图 2-1 迷走神经刺激器总体框架

本课题所研究的迷走神经刺激器电路，其主要任务是设计一个刺激脉冲发生器。 该脉冲发生器由信号控制模块、刺激信号发生模块等部分来组成。基本工作是：以无线通信模块作为感应器，从而感应到体外控制信号发生怎样的变化，然后将它感应到 的变化反应给信号控制模块，使其根据接受的命令 MCU 做出刺激脉冲控制信号，最后 通过刺激脉冲发生模块所产生的刺激脉冲刺激电极完成治疗目的。本设计重点在于研 究迷走神经刺激器电路，附带配合刺激生理电极即刺激的电触及点。最终设计的结果 就是制成一个刺激器的软硬件平台，将软件固化在单片机内，实现神经刺激器的各功 能。

基本思路是：主要利用 MSP430G2553 芯片通过 C 语言程序设计产生两路频率、占 空比可调的 PWM 波形[13]。再设计一个电流值可以调节的电流源，把产生的两路 PWM 波加在设计的脉冲发生器电路[14]。最后通过这个脉冲发生器进行 PWM 波的合成，将两 路 PWM 波合成正负脉冲[15]。为了适应每一个病人，神经刺激器的幅度值也要能可调， 我们可以通过设计的电流源的电流值调节来实现对 PWM 波幅值的调节。为降低功耗， 选择超低功耗处理器(MCU)，采用 MSP430G2553 芯片,刺激脉冲发生器的有源器件采用 折叠式偏置、亚阈值偏置、衬底正向偏置以及电流复用等低功耗设计方法。为减小体 积，特征功能模块中的大电阻、电容或电感采用有源器件来等效，并利用寄生电容或 电感来构建匹配网络、耦合通路或滤波器等。

图 2-2 迷走神经刺激器电路系统框架图

迷走神经刺激器电路系统图如图 2-2 所示，主要由处理器（MCU）、温度传感器、 刺激脉冲发生器及蓝牙模块等构成。为了降低功耗，我们采用超低功耗的 MCU（MSP430G2553 芯片），温度传感选用 TI 的单精度可编程温度传感器 DS18B20，刺激 脉冲发生器主要包括开关电阻陈列式组合电流源、镜像电流源和 H-桥等，其开关管 选用 TOREX 的 XP151/152 系列功率的 MOSFET。因为所设计的神经刺激器的刺激脉冲 宽度、幅度和频率在一定范围内可调，为了方便控制，所以用蓝牙模块进行调制。通过在 PSPICE 软件里绘制原理图及仿真，验证设计的预期想法。若设计在原理上可行， 再进行 PCB 的绘制，然后对迷走神经刺激器电路的主要技术指标：刺激电流脉冲的幅 度、频率、宽度等在 PCB 电路板上进行测试。

2。2 技术指标来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-

2。2。1 刺激电流脉冲的幅度

任何一个刺激脉冲波形的产生，都必须要有适当大小的电流刺激强度来实时的、 间断的刺激才能产生，这个强度我们将其称作阈值强度[16]。本项目研究时中所要求的 刺激电流都必须是在一定范围内要求可调的。而且电流强度不能过大，若是强度太强， 在进行人体刺激时不仅会很痛，而且有时在刺激电流过大时会刺激过度，引起手术意 外，所以刺激电流强度不能超过阈值强度。一般在临床上，使用电流强度不超过 50mA， 而在本项目迷走神经刺激器的研究中，我们将电流脉冲幅度设置在 0mA-4mA 的可调范 围内，这也正好在一般临床研究的正常范围内。