Programmier/Überwachungseinrichtung 500 ein Signal DOWN-LINK erzeugen, das eine neue Stromeinstellung für ITGS 10 anzeigt. Wenn ITGS 10 im WS-Betrieb arbeitet, kann P/M 500 ein Signal DOWN-LINK erzeugen, das eine neue Einstellung für den Arbeitszyklus repräsentiert. Das Signal DOWN-LINK, das die neue Stromeinstellung enthält, wird zu ITGS 10 übertragen und in dem Register 634 geladen. Das Signal DOWN-LINK, das die neue Arbeitszyklus-Einstellung enthält, wird zu ITGS 10 übertragen und in dem Register 638 geladen (nur im WS-Betrieb). Der Ausgangstreiber 630 setzt dann das Ausbruchsmuster (den Strom im GS-Betrieb und Strom und Arbeitszyklus im WS-Betrieb) auf die neuen Werte.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile detailliert beschrieben worden sind, sollte es selbstverständlich sein, daß verschiedene Änderungen, Auswechselungen und Abwandlungen dabei vorgenommen werden können, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.

Claims

1. Räumlich getrennte Vorrichtung (500) zur Steuerung und Überwachung eines implantierbaren Gewebewachstums-Stimulators (10) über ein wechselseitiges, drahtloses Kommunikationsprotokoll, wobei die räumlich getrennte Vorrichtung eine Steuerungsschaltung (518) zum Erzeugen einer zum Stimulator zu übertragenden Down-Link-Nachricht und zum Dekodieren einer Up-Link-Nachricht von dem Stimulator (10) sowie eine Sende/Empfangs-Schaltung (514) enthält, die mit der Steuerungsschaltung (518) kommuniziert, um die Down-Link-Nachricht zum Stimulator zu übertragen und die Up-Link-Nachricht vom Stimulator (10) zu empfangen, mit:

einem in der Steuerungsschaltung (518) enthaltenen Prozessor (528), der Einrichtungen (546) zum Durchführen eines interaktiven Programms umfaßt, um in Reaktion auf Auswahlselektionsdaten einen Stimulatorbefehl in ein Down- Link-Signal zu konvertieren, zum Erzeugen von zumindest einer Auswahl-Bereitmeldung und zum Dekodieren des Status des Stimulators (10) aus einem Up-Link-Signal;

einem Speicher (534), der mit dem Prozessor (528) gekoppelt ist und mit diesem kommuniziert, mit Einrichtungen, um das interaktive Programm zu speichern;

einem Display (504), das mit dem Prozessor gekoppelt ist und mit diesem kommuniziert, mit Einrichtungen zum Anzeigen der Auswahl-Bereitmeldung und des Status des Stimulators (10);

einer Eingangseinrichtung (544), die mit dem Prozessor (528) gekoppelt ist und mit diesem kommuniziert, mit Einrichtungen, um die Auswahlselektionsdaten zu empfangen und um die Auswahlselektionsdaten dem Prozessor (528) zur Verfügung zu stellen;

wobei die Sende/Empfangs-Schaltung (514) mit dem Prozessor (528) gekoppelt ist und mit diesem kommuniziert;

wobei die Sende/Empfangs-Schaltung (514) einen Impulsgenerator (546) aufweist, der gekoppelt ist, um die Down- Link-Nachricht von dem Prozessor (528) zu empfangen;

wobei die Sende/Empfangs-Schaltung (514) außerdem eine Sendespule (548) aufweist, die mit einem Ausgang des Impulsgenerators (546) gekoppelt ist, mit Einrichtungen (510) zum Senden der Down-Link-Nachricht zum Stimulator (10);

wobei die Sende/Empfangs-Schaltung außerdem eine Empfangsspule (550) aufweist, um die Up-Link-Nachricht vom Stimulator (10) zu empfangen; und

einer Stromversorgungsschaltung (516), die mit dem Prozessor (528), dem Speicher (534), dem Display (504), der Eingangseinrichtung (544) und der Sende/Empfangs-Schaltung gekoppelt ist und mit diesen kommuniziert, wobei die Stromversorgungsschaltung Einrichtungen (523) hat, um die räumlich getrennte Vorrichtung abzuschalten, wenn die Auswahlselektionsdaten für eine vorbestimmte Zeitdauer nicht erzeugt werden.

2. Räumlich getrennte Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Display (504) in einen ersten und einen zweiten Bereich unterteilt ist, wobei der erste Bereich Einrichtungen zum Anzeigen einer ersten Auswahl-Bereitmeldung hat und der zweite Bereich Einrichtungen zum Anzeigen einer zweiten Auswahl-Bereitmeidung hat.

3. Räumlich getrennte Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Eingangseinrichtung (544) ein erstes Selektionsmittel (506), das dem ersten Bereich des Displays zugehörig ist, und ein zweites Selektionsmittel (508) aufweist, das dem zweiten Bereich des Displays zugehörig ist, und bei der das erste Selektionsmittel (506) aktiviert wird, um dem Prozessor (528) Auswahlselektionsdaten zur Verfügung zu stellen, die durch die erste Auswahl-Bereitmeldung bezeichnet sind, und das zweite Selektionsmittel (508) aktiviert wird, um dem Prozessor (528) Auswahlselektionsdaten zur Verfügung zu stellen, die durch die zweite Auswahl-Bereitmeldung bezeichnet sind.

4. Räumlich getrennte Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Prozessor (528) außerdem Einrichtungen hat, uni den Stimulatorbefehl in das Down-Link-Signal zu konvertieren, wobei der Stimulatorbefehl zum Ansteuern einer Stromversorgungsschaltung (516) dient, die im Wachstums-Stimulator (10) angeordnet ist, um dem Wachstums-Stimulator (10) Strom zu liefern.

5. Räumlich getrennte Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Prozessor (528) außerdem Einrichtungen hat, um den Stimulatorbefehl in das Down-Link-Signal zu konvertieren, wobei der Stimulatorbefehl eine Treiber-Steuerung (54) ansteuert, die in dem Wachstumsstimulator angeordnet ist, um die Amplitude einer Wellenform, die durch den Wachstums-Stimulator erzeugt wird, auf einen vorbestimmten Wert zu setzen.