一种用于深脑刺激的神经刺激器，具备宽负载电流和阻抗自适应功能

《IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems》：A Neurostimulator for Deep Brain Stimulation with Wide Load Current and Impedance Adaptation Capability

提出了一种双相双极电流刺激器，集成高压发生器、驱动电路和8位电流DAC，支持0.1mA-20mA可调电流，适应0.5kΩ-5kΩ负载变化。采用PAM调制环路和PAM-DDVS电压缩放技术，实现12V高压输出并提升能效，在TSMC 0.18μm工艺下占用1.6mm2核心面积，仿真验证功能有效。

　　

摘要：

本文提出了一种具有高负载适应性的双相双极电流控制刺激器。该刺激器包括片上高压发生器、输出驱动器和8位电流DAC（数模转换器），能够在负载阻抗在0.5kΩ至5kΩ范围内变化时，持续提供从0.1mA到最大20mA所需的刺激电流。在输出电压接近12V的情况下，本文全面考虑并仔细解决了电路的过应力及可靠性问题。为了实现高负载阻抗适应性，本文提出了一种新颖的PAM（脉冲幅度调制）环路控制架构来驱动电荷泵（CP），与传统方法（如PFM（脉冲频率调制）和PSM（脉冲跳变调制）相比，该方法能够提供更高的输出动态范围。此外，为了进一步提高高压发生器的功率转换效率（PCE），本文提出了一种基于PAM的双域电压缩放（PAM-DDVS）技术，以在实现高适应范围的同时最小化不必要的能量消耗。这款全集成刺激器芯片拥有2个输出通道，采用TSMC 0.18μm 1.8V/3.3V工艺制造，核心芯片面积为约1.6 mm2。通过仿真测试验证了该刺激器芯片的功能性。