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一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器及其控制方法.pdf

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一種 采用 MOS 通道 差動 脈沖 發生器 及其 控制 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210447119.4

申請日:

2012.11.09

公開號:

CN102931951B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H03K 3/0234申請日:20121109|||公開
IPC分類號: H03K3/0234; H03K7/10 主分類號: H03K3/0234
申請人: 天津大學
發明人: 李剛; 熊慧; 陳東旭; 林凌
地址: 300072 天津市南開區衛津路92號
優先權:
專利代理機構: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201 代理人: 溫國林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210447119.4

授權公告號:

102931951B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.03.20|||2013.02.13

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

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。

權利要求書

權利要求書一種采用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V1、V2、V3…Vn;輸出通道V1、V2、V3…Vn同時分別經過MOS管Q11、Q21、Q31……Qn1連接至所述可控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,分別控制通道V1、V2、V3…Vn的差動方向;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Q11~Qn1、Q12~Qn2的組合開通時間,調節脈沖信號的周期、寬度。
根據權利要求1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Q11~Qn1、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V1連接至所述可控DC/DC輸出正向端或負向端,當V1連接至正向端時,通過控制Q12的開通和關斷時間,調節通道V1脈沖信號的周期、寬度,Q11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Qn1、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,Qn1和Qn2不同時開通。
一種用于權利要求1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∈[1,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、Qb1的控制端輸入第一預設脈沖信號M1;在Qa1、Qb2的控制端輸入與第一預設脈沖信號M1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、Qb1的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa1、Qb2,或Qa1、Qb2的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa2、Qb1,通道Va和Vb輸出信號為單極性組合脈沖。

說明書

說明書一種采用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V1、V2、V3…Vn;輸出通道V1、V2、V3…Vn同時分別經過MOS管Q11、Q21、Q31……Qn1連接至所述可控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,分別控制通道V1、V2、V3…Vn的差動方向;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Q11~Qn1、Q12~Qn2的組合開通時間,調節脈沖信號的周期、寬度。
所述通過控制Q11~Qn1、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V1連接至所述可控DC/DC輸出正向端或負向端,當V1連接至正向端時,通過控制Q12的開通和關斷時間,調節通道V1脈沖信號的周期、寬度,Q11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Qn1、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,Qn1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∈[1,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、Qb1的控制端輸入第一預設脈沖信號M1;在Qa1、Qb2的控制端輸入與第一預設脈沖信號M1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、Qb1的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa1、Qb2,或Qa1、Qb2的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa2、Qb1,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Q11~Qn1、Q12~Qn2的組合開通,實現通道V1~Vn任意兩兩組合的脈沖信號的差動輸出;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,不僅降低了成本和功耗,且結構簡單,容易集成。
附圖說明
圖1為一種采用MOS管的多通道差動脈沖發生器的電路示意圖;
圖2為預設脈沖信號M1和M2以及電路輸出雙極性組合脈沖的示意圖;
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;
圖4為四通道差動脈沖發生器的電路示意圖;
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分別連接至輸出通道V1、V2、V3…Vn;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,分別控制通道V1、V2、V3…Vn的差動方向;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Q11~Qn1、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Q11~Qn1、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Q11、Q12,將通道V1連接至可控DC/DC輸出正向端或負向端,當V1連接至正向端時,通過控制Q12的開通和關斷時間,調節通道V1脈沖信號的周期、寬度,Q11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Qn1、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,Qn1和Qn2不同時開通。
因此,通過上述的設置通道V1…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∈[1,n],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、Qb1的控制端輸入第一預設脈沖信號M1;在Qa1、Qb2的控制端輸入與第一預設脈沖信號M1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、Qb1的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa1、Qb2,或Qa1、Qb2的控制端輸入第二預設脈沖信號M3但關斷Qa2、Qb1,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M1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MOSFET,型號為IRF7501;T12~T42為P溝道MOSFET,型號為IRF7504;T11、T12用于選擇通道V1差動輸出的極性;T21和T22用于選擇通道V2差動輸出的極性;T31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T11~T41、T12~T42的組合開通,實現通道(V1~V4)任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出;通過控制T11~T41、T12~T42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V1、V3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;T31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Vo第一個脈沖,極性為正極,脈沖寬度為T12、T31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;T31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V1、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;T31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Vo第一個脈沖,極性為正極,脈沖寬度為T12、T31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T11~T41和T12~T42為N溝道MOSFET,型號為IRF7501;T11、T12用于選擇通道V1差動輸出的極性;T21和T22用于選擇通道V2差動輸出的極性;T31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T11~T41、T12~T42的組合開通,實現通道(V1~V4)任意兩組通道的脈沖信號的差動輸出;通過控制T11~T41、T12~T42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V1、V3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;T31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Vo第一個脈沖,極性為正極,脈沖寬度為T12、T31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;T31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V1、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;T31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T12、T31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。

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