DE69526265T2

DE69526265T2 - Vollwellengleichrichter mit dynamischer Vorspannungsregelung

Info

Publication number: DE69526265T2
Application number: DE69526265T
Authority: DE
Inventors: Koen J. Weijand
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2015-12-16
Also published as: AU4519396A; EP0843576B1; EP0974377B1; DE69516544T2; EP0976420A1; DE69516544D1; EP0974377A1; WO1996019261A3; WO1996019261A2; JPH10511259A; DE69526265D1; CA2204879A1; EP0843576A2; US5540729A

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Ganzwellen-Gleichrichter, die insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Impulsgeneratoren vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung kann in Impulsgeneratoren verwendet werden, die durch Bewegung mit Energie versorgt werden. Typischerweise erzeugen Generatoren oder Dynamos, die aus Bewegung Energie erzeugen, die Energie in Form eines Wechselspannungssignals. Die meisten Impulsgeneratoren benötigen jedoch eine Gleichspannungsversorgung. Demgemäß muß bei Impulsgeneratoren, die durch Bewegung mit Energie versorgt werden, das Wechselspannungssignal in ein Gleichspannungssignal umgewandelt oder gleichgerichtet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Impulsgeneratoren, die eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung mit einer dynamischen Vorspannung aufweisen. Diese Schaltung kann in verschiedenen Typen durch Bewegung mit Energie versorgter Impulsgeneratoren verwendet werden und ist insbesondere in einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung, wie einem Schrittmacher, sowie in einer Armbanduhr verwendbar.
Ein Wechselspannungssignal ist allgemein eine Spannungsoszillation mit positiven und negativen Ausbrüchen. Das Gleichrichten beinhaltet im allgemeinen das Umkehren der Polarität der negativen Ausbrüche des Oszillationssignals, so daß das sich ergebende Signal nur positive Spannungsausbrüche aufweist.
Bisher wurden einige Typen von Gleichrichterschaltungen entwickelt. Unter den am besten bekannten Typen ist eine "Graetz-Brücken"-Gleichrichterschaltung. Eine Graetz-Brücke weist eine Zusammenschaltung von vier Dioden auf. Die in einer Graetz-Brücke und in anderen wohlbekannten Typen von Gleichrichterschaltungen verwendeten Dioden können unter anderem vom herkömmlichen P-N-Typ oder vom wohlbekannten Schottky-Typ sein.
Eine "ideale" P-N-Diode (also die theoretische Diode, die typischerweise für den konzeptionellen Schaltungsentwurf verwendet wird) ermöglicht das Leiten von Strom in nur einer Richtung ("Durchlaßrichtung"), und sie verhindert vollständig das Leiten von Strom in der entgegengesetzten Richtung ("Sperrichtung"). Es ist weiterhin für das konzeptionelle Entwerfen einer Schaltung häufig annehmbar, anzunehmen, daß an einer idealen Diode kein Spannungsabfall auftritt. Tatsächliche Dioden können jedoch einen Sperrstrom nicht vollkommen verhindern (es kann also ein gewisses "Lecken in Sperrichtung" durch eine Diode auftreten). Tatsächliche Dioden haben typischerweise auch eine Schwellenspannung (manchmal als eine "Einschaltspannung" bezeichnet) von etwa 0,7 Volt. Dies bedeutet, daß eine Vorspannung in Durchlaßrichtung von mindestens 0,7 Volt an die Diode angelegt werden muß, bevor ein Leiten von Strom in Durchlaßrichtung durch die Diode beginnt, und daß ein Spannungsabfall von 0,7 Volt über die Diode auftritt, wenn ein Strom durch die Diode geleitet wird.
Schottky-Dioden haben eine niedrigere Schwellenspannung als P-N-Dioden. Schottky-Dioden haben jedoch gewöhnlich auch ein höheres Lecken in Sperrichtung (manchmal auch als Eigenlecken bezeichnet) als P-N-Dioden.
Bei vielen Anwendungen haben die Schwellenspannung und die Leckeigenschaften in Sperrichtung von P-N-Dioden oder von Schottky-Dioden einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Funktionsweise der Schaltungen, in denen sie verwendet werden. Unter manchen Umständen können die Schwellenspannung und das Leckverhalten in Sperrichtung einer Diode jedoch für die Arbeitsweise einer Schaltung kritisch sein. Dies gilt beispielsweise bei Anwendungen mit verhältnismäßig niedriger Spannung, beispielsweise bei Schaltungen, die mit einer Versorgungsspannung in der Größenordnung von ein bis drei Volt oder darunter versorgt werden. Solche Schaltungen werden in solchen Impulsgeneratoren, wie einem durch Bewegung mit Energie versorgten medizinischen Impulsgenerator in der Art eines Schrittmachers sowie in einer Armbanduhr, angetroffen.
Ein Verfahren, das verwendet wird, um die Schwellenspannungsprobleme herkömmlicher Dioden zu lösen, beinhaltet das fortlaufende Vorspannen der Dioden, so daß sie leiten. Dies ist beispielsweise im US-Patent 4 533 988 von Daly u. a. mit dem Titel "On-Chip CMOS Bridge Circuit" vorgeschlagen. Diese Lösung kann jedoch bei Anwendungen unannehmbar sein, bei denen das Minimieren des Versorgungsstromabflusses ein Problem darstellt. Beispielsweise kann die Betriebsdauer batteriebetriebener elektronischer Vorrichtungen durch den Stromabfluß beeinträchtigt werden, der bei fortlaufend arbeitenden Vorspannungsschaltungsanordnungen auftritt.
Die Funktionsweise herkömmlicher P-N- oder Schottky-Dioden kann auch bei Anwendungen mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz, beispielsweise bei Gleichrichtern zum Gleichrichten von Wechselspannungssignalen im Kilohertzbereich oder im Bereich höherer Frequenzen, Komplikationen hervorrufen. Die vorstehend erwähnte fortlaufend arbeitende Vorspannungsanordnung kann manchmal die Dioden-Frequenzantwort verbessern, dies ist jedoch wiederum unter Umständen möglicherweise nicht annehmbar, in denen der Stromabfluß an der Energieversorgung minimiert werden muß.
Im Stand der Technik wurden Ganzwellen-Gleichrichter mit niedriger Impedanz, bei denen Feldeffekttransistoren (FETs) verwendet werden, vorgeschlagen. Bei einem solchen Gleichrichter werden zwei über Kreuz geschaltete N-FETs und zwei über Kreuz geschaltete P-FETs verwendet, um die Ganzwellen- Gleichrichtung zu erreichen. Es sei beispielsweise auf 1984 Siliconix Inc. MOSPOWER Applications Handbook, S. 5-91 - 5-92 verwiesen. Eine solche Konfiguration ist jedoch nur dann primär verwendbar, wenn eine Eingangsspannung ständig vorhanden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Ganzwellen- Gleichrichterschaltung vorgesehen, welche aufweist:
einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß zum Empfang eines nicht gleichgerichteten Eingangssignals zwischen den beiden Eingangsanschlüssen,
einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß zur Darstellung eines gleichgerichteten Ausgangssignals zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen,
einen ersten Schalter zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird,
einen zweiten Schalter zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird,
einen dritten Schalter zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem zweiten Ausgangsanschluß zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem zweiten Ausgangsanschluß ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird, wobei der Steuereingang des dritten Schalters mit dem zweiten Eingangsanschluß gekoppelt ist,
einen vierten Schalter zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem zweiten Ausgangsanschluß zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem zweiten Ausgangsanschluß ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird, wobei der Steuereingang des vierten Schalters mit dem ersten Eingangsanschluß gekoppelt ist,
einen ersten Differentialverstärker mit Eingängen, die mit dem ersten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß gekoppelt sind, und einem Steuersignalausgang, welcher mit dem ersten Schaltersteuereingang gekoppelt ist, wobei der erste Differentialverstärker ansprechend darauf, daß die Spannung des ersten Eingangsanschlusses die Spannung am ersten Ausgangsanschluß um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, ein Steuersignal auf den ersten Schaltersteuereingang gibt, wodurch ein Strompfad zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß aufgebaut wird,
einen zweiten Differentialverstärker mit Eingängen, die mit dem zweiten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß gekoppelt sind, und mit einem mit dem zweiten Schaltersteuereingang gekoppelten Ausgang, wobei der erste Differentialverstärker ansprechend darauf, daß die Spannung des ersten Eingangsanschlusses die Spannung am ersten Ausgangsanschluß um den vorbestimmten Betrag übersteigt, ein Steuersignal auf den zweiten Schaltersteuereingang gibt, wodurch ein Strompfad zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß aufgebaut wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft Gleichrichter, die speziell zusammen mit Impulsgeneratoren verwendbar sind, welche durch Bewegung mit Energie versorgt werden. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung, die eine dynamische Vorspannung aufweist. Diese Schaltung kann in verschiedenen Ausführungsformen durch Bewegung mit Energie versorgter Impulsgeneratoren, wie in einer implantierbaren medizinischen Vorrichtung in der Art eines Schrittmachers sowie in einem Zeitgeber in der Art einer Armbanduhr, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung sieht eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten eines Signals mit verhältnismäßig niedriger Spannung oder eines Hochfrequenzsignals (also im Kilohertzbereich oder darüber) oder von beiden vor. Gemäß einer Ausführungsform weist die Ganzwellen-Gleichrichterschaltung vier Schalter auf, die mit Feldeffekttransistoren (FETs) verwirklicht sind, welche verwendet werden, um die zum Ausführen der Gleichrichtung eines oszillierenden Eingangssignals erforderlichen Strompfade wahlweise einzurichten. Während positiver bzw. negativer Ausbrüche des Eingangssignals werden alternierende Paare der Dioden bzw. FETs leitend gemacht.
Es ist daher möglich, daß differentielle Leseverstärker den Betrag des Eingangssignals mit dem Betrag des Ausgangssignals von der Gleichrichterschaltung vergleichen. Jeder Leseverstärker aktiviert eine der Dioden bzw. einen der FETs, wenn der Betrag des Eingangssignals den Betrag des Ausgangssignals um ein vorgegebenes Maß, insbesondere eine durch einen differentiellen Leseverstärker absichtlich erzeugte Offset-Spannung, übersteigt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorspannungsschaltung vorgesehen, die sowohl auf positive als auch auf negative Ausbrüche des Eingangssignals anspricht, um den Leseverstärkern einen Vorspannungsstrom zuzuführen.
Es ist mit diesem Merkmal möglich, daß die dynamische Aktivierung der Vorspannungs - Schaltungsanordnung dazu dient, den Stromabfluß der Gleichrichterschaltung zu minimieren, wodurch die Betriebseigenschaften des Gleichrichters bei Anwendungen verbessert werden, in denen der Energieverbrauch ein Problem darstellt.
Die vorhergehend erwähnten und andere Erscheinungsformen der vorliegenden Erfindung können vielleicht am besten durch Bezugnahme auf eine detaillierte Beschreibung einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die nur als Beispiel dient, zusammen mit der anliegenden Zeichnung verstanden werden, wobei:
Fig. 1 ein Diagramm ist, in dem die Anordnung eines implantierbaren Impulsgenerators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Patienten dargestellt ist,
Fig. 2 ein Blockdiagramm des implantierbaren Impulsgenerators aus Fig. 1 ist,
Fig. 3 ein Blockdiagramm von Funktionskomponenten des implantierbaren Impulsgenerators aus Fig. 2 ist,
Fig. 4A ein schematisches Diagramm einer alternativen Ausführungsform des Impulsgenerators ist, der die innerhalb einer Armbanduhr verwendete erfindungsgemäße Ganzwellen- Gleichrichterschaltung aufweist,
Fig. 4B ein Blockdiagramm der bei der alternativen Ausführungsform des in Fig. 4A dargestellten Impulsgenerators verwendeten Impulssteuer-Schaltungsanordnung ist,
Fig. 5 ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Ganzwellen-Gleichrichterschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 6A eine Auftragung einer elektrischen Oszillationswellenform vor der Gleichrichtung ist,
Fig. 6B eine Auftragung der elektrischen Wellenform nach der Gleichrichtung ist,
Fig. 7 ein detaillierteres schematisches Diagramm der Gleichrichterschaltung aus Fig. 5 ist,
Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer Ganzwellen- Gleichrichterschaltung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist,
Fig. 9 ein schematisches Diagramm einer eine Spannungsquelle, den Gleichrichter aus Fig. 7 und eine Energiespeichervorrichtung enthaltenden Schaltung ist,
Fig. 10A eine Auftragung eines von der Spannungsquelle aus Fig. 9 erzeugten oszillierenden, gedämpften, sinusförmigen elektrischen Energiestoßes ist und
Fig. 108 eine Auftragung des Energiestoßes aus Fig. 10A nach der Gleichrichtung durch den Gleichrichter aus Fig. 7 ist.
Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
Die vorliegende Erfindung betrifft Gleichrichter, beispielsweise für Impulsgeneratoren, die durch Bewegung mit Energie versorgt werden. Diese Vorrichtungen schließen sowohl implantierbare medizinische Vorrichtungen, wie Herzschrittmacher, als auch Armbanduhren ein. Im allgemeinen verwenden diese Vorrichtungen die Bewegung einer Person, um Energie zu erzeugen. Typischerweise erzeugen Generatoren oder Dynamos, die Energie aus Bewegung erzeugen, die Energie in Form eines Wechselspannungssignals. Die meisten Impulsgeneratoren benötigen jedoch eine Gleichspannungsversorgung. Daher ist es bei durch Bewegung mit Energie versorgten Impulsgeneratoren erforderlich, daß das Wechselspannungssignal in ein Gleichspannungssignal umgewandelt oder gleichgerichtet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Impulsgenerator, der eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung mit einer dynamischen Vorspannung aufweist.
In Fig. 1 ist allgemein eine in einen Patienten 12 implantierte implantierbare medizinische Vorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die implantierbare medizinische Vorrichtung 10 ist in eine hermetisch abgeschlossene, biologisch reaktionsträge äußere Abschirmung oder "Dose" 9 eingeschlossen. Eine implantierbare Leitung 14 ist elektrisch mit der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 gekoppelt und erstreckt sich über eine Vene 18 in das Herz 16 eines Patienten. Das distale Ende der Leitung 14 weist eine oder mehrere freiliegende leitende Elektroden zum Entgegennehmen elektrischer Herzsignale und/oder zum Abgeben elektrischer Stimulierimpulse an das Herz 16 auf. Die Leitung 14 kann so implantiert sein, daß sich ihr distales Ende im Atrium oder Ventrikel des Herzens 18 befindet.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 aus Fig. 1. Wie dargestellt weist die implantierbare medizinische Vorrichtung 10 eine Energiequelle 1 auf, die durch Leiter 2 an einen Gleichrichter 510 angeschlossen ist. Die Energiequelle 1 gemäß dieser Ausführungsform ist von dem Typ, bei dem die ungerichtete Bewegung der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 (beispielsweise, wenn sich ein Patient bewegt, geht oder sogar atmet) zum Erzeugen elektrischer Energie verwendet wird. Ein geeigneter Mechanismus für die Energiequelle 1 kann eine Vorrichtung in der Art der in US-A-4 644 246 von Knapen mit dem Titel "Electric Power Supply System for Portable Miniature Size Power Consuming Devices" beschriebenen sein. Wie nachfolgend in näheren Einzelheiten erörtert wird, ist die von der Energiequelle 1 erzeugte elektrische Energie ein elektrisches Wechselspannungssignal. Der Gleichrichter 510 richtet das Wechselspannungssignal zu einem Gleichspannungssignal gleich oder wandelt das Wechselspannungssignal in ein Gleichspannungssignal um. Die Arbeitsweise und die spezifische Konstruktion des Gleichrichters 510 sind in den nachfolgend erörterten Fig. 5-10 dargestellt. Der Gleichrichter 510 ist wiederum durch Leiter 4 mit einem Energiespeicher 3 verbunden. Der Energiespeicher 3 kann irgendeine annehmbare Vorrichtung, wie ein Spannungsregler und eine Batterie oder ein Kondensator oder eine annehmbare Kombination, sein. Der Energiespeicher 3 ist durch Leiter 6 an eine Impulssteuer- Schaltungsanordnung 5 angeschlossen.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm von Funktionskomponenten des in der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 aus Fig. 2 verwendeten implantierbaren Impulsgenerators. Die implantierbare medizinische Vorrichtung 10 weist einen Aktivitätssensor 20 auf, der beispielsweise ein piezoelektrisches Element sein kann, das mit der Innenseite der Abschirmung des implantierbaren Impulsgenerators verbunden ist. Der Aktivitätssensor 20 liefert eine Sensorausgabe, die sich als eine Funktion eines gemessenen Parameters ändert, der sich auf die Stoffwechselanforderungen eines Patienten 12 bezieht.
Die implantierbare medizinische Vorrichtung 10 aus Fig. 3 ist durch eine externe Programmiereinheit (in den Figuren nicht dargestellt) programmierbar. Eine solche für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignete Programmiereinheit ist die Programmiereinheit vom Modell 9790 von Medtronic. Die Programmiereinheit ist eine Mikroprozessorvorrichtung, die der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 durch einen Programmierkopf (in den Figuren nicht dargestellt) eine Reihe codierter Signale zuführt, wobei der Programmierkopf der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 durch ein Telemetriesystem Radiofrequenz- (RF)-codierte Signale sendet.
Die implantierbare medizinische Vorrichtung 10 ist über eine Schrittmacherleitung 14 elektrisch mit dem Herzen 16 eines Patienten gekoppelt. Die Leitung 14 weist eine intrakardiale Spitzenelektrode 24 auf, die sich in der Nähe des distalen Endes befindet und innerhalb der rechten ventrikulären (RV-) oder rechten atriellen (RA-) Kammer des Herzens 16 positioniert ist. Die Leitung 14 ist eine bipolare Elektrode, wie auf dem Fachgebiet wohlbekannt ist. Natürlich können auch andere Leitungstypen, wie unipolare, endokardiale oder epikardiale Leitungen, verwendet werden.
Die Leitung 14 ist über einen Eingangskondensator 26 mit einem Knoten 28 und mit Ein-/Ausgangsanschlüssen einer Ein- /Ausgangsschaltung 30 gekoppelt. Ein Aktivitätssensor 20 ist mit der Innenseite der äußeren schützenden Abschirmung des implantierbaren Impulsgenerators verbunden. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Ausgang des Aktivitätssensors 20 mit der Ein-/Ausgangsschaltung 30 und insbesondere mit einer Aktivitätsschaltung 70 gekoppelt, wie später beschrieben wird.
Die Ein-/Ausgangsschaltung 30 enthält die Analogschaltungen zur Verbindung mit dem Herzen 16, dem Aktivitätssensor 20, einer Antenne 52 sowie Schaltungen für das Anwenden von Stimulierimpulsen auf das Herz 16 zum Steuern seiner Rate als Funktion von diesen, wobei das Steuern durch Softwareimplementierte Algorithmen in einer Mikrocomputerschaltung 32 erfolgt. Zusammengenommen bilden die Ein-/Ausgangsschaltung 30 und die Mikrocomputerschaltung 32 die in Fig. 2 dargestellte Impulssteuer-Schaltungsanordnung 5.
Die Mikrocomputerschaltung 32 weist eine auf der Platine befindliche Schaltung 34 und eine außerhalb der Platine befindliche Schaltung 36 auf. Die auf der Platine befindliche Schaltung 34 weist einen Mikroprozessor 38, eine Systemtaktschaltung 40 und einen RAM 42 und einen ROM 44 auf, die sich auf der Platine befinden. Gemäß der gegenwärtig offenbarten Ausführungsform der Erfindung weist die außerhalb der Platine befindliche Schaltung 36 eine RAM/ROM-Einheit auf. Die auf der Platine befindliche Schaltung 34 und die außerhalb der Platine befindliche Schaltung 36 sind jeweils durch einen Datenkommunikationsbus 48 mit einer digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 gekoppelt. Die Mikrocomputerschaltung 32 kann aus einer kundenspezifisch integrierten Schaltungsvorrichtung hergestellt sein, die durch Standard-RAM/ROM-Bauteile ergänzt ist.
Energie wird durch eine Energiequelle 1 zugeführt. Wie am besten in Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Energiequelle 1 über Leiter 2 an den Gleichrichter 510 angeschlossen. Der Gleichrichter 510 ist wiederum über die Leiter 4 an den Energiespeicher 3 angeschlossen.
Die Antenne 52 ist zu Zwecken der Aufwärts/Abwärts- Telemetrie durch eine HF- bzw. RF-Sender- und -Empfänger- Einheit 54 an die Ein-/Ausgangsschaltung 30 angeschlossen.
Eine Kristalloszillatorschaltung 56, typischerweise ein Kristall-gesteuerter Oszillator mit 32768 Hz, führt der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 Hauptzeittaktsignale zu. Eine Bezugsspannungs- und Vorspannungsschaltung 58 erzeugt einen stabilen Spannungsbezug und Vorspannungsströme für die Analogschaltungen der Ein-/Ausgangsschaltung 30. Eine Analog-Digital-Wandler-(ADC)- und Multiplexer- Einheit 60 digitalisiert Analogsignale und die Spannung, um intrakardiale "Echtzeit"-Telemetriesignale und eine Batterie-Lebensdauerende-(EOL)-Austauschfunktion bereitzustellen. Ein ΔZ-Prozessor 100 wird in Zusammenhang mit Ausgangssignalen von Impedanzsensoren verwendet. Eine Wiedereinschalt-Grundzustandseinstellungsschaltung (POR- Schaltung) 62 wirkt als eine Einrichtung zum Rücksetzen von Schaltungsanordnungen und damit verbundenen Funktionen in einen Sollzustand nach Erfassen eines Batterieerschöpfungszustands, der nach dem anfänglichen Hochfahren der Vorrichtung auftritt oder der vorübergehend, beispielsweise bei vorhandener elektromagnetischer Interferenz, auftritt.
Die Betriebsbefehle zum Steuern des Zeitablaufs der implantierbaren medizinischen Vorrichtung 10 werden über den Bus 48 der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 zugeführt, wo digitale Zeitgeber und Zähler verwendet werden, um das Gesamt-Escapeintervall des implantierbaren Impulsgenerators sowie verschiedene Refraktär-, Austast- und andere Zeitfenster zum Steuern der Arbeitsweise der peripheren Komponenten innerhalb der Ein-/Ausgangsschaltung 30 zu erzeugen.
Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 ist mit einer Erfassungsschaltungsanordnung gekoppelt, die einen Leseverstärker 64, eine Spitzenwerterfassungs- und Schwellenwert-Meßeinheit 65 und einen Vergleicher/Schwellenwertdetektor 69 aufweist. Die Schaltung 50 ist weiterhin so geschaltet, daß sie ein Ausgangssignal von einem Elektrogrammverstärker (EGM-Verstärker) 66 empfängt. Der EGM-Verstärker 66 empfängt, verstärkt und verarbeitet von einem Multiplexer 84 bereitgestellte elektrische Signale. Der Multiplexer 84 empfängt ein Signal von einem von zwei Orten, nämlich 1) der Elektrode 24, dem Leiter 14 und dem Kondensator 26, wobei dieses Signal die elektrische Aktivität des Herzens 16 des Patienten darstellt, und 2) einer Impedanzwellenform, die sich aus dem Betrieb einer Impedanzschaltung 82 (nachfolgend detailliert beschrieben) ergibt.
Der Leseverstärker 64 verstärkt erfaßte elektrische Herzsignale und führt dieses verstärkte Signal der Spitzenwerterfassungs- und Schwellenwert-Meßschaltungsanordnung 65 zu, die eine Angabe zu den erfaßten Spitzenspannungen und der gemessenen Schwellenspannung des Leseverstärkers auf einem Mehrfachleiter-Signalweg 67 der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 zuführt. Das Signal des Leseverstärkers wird dann dem Vergleicher/Schwellenwertdetektor 69 zugeführt. Der Leseverstärker 64 kann beispielsweise demjenigen entsprechen, der im Stein erteilten US-Patent 4 379 459 offenbart ist. Die Empfindlichkeit des Leseverstärkers 64 wird durch die Empfindlichkeitssteuerung 75 gesteuert. Das vom EGM-Verstärker 66 erzeugte Elektrogrammsignal wird bei den Gelegenheiten verwendet, bei denen die implantierte Vorrichtung durch eine nicht dargestellte externe Programmiereinheit abgefragt wird, um durch Aufwärtstelemetrie eine Darstellung des analogen Elektrogramms der elektrischen Herzaktivität des Patienten zu übertragen, wie im Thompson u. a. erteilten US-Patent 4 556 063 beschrieben ist. Wie zuvor erwähnt wurde, empfängt der EGM-Verstärker 66 auch selektiv eine Impedanzwellenform, die durch Aufwärtstelemetrie zu einer externen Programmiereinheit übertragen werden kann.
Ein Ausgangsimpulsgenerator 68 führt dem Herzen 16 des Patienten über den Kopplungskondensator 74 ansprechend auf ein Schrittmacher-Triggersignal Schrittmacherstimulierimpulse zu, wobei das Schrittmacher-Triggersignal jedesmal dann von der digitalen Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 erzeugt wird, wenn das Escapeintervall abläuft oder wenn ein extern übertragener Stimulierbefehl empfangen worden ist oder wobei dies ansprechend auf andere gespeicherte Befehle erfolgt, wie auf dem Fachgebiet der Schrittmacher wohlbekannt ist. Der Ausgangsverstärker 68 kann allgemein dem im Thompson erteilten US-Patent 4 476 868 offenbarten Ausgangsverstärker entsprechen.
Wenngleich hier spezielle Ausführungsformen des Eingangsverstärkers 64, des Ausgangsverstärkers 68 und des EGM- Verstärkers 66 identifiziert wurden, dienen diese hier nur zur Veranschaulichung. Die speziellen Ausführungsformen dieser Schaltungen sind für die vorliegende Erfindung nicht entscheidend, solange sie Mittel zum Erzeugen eines Stimulierimpulses bereitstellen und der digitalen Steuer- /Zeitgeberschaltung 50 Signale zuführen, die natürliche und/oder stimulierte Kontraktionen des Herzens angeben.
Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 ist mit der Aktivitätsschaltung 70 gekoppelt, um vom Aktivitätssensor 20 empfangene Signale über Leiter 111, 113 und 115 zu empfangen, zu verarbeiten und zu verstärken. Die digitale Steuer-/Zeitgeberschaltung 50 ist auch über eine Leitung 80 mit einer ΔZ-Prozessorschaltung 100 gekoppelt, die wiederum mit einer Impedanzschaltung 82 gekoppelt ist. Die Impedanzschaltung 82 ist durch einen Leiter 83 direkt mit der Stimulierleitung 14 gekoppelt. Die Impedanzschaltung 82 mißt die Herzimpedanz durch Ausgeben periodischer zweiphasiger Stromimpulse auf der Stimulierleitung 14 und durch dann erfolgendes Erfassen der resultierenden Spannungen. Die resultierenden Spannungen werden wechselspannungsgekoppelt erfaßt und demoduliert, um eine Spannungswellenform (nachfolgend als "Impedanzwellenform" bezeichnet) zu erzeugen, die Änderungen der Impedanz wiedergibt (wobei also eine Grundlinienimpedanz subtrahiert ist). Die Verwendung eines Impedanzsensors dieses Typs in einem implantierbaren Herz-Impulsgenerator ist der Gegenstand des vorstehend erwähnten US-Patents 4 702 253 von Nappholz u. a. Die gemessenen Impedanzänderungen werden hinsichtlich der Frequenz und des Betrags in bezug zu Atmungsänderungen gesetzt. Die analoge Impedanzwellenform wird in der Impedanzschaltung 82 skaliert und gefiltert, und die sich ergebende Wellenform wird dem ΔZ-Prozessor 100 zugeführt, um sie in ein digitales Format umzuwandeln. Weitere Einzelheiten zur Konstruktion und zur Arbeitsweise eines solchen implantierbaren Impulsgenerators können dem US-Patent 5 271 395 von Wahlstrand u. a. mit dem Titel "Method and Apparatus for Rate-Responsive Cardiac Pacing" entnommen werden.
Wenngleich diese Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit einem implantierbaren Einzelkammer-Impulsgenerator erläutert wurde, kann sie in gleicher Weise auf implantierbare Doppelkammer-Impulsgeneratoren angewendet werden. Wenngleich die vorliegende Erfindung schließlich speziell in Zusammenhang mit einem implantierbaren Impulsgenerator beschrieben wurde, der als ein Herzschrittmacher wirkt, ist zu verstehen, daß sie in weitestem Sinne verwendet werden kann und ohne Einschränkung Defibrillatoren, Kardioverter, Herzunterstützungssysteme, Nervenstimulatoren sowie alle anderen medizinischen Impulsgeneratoren einschließt.
Fig. 4A ist ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei ein Ganzwellen-Gleichrichter 510 innerhalb einer Armbanduhr 900 verwendet wird. Wie dargestellt ist die Armbanduhr 900 innerhalb eines Gehäuses 999 untergebracht. Das Gehäuse 999 ist an einem Uhrenband 998 oder einem anderen Einrichtungstyp zum Koppeln des Gehäuses 999 mit einer Person, typischerweise über das Handgelenk einer Person, angebracht. Das Gehäuse 999 enthält eine durch Leiter 2 mit einem Gleichrichter 510 verbundene Energiequelle 1. Die Energiequelle 1 verwendet eine ungerichtete Bewegung zum Erzeugen von elektrischer Energie und kann der vorstehend beschriebenen Energiequelle gleichen. Wie später in näheren Einzelheiten erörtert wird, ist die von der Energiequelle 1 erzeugte elektrische Energie ein elektrisches Wechselspannungssignal. Der Gleichrichter 510 richtet das Wechselspannungssignal zu einem Gleichspannungssignal gleich oder wandelt das Wechselspannungssignal in ein Gleichspannungssignal um. Die Arbeitsweise und die spezifische Konstruktion des Gleichrichters 510 sind in den nachfolgend erörterten Fig. 5-10 dargestellt. Der Gleichrichter 510 ist wiederum durch Leiter 4 mit einem Energiespeicher 3 verbunden. Der Energiespeicher 3 kann irgendeine annehmbare Vorrichtung, wie ein Spannungsregler und eine Batterie oder ein Kondensator oder eine annehmbare Kombination, sein. Der Energiespeicher 3 ist wiederum durch Leiter 6 an eine Impulssteuer-Schaltungsanordnung 5' angeschlossen.
Fig. 4B ist ein Blockdiagramm der im in Fig. 4A dargestellten Impulsgenerator verwendeten Impulssteuer- Schaltungsanordnung 5'. Wie dargestellt weist die Impulssteuer-Schaltungsanordnung 5' eine Zeitstandardquelle 901 auf. Die Zeitstandardquelle 901 weist einen Kristalloszillator (nicht dargestellt) auf und ist wiederum mit einer Frequenzteilerschaltung 903 verbunden, die wiederum mit einer Motoransteuerschaltung 905 verbunden ist. Die Motoransteuerschaltung 905 steuert eine Motorspule 907 an, die wiederum einen Schrittmotor 909 antreibt, um einen Zeiger (nicht dargestellt) in Drehung zu versetzen. Weitere Einzelheiten der Konstruktion und der Arbeitsweise einer geeigneten Impulssteuer-Schaltungsanordnung 5' können dem Kamiyama erteilten US-Patent 4 788 669 mit dem Titel "Electronic Timepiece" und dem Moriya erteilten US-Patent 4 615 625 mit dem Titel "Analog Electronic Timepiece" entnommen werden.
Wie zuvor erörtert wurde, verwendet der erfindungsgemäße Impulsgenerator eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung 510 zum Umwandeln der von der Energiequelle 1 ausgegebenen Wechselspannungssignale in Gleichspannungssignale, die für eine Verwendung durch die Impulssteuer-Schaltungsanordnung 5 (oder 5') geeignet sind.
Fig. 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Gleichrichterschaltung 510. Wie dargestellt weist die Gleichrichterschaltung 510 vier Dioden 512, 514, 516 und 518 auf. Wie später in näheren Einzelheiten beschrieben wird, sind die Dioden 512, 514, 516 und 518 nicht vom herkömmlichen P-N- oder Schottky-Typ, sondern sie sind vielmehr unter Verwendung von Feldeffekttransistoren (FETs) implementiert, wie es auf dem Gebiet der Schaltungen wohlbekannte Praxis ist.
Die Gleichrichterschaltung 510 ist so konfiguriert, daß sie ein oszillierendes Signal (beispielsweise ein Wechselspannungssignal) annimmt, das zwischen den mit W1 und W2 bezeichneten Schaltungspunkten angelegt wird, und daß sie zwischen den mit VDD und VSS bezeichneten Schaltungepunkten ein gleichgerichtetes Signal (also ein Gleichspannungssignal) erzeugt. (Es wird hier angenommen, daß der Begriff "Eingangssignal" eine Spannungsdifferenz bezeichnet, die zwischen dem ersten Eingangsanschluß W1 und dem zweiten Eingangsanschluß W2 auftritt, und daß "Ausgangssignal" eine Spannungsdifferenz bezeichnet, die zwischen den Ausgangsanschlüssen VDD und VSS auftritt, was mit der herkömmlichen Bezeichnungsweise bei Schaltungen in Einklang steht.> Wenn die in Fig. 6A dargestellte Spannungswellenform demgemäß beispielsweise zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 angelegt wird, erscheint die zwischen den Schaltungspunkten VDD und VSS beobachtete resultierende Wellenform so, wie in Fig. 6B dargestellt ist.
Wie zuvor erwähnt, sind die Dioden 512, 514, 516 und 518 in der Gleichrichterschaltung 510 unter Verwendung von FETs verwirklicht, die im wesentlichen als Schalter arbeiten, die abhängig von der an ihre Steuereingänge (Gate- Elektroden) angelegten Spannung einschalten oder ausschalten. Insbesondere ist der Gleichrichter 510 vorzugsweise auf einer integrierten Schaltung ("IC") verwirklicht, wie im detaillierteren schematischen Diagramm aus Fig. 7 dargestellt ist. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind die Dioden 512 und 516 unter Verwendung von P-Kanal-FETs verwirklicht, während die Dioden 514 und 518 unter Verwendung von N-Kanal-FETs verwirklicht sind. (In Fig. 7 sind die Gate-, Source- und Drain-Elektrode jedes darin dargestellten FETs mit "G", "S" bzw. "D" bezeichnet. In der folgenden Beschreibung wird beispielsweise auf "die Gate- Elektrode des FETs 512" Bezug genommen, wobei sich dies auf den mit "G" bezeichneten Gate-Anschluß des FETs 512 bezieht.)
Fig. 7 zeigt, daß der Gleichrichter 510 weiterhin neben anderen Elementen zwei Spannungserfassungs-Differential - verstärker aufweist, die mit den Bezugszahlen 520 und 524 bezeichnet sind. Der Spannungserfassungs-Differentialverstärker 520, der zwei P-Kanal-FETs 521 und 522 aufweist, ist dem FET bzw. der Diode 512 zugeordnet, während der Spannungserfassungs-Differentialverstärker 524, der zwei P- Kanal-FETs 525 und 526 aufweist, dem FET bzw. der Diode 516 zugeordnet ist. Mehrere andere mit den Bezugszahlen 530, 532, 534, 536, 538, 540, 542, 544 und 546 bezeichnete FETs und drei Widerstände R1, R2 und R3 sind auch in die Gleichrichterschaltung 510 aufgenommen. Die Funktion dieser zusätzlichen Elemente wird später in näheren Einzelheiten beschrieben.
Wie mit Bezug auf Fig. 5 erwähnt wurde, ist die Gleichrichterschaltung 510 dafür ausgelegt, zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 ein Eingangssignal zu empfangen. W1 und W2 können beispielsweise an die Ausgangsanschlüsse eines Wechselspannungsgenerators angeschlossen sein, wobei dieser Generator beispielsweise demjenigen, der im später erörterten US-Patent 4 644 246 von Knapen offenbart ist, sowie dem eine verhältnismäßig niedrige Spannung aufweisenden Generator entspricht, der in Shouichi Nagao u. a., "A Study of the Automatic Generation System Improvement of the Total System Performance", Communication 33, 4th Congress European de Chronometrie, 29.-30. Oktober 1992, beschrieben ist. In der Entgegenhaltung von Nagao u. a. ist eine sehr kleine generatorartige Vorrichtung beschrieben, die eine rotierende tote Masse zum Umwandeln einer verhältnismäßig ungerichteten Bewegung in der Art der Bewegung des Arms des Trägers einer Uhr in eine zum Drehen des Ankers eines Dynamos verwendbare Drehbewegung aufweist, um ein elektrisches Wechselspannungssignal zu erzeugen.
Wenn ein Wechselspannungssignal (wie es in Figur EA dargestellt ist) zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 der Gleichrichterschaltung 510 angelegt wird, ist die Spannung an W1 während einer Phase des Signals bezüglich der Masse positiv und ist die Spannung an W2 bezüglich der Masse negativ, wohingegen während der anderen Phase des Signals die Spannung an W2 bezüglich der Masse positiv ist und die Spannung an W1 bezüglich der Masse negativ ist. (Für die Zwecke der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß VSS auf Masse liegt, während VDD eine positive Spannung ist.)
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind die Gate-Elektroden der FETs 514 und 518 über Widerstände R1 bzw. R2 mit Vss gekoppelt und weiterhin über Kreuz mit den Drain-Elektroden des jeweils anderen gekoppelt (die Gate-Elektrode des FETs 514 ist also mit der Drain-Elektrode des FETs 518 gekoppelt und umgekehrt). Die Drain-Elektrode des FETs 514 ist mit dem W1-Schaltungspunkt gekoppelt, und die Drain-Eleka rode des FETs 518 ist mit dem W2-Schaltungspunkt gekoppelt. Die Source-Elektroden der FETs 514 und 518 sind direkt mit dem VSS-Schaltungspunkt gekoppelt. Weiterhin sind die Drain- Elektrode des FETs 514 und die Gate-Elektrode des FETs 518 mit der Drain-Elektrode des FETs 512 gekoppelt, während die Drain-Elektrode des FETs 518 und die Gate-Elektrode des FETs 514 mit der Drain-Elektrode des FETs 516 gekoppelt sind. Die Source-Elektroden der FETs 512 und 516 sind jeweils mit dem VDD-Schaltungspunkt gekoppelt.
Für die Zwecke der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 zunächst keine Spannungsdifferenz vorhanden ist, und auch, daß zwischen den Schaltungspunkten VDD und VSS keine Spannungsdifferenz vorhanden ist. In diesem Fall sind die FETs 514 und 518 gesperrt, weil ihre Gate-Elektroden über jeweilige Widerstände R1 und R2 mit Vss gekoppelt sind. Wenn ein Wechselspannungssignal in der Art des in Fig. 6A dargestellten zwischen die Schaltungspunkte W1 und W2 gelegt wird, beginnt die Spannung am Schaltungspunkt W1 (der mit der Drain-Elektrode des FETs 514 und der Gate-Elektrode des FETs 518 gekoppelt ist) zu steigen, wodurch der FET 518 durchgeschaltet wird. Weiterhin wird ein FET 540 infolge der Verbindung zwischen der Drain-Elektrode des FETs 514 und der Gate-Elektrode des FETs 540 ansprechend auf eine ansteigende W1-Spannung durchgeschaltet, wodurch die Source-Elektroden der FETs 530, 532, 534, 536 und 538 mit VSS gekoppelt werden.
Gemäß einer Erscheinungsform der gegenwärtig offenbarten Ausführungsform der Erfindung wirken die FETs 530, 532, 534, 536 und 538 als eine Vorspannungsschaltung 599, die den Differentialverstärkern 520 und 524 Strom zuführt. Strom wird von VDD über den als Diode geschalteten FET 38, der als ein Stromspiegel arbeitet, in die Vorspannungsschaltung 599 eingeleitet. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, sind die Gate-Elektroden der FETs 530 und 532 gemeinsam an die Gate- und die Drain-Elektrode des Stromspiegels bzw. FETs 538 angeschlossen. Die Source-Elektroden der FETs 530 und 532 sind auch miteinander verknüpft, wie zuvor erwähnt wurde, und sie werden ansprechend auf eine positive Spannung am Schaltungspunkt W1 über den FET 540 mit VSS gekoppelt. Ebenso sind die Gate-Elektroden der FETs 534 und 536 gemeinsam an die Gate- und die Drain-Elektrode des FETs 538 angeschlossen und sind die Source-Elektroden der FETs miteinander verknüpft und werden ansprechend auf eine positive Spannung am Schaltungspunkt W2 über den FET 542 mit VSS gekoppelt.
Gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die physikalischen Abmessungen der FETs 530 und 532 derart, daß der Strom durch den FET 530 für eine gegebene gemeinsame Gate- und Source-Spannung größer ist als derjenige durch den FET 532. Insbesondere hat der FET 530 gemäß der gegenwärtig offenbarten Ausführungsform Breiten- und Längenabmessungen von 20 m · 15 m, während der FET 532 Abmessungen von 20 m · 10 m hat. Dementsprechend ist der Strom durch den FET 530 für eine gegebene Gate- Spannung um etwa 50% größer als derjenige durch den FET 532. Es besteht eine ähnliche Beziehung zwischen den FETs 534 und 536. Das heißt, daß die Abmessungen des FETs 536 in bezug auf den FET 534 derart sind, daß bei gegebenen gemeinsamen Gate- und Source-Anschlüssen etwa 50% mehr Strom durch den FET 536 als durch den FET 534 fließt.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, ist die Drain-Elektrode des FETs 530 mit den Gate-Elektroden der FETs 521 und 522 und der Drain-Elektrode des FETs 522 verknüpft, während die Drain-Elektrode des FETs 532 mit der Drain-Elektrode des FETs 521 und mit der Gate-Elektrode des FETs 512 verknüpft ist. Bei weiterer Annahme, daß die Eingangsspannung am Schaltungspunkt W1 zunächst ansteigt, weisen die FETs 521 und 522 im Leseverstärker 520 infolge der ungleichen Ströme durch die FETs 530 und 532 ungleiche Gate-Spannungen auf, wenn sich die Spannung an W1 VDD nähert. Fachleute werden verstehen, daß die FETs 521 und 522, wenn sie miteinander verbunden sind, als ein über die Source-Elektrode angeschlossener Differentialverstärker arbeiten, um die Differenz zwischen den Spannungen an den Schaltungspunkten W1 und VDD zu erfassen. Insbesondere muß die Spannung am Schaltungspunkt W1 nur geringfügig (d. h., 10 bis 15 mV) größer sein als die Spannung am Schaltungspunkt VDD, um ein Gleichgewicht zu erreichen, an dem der FET 521 zu sperren beginnt. An diesem Punkt wird die Gate-Elektrode des FETs 512 durch den FET 532 auf Vss entladen und der FET 512 durchgeschaltet. Der FET 518 ist infolge der Verbindung zwischen der Drain-Elektrode des FETs 512 und der Gate- Elektrode des FETs 518 an diesem Punkt auch durchgeschaltet. Daher beginnt der Gleichrichter 510 als eine Brücke zu arbeiten, wobei durch den FET 518 ein Strompfad zwischen dem Schaltungspunkt W2 und dem Schaltungspunkt VSS eingerichtet ist und durch den FET 512 ein Strompfad zwischen dem Schaltungspunkt W1 und dem Schaltungspunkt VDD eingerichtet ist.
Durchschnittsfachleute werden verstehen, daß die kleine Schwellenspannung (etwa 10 bis 15 mv, wie vorstehend erwähnt wurde), um die die Spannung W1 VDD übersteigen muß, damit der FET 521 sperrt und der FET 512 durchschaltet, erheblich kleiner ist als die typische Schwellenspannung von 0,7 V herkömmlicher Dioden.
Während eines negativen Ausbruchs der Spannung zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 steigt die Spannung am Schaltungspunkt W2 bezüglich derjenigen an W1 an. Die ansteigende W2-Spannung schaltet den FET 514 durch, wodurch die Gate-Elektrode des FETs 518 im wesentlichen an Masse gelegt wird und die Drain-Source-Spannung des FETs 514 verringert wird. Hierdurch wird die Drain-Spannung des FETs 518 erhöht. Die erhöhte Drain-Spannung des FETs 518 schaltet den FET 542 durch, wodurch die Source-Strecke der FETs 530, 532, 534, 536 und 538 auf VSS gelegt wird. Wiederum arbeitet der FET 38 als ein Stromspiegel und injiziert Strom durch die FETs 530, 532, 534 und 536. Wie vorstehend erwähnt wurde, sind die relativen physikalischen Abmessungen der FETs 534 und 536 ebenso wie diejenigen der FETs 530 und 532 derart, daß für eine gegebene gemeinsame Gate-Spannung in etwa 50% mehr Strom durch den FET 536 als durch den FET 534 geleitet wird. Demgemäß weisen die FETs 524 und 526 ungleiche Gate-Spannungen auf, wenn sich die Spannung am Schaltungspunkt W2 derjenigen am Schaltungspunkt VDD nähert.
Die Gate-Spannung des FETs 526 muß etwas größer sein als die Gate-Spannung des FETs 525, damit die als ein Differentialverstärker arbeitenden FETs 525 und 526 einen Gleichgewichtszustand erreichen, in dem der FET 525 zu sperren beginnt. Dies geschieht, wenn die Spannung am Schaltungspunkt W2 VDD gerade übersteigt. Wenn der FET 525 gesperrt wird, wird die Gate-Elektrode des FETs 516 durch die Leitung durch den FET 534 entladen, wodurch der FET 516 durchgeschaltet wird und ein Pfad zwischen dem Schaltungspunkt W2 und dem Schaltungspunkt VDD (durch den FET 516) und ein Pfad zwischen dem Schaltungspunkt W1 und dem Schaltungspunkt VSS (durch den FET 514) erzeugt wird.
Wiederum werden Durchschnittsfachleute verstehen, daß die Schwellenspannung, um die die Spannung am Schaltungspunkt W2 VDD übersteigen muß, damit der FET 525 sperrt und der FET 516 durchschaltet, erheblich kleiner ist als die Schwellenspannung von 0,7 V herkömmlicher Dioden.
Die Arbeitsweise des Gleichrichters 510 gemäß der gegenwärtig offenbarten Ausführungsform der Erfindung zusammenfassend, läßt sich sagen, daß eine Vorspannungsschaltung 599, die FETs 530, 532, 534, 536 und 538 aufweist, auf positive und negative Ausbrüche des Eingangssignals zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 anspricht, um einen Spannungserfassungs-Differentialverstärker (den Differentialverstärker 520 für positive Ausbrüche des Eingangssignals und den Differentialverstärker 524 für negative Ausbrüche des Eingangssignals) zu aktivieren. Wenn sie so aktiviert wurden, erkennen die Spannungserfassungs- Differentialverstärker 520 und 524, wenn der Absolutwert des Betrags des Eingangssignals VDD gerade übersteigt. Das heißt, daß der Differentialverstärker 520 erkennt, wenn die Spannung am Schaltungspunkt W1 VDD übersteigt, während der Differentialverstärker 524 erfaßt, wenn die Spannung am Schaltungspunkt W2 VDD übersteigt.
Für positive Ausbrüche des Eingangssignals zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 schaltet der Differentialverstärker 520 die erste Diode bzw. den FET 512, sobald das Eingangssignal VDD übersteigt (also ohne eine Schwellenspannung von 0,7 V), wodurch zwischen dem W1-Schaltungspunkt und VDD ein Pfad erzeugt wird. Gleichzeitig wird durch die Kopplung der Gate-Elektrode des FETs 518 mit dem W1-Schaltungspunkt und die Kopplung der Gate-Elektrode des FETs 514 mit dem W2-Schaltungspunkt die Diode bzw. der FET 518 leitend gemacht und die Diode bzw. der FET 514 nichtleitend gemacht. Auf diese Weise wird zwischen dem W2- Schaltungspunkt und VSS ein Pfad erzeugt.
Für negative Ausbrüche des Eingangssignals zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 spricht der Differentialverstärker 524 darauf an, daß die Spannung am Schaltungspunkt W2 VDD übersteigt, um die Diode bzw. den FET 516 leitend zu machen, wodurch zwischen dem Schaltungspunkt W2 und VDD ein Pfad erzeugt wird. Gleichzeitig wird durch die Kopplung der Gate-Elektrode der Diode bzw. des FETs 514 mit dem W2-Schaltungspunkt und die Kopplung der Gate-Elektrode der Diode bzw. des FETs 518 mit dem W1-Schaltungspunkt die Diode bzw. der FET 514 leitend gemacht und die Diode bzw. der FET 518 nichtleitend gemacht. Auf diese Weise wird zwischen dem W1-Schaltungspunkt und VSS ein Pfad erzeugt.
Gemäß einer wichtigen Erscheinungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet die Vorspannungsschaltung 599, die die FETs 530, 532, 534, 536 und 538 aufweist, so, daß sie einem der Differentialverstärker 520 und 524 Strom zuführt. Auf diese Weise wird die wirksame "Schwellenspannung" der Dioden bzw. FETs 512 und 516 minimiert, weil einer der FETs 512 und 516 durchgeschaltet wird, sobald der Absolutwert des Betrags des Eingangssignals VDD übersteigt. Gleichzeitig zieht die Vorspannungsschaltung 599 jedoch einen verhältnismäßig kleinen Strom (in der Größenordnung von einigen mA), wobei dies auch nur dann erfolgt, wenn ein von Null verschiedenes Eingangssignal an den Gleichrichter 510 angelegt ist (also nur dann, wenn der Gleichrichter 510 aktiv ist).
Zwei weitere P-FETs, die in Fig. 7 mit den Bezugszahlen 544 und 546 bezeichnet sind, sind bereitgestellt, um ein Lecken des Gleichrichters 510 zu verhindern, wenn kein Eingangssignal angelegt ist. Wie vorstehend erwähnt wurde, wird die Vorspannungsschaltung 599, die die FETs 530, 532, 534, 536 und 538 aufweist, nur dann aktiviert, wenn zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 ein Eingangssignal (positiv oder negativ) vorhanden ist. Daher arbeiten die Differentialverstärker 520 und 524 nicht, wenn kein Eingangssignal vorhanden ist. Weil die Differentialverstärker 520 und 524 mit den Gate-Elektroden der Dioden bzw. FETs 512 bzw. 516 gekoppelt sind, bedeutet dies, daß weder der Leseverstärker 520 noch der Leseverstärker 524 in der Lage ist, die Diode bzw. den FET durchzuschalten oder zu sperren, dem er zugeordnet ist, wenn kein Eingangssignal an den Gleichrichter 510 angelegt ist. Hierdurch bleiben die Gate-Elektroden der Dioden bzw. FETs 512 und 516 im wesentlichen "schwimmend", wodurch es möglich ist, daß einer der FETs 512 und 516 oder beide leitend gemacht werden können, wodurch ein Leck zwischen VDD und VSS über die Diode bzw. den FET 512 und den Widerstand R2 oder über die Diode bzw. den FET 516 und den Widerstand R1 zugelassen wird.
Um dieses Problem zu lösen, sind die FETs 544 und 546 in den Gleichrichter 510 aufgenommen, um die Dioden bzw. FETs 512 und 516 sicher gesperrt zu halten, wenn kein Eingangssignal zwischen die Schaltungspunkte W1 und W2 gelegt ist.
Die Gate-Elektrode des FETs 544 ist mit dem Schaltungspunkt W1 gekoppelt, seine Source-Elektrode ist an VDD gelegt, und seine Drain-Elektrode ist an die Gate-Elektrode der Diode bzw. des FETs 512 angeschlossen. Die Gate-Elektrode des FETs 546 ist mit W2 gekoppelt, seine Source-Elektrode ist mit VDD gekoppelt, und seine Drain-Elektrode ist an die Gate-Elektrode der Diode bzw. des FETs 516 angeschlossen. Wenn zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 kein Eingangssignal vorhanden ist, legt der FET 544 die VDD- Spannung an die Gate-Elektrode der Diode bzw. des FETs 512 an, wodurch die Diode bzw. der FET 512 gesperrt wird. In ähnlicher Weise legt der FET 546 die VDD-Spannung an die Gate-Elektrode der Diode bzw. des FETs 516 an, wodurch die Diode bzw. der FET 516 gesperrt wird, wenn kein Eingangssignal zwischen die Schaltungspunkte W1 und W2 gelegt ist. Auf diese Weise wirken die FETs 544 und 546 als Klemmschaltungen, um das Aktivieren der FETs 512 und 516 bei Abwesenheit eines Eingangssignals zwischen den Schaltungspunkten W1 und w2 zu verhindern.
Die Widerstände R1 und R2 gleichen die Gate-Spannungen der FETs 514 und 518 aus, wenn diese FETs gesperrt sind (also wenn kein Eingangssignal zwischen die Schaltungspunkte W1 und W2 gelegt ist).
In der folgenden Tabelle 1 sind der Vorrichtungstyp und die Größe für alle Schaltungskomponenten der Schaltung aus Fig. 7 zusammengefaßt (die Größen der FET-Vorrichtungen sind als (Breite/Länge) angegeben): TABELLE 1
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die der vorstehend mit Bezug auf Fig. 7 beschriebenen Ausführungsform in mancher Hinsicht vorzuziehen ist, ist in Fig. 8 dargestellt. Die Konfiguration des Gleichrichters 510' aus Fig. 8 gleicht im wesentlichen der Konfiguration desjenigen aus Fig. 7, wobei jedoch alle N-FETs gemäß der Ausführungsform aus Fig. 7 gemäß der Ausführungsform aus Fig. 8 P-FETs sind und alle P-FETs gemäß der Ausführungsform aus Fig. 7 gemäß der Ausführungsform aus Fig. 8 N- FETs sind. In Fig. 8 wurde ein " ' " jeder Bezugszahl aus Fig. 7 hinzugefügt, so daß der FET in Fig. 8, der dem FET 512 in Fig. 7 entspricht, beispielsweise in Fig. 8 mit 512' bezeichnet ist usw.
Durchschnittsfachleute werden mit der komplementären Beziehung zwischen N- und P-FETs vertraut sein, und es wird daher angenommen, daß eine detaillierte Erklärung der Arbeitsweise des Gleichrichters 510' aus Fig. 8 angesichts der detaillierten Erklärung der Arbeitsweise der Schaltung aus Fig. 7 nicht erforderlich ist. Im allgemeinen wird der FET 518' bei der Ausgestaltung aus Fig. 8 durch einen negativen Ausbruch des Eingangssignals zwischen den Schaltungspunkten W1 und W2 durchgeschaltet, während der FET 518 gemäß der Ausführungsform aus Fig. 7 ansprechend auf einen positiven Ausbruch des Eingangssignals durchgeschaltet wird. Ebenso bewirkt der negative Ausbrach des Eingangssignals, daß der FET 528' gemäß der Ausführungsform aus Fig. 8 durchschaltet, wodurch die Drain-Elektroden der aus den Transistoren 530', 532', 534', 536' und 538' bestehenden Vorspannungsschaltung 599' auf VDD kurzgeschlossen wird.
Ein Grund dafür, daß die Ausgestaltung aus Fig. 8 als derjenigen aus Fig. 7 vorzuziehen angesehen wird, besteht darin, daß N-FETs für eine Vorrichtung einer gegebenen Größe bekanntermaßen einen niedrigeren Einschaltwiderstand als P-FETs haben. Um demgemäß einen P-FET und einen N-FET bei gegebenen identischen Vorspannungsbedingungen und Gate- Spannungen in Zuständen gleicher Leitfähigkeit vorliegen zu haben, muß der P-FET physikalisch größer sein als der N- FET. In der Gleichrichterschaltung 510 aus Fig. 7 sind es die P-FETs 512 und 516, die von den Differentialverstärkern 520 bzw. 524 angesteuert werden. Weil die P-FETs jedoch größer sein müssen und weil sie daher größere Kapazitäten aufweisen, kann es bevorzugt sein, wenn die Differentialverstärker 520' und 524' N-FETs ansteuern, wie es bei den in Fig. 8 dargestellten alternativen Ausgestaltungen der Fall ist.
Bei beiden Ausführungsformen aus den Fig. 7 und 8 ziehen die Gleichrichter 510 und 510' eine kleine Strommenge von den VDD- und Vss-Anschlüssen, so daß sie in ihren elektronisch geschalteten Modi zu arbeiten beginnen (also in den Modi, in denen die Leseverstärker 520 und 524 dynamisch vorgespannt sind, um die Dioden bzw. FETs 512 und 514 sofort nach dem Ansteigen der Eingangsspannung über VDD (oder unter -VDD) durchzuschalten). Der Betrag des gezogenen Stroms ist jedoch verglichen mit dem Betrag des Stroms minimal, der infolge des Betriebs des Gleichrichters 510 zurückgeführt wird. Der Gleichrichter 510 (oder 510') kann beispielsweise einige mA von den VDD/Vss-Anschlüssen ziehen, jedoch einige zehn Milliampere zurückführen. Weiterhin wird nur dann Strom gezogen, wenn der Gleichrichter 510 (oder 510') aktiv ist.
In Fig. 9 ist eine als Beispiel dienende Anwendung des Gleichrichters 510 (oder des Gleichrichters 510') gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der Schaltang aus Fig. 9 ist der Gleichrichter 510 (oder der Gleichrichter 510') mit den Ausgangsanschlüssen einer Spannungsquelle 200 gekoppelt, die bei einer Anwendung eine kleine Generatoranordnung ist, die dafür geeignet ist, in einer Armbanduhr oder dergleichen aufgenommen zu werden. Ein Generator, der bei einer solchen Anwendung verwendet werden kann, ist einer in der Art desjenigen, der in Shouichi Nagao u. a., "A Study of the Automatic Generation System -- Improvement of the Total System Performance", Communication 33, 4th Congress European de Chronometrie, 29.-30. Oktober 1992 offenbart ist, wie vorstehend erörtert wurde. Eine weitere Ausführungsform eines Generators, der als eine Spannungsquelle 200 verwendet werden kann, ist ein sogenannter Kinetron-Dynamo, der von Kinetron, B. V., Tilburg, Niederlande, hergestellt und vertrieben wird. Der Kinetron- Dynamo ist in Einzelheiten im US-Patent 4 644 246 von Knapen mit dem Titel "Electric Power Supply System for Portable Miniature-Size Power Consuming Devices" beschrieben, wie vorstehend erörtert wurde.
Gemäß der Offenbarung aus dem Patent mit der Endnummer 246 weist der Kinetron-Dynamo ein mehrpoliges Rotorrad mit permanent magnetisierten Polen und einen Stator mit einer oder mehreren Wicklungen auf. Eine Exzenter-Totgewichtsmasse ist um dieselbe Achse wie der Stator und das Rotorrad angebracht. Wenn sich die Exzentermasse dreht, wird ihre Rotationsenergie als Zugspannung gespeichert, die allmählich in einer Blattfeder aufgebaut wird. Die Blattfeder läßt es nur zu, daß sich die Masse in einer einzigen Richtung dreht, bis genügend Energie in der Feder gespeichert wurde und bewirkt wird, daß die Masse freigegeben wird. Die in der Blattfeder gespeicherte Energie wird dann in einen kurzen Stoß einer beschleunigten Drehung des Rotorrads umgewandelt.
Der Kinetron-Dynamo ist dafür ausgelegt, eine verhältnismäßig ungerichtete Bewegung, wie die Bewegung des Arms des Trägers einer Armbanduhr, in eine Drehbewegung des Rotorrads umzuwandeln, so daß ein oszillierendes elektrisches Signal (Wechselspannungssignal) erzeugt wird. Das Rotorrad wird durch das Freigeben der Zugspannung in der Feder in Raten von bis zu 15000 bis 20000 RPM über etwa 200 ms gedreht. Der Energiestoß oszilliert bei Frequenzen in der Größenordnung von 2 bis 3 kHz mit Strompegeln von etwa 5 bis 10 mA und mit maximalen Spitze-Spitze-Spannungen in der Größenordnung von etwa 7 V. Jeder Stoß nimmt die Form einer gedämpften Sinuswellenform an, und diese Stöße können im Normalbetrieb einmal oder zweimal je Sekunde auftreten. Eine Darstellung der Ausgabe des Kinetron-Dynamos ist in Fig. 10A angegeben.
Es wird angenommen, daß der Gleichrichter 510 für das Gleichrichten der von einem solchen Dynamo erzeugten Energiestöße verhältnismäßig hoher Frequenz und verhältnismäßig niedrigen Stroms besonders geeignet ist. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, können die W1- und W2-Eingaben in den Gleichrichter 510 mit der Ausgabe der Spannungsguelle 200 gekoppelt werden und können die VDD- und VSS-Ausgaben des Gleichrichters 510 einer Energiespeichervorrichtung 202 zugeführt werden, die in Fig. 9 als ein Kondensator dargestellt ist, die jedoch auch eine Batterie oder dergleichen sein kann. Die in Fig. 9 dargestellte Einrichtung kann vorteilhaft in einer Armbanduhr oder einer ähnlichen kleinen, batteriebetriebenen Vorrichtung verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Energiespeichervorrichtung 202 ein elektrochemischer doppelschichtiger Kondensator hoher Leistung und hoher Energiedichte. (Ein solcher manchmal als "Supercap" bezeichneter Kondensator ist in näheren Einzelheiten in Glenda Derman, Electronic Engineering Times, "Electrochemical Caps Diversify", 20. Juni 1994, S. 58-61 beschrieben.) Es ist bekannt, daß Supercaps einen äquivalenten Reihenwiderstand (ESR) in der Größenordnung von etwa 50 W aufweisen. Wenngleich dieser ESR bei manchen Anwendungen unerwünscht sein könnte, ist ein solcher ESR in der Praxis der vorliegenden Erfindung tatsächlich vorteilhaft. Wie vorstehend beschrieben wurde, erzeugt die Gleichrichterschaltung 510 an ihrem VDD- Schaltungspunkt Strom, der wie in Fig. 9 verwendet werden kann, um eine Energiespeichervorrichtung zu laden. Sobald der Strom vom Gleichrichter 510 (oder 510') dem Supercap 202 zugeführt wird, tritt infolge des ESR des Supercaps 202 am VDD-Schaltungspunkt eine Spannung auf. Dies bedeutet, daß der Gleichrichter 510 sofort zu seinem elektronisch geschalteten Modus aktiviert wird, in dem das dynamische Vorspannen der Leseverstärker 520 und 524 auftritt. Bei Energiespeichervorrichtungen niedrigerer Impedanz, die an Stelle des Supercaps 202 in der Schaltung aus Fig. 9 verwendet werden, kann die VDD-Spannung langsamer erzeugt werden. Dieses Phänomen ist jedoch in seinem Umfang beschränkt, und es ist immer außer beim Betrieb niedrigster Spannung des Gleichrichters S10 vernachlässigbar.
Es sollte anhand der vorhergehenden detaillierten Beschreibung spezieller Ausführungsformen der Erfindung verständlich geworden sein, daß ein Gleichrichter für einen durch Bewegung mit Energie versorgten Impulsgenerator offenbart wurde. Die erläuterten speziellen Ausführungsformen schließen einen Herzschrittmacher und eine Armbanduhr ein. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Ganzwellen-Gleichrichterschaltung, die eine dynamische Vorspannung aufweist. Wenngleich hier spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, diente dies lediglich dazu, die Erfindung in verschiedenen Erscheinungsformen zu erläutern, und sie sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Es ist vorgesehen, daß verschiedene Ersetzungen, Abänderungen und/oder Modifikationen, die die hier speziell erörterten einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der in den anliegenden Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurden hier in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen der Erfindung spezielle FET-Größen und Typen angegeben, Durchschnittsfachleute werden jedoch verstehen, daß im Rahmen eines routinemäßigen Schaltungsentwurfs für eine gegebene Ausgestaltung der Erfindung auch andere Vorrichtungsgrößen und -typen spezifiziert werden können.

Claims

1. Ganzwellen-Gleichrichterschaltung mit

ersten und zweiten Eingangsanschlüssen (W1, W2) zum Empfang eines nicht gleichgerichteten Eingangssignals zwischen den beiden Eingangsanschlüssen;

ersten und zweiten Ausgangsanschlüssen (VDD, VSS) zur Darstellung eines gleichgerichteten Ausgangssignals zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen;

einem ersten Schalter (512) zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss ansprechend auf ein Steuer- bzw. Regelsignal, welches auf einen Steuer- bzw. Regeleingang davon gegeben wird;

einem zweiten Schalter (514) zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird;

einem dritten Schalter (516) zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird, wobei der Steuereingang des dritten Schalters mit dem zweiten Eingangsanschluss gekoppelt ist;

einem vierten Schalter (518) zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss zur wahlweisen Einrichtung eines Strompfades zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss ansprechend auf ein Steuersignal, welches auf einen Steuereingang davon gegeben wird, wobei der Steuereingang des vierten Schalters mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt ist;

einem ersten Differentialverstärker (520) mit Eingängen, die mit dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt sind, und einem Steuersignalausgang, welcher mit dem ersten Schaltersteuereingang gekoppelt ist, wobei der erste Differentialverstärker ansprechend darauf, dass die Spannung des ersten Eingangsanschlusses die Spannung auf dem ersten Ausgangsanschluss um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, um ein Steuersignal auf den ersten Schaltersteuereingang zu geben, ist, wodurch ein Strompfad zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss aufgebaut wird;

einem zweiten Differentialverstärker (524) mit Eingängen, die mit dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss gekoppelt sind, und mit einem mit dem zweiten Schaltersteuereingang gekoppelten Ausgang, wobei der erste Differentialverstärker ansprechend darauf, dass die Spannung des ersten Eingangsanschlusses die Spannung auf dem ersten Ausgangsanschluss um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, um ein Steuersignal auf den zweiten Schaltersteuereingang zu geben, ist, wodurch ein Strompfad zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss aufgebaut wird.

2. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, bei welcher der Steuereingang des dritten Schalters (516) mit dem zweiten Eingangsanschluss derart gekoppelt ist, dass der Strompfad zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss aufgebaut wird, wann immer der Strompfad zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss aufgebaut wird, und wobei der Steuereingang des vierten Schalters derart mit dem ersten Eingangsanschluss gekoppelt ist, dass der Strompfad zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss immer dann aufgebaut wird, wann immer der Strompfad zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss aufgebaut wird.

3. Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die ersten und zweiten Schalter (512, 514) FETs vom N-Typ sind.

4. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 3, bei welcher die dritten und vierten Schalter (516, 518) FETs vom P-Typ sind.

5. Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der vorbestimmte Betrag wesentlich weniger als 0,7 V beträgt.

6. Gleichrichterschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer Vorspannungsschaltung (599), welche mit den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen und den ersten und zweiten Differentialverstärkern gekoppelt ist, wobei die Vorspannungsschaltung ansprechend auf sowohl positive als auch negative Ausbrüche bzw. Abweichungen des Eingangssignals zwischen den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen zur Bereitstellung eines Vorspannungsstromes für wenigstens einen der ersten und zweiten Differentialverstärker ist.

7. Gleichrichterschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit

ersten und zweiten Klemmschaltungen (544, 546), welche ansprechend auf die Abwesenheit eines Eingangssignals zwischen den ersten und zweiten Eingangsanschlüssen ist, um zu vermeiden, dass die ersten und zweiten Differentialverstärker die Steuersignale auf die ersten bzw. zweiten Schaltersteuereingänge geben.

8. Gleichrichterschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welcher die ersten und zweiten Eingangsanschlüsse mit einem ersten bzw. einem zweiten Ausgangsanschluss einer Wechselspannungsquelle (200) gekoppelt sind.

9. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 8, bei welcher die Wechselspannungsquelle ein Miniatur-Wechselspannungsgenerator (200) ist.

10. Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei welcher die ersten und zweiten Ausgangsanschlüsse (VDD, VSS) zur Darstellung eines gleichgerichteten Ausgangssignals mit einer Energiespeichervorrichtung (202) gekoppelt sind.

11. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 10, bei welcher die Energiespeichervorrichtung ein Kondensator (202) ist.

12. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 10, bei welcher die Energiespeichervorrichtung eine Batterie ist.

13. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 12, bei welcher der Kondensator ein elektrochemischer Kondensator mit hoher Energiedichte ist.