專利名稱：一種采用mos管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種脈沖發生器，特別涉及一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法。
背景技術：
在很多應用場合中，均需要幅值、脈寬和頻率可調的差動脈沖信號。現有的脈沖發生器一部分采用數模轉換芯片來實現，通過控制數模轉換芯片，實現單向的脈沖輸出；另一部分采用一定量的數字邏輯芯片組合來實現，這種方式過于復雜。上述兩種方式若要實現多通道輸出，均需要增加通道切換裝置，輸出的脈沖幅度范圍均受電源電壓限制，并且成本高，功耗大。
吳有林設計了《雙通道脈沖發生器及植入式電刺激系統》(公開號CN102457252A，
公開日2012.05. 16)，該專利利用數模混合芯片，設計了兩個可分別獨立調控輸出的脈沖輸出通道，通過對調控命令的處理，實現了雙通道的輸出頻率、脈寬、幅值及刺激模式 等均可獨立調控。
發明人在實現本發明的過程中，發現當前現有技術中至少存在以下缺陷和不足
脈沖發生器的輸出幅值受電源限制，脈沖信號的最大幅值為電源電壓。輸出通道模式結構比單一，只實現了固定雙通道的輸出，且采用集成芯片提高了脈沖發生器的功耗。發明內容
本發明提供了一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法，解決了輸出通道模式單一化，實現了任意雙通道的輸出；降低了脈沖發生器的功耗，詳見下文描述
一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器，包括可控DC / DC和差動輸出切換電路，其中，所述差動輸出切換電路由多組半橋電路構成；
所述可控DC / DC和電源E相連，輸出的正向端通過MOS管Q12、Q22、Q32……Qn2 分別連接至輸出通道VI、V2、V3…Vn ;輸出通道VI、V2、V3…Vn同時分別經過MOS管QlI、Q2UQ31......Qnl連接至所述可控DC / DC的負向端；MOS管Qll和Q12，Q21和Q22......Qnl和Qn2構成了 η組半臂橋電路，分別控制通道V1、V2、V3…Vn的差動方向；通過控制MOS管 QlfQnl、Q12 Qn2的組合開通，實現Vf Vn任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出；通過控制 VC端，調節脈沖信號的幅值；通過控制QlfQnl、Q12 Qn2的組合開通時間，調節脈沖信號的周期、覽度。
所述通過控制QlfQnl、Q12^Qn2的組合開通時間，調節脈沖信號的周期、寬度具體為
所述可控DC / DC控制端輸入預設脈沖信號，通過控制所述預設脈沖信號的占空比，實現輸出脈沖信號的幅度調節；
通過控制MOS管Q11、Q12，將通道Vl連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當Vl連接至正向端時，通過控制Q12的開通和關斷時間，調節通道Vl脈沖信號的周期、寬度，Qll和Q12不同時開通；
通過控制MOS管Q21、Q22，將通道V2連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當V2連接至正向端時，通過控制Q22的開通和關斷時間，調節通道V2脈沖信號的周期、 寬度，Q21和Q22不同時開通；
通過控制MOS管Q31、Q32，可將通道V3連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當V3連接至正向端時，通過控制Q32的開通和關斷時間，調節通道V3脈沖信號的周期、寬度，Q31和Q32不同時開通；以此類推，
通過控制MOS管Qnl、Qn2，將通道Vn連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當Vn連接至正向端時，通過控制Qn2的開通和關斷時間，調節通道Vn脈沖信號的周期、 寬度，Qnl和Qn2不同時開通。
一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器的控制方法，所述方法包括以下步驟
選取任意兩個通道Va和Vb, a, b e [I, η],且a和b不相同，作為脈沖發生器的輸出端；
雙極性時，預設控制信號VC控制所述可控DC / DC輸出預設電壓；在Qa2、Qbl的控制端輸入第一預設脈沖信號Ml ;在Qal、Qb2的控制端輸入與第一預設脈沖信號Ml存在相位差的信號M2 ;通道Va和Vb的輸出信號為雙極性組合脈沖；
單極性時，預設控制信號VC控制所述可控DC / DC輸出預設電壓；Qa2、Qbl的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qal、Qb2，或Qal、Qb2的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa2、Qb I，通道Va和Vb輸出信號為單極性組合脈沖。
本發明提供的技術方案的有益效果是通過可控DC / DC和差動輸出切換電路來搭建多通道差動脈沖發生器；通過控制預設控制信號VC，實現輸出脈沖幅度可調；通過控制MOS管QlfQnl、Q12^Qn2的組合開通，實現通道VfVn任意兩兩組合的脈沖信號的差動輸出；通過控制MOS管QlfQnl、Q12^Qn2的組合開通時間，實現輸出脈沖周期、寬度可調； 該脈沖發生器省去了輸出通道切換裝置，不僅降低了成本和功耗，且結構簡單，容易集成。
圖I為一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器的電路示意圖2為預設脈沖信號Ml和M2以及電路輸出雙極性組合脈沖的示意圖3為預設脈沖信號M3以及電路輸出單極性脈沖的示意圖4為四通道差動脈沖發生器的電路示意圖5為四通道差動脈沖發生器的另一電路示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
為了解決輸出通道模式單一化，實現多通道輸出；降低脈沖發生器的功耗，本發明實施例提供了一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法，詳見下文描述
參見圖1，一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器，包括可控DC / DC和差動輸出切換電路，其中，差動輸出切換電路由多組半橋電路構成；
可控DC / DC和電源E相連，輸出的正向端通過MOS管Q12、Q22、Q32……Qn2分另Ij 連接至輸出通道VI、V2、V3…Vn ;輸出通道VI、V2、V3…Vn同時分別經過MOS管Qll、Q21、Q31......Qnl連接至可控DC / DC的負向端；MOS管Qll和Q12，Q21和Q22......Qnl和Qn2構成了 η組半臂橋電路，分別控制通道VI、V2、V3…Vn的差動方向；通過控制MOS管QI f Qn I、 Q12^Qn2的組合開通，實現Vf Vn任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出；通過控制VC端，調節脈沖信號的幅值；通過控制QlfQnl、Q12 Qn2的組合開通時間，調節脈沖信號的周期、寬度。
其中，通過控制QlfQnl、Q12^Qn2的組合開通時間，調節脈沖信號的周期、寬度具體為
可控DC / DC控制端輸入預設脈沖信號，通過控制預設脈沖信號的占空比，實現輸出脈沖信號的幅度調節；
通過控制MOS管Qll、Q12，將通道Vl連接至可控DC / DC輸出正向端或負向端， 當Vl連接至正向端時，通過控制Q12的開通和關斷時間，調節通道Vl脈沖信號的周期、寬度，Qll和Q12不同時開通；
通過控制MOS管Q21、Q22，將通道V2連接至可控DC / DC輸出正向端或負向端， 當V2連接至正向端時，通過控制Q22的開通和關斷時間，調節通道V2脈沖信號的周期、寬度，Q21和Q22不同時開通；
通過控制MOS管Q31、Q32，可將通道V3連接至可控DC / DC輸出正向端或負向端， 當V3連接至正向端時，通過控制Q32的開通和關斷時間，調節通道V3脈沖信號的周期、寬度，Q31和Q32不同時開通；以此類推；
通過控制MOS管Qnl、Qn2，將通道Vn連接至可控DC / DC輸出正向端或負向端， 當Vn連接至正向端時，通過控制Qn2的開通和關斷時間，調節通道Vn脈沖信號的周期、寬度，Qnl和Qn2不同時開通。
因此，通過上述的設置通道VL··· Vn的任意兩個組合均可輸出幅值、寬度、周期、極性可調的脈沖信號。
一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器的控制方法，參見圖2和圖3，包括以下步驟
101 :選取任意兩個通道Va和Vb (a, b e [I, η],且a和b不相同),作為脈沖發生器的輸出端；
102 :雙極性時，預設控制信號VC控制可控DC / DC輸出預設電壓；在Qa2、Qbl的控制端輸入第一預設脈沖信號Ml ;在Qal、Qb2的控制端輸入與第一預設脈沖信號Ml存在相位差的信號M2 ;通道Va和Vb的輸出信號為雙極性組合脈沖；
103 :單極性時，預設控制信號VC控制DC / DC輸出預設電壓；Qa2、Qbl的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qal、Qb2，或Qal、Qb2的控制端輸入第二預設脈沖信號M3 但關斷Qa2、Qb I，通道Va和Vb輸出信號為單極性組合脈沖。
參見圖2和圖3，預設控制信號VC、第一預設脈沖信號Ml和第二預設脈沖信號M3 根據實際應用中的需要選擇任意脈沖信號，具體實現時，本發明實施例對此不做限制。
下面以四通道為例詳細說明本發明實施例提供的一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法的工作方式，詳見下文描述
圖4為四通道差動脈沖發生器，該實例的T11 T41為N溝道M0SFET，型號為IRF7501 ； T12X為P溝道MOSFET，型號為IRF7504 ;Tn、T12用于選擇通道V1差動輸出的極性；Τ21和 T22用于選擇通道V2差動輸出的極性；Τ31和T32用于選擇通道V3差動輸出的極性；Τ41、Τ42用于選擇通道V4差動輸出的極性；VC采用高頻脈沖信號進行控制，控制信號的脈寬(占空比) 來調節可控DC / DC的輸出幅值；通過控制Τη Τ41、Τ12 Τ42的組合開通，實現通道(V1I4)任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出；通過控制Tn T41、T12X的組合開通時間，進行調節差動脈沖信號的周期、寬度。
選取通道V1J3組合作為差動脈沖發生器的輸出端。T11關斷、T12開通，通道V1選為脈沖發生器的正極端；τ31開通、T32關斷，通道V3選為脈沖發生器的負極端；因此，V3與V1 組成了一組差動脈沖輸出通道，輸出的脈沖信號V1和V3如圖2中的No第一個脈沖，極性為正極，脈沖寬度為Τ12、Τ31的開通時間。在第二個脈沖時，T11開通、T12關斷，通道V1選為脈沖發生器的負極端；Τ31關斷、T32開通，通道V3選為脈沖發生器的正極端；輸出的脈沖信號V1和V3如圖2中的第二個脈沖，極性為負極。
選取通道VV3組合作為單極性脈沖發生器的輸出端。T11關斷、T12開通，通道V1選為脈沖發生器的正極端；τ31開通、T32關斷，通道V3選為脈沖發生器的負極端；因此，V3與V1 組成了一組單極性脈沖輸出通道，輸出的脈沖信號V1和V3如圖3中的No第一個脈沖，極性為正極，脈沖寬度為Τ12、Τ31的開通時間。采用同樣的開通方式可以產生第二個脈沖，…… 在此不做贅述。
圖5為四通道差動脈沖發生器，該實例的Τη Τ41和T12 T42為N溝道M0SFET，型號為IRF7501 ;Tn、T12用于選擇通道V1差動輸出的極性；Τ21和T22用于選擇通道V2差動輸出的極性；Τ31和T32用于選擇通道V3差動輸出的極性；T41、T42用于選擇通道V4差動輸出的極性；VC采用高頻脈沖信號進行控制，控制信號的脈寬(占空比)來調節可控DC / DC的輸出幅值；通過控制的組合開通，實現通道(V1I4)任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出；通過控制的組合開通時間，進行調節差動脈沖信號的周期、寬度。
選取通道V1J3組合作為差動脈沖發生器的輸出端。T11關斷、T12開通，通道V1選為脈沖發生器的正極端；τ31開通、T32關斷，通道V3選為脈沖發生器的負極端；因此，V3與V1 組成了一組差動脈沖輸出通道，輸出的脈沖信號V1和V3如圖2中的No第一個脈沖，極性為正極，脈沖寬度為Τ12、Τ31的開通時間。在第二個脈沖時，T11開通、T12關斷，通道V1選為脈沖發生器的負極端；Τ31關斷、T32開通，通道V3選為脈沖發生器的正極端；輸出的脈沖信號V1和V3如圖2中的Vo第二個脈沖，極性為負極。
選取通道'、V3組合作為單極性脈沖發生器的輸出端。T11關斷、T12開通，通道V1 選為脈沖發生器的正極端；τ31開通、T32關斷，通道V3選為脈沖發生器的負極端；因此，V3與 V1組成了一組單極性脈沖輸出通道，輸出的脈沖信號V1-V3如圖3中的Vo第一個脈沖，極性為正極，脈沖寬度為Τ12、Τ31的開通時間。采用同樣的開通方式可以產生第二個脈沖，…… 在此不做贅述。
在上述兩種應用實例的基礎上，采用同樣的連接方式，增加多組半臂橋電路，便可實現多通道差動脈沖輸出；在整個控制過程中，根據應用領域，可產生固定參數的脈沖信號，也可產生組合型脈沖信號，同時對部分電路進行選擇性開啟，降低整體功耗，實現差動脈沖發生器的微功耗運轉。
本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器，其特征在于，包括可控DC / DC和差動輸出切換電路，其中，所述差動輸出切換電路由多組半橋電路構成； 所述可控DC / DC和電源E相連，輸出的正向端通過MOS管Q12、Q22、Q32……Qn2分別連接至輸出通道VI、V2、V3…Vn ;輸出通道VI、V2、V3…Vn同時分別經過MOS管Qll、Q21、Q31......Qnl連接至所述可控DC / DC的負向端；MOS管Qll和Q12，Q21和Q22......Qnl和Qn2構成了 η組半臂橋電路，分別控制通道VI、V2、V3…Vn的差動方向；通過控制MOS管QlfQnl、Q12 Qn2的組合開通，實現Vf Vn任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出；通過控制VC端，調節脈沖信號的幅值；通過控制QlfQnl、Q12 Qn2的組合開通時間，調節脈沖信號的周期、覽度。
2.根據權利要求I所述的一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器，其特征在于，所述通過控制QlfQnl、Q12 Qn2的組合開通時間，調節脈沖信號的周期、寬度具體為 所述可控DC / DC控制端輸入預設脈沖信號，通過控制所述預設脈沖信號的占空比，實現輸出脈沖信號的幅度調節； 通過控制MOS管Qll、Q12，將通道Vl連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當Vl連接至正向端時，通過控制Q12的開通和關斷時間，調節通道Vl脈沖信號的周期、寬度，Qll和Q12不同時開通； 通過控制MOS管Q21、Q22，將通道V2連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當V2連接至正向端時，通過控制Q22的開通和關斷時間，調節通道V2脈沖信號的周期、寬度，Q21和Q22不同時開通； 通過控制MOS管Q31、Q32，可將通道V3連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當V3連接至正向端時，通過控制Q32的開通和關斷時間，調節通道V3脈沖信號的周期、寬度，Q31和Q32不同時開通；以此類推， 通過控制MOS管Qnl、Qn2，將通道Vn連接至所述可控DC / DC輸出正向端或負向端，當Vn連接至正向端時，通過控制Qn2的開通和關斷時間，調節通道Vn脈沖信號的周期、寬度，Qnl和Qn2不同時開通。
3.一種用于權利要求I或2所述的采用MOS管的多通道差動脈沖發生器的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 選取任意兩個通道Va和Vb，a，b e [l，n]，且a和b不相同，作為脈沖發生器的輸出端；雙極性時，預設控制信號VC控制所述可控DC / DC輸出預設電壓；在Qa2、Qbl的控制端輸入第一預設脈沖信號Ml ;在Qal、Qb2的控制端輸入與第一預設脈沖信號Ml存在相位差的信號M2 ;通道Va和Vb的輸出信號為雙極性組合脈沖； 單極性時，預設控制信號VC控制所述可控DC / DC輸出預設電壓；Qa2、Qbl的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qal、Qb2，或Qal、Qb2的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa2、Qb I，通道Va和Vb輸出信號為單極性組合脈沖。
全文摘要
一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法，可控DC／DC輸出的正向端通過MOS管Q12、Q22、Q32……Qn2分別連接至輸出通道V1、V2、V3……Vn；同時分別經過MOS管Q11、Q21、Q31……Qn1連接至可控DC／DC的負向端；MOS管Q11和Q12，Q21和Q22……Qn1和Qn2構成了n組半臂橋電路；通過控制MOS管Q11~Qn1、Q12~Qn2的組合開通，實現V1~Vn任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出，通過控制VC端，調節脈沖信號的幅值。通過控制MOS管Q11~Qn1、Q12~Qn2的組合開通時間，實現輸出脈沖周期、寬度可調；該脈沖發生器省去了輸出通道切換裝置，降低了成本和功耗，且結構簡單，容易集成。
文檔編號H03K7/10GK102931951SQ201210447119
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者李剛, 熊慧, 陳東旭, 林凌 申請人:天津大學