TWI777339B - 電刺激裝置和方法 - Google Patents

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TWI777339B
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陳國祚
黃彥中
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財團法人工業技術研究院
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Abstract

本發明提供了一種電刺激裝置。電刺激裝置包括一升壓電路、一電壓選取電路和一控制電路。升壓電路產生複數電壓，其中上述複數電壓具有不同電壓值。電壓選取電路耦接上述升壓電路，且根據在一組織阻抗上之一參考電壓，從上述複數電壓選取一者，以產生一輸出電壓。控制電路耦接上述升壓電路，以及當要進行一電刺激操作時，傳送一控制信號，以啟動上述升壓電路。

Description

電刺激裝置和方法
本發明之實施例主要係有關於一電刺激技術，特別係有關於藉由一電壓選取電路，根據組織阻抗上之參考電壓來自動選取輸出電壓之電刺激技術。
隨著科技日益的進步，電刺激裝置已可大量應用於各種植入式之醫療技術，例如：深層腦刺激(Deep Brain Stimulation，DBS)、經顱微電流刺激療法(Cranial electrotherapy stimulation,CES)、脊髓電刺激、胃腸電刺激、骶神經電刺激等。
由於電刺激裝置必須植入人體內，因此，電刺激裝置之體積小、充電週期長和節能將成為電刺激裝置之應用上非常重要的要求。
有鑑於上述先前技術之問題，本發明之實施例提供了一種電刺激裝置和方法。
根據本發明之一實施例提供了一種電刺激裝置。上述電刺激裝置包括一升壓電路、一電壓選取電路和一控制電路。升壓電 路產生複數電壓，其中上述複數電壓具有不同電壓值。電壓選取電路耦接上述升壓電路，且根據在一組織阻抗上之一參考電壓，從上述複數電壓選取一者，以產生一輸出電壓。控制電路耦接上述升壓電路，以及當要進行一電刺激操作時，傳送一控制信號，以啟動上述升壓電路。
在一些實施例中，電刺激裝置更包括一第一開關電路和一第二開關電路。第一開關電路包括一第一開關和一第二開關。上述第一開關和上述第二開關分別耦接一第一電極輸入端和一第二電極輸入端，且上述第二開關之一端接地。第二開關電路包括一第三開關和一第四開關。上述第三開關和上述第四開關分別耦接上述第一電極輸入端和上述第二電極輸入端，且上述第四開關之一端接地。在一些實施例中，上述控制電路控制上述第一開關電路和上述第二開關電路之導通或不導通，以控制正電流和負電流之轉換。
在一些實施例中，上述電壓選取電路經由上述第一電極輸入端或上述第二電極輸入端偵測到上述參考電壓，其中上述第一電極輸入端耦接上述組織阻抗之一端，且上述第二電極輸入端耦接上述組織阻抗之另一端。
在一些實施例中，電刺激裝置更包括一第一二極體和一第二二極體。第一二極體耦接一可調控電流源和上述第一開關。第二二極體耦接上述可調控電流源和上述第三開關。當上述第一開關和上述第二開關導通，上述第一二極體耦接至上述第一電極輸入端，以傳送上述參考電壓至上述電壓選取電路，以及當上述第三開關和上述第四開關導通，上述第二二極體耦接至上述第二電極輸入端，以傳送上述參考電壓至上述電壓選取電路。
在一些實施例中，上述升壓電路包括複數級電荷泵電路和複數電容，其中上述複數級電荷泵電路用以根據上述輸入信號產生上述複數電壓，且上述複數電容分別用以儲存上述複數電壓。在一些實施例中，上述電壓選取電路包括複數級選取電路，其中上述複數級選取電路分別對應上述複數電壓。
在一些實施例中，上述每一級選取電路至少包括一二極體、一第一齊納二極體和一第一電晶體。二極體耦接上述升壓電路。第一電晶體之一第一汲極耦接至上述二極體，上述第一電晶體之一第一源極耦接至上述第一齊納二極體之一端，以及上述第一電晶體之一第一閘極耦接至上述第一齊納二極體之另一端。
在一些實施例中，上述複數級選取電路中，除了一第一級選取電路，其他級選取電路之每一者更包括一第二齊納二極體和一第二電晶體。上述第二電晶體之一第二源極耦接至上述第二齊納二極體之一端，以及上述第二電晶體之一第二閘極耦接至上述第二齊納二極體之另一端。在一些實施例中，上述第一級選取電路更包括一第一電阻和一第二電阻，其中上述第一電阻之一端耦接一第一二極體和一第二二極體，另一端耦接至一電流源，以及上述第二電阻之一端耦接上述電流源，另一端耦接上述第一齊納二極體和上述第一電晶體之閘極。在一些實施例中，除了上述第一級選取電路，其他級選取電路之每一者更包括一第一電阻和一第二電阻，其中上述第一電阻之一端耦接前一級選取電路之上述第一電晶體之汲極與上述二極體，另一端耦接上述第二齊納二極體和上述第二電晶體之閘極，以及上述第二電阻之一端耦接一電流源，另一端耦接上述第二電晶體之汲極。在一些實施例中，上述第一電晶體之閘極和上述第二電晶 體之汲極耦接至上述第一齊納二極體之一端，且上述第一電晶體之源極和上述第二電晶體之源極耦接至上述第一齊納二極體之另一端。
在一些實施例中，當上述二極體順偏、上述第一電晶體導通，且上述第二電晶體關閉時，上述選取電路根據其對應之上述電壓，輸出上述輸出電壓。
根據本發明之一實施例提供了一種電刺激方法。電刺激方法適用一電刺激裝置。電刺激方法之步驟包括，當要進行一電刺激操作時，藉由上述電刺激裝置之一控制電路傳送一控制信號，以啟動上述電刺激裝置之一升壓電路；藉由上述升壓電路，產生複數電壓，其中上述複數電壓具有不同電壓值；藉由上述電刺激裝置之一電壓選取電路，根據在一組織阻抗上之一參考電壓，從上述複數電壓選取一者，以產生一輸出電壓。
關於本發明其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之電刺激裝置和方法，做些許的更動與潤飾而得到。
100:電刺激裝置
110:升壓電路
111-1~111-5、200:電荷泵電路
120:電壓選取電路
121~126:選取電路
130:控制電路
140:第一開關電路
150:第二開關電路
160:可調控電流源
210~230:反向器
240、D1~D6、Da、Db:二極體
250、ZD1~ZD11:齊納二極體
300:電流源
E1:第一電極輸入端
E2:第二電極輸入端
Cs、Cs1~Cs5:電容
gnd:接地電壓
I1、I2:電流
M1~M11:電晶體
R:組織阻抗
R1~R12:電阻
S1~S4:開關
V1~V6:電壓
Vc:控制信號
Vdd:電源電壓
V+:輸出電壓
Vrefin、Vref:參考電壓
Vih、Vin、Vil、Voh、Vol、V5v:腳位
Vout1~Vout5:輸出節點
S510~S550:步驟
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電刺激裝置100之方塊圖。
第2A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一升壓電路110之電路圖。
第2B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電荷泵電路 200之電路圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓選取電路120、控制電路130、第一開關電路140、第二開關電路150和可調控電流源160之電路圖。
第4A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。
第4B圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。
第4C圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。
第4D圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。
第5圖係根據本發明之一實施例所述之電刺激方法之流程圖。
本章節所敘述的是實施本發明之較佳方式，目的在於說明本發明之精神而非用以限定本發明之保護範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電刺激裝置100之方塊圖。如第1圖所示，電刺激裝置100可包括一升壓電路110、一電壓選取電路120、一控制電路130、一第一開關電路140、一第二開關電路150和一可調控電流源160。注意地是，在第1圖中所示之方塊圖，僅係為了方便說明本發明之實施例，但 本發明並不以第1圖為限。電刺激裝置100中亦可包含其他元件和裝置。
根據本發明之實施例，升壓電路110可用以產生複數電壓V1~V6，以供電壓選取電路120做選擇。關於升壓電路110之電路架構，底下會以第2A-2B圖為例來做說明。
根據本發明之實施例，電壓選取電路120可用以根據一參考電壓從升壓電路110自動選取最適當之電壓作為一輸出電壓V+。關於電壓選取電路120之電路架構，底下會以第3圖為例來做說明。
根據本發明之實施例，控制電路130可根據來自一外部裝置(圖未顯示)之指令，控制升壓電路110、第一開關電路140、第二開關電路150和可調控電流源電路160。控制電路130可控制第一開關電路140、第二開關電路150之導通或不導通，以達成正電流和負電流之轉換。此外，當要進行一電刺激操作時，控制電路130可傳送一控制信號Vc，以啟動升壓電路110。關於控制電路130之操作，底下會以第2A-2B和3圖來做說明。
根據本發明之實施例，第一開關電路140可耦接至第一電極輸入端E1和第二電極輸入端E2，以及第二開關電路150可耦接至第一電極輸入端E1和第二電極輸入端E2。當第一開關電路140導通時，第一開關電路140可從第一電極輸入端E1和第二電極輸入端E2取得在組織阻抗R(例如：人體或生物組織的阻抗)上之參考電壓Vrefin。當第二開關電路150導通時，第二開關電路150可從第一電極輸入端E1和第二電極輸入端E2取得在組織阻抗R上之參考電壓Vrefin。
第2A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一升壓電路110之電路圖。如第2A圖所示，升壓電路110可包括複數級電荷泵電路111-1~111-5和複數電容Cs1~Cs5。每一電荷泵電路會對應一電容，且每一電容會分別儲存具有不同電壓值之電壓。在第2A圖中，每一電荷泵電路之V5v腳位係用以從電刺激裝置100之電池(圖未顯示)接收5V(本發明不以此為限)之電壓、每一電荷泵電路之Vih腳位係用以接收上一級電荷泵電路之Voh腳位之輸出(第一級電荷泵電路111-1之Vih腳位則係接收電源電壓Vdd)，且每一電荷泵電路之Vil腳位係用以接收上一級電荷泵電路之Vol腳位之輸出(第一級電荷泵電路111-1之Vil則係接收接地電壓gnd)。此外，第一級電荷泵電路111-1之Vin腳位係用來接收之控制信號Vc係來自控制電路130(即當要進行電刺激時，控制電路130才會發送控制信號Vc給升壓電路110)，以及其他級電荷泵電路111-2~111-5之Vin腳位接收前一級電荷泵電路之Vih腳位所接收到之信號。如第1圖所示，在此實施例中，升壓電路110會產生電壓值為5伏(V)之電壓V1(未經過升壓之電壓V5v=V1)、電壓值為10伏(V)之電壓V2(Vout1=V2)、電壓值為15伏(V)之電壓V3(Vout2=V3)、電壓值為20伏(V)之電壓V4(Vout3=V4)、電壓值為25伏(V)之電壓V5(Vout4=V5)和電壓值為30伏(V)之電壓V6(Vout5=V6)，但本發明不以此為限。電壓V1可由電荷泵電路之V5v腳位輸出給電壓選取電路120。經過升壓後之電壓V2~V6會分別儲存在電容Cs1~Cs5。經過升壓電路110升壓之電壓V2~V6可分別從輸出節點Vout1~Vout5輸出給電壓選取電路120。第2A圖之每一電荷泵電路對應之操作會以第2B圖來進行說明。特別注意地是，第2A圖 顯示了5級的電荷泵電路，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，升壓電路110亦可採用不同級數之電荷泵電路。此外，特別注意的是，第2A圖所示之升壓電路110僅係本發明一實施例，但並非用以限制本發明。在其他實施例，升壓電路110亦可採用其他升壓電路之架構。
第2B圖係顯示根據本發明之一實施例所述之一電荷泵電路200之電路圖。第2B圖所示之電荷泵電路200可適用第2A圖之電荷泵電路111-1~111-5。如第2B圖所示，電荷泵電路200可包括反向器210~230、一二極體240和一齊納二極體250。電荷泵電路200可耦接一電容Cs與齊納二極體250並聯。在此實施例假設，電荷泵電路200之V5v腳位從電刺激裝置100之電池(圖未顯示)接收到5V伏(V)之電壓、電荷泵電路200之Vih腳位接收5伏(V)之電壓，且電荷泵電路200之Vil腳位接收0伏(V)之電壓。因此，當電荷泵電路200之Vin腳位接收之控制信號Vc係高準位(5伏)時，電荷泵電路200之Voh腳位輸出之電壓為5伏(V)，且電荷泵電路200之Vol腳位輸出之電壓為0伏(V)；以及當電荷泵電路200之Vin腳位接收之控制信號Vc係低準位(0伏)時，電荷泵電路200之Voh腳位輸出之電壓為10伏(V)，且電荷泵電路200之Vol腳位輸出之電壓為5伏(V)。也就是說，當電荷泵電路200之Vin腳位接收之控制信號Vc係低準位(0伏)時，電容Cs會儲存電荷泵電路200之Voh腳位所輸出之電壓會拉高為電荷泵電路200之Vih腳位之電壓的兩倍(升壓)，且電容Cs會儲存電荷泵電路200之Voh腳位所輸出之10伏(V)電壓。反之，當電荷泵電路200之Vin腳位接收高準位(5伏)時，Voh腳位維持5伏輸出，未進行升壓。此外，在此實施例中，齊納二極體250 係用以限制電容Cs兩端的跨壓不超過5伏(V)，以保護下一級電荷泵電路之輸入端(即Vih腳位和Vil腳位)。特別說明地是，第2B圖所示之電荷泵電路200包含3個反向器，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，電荷泵電路200亦可包含不同數量之反向器。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓選取電路120、控制電路130、第一開關電路140、第二開關電路150和可調控電流源160之電路圖。如第3圖所示，電壓選取電路120可耦接一電流源300，且電壓選取電路120可包含第一選取電路121、第二選取電路122、第三選取電路123、第四選取電路124、第五選取電路125和第六選取電路126。第一選取電路121、第二選取電路122、第三選取電路123、第四選取電路124、第五選取電路125和第六選取電路126分別對應升壓電路110產生之電壓V1~V6。第一選取電路121可包含一第一二極體D1、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第一齊納二極體ZD1和一第一電晶體M1。第一電阻R1之一端耦接二極體Da和二極體Db，另一端耦接至電流源300。第二電阻R2之一端耦接電流源300，另一端耦接第一齊納二極體ZD1之陰極和第一電晶體M1之閘極。
第二選取電路122可包含一第二二極體D2、一第三電阻R3、一第四電阻R4、一第二齊納二極體ZD2、一第三齊納二極體ZD3、一第二電晶體M2和一第三電晶體M3。第三電阻R3之一端耦接第一電晶體M1之汲極及第一二極體D1之陰極，第三電阻R3之另一端耦接第三齊納二極體ZD3之陰極和第三電晶體M3之閘極。第四電阻R4之一端耦接電流源300，另一端同時耦接第三電晶體M3之汲極、第二電晶體M2之閘極、第二齊納二極體ZD2之陰 極。第二電晶體M2之閘極和第三電晶體M3之汲極耦接至第二齊納二極體ZD2之一端(陰極)，且第二電晶體M2之源極和第三電晶體M3之源極耦接至第二齊納二極體ZD2之另一端(陽極)、第三齊納二極體ZD3之陽極、與輸出電壓V+。
第三選取電路123可包含一第三二極體D3、一第五電阻R5、一第六電阻R6、一第四齊納二極體ZD4、一第五齊納二極體ZD5、一第四電晶體M4和一第五電晶體M5。第五電阻R5之一端耦接第二電晶體M2之汲極以及第二二極體D2之陰極，第五電阻R5之另一端耦接第五齊納二極體ZD5之陰極和第五電晶體M5之閘極。第六電阻R6之一端耦接電流源300，另一端同時耦接第五電晶體M5之汲極、第四齊納二極體ZD4之陰極、第四電晶體M4之閘極。第四電晶體M4之閘極和第五電晶體M5之汲極耦接至第四齊納二極體ZD4之一端(陰極)，且第四電晶體M4之源極和第五電晶體M5之源極同時耦接至第四齊納二極體ZD4之另一端(陽極)、第五齊納二極體ZD5之陽極、與輸出電壓V+。
第四選取電路124可包含一第四二極體D4、一第七電阻R7、一第八電阻R8、一第六齊納二極體ZD6、一第七齊納二極體ZD7、一第六電晶體M6和一第七電晶體M7。第七電阻R7之一端耦接第四電晶體M4之汲極以及第三二極體D3之陰極，第七電阻R7之另一端耦接第七齊納二極體ZD7之陰極和第七電晶體M7之閘極。第八電阻R8之一端耦接電流源300，另一端耦接第七電晶體M7之汲極、第六齊納二極體ZD6之陰極、及第六電晶體M6之閘極。第六電晶體M6之閘極和第七電晶體M7之汲極耦接至第六齊納二極體ZD6之一端(陰極)，且第六電晶體M6之源極和第七電晶體M7之 源極耦接至第六齊納二極體ZD6之另一端(陽極)、第七齊納二極體ZD7之陽極、與輸出電壓V+。
第五選取電路125可包含一第五二極體D5、一第九電阻R9、一第十電阻R10、一第八齊納二極體ZD8、一第九齊納二極體ZD9、一第八電晶體M8和一第九電晶體M9。第九電阻R9之一端耦接第六電晶體M6之汲極以及第四二極體D4之陰極，第九電阻R9之另一端耦接第九齊納二極體ZD9之陰極和第九電晶體M9之閘極。第十電阻R10之一端耦接電流源300，另一端耦接第九電晶體M9之汲極、第八齊納二極體ZD8之陰極、以及第八電晶體M8之閘極。第八電晶體M8之閘極和第九電晶體M9之汲極耦接至第八齊納二極體ZD8之一端(陰極)，且第八電晶體M8之源極和第九電晶體M9之源極耦接至第八齊納二極體ZD8之另一端(陽極)、第九齊納二極體ZD9之陽極、與輸出電壓V+。
第六選取電路126可包含一第六二極體D6、一第十一電阻R11、一第十二電阻R12、一第十齊納二極體ZD10、一第十一齊納二極體ZD11、一第十電晶體M10和一第十一電晶體M11。第十一電阻R11之一端耦接第八電晶體M8之汲極、第五二極體D5之陰極，第十一電阻R11之另一端耦接第十一齊納二極體ZD11之陰極和第十一電晶體M11之閘極。第十二電阻R12之一端耦接電流源300，另一端耦接第十一電晶體M11之汲極、第十齊納二極體ZD10之陰極以及第十電晶體M10之閘極。第十電晶體M10之閘極和第十一電晶體M11之汲極耦接至第十齊納二極體ZD10之一端(陰極)，且第十電晶體M10之源極和第十一電晶體M11之源極耦接至第十齊納二極體ZD10之另一端(陽極)、第十一齊納二極體ZD11之陽 極、與輸出電壓V+。
二極體D1~D6可分別耦接至第一電晶體M1、第二電晶體M2、第四電晶體M4、第六電晶體M6、第八電晶體M8和第十電晶體M10之汲極(例如：第一二極體D1會耦接至第一電晶體M1之汲極)。齊納二極體ZD1~ZD11可分別耦接至電晶體M1~M11的閘極和源極(例如：第一齊納二極體ZD1之一端會耦接至電晶體M1的閘極，另一端則會耦接至電晶體M1的源極)，以限制電晶體M1~M11的閘極-源極電壓VGS，以保護電晶體。根據本發明之一實施例，電晶體M1~M11可係金氧半場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或是雙極性電晶體(bipolar junction transistor，BJT)，但本發明不以此為限。特別說明地是，電壓選取電路120包含6級選取電路，但本發明並不以此為限。選取電路之數量可根據升壓電路所產生之電壓之數量做調整。
此外，如第3圖所示，第一開關電路140可包含第一開關S1和第二開關S2，且第一開關電路140耦接至可調控電流源160，以及第二開關電路150可包含第三開關S3和第四開關S4，且第二開關電路150耦接至可調控電流源160。第一開關S1之一端可耦接至二極體Da，另一端則耦接至一第一電極輸入端E1。第二開關S2之一端可耦接至第二電極輸入端E2，另一端則耦接至接地。第三開關S3之一端可耦接至二極體Db，另一端則耦接至第二電極輸入端E2。第四開關S4之一端可耦接至第一電極輸入端E1，另一端則耦接至接地。二極體Da之一端可耦接至第一開關S1，另一端耦接至電壓選取電路120。二極體Db之一端可耦接至第三開 關S3，另一端耦接至電壓選取電路120。控制電路130可用以控制第一開關電路140和第二開關電路150之導通和不導通，以控制正電流和負電流之轉換。當流經組織阻抗R之電流係正電流(如第3圖所示之電流I1)時，控制電路130會導通第一開關電路140(即導通第一開關S1和第二開關S2並關閉第二開關電路150(即關閉第三開關S3和第四開關S4)，且組織阻抗R上所產生之參考電壓Vrefin會從二極體Da傳送給電壓選取電路120。當流經組織阻抗R之電流係負電流(如第3圖所示之電流I2)時，控制電路130會導通第二開關電路150(即導通第三開關S3和第四開關S4)，並關閉第一開關電路140(即關閉第一開關S1和第二開關S2)，且組織阻抗R上所產生之參考電壓Vrefin會從二極體Db傳送給電壓選取電路120。此外，控制電路130可控制可調控電流源160所產生之電流值。在此實施例中，第一開關電路140和第二開關電路150係一H橋之架構。因此，可產生兩種流向之電流(即正電流和負電流)，因而使得可用交流(AC)電壓進行電刺激。特別說明的是，在此實施例中，第一開關電路140和第二開關電路150係H橋之架構，但本發明不以此為限。在其他實施例中，其他可產生等效效果之開關電路架構亦可應用在第一開關電路140和第二開關電路150。
此外，如第3圖所示，電壓選取電路120可從二極體Da或二極體Db偵測到(或取得)組織阻抗R上所產生之參考電壓Vrefin(即參考電壓Vrefin會從組織阻抗R回授給電壓選取電路120)。電壓選取電路120可根據參考電壓Vrefin，從升壓電路110所產生之電壓V1~V6選取一者作為輸出電壓V+，以及時調整電源電壓。電壓選取電路120詳細之操作底下會以第4A-4D圖來做說 明。
第4A圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。在此實施例中，假設電壓選取電路120從二極體Da或二極體Db偵測到(或取得)之參考電壓Vrefin係1伏(V)時，且參考電壓Vrefin經過第一電阻R1和電流源300後，會變成電壓4伏(V)之參考電壓Vref。當參考電壓Vref係4伏(V)時，第一二極體D1會順偏，且第一電晶體M1會被導通(ON)。因此，電壓V1(5伏)會被第一二極體D1傳送出來，且電壓V1(5伏)經過第一電晶體M1(閘極為4V；汲極為5V)後，第一電晶體M1會輸出3伏(V)之輸出電壓V+。也就是說，在此實施例中係由第一選取電路121送出輸出電壓V+。此外，當參考電壓Vref係4伏(V)時，第二二極體D2、第三二極體D3和第四二極體D4是順偏，第三電晶體M3(閘極為5V)、第五電晶體M5(閘極為8V；汲極為3V)和第七電晶體M7(閘極為8V；汲極為3V)會被導通(ON)，且第二電晶體M2(閘極為3V；汲極為10V)、第四電晶體M4(閘極為3V；汲極為15V)和第六電晶體M6(閘極為3V；汲極為20V)會被關閉(OFF)。因此，電壓V2(10伏)、V3(15V)和V4(20V)不會被第二電晶體M2、第四電晶體M4和第六電晶體M6傳送出來。
第4B圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。在此實施例中，假設電壓選取電路120從二極體Da或二極體Db偵測到(或取得)之參考電壓Vrefin係6伏(V)時，且參考電壓Vrefin經過第一電阻R1和電流源300後，會變成電壓9伏(V)之參考電 壓Vref。當參考電壓Vref係9伏(V)時，第一二極體D1會逆偏，且第二二極體D2會順偏。因此，電壓V1(5伏)不會被第一二極體D1傳送出來，且電壓V2(10伏)會被第二二極體D2傳送出來。此外，當參考電壓Vref係9伏(V)時，第一電晶體M1(閘極為9V；汲極為8V)和第二電晶體M2(閘極為9V；汲極為10V)會被導通(ON)，且第三電晶體M3(閘極為8V；汲極為9V)會被關閉(OFF)。因此，電壓V2(10伏)經過第二電晶體M2後，第二電晶體M2會輸出8伏(V)之輸出電壓V+。也就是說，在此實施例中係由第二選取電路122送出輸出電壓V+。此外，當參考電壓Vref係9伏(V)時，第三二極體D3和第四二極體D4是順偏，第五電晶體M5(閘極為10V；汲極為8V)和第七電晶體M7(閘極為13V；汲極為8V)會被導通(ON)，且第四電晶體M4(閘極為8V；汲極為15V)和第六電晶體M6(閘極為8V；汲極為20V)會被關閉(OFF)。因此，電壓V3(15V)和電壓V4(20V)不會被第四電晶體M4和第六電晶體M6傳送出來。
第4C圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。在此實施例中，假設電壓選取電路120從二極體Da或二極體Db偵測到(或取得)之參考電壓Vrefin係11伏(V)時，且參考電壓Vrefin經過第一電阻R1和電流源300後，會變成電壓14伏(V)之參考電壓Vref。當參考電壓Vref係14伏(V)時，第一二極體D1和第二二極體D2會逆偏，且第三二極體D3會順偏。因此，電壓V1(5伏)和電壓V2(10伏)不會被第一二極體D1和第二二極體D2傳送出來，且電壓V3(15伏)會被第三二極體D3傳送出來。此外，當參考電 壓Vref係14伏(V)時，第一電晶體M1(閘極為14V；汲極為13V)、第二電晶體M2(閘極為14V；汲極為13V)和第四電晶體M4(閘極為14V；汲極為15V)會被導通(ON)，且第三電晶體M3(閘極為13V；汲極為14V)和第五電晶體M5(閘極為13V；汲極為14V)會被關閉(OFF)。因此，電壓V3(15伏)經過第四電晶體M4後，第四電晶體M4會輸出13伏(V)之輸出電壓V+。也就是說，在此實施例中係由第三選取電路123送出輸出電壓V+。此外，當參考電壓Vref係14伏(V)時，第四二極體D4是順偏，第七電晶體M7(閘極為15V；汲極為13V)會被導通(ON)，且第六電晶體M6(閘極為13V；汲極為20V)會被關閉(OFF)。因此，電壓V4(20V)不會被第六電晶體M6傳送出來。
第4D圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之電壓選取電路120根據參考電壓Vrefin產生輸出電壓V+之示意圖。在此實施例中，假設電壓選取電路120從二極體Da或二極體Db偵測到(或取得)之參考電壓Vrefin係16伏(V)時，且參考電壓Vrefin經過第一電阻R1和電流源300後，會變成電壓19伏(V)之參考電壓Vref。當參考電壓Vref係19伏(V)時，第一二極體D1、第二二極體D2和第三二極體D3會逆偏，且第四二極體D4會順偏。因此，電壓V1(5伏)、電壓V2(10伏)和電壓V3(15伏)不會被第一二極體D1、第二二極體D2和第三二極體D3傳送出來，且電壓V4(20伏)會被第四二極體D4傳送出來。此外，當參考電壓Vref係19伏(V)時，第一電晶體M1(閘極為19V；汲極為18V)、第二電晶體M2(閘極為19V；汲極為18V)、第四電晶體M4(閘極為19V；汲極為18V)和第六電晶體M6(閘極為19V；汲極為20V) 會被導通(ON)，且第三電晶體M3(閘極為18V；汲極為19V)、第五電晶體M5(閘極為18V；汲極為19V)和第七電晶體M7(閘極為18V；汲極為19V)會被關閉(OFF)。因此，電壓V4(20伏)經過第六電晶體M6後，第六電晶體M6會輸出18伏(V)之輸出電壓V+。也就是說，在此實施例中係由第四選取電路124送出輸出電壓V+。
綜上所述，電壓選取電路120根據回授之參考電壓Vrefin，從複數電壓V1~V6中，選取輸出電壓V+，且輸出電壓V+可提供給第一開關電路140、第二開關電路150和可調控電流源電路160，以對組織阻抗R進行電刺激。當組織阻抗R有變時，改變之參考電壓Vrefin會再回授給電壓選取電路120，以選取適當的輸出電壓V+。
特別說明地是，第4A-4D圖僅係用以說明本發明之實施例，但本發明並不以此為限。
第5圖係根據本發明之一實施例所述之一電刺激方法之流程圖。電刺激方法可適用電刺激裝置100。如第5圖所示，在步驟S510，當要進行一電刺激操作時，電刺激裝置100之一控制電路130傳送一控制信號，以啟動電刺激裝置100之一升壓電路110。
在步驟S520，電刺激裝置100之升壓電路110，產生複數電壓V1~V6，其中複數電壓V1~V6具有不同電壓值。
在步驟S530，電刺激裝置100之一電壓選取電路120，根據在一組織阻抗R上之一參考電壓Vrefin，從複數電壓V1~V6選取一者，以產生一輸出電壓V+。
根據本發明一實施例，在電刺激方法中，電壓選取電路 可包括複數級選取電路，其中複數級選取電路分別對應升壓電路所產生之複數電壓。在一些實施例中，每一級選取電路至少包括一二極體、一第一齊納二極體和一第一電晶體。二極體會耦接升壓電路。第一電晶體之第一汲極會耦接至二極體，第一電晶體之第一源極耦接至第一齊納二極體之一端，以及第一電晶體之第一閘極耦接至第一齊納二極體之另一端。在一些實施例中，複數級選取電路中，除了第一級選取電路，其他級選取電路之每一者更可包括一第二齊納二極體和一第二電晶體。第二電晶體之一第二源極耦接至第二齊納二極體之一端，以及第二電晶體之第二閘極耦接至上述第二齊納二極體之另一端。根據本發明一實施例，電刺激方法之步驟更包括，當一選取電路之二極體順偏、第一電晶體導通，且第二電晶體關閉時，藉由該選取電路，根據其對應之電壓，產生輸出電壓。
根據本發明提出之電刺激裝置和方法，可藉由電刺激裝置之電壓選取電路，根據在一組織阻抗上之一參考電壓，自動從複數電壓選取一者，以產生輸出電壓。因此，本發明提出之電刺激裝置和方法將可即時調整輸出電壓，以減少電刺激裝置功率的消耗，和延長電刺激裝置使用的壽命。此外，本發明提出之電刺激裝置之電壓選取電路之電路架構並不會占用電刺激裝置太大的體積，因此將可降低電刺激裝置整體之體積。
本說明書中以及申請專利範圍中的序號，例如「第一」、「第二」等等，僅係為了方便說明，彼此之間並沒有順序上的先後關係。
本發明之說明書所揭露之方法和演算法之步驟，可直接透過執行一處理器直接應用在硬體以及軟體模組或兩者之結合上。 一軟體模組(包括執行指令和相關數據)和其它數據可儲存在數據記憶體中，像是隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體(flash memory)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可規化唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可規劃唯讀記憶體(EEPROM)、暫存器、硬碟、可攜式硬碟、光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、DVD或在此領域習之技術中任何其它電腦可讀取之儲存媒體格式。一儲存媒體可耦接至一機器裝置，舉例來說，像是電腦/處理器(為了說明之方便，在本說明書以處理器來表示)，上述處理器可透過來讀取資訊(像是程式碼)，以及寫入資訊至儲存媒體。一儲存媒體可整合一處理器。一特殊應用積體電路(ASIC)包括處理器和儲存媒體。一用戶設備則包括一特殊應用積體電路。換句話說，處理器和儲存媒體以不直接連接用戶設備的方式，包含於用戶設備中。此外，在一些實施例中，任何適合電腦程序之產品包括可讀取之儲存媒體，其中可讀取之儲存媒體包括和一或多個所揭露實施例相關之程式碼。
以上段落使用多種層面描述。顯然的，本文的教示可以多種方式實現，而在範例中揭露之任何特定架構或功能僅為一代表性之狀況。根據本文之教示，任何熟知此技藝之人士應理解在本文揭露之各層面可獨立實作或兩種以上之層面可以合併實作。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100：電刺激裝置 110：升壓電路 120：電壓選取電路 130：控制電路 140：第一開關電路 150：第二開關電路 160：可調控電流源 E1：第一電極輸入端 E2：第二電極輸入端 R：組織阻抗 V1~V6：電壓 V+：輸出電壓 Vrefin：參考電壓

Claims (24)

  1. 一種電刺激裝置，包括：一升壓電路，產生複數電壓，其中上述複數電壓具有不同電壓值；一電壓選取電路，耦接上述升壓電路，根據在一組織阻抗上之一參考電壓，從上述複數電壓選取一者，以產生一輸出電壓；以及一控制電路，耦接上述升壓電路，以及當要進行一電刺激操作時，傳送一控制信號，以啟動上述升壓電路，其中上述電壓選取電路包括複數級選取電路，其中上述複數級選取電路分別對應上述複數電壓。
  2. 如請求項1之電刺激裝置，更包括：一第一開關電路，包括一第一開關和一第二開關，其中上述第一開關和上述第二開關分別耦接一第一電極輸入端和一第二電極輸入端，且上述第二開關之一端接地；以及一第二開關電路，包括一第三開關和一第四開關，其中上述第三開關和上述第四開關分別耦接上述第一電極輸入端和上述第二電極輸入端，且上述第四開關之一端接地。
  3. 如請求項2之電刺激裝置，其中上述控制電路控制上述第一開關電路和上述第二開關電路之導通或不導通，以控制正電流和負電流之轉換。
  4. 如請求項2之電刺激裝置，其中上述電壓選取電路經由上述第一電極輸入端或上述第二電極輸入端偵測到上述參考電 壓，其中上述第一電極輸入端耦接上述組織阻抗之一端，且上述第二電極輸入端耦接上述組織阻抗之另一端。
  5. 如請求項4之電刺激裝置，更包括：一第一二極體，耦接一可調控電流源和上述第一開關；以及一第二二極體，耦接上述可調控電流源和上述第三開關，其中當上述第一開關導通，上述第一二極體耦接至上述第一電極輸入端，以傳送上述參考電壓至上述電壓選取電路，以及當上述第三開關導通，上述第二二極體耦接至上述第二電極輸入端，以傳送上述參考電壓至上述電壓選取電路。
  6. 如請求項1之電刺激裝置，其中上述升壓電路包括複數級電荷泵電路和複數電容，其中上述複數級電荷泵電路用以根據上述輸入信號產生上述複數電壓，且上述複數電容分別用以儲存上述複數電壓。
  7. 如請求項1之電刺激裝置，其中上述每一級選取電路至少包括：一二極體，耦接上述升壓電路；一第一齊納二極體；以及一第一電晶體，其中上述第一電晶體之一第一汲極耦接至上述二極體，上述第一電晶體之一第一源極耦接至上述第一齊納二極體之一端，以及上述第一電晶體之一第一閘極耦接至上述第一齊納二極體之另一端。
  8. 如請求項7之電刺激裝置，其中上述複數級選取電路中，除了一第一級選取電路，其他級選取電路之每一者，更包括：一第二齊納二極體；以及一第二電晶體，其中上述第二電晶體之一第二源極耦接至上述第二齊納二極體之一端，以及上述第二電晶體之一第二閘極耦接至上述第二齊納二極體之另一端。
  9. 如請求項8之電刺激裝置，其中上述第一級選取電路更包括：一第一電阻，其中上述第一電阻之一端耦接一第一二極體和一第二二極體，另一端耦接至一電流源；以及一第二電阻，其中上述第二電阻之一端耦接上述電流源，另一端耦接上述第一齊納二極體和上述第一電晶體之閘極。
  10. 如請求項8之電刺激裝置，其中除了上述第一級選取電路，其他級選取電路之每一者，更包括：更包括：一第一電阻，其中上述第一電阻之一端耦接前一級選取電路之上述第一電晶體之汲極與上述二極體，另一端耦接上述第二齊納二極體和上述第二電晶體之閘極；以及一第二電阻，其中上述第二電阻之一端耦接一電流源，另一端耦接上述第二電晶體之汲極。
  11. 如請求項8之電刺激裝置，其中上述第一電晶體之閘極和上述第二電晶體之汲極耦接至上述第一齊納二極體之一端，且上 述第一電晶體之源極和上述第二電晶體之源極耦接至上述第一齊納二極體之另一端。
  12. 如請求項8之電刺激裝置，其中當上述二極體順偏、上述第一電晶體導通，且上述第二電晶體關閉時，上述選取電路根據其對應之上述電壓，輸出上述輸出電壓。
  13. 一種電刺激方法，適用一電刺激裝置，包括：當要進行一電刺激操作時，藉由上述電刺激裝置之一控制電路傳送一控制信號，以啟動上述電刺激裝置之一升壓電路；藉由上述升壓電路，產生複數電壓，其中上述複數電壓具有不同電壓值；藉由上述電刺激裝置之一電壓選取電路，根據在一組織阻抗上之一參考電壓，從上述複數電壓選取一者，以產生一輸出電壓，其中上述電壓選取電路包括複數級選取電路，其中上述複數級選取電路分別對應上述複數電壓。
  14. 如請求項13之電刺激方法，其中上述電刺激裝置更包括一第一開關電路和一第二開關電路，其中上述第一開關電路包括一第一開關和一第二開關，且上述第一開關和上述第二開關分別耦接一第一電極輸入端和一第二電極輸入端，且上述第二開關之一端接地，以及其中上述第二開關電路包括一第三開關和一第四開關，且上述第三開關和上述第四開關分別耦接上述第一電極輸入端和上述第二電極輸入端，且上述第四開關之一端接地。
  15. 如請求項14之電刺激方法，其中上述控制電路控制上述第一開關電路和上述第二開關電路之導通或不導通，以控制正電流和負電流之轉換。
  16. 如請求項14之電刺激方法，其中上述電壓選取電路經由上述第一電極輸入端或上述第二電極輸入端偵測到上述參考電壓，其中上述第一電極輸入端耦接上述組織阻抗之一端，且上述第二電極輸入端耦接上述組織阻抗之另一端。
  17. 如請求項16之電刺激方法，其中上述電刺激裝置更包括一第一二極體和一第二二極體，其中上述第一二極體耦接一可調控電流源和上述第一開關，以及上述第二二極體耦接上述可調控電流源和上述第三開關，其中當上述第一開關導通，上述第一二極體耦接至上述第一電極輸入端，以傳送上述參考電壓至上述電壓選取電路，以及當上述第三開關導通，上述第二二極體耦接至上述第二電極輸入端，以傳送上述參考電壓至上述電壓選取電路。
  18. 如請求項13之電刺激方法，其中上述升壓電路包括複數級電荷泵電路和複數電容，其中上述複數級電荷泵電路用以根據上述輸入信號產生上述複數電壓，且上述複數電容分別用以儲存上述複數電壓。
  19. 如請求項13之電刺激方法，其中上述每一級選取電路至少包括一二極體、一第一齊納二極體和一第一電晶體，其中上述二極體耦接上述升壓電路，以及其中上述第一電晶體之一第一汲極耦接至上述二極體，上述第一電晶體之一第一源極耦接至上述第一齊納 二極體之一端，以及上述第一電晶體之一第一閘極耦接至上述第一齊納二極體之另一端。
  20. 如請求項19之電刺激方法，其中上述複數級選取電路中，除了一第一級選取電路，其他級選取電路之每一者，更包括一第二齊納二極體和一第二電晶體，其中上述第二電晶體之一第二源極耦接至上述第二齊納二極體之一端，以及上述第二電晶體之一第二閘極耦接至上述第二齊納二極體之另一端。
  21. 如請求項20之電刺激方法，其中上述第一級選取電路更包括一第一電阻和一第二電阻，其中上述第一電阻之一端耦接一第一二極體和一第二二極體，另一端耦接至一電流源，以及上述第二電阻之一端耦接上述電流源，另一端耦接上述第一齊納二極體和上述第一電晶體之閘極。
  22. 如請求項20之電刺激方法，其中除了上述第一級選取電路，其他級選取電路之每一者更包括一第一電阻和一第二電阻，其中上述第一電阻之一端耦接前一級選取電路之上述第一電晶體之汲極與上述二極體，另一端耦接上述第二齊納二極體和上述第二電晶體之閘極，以及上述第二電阻之一端耦接一電流源，另一端耦接上述第二電晶體之汲極。
  23. 如請求項20之電刺激方法，其中上述第一電晶體之閘極和上述第二電晶體之汲極耦接至上述第一齊納二極體之一端，且上述第一電晶體之源極和上述第二電晶體之源極耦接至上述第一齊納二極體之另一端。
  24. 如請求項20之電刺激方法，更包括：當上述二極體順偏、上述第一電晶體導通，且上述第二電晶體關閉時，藉由上述選取電路，根據其對應之上述電壓，產生上述輸出電壓。
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