用于植入式醫(yī)療裝置的溫度感測電路的制作方法
【專利摘要】公開了用于植入式醫(yī)療裝置(IMD)的溫度感測電路，其可以被集成到IMD中的集成電路中且吸取非常少的功率，因此使得能夠在沒有過度的電池消耗的情況下實現(xiàn)連續(xù)的溫度監(jiān)視。溫度傳感器和閾值設置電路產生指示感測到的溫度和至少一個溫度閾值的模擬電壓信號。此類電路采用Ptat電流參考級和附加級，該級包括基于期望溫度閾值而設置的且將設置感測到的溫度的電壓范圍的電阻。這些模擬電壓在溫度閾值檢測電路處被接收到，其產生指示感測到的溫度是否已超過溫度閾值的數(shù)字信號。該數(shù)字信號然后被提供給IMD中的數(shù)字電路，在那里，其可以被作為時間的函數(shù)而存儲以供稍后檢查，或者立即用來控制IMD操作。
【專利說明】
用于植入式醫(yī)療裝置的溫度感測電路
技術領域
[0001]本申請涉及植入式醫(yī)療裝置領域，并且特別地涉及用于植入式醫(yī)療裝置或用于其它裝置和集成電路的溫度傳感器電路。
【背景技術】
[0002]植入式刺激裝置向神經和組織輸送電刺激以實現(xiàn)各種生物紊亂的治療，諸如用以治療心臟心律不齊的起搏器、用以治療心臟纖維性顫動的除顫器、用以治療耳聾的蝸形的刺激器、用以治療眼盲的視網膜刺激器、用以產生協(xié)調肢體運動的肌肉刺激器、用以治療慢性疼痛的脊髓刺激器、用以治療運動神經和精神紊亂的腦皮層和深部腦刺激器以及用以治療尿失禁、睡眠呼吸暫停、肩膀半脫位等的其它神經刺激器。隨后的描述一般地將集中于本發(fā)明在諸如在美國專利6，516，227中公開的脊髓刺激(SCS)系統(tǒng)內的使用。然而，本發(fā)明也可適用于任何植入式治療裝置或其它非植入式醫(yī)療裝置。
[0003]SCS系統(tǒng)通常包括在圖1A和IB中的平面圖和橫截面圖中所示的植入式脈沖發(fā)生器(IPG) 10IPG 10包括生物相容裝置外殼30，其保持要使IPG運行所需的電路和電池36。IPG10經由形成電極陣列12的一個或多個電極引線14耦合到電極16。電極16被配置成接觸患者的組織并被承載在柔性主體18上，柔性主體18還容納耦合到每個電極16的單獨導線20。導線20還耦合到鄰近接點22，其可插入到固定于IPG 10上的頭端28中的引線連接器24中，該頭端可以包括例如環(huán)氧樹脂。一旦被插入，鄰近接點22連接到頭端接點26，其進而被饋通引腳34通過外殼饋通32耦合到外殼30內的電路。
[0004]在所示的IPG10中，三十二個引線電極(E1-E32)被分離在四個引線14之間，頭端28包含引線連接器24的2 X 2陣列。然而，IPG中的引線和電極的數(shù)目是應用所特定的，并且因此可以改變。在SCS應用中，通常將電極引線14靠近硬膜植入到患者脊髓中，并且當使用四引線IPG 10時，這些引線通常以在硬膜的右側和左側中的每一個有兩個的方式分離。鄰近電極22通過患者的組織隧穿至遠處的位置，諸如在該處植入IPG外殼30的臀部，在那里其被耦合到引線連接器24。在另一示例中，還可以將四引線IPG 10用于深部腦刺激(DBS)。在針對直接地在要求刺激的部位處植入而設計的其它IPG示例中，IPG可以是無引線的，具有替代地出現(xiàn)在IPG的主體上以便接觸患者的組織的電極16。
[0005]如圖1B的橫截面圖中所示，IPG10包括印刷電路板(PCB)40。被電耦合到PCB 40的是電池36(其可以是可再充電的或持久性的)；被耦合到PCB的頂面和底面的其它電路50a和50b(下面相對于圖2來進一步討論)；用于與外部控制器(未示出)無線通信的遙測線圈42;用于從外部充電器(未示出)無線地接收磁性充電場以便對電池36(如果其是可再充電的)再充電或用于接收連續(xù)外部功率的充電線圈44;以及饋通引腳34(連接未示出)。(在2013年9月13日提交的美國專利申請序號61/877,871中可以找到關于線圈42和44及其與之通信的外部裝置的操作的更多細節(jié))。
[0006]圖2示出了IPG10內的電路的基本架構，并且在美國專利申請2012/0095529中可以發(fā)現(xiàn)更多細節(jié)。如所示，IPG 10包括微控制器60和經由與數(shù)字總線75且用總線外信號進行通信的一個或多個專用集成電路(ASIC)。一個或多個ASIC 65可以包括IPG 10操作所需的電路，包括電流生成電路(用來向電極16中的所選的一些提供指定電流脈沖)；遙測電路(用于對與遙測線圈42相關聯(lián)的數(shù)據(jù)進行調制和解調)；電池管理電路(用于控制電池36到其余電路的連接和/或用以經由充電線圈44來控制其充電)；各種測量和發(fā)生器電路;系統(tǒng)存儲器;等。通常將耦合到ASIC 65或微控制器60但為了方便起見在圖2中未示出的PCB 40上的片外部件包括電池36;充電線圈44;遙測線圈42;耦合到電極16的各種隔直流電容器；以及在這里相關性較低的其它部件。微控制器60在一個示例中可包括由德克薩斯儀器公司制造的零件號MSP430，其在http: //www.t1.com/lsds/ti/microcontroller/16-bit_1118卩430/0￥61^丨6￥4&86?00\0:)=]\0]_01:1161'&11(>)3=1118。430處的數(shù)據(jù)記錄表中有所描述。六31065可如在上文參考的’529公開中所述。
[0007]片外還包括熱敏電阻器80，其可以用來檢測IPG10的溫度。熱敏電阻器80通常被包括在電阻網絡中，并且在所示的簡單示例中串聯(lián)連接到電阻器R0，但可以將其它網絡與熱敏電阻器一起使用。此串聯(lián)連接接收Va，其是從由電池36提供的電壓生成并調節(jié)(此類調節(jié)未示出)的電源電壓，并且一般地用來對IPG 10中的模擬電路供電，該電源Va可以是大約幾伏。隨著熱敏電阻器80的電阻改變(例如，隨著增加的溫度而減小)，跨RO的電壓降VO改變(例如，隨著增加的溫度增加)，該電壓降在其模數(shù)轉換器(A/D)輸入端61中的一個處被報告給微控制器60以將IPG的溫度告知微控制器60。電阻網絡中的電阻器RO也可以是可調整或可編程的，如下面進一步討論的。替換地，可將如從熱敏電阻器80的電阻網絡辨別的溫度提供給ASCI 65，其可對模擬信號進行濾波和緩存，并且經由總線外模擬信號跡線(未示出)將其提供給微控制器60以實現(xiàn)數(shù)字化。
[0008]由于許多原因，檢測IPG10的溫度是有用的。例如，一旦IPG的制造完成但在其被植入患者體內之前，可能必須驗證IPG尚未經受過熱或過冷的溫度。對極端溫度的暴露可能例如在正在將IPG分發(fā)給植入臨床醫(yī)生時發(fā)生。例如，如果經由飛機在并未受到很好的溫度控制的貨艙中運送IPG，則其可能被暴露于過冷的溫度(例如，<0C)?；蛘?，如果例如用卡車來運送，則其可能被暴露于過熱的溫度(例如，>60C)。針對對此類極端溫度的暴露的監(jiān)視是重要的，因為此類暴露可能影響IPG質量和可靠性。例如，包括在IPG 10中的電池36 (無論是否是可再充電的)在此類極端溫度下可能被損壞，即使此類暴露僅僅是暫時的。事實上，在IPG分發(fā)期間檢測環(huán)境溫度是明顯足夠問題:可以在其裝運中包括IPG之外的溫度傳感器，諸如放置在正在裝運的、包含許多IPG的箱子上或其中的傳感器。如果IPG被暴露于極端溫度，則其可能需要返回給制造商因為不適合于植入患者內。
[0009]其中檢測IPG10溫度有用的另一示例是在電池36的充電期間(假設其是可再充電的)或者另外當IPG正在從外部充電器接收外部電力時。如已知的，從外部充電器接收到磁性充電場可以促使IPG的溫度借助于被耦合到接收并處理接收功率的充電線圈44的電路的加熱且通過IPG 10中的導電結構(諸如外殼30)中的渦流的感生兩者而增加。如在美國專利申請公開2011/0087307中所解釋的，如果超過安全溫度(例如，>41C)，則充電期間的IPG10的加熱可以使患者的組織惡化或損傷。因此，微控制器60可以監(jiān)視熱敏電阻器80是否正在報告超過安全閾值溫度的溫度，并且可以采取適當動作，諸如通過禁用充電線圈44;禁用治療刺激脈沖的發(fā)生;將電池36從IPG的電路的其余部分斷開連接等。
[0010]本發(fā)明人認為經由熱敏電阻器80的溫度感測具有某些缺點。IPG 10可能需要理解其溫度至+/-1C的準確度且在相對大的溫度范圍內，如上文所討論的。然而，成品分立熱敏電阻器80可能不能滿足此期望準確度水平。同樣地，通常必須對由熱敏電阻器80報告的溫度進行校準。這增加制造過程的復雜性和時間，并且要求附加設備。例如，IPG(優(yōu)選地在其中其電路完成但其電池尚未被附接的中間階段處)必須在已知溫度下“浸透”(例如在烘箱中)；熱敏電阻器80的溫度然后由微控制器60讀取；用微控制器60，然后進行調整以使來自熱敏電阻器80的報告溫度與已知溫度對準。用以補償熱敏電阻器80的準確度缺乏的此調整可以在微控制器60內部(例如，通過將其編程改變成將報告溫度轉換成準確溫度)或者通過修整電阻器RO的值。此校準程序優(yōu)選地在超過一個溫度下(例如，在OC和60C下或附近，并且可能也在中間溫度下)發(fā)生以確保熱敏電阻器80的在其預定工作范圍內的適當校準。對此程序增加進一步困難的是與讀取熱敏電阻器的溫度相結合地使用的某個電路(諸如模數(shù)轉換器61)在極端溫度下可能并未很好地運行，并且可能產生誤差或者增加溫度測量結果的不準確性。
[0011]另外，熱敏電阻器80—般地被安裝到IPG的PCB40，這并不是本發(fā)明人優(yōu)選的。雖然小，但熱敏電阻器80需要被PCB 40容納，為其它部件留下較少空間，并且抑制了PCB和IPG尺寸的減小。表面安裝熱敏電阻器80也易受到機械損傷。
[0012]最后，典型的表面安裝熱敏電阻器80—般地具有1k歐姆或更低的電阻。其中包括熱敏電阻器80的電阻網絡(其可包括相當電阻的電阻器(例如，RO))因此可在用于模擬電路電源電壓Va的典型水平下吸取至少數(shù)十微安的電流。這是從電源Va且因此最終從電池36吸取的相對顯著的電流。這使得連續(xù)溫度監(jiān)視困難，因為溫度感測將更快速地耗盡持久性電池36，或者要求可再充電電池36的更頻繁充電。

【發(fā)明內容】

[0013]公開了溫度感測電路，包括:溫度傳感器的閾值設置電路，其包括第一級，其被配置成產生取決于感測到的溫度的參考電流;第二級，其被配置成接收參考電流的表示，該第二級被配置成產生根據(jù)溫度閾值設置的至少一個閾值電壓，其中，所述至少一個閾值電壓由接收到參考電流的表示的第二級中的至少一個閾值電阻設置；以及第三級，其被配置成接收參考電流的表示，該第三級被配置成產生指示感測到的溫度的溫度電壓。
[0014]溫度傳感器和閾值設置電路可以在沒有接收到控制信號的情況下被動地產生溫度電壓和至少一個閾值電壓，并且由第一級產生的參考電流可以隨著溫度而正變化。
[0015]第一級可以包括包含兩個二極管裝置的Ptat電流參考，其中，該參考電流由第一級中的第一電阻和兩個二極管裝置的面積的比設置。
[0016]第一級、第二級以及第三級可以包括電流鏡像晶體管，其被配置成將第一級中的參考電流鏡像到第二級和第三級以產生由第二級和第三級接收到的參考電流的表示。可以將第一級、第二級以及第三級并聯(lián)地有線連接在電源電壓與參考電壓之間。
[0017]第二級可以包括與所述至少一個閾值電阻串聯(lián)的二極管裝置，其中，所述二極管裝置在第二級中產生溫度敏感電壓降。所述至少一個閾值電壓可以包括跨所述至少一個閾值電阻和所述二極管裝置的電壓。該第二級可以被配置成產生分別根據(jù)第一溫度閾值和第二溫度閾值設置的第一閾值電壓和第二閾值電壓，其中，該第一閾值電壓和該第二閾值電壓由接收到的參考電流的表示的第二級中的第一閾值電阻和第二閾值電阻設置。第一閾值電阻和第二閾值電阻可以串聯(lián)地耦合。第一閾值電壓可以包括跨第一閾值電阻和二極管裝置的電壓，其中，所述第二閾值電壓包括跨第一閾值電阻、第二閾值電阻以及二極管裝置的電壓。
[0018]第二級可以被配置成產生第一閾值電壓和第二閾值電壓，其中，第一閾值電壓根據(jù)第一溫度閾值來設置，并且其中，第二閾值電壓根據(jù)第二溫度閾值來設置?？梢詫⑺鲋辽僖粋€閾值電壓另外設置成不隨溫度而變化。
[0019]第三級可以包括接收參考電流的表示的第三電阻，其中，所述溫度電壓包括跨第三電阻的電壓降。該第三級可以被配置成接收參考電流的整數(shù)標量。該第三級可不包括與第三電阻串聯(lián)的溫度敏感二極管裝置?？梢愿鶕?jù)跨第三電阻的電壓降來另外設置所述至少一個閾值電壓。
[0020]所公開的電路還可以包括溫度閾值檢測器電路，其被配置成接收溫度電壓和所述至少一個閾值電壓，其中，所述溫度閾值檢測器電路被配置成產生用于每個閾值電壓的數(shù)字信號，其中，每個數(shù)字信號指示溫度電壓是否已超過由閾值電壓中的一個設置的溫度閾值。該溫度閾值檢測器電路可以包括至少一個比較器，每個比較器被配置成將溫度電壓與閾值電壓中的一個相比較而產生數(shù)字信號中的一個。該電路還可以包括被配置成接收所述至少一個數(shù)字信號的數(shù)字電路，并且該溫度閾值檢測器電路還可以包括被配置成根據(jù)使能信號產生所述至少一個數(shù)字信號的使能電路。
[0021]還公開了替換溫度敏感電路，包括:溫度傳感器和閾值設置電路，其被配置成產生指示感測溫度的溫度電壓以及指示溫度閾值的至少一個閾值電壓，其中，所述至少一個閾值電壓由至少一個閾值電阻設置；以及溫度閾值檢測器電路，其被配置成接收溫度電壓和所述至少一個閾值電壓，其中，所述溫度閾值檢測器電路被配置成產生用于每個閾值電壓的數(shù)字信號，其中，每個數(shù)字信號指示溫度電壓是否已超過由閾值電壓中的一個設置的溫度閾值。
[0022]該溫度傳感器和閾值設置電路可以在沒有接收到控制信號的情況下被動地產生溫度電壓和所述至少一個閾值電壓。該溫度傳感器和閾值設置電路可以包括并聯(lián)地有線連接在電源電壓與參考電壓之間的多個級。所述多個級中的第一個可以被配置成產生取決于感測溫度的參考電流。第一級可以包括Ptat電流參考，其包括兩個二極管裝置，其中，該參考電流由第一級中的第一電阻和兩個二極管裝置的面積的比確定。
[0023]所述多個級中的第二個可以產生所述至少一個閾值電壓，并且所述多個級中的第三個可以產生溫度電壓。第二級和第三級可以被配置成經由電流鏡像電路來接收參考電流的表示。
[0024]第二級包括與所述至少一個閾值電阻串聯(lián)的二極管裝置，其中，所述二極管裝置在第二級中產生溫度敏感電壓降。所述至少一個閾值電壓可以包括跨所述至少一個閾值電阻和所述二極管裝置的電壓。
[0025]第三級可以包括接收參考電流的表示的第三電阻，其中，所述溫度電壓包括跨第三電阻的電壓降。
[0026]該溫度閾值檢測器電路可以包括至少一個比較器，每個比較器被配置成將溫度電壓與閾值電壓中的一個相比較而產生數(shù)字信號中的一個。該電路還可以包括被配置成接收所述至少一個數(shù)字信號的數(shù)字電路。
[0027]還公開了一種植入式醫(yī)療裝置，包括:溫度傳感器和閾值設置電路，其被配置成產生指示感測溫度的溫度電壓以及指示溫度閾值的至少一個閾值電壓，其中，所述至少一個閾值電壓由至少一個閾值電阻設置；以及溫度閾值檢測器電路，其被配置成接收溫度電壓和所述至少一個閾值電壓，其中，所述溫度閾值檢測器電路被配置成產生用于每個閾值電壓的數(shù)字信號，其中，每個數(shù)字信號指示溫度電壓是否已超過由閾值電壓中的一個設置的溫度閾值;以及數(shù)字電路，其被配置成接收所述至少一個數(shù)字信號。
[0028]該溫度傳感器和閾值設置電路可以包括并聯(lián)地有線連接在電源電壓與參考電壓之間的多個級。所述多個級中的第一個可以被配置成產生取決于感測溫度的參考電流。所述多個級中的第二個可以產生指示溫度閾值的所述至少一個閾值電壓，并且所述多個級中的第三個可以產生指示感測溫度的溫度電壓。第二和第三級被配置成經由電流鏡像電路來接收參考電流的表示，并且所述至少一個電阻可以在第二級中。
[0029]該溫度閾值檢測器電路可以包括至少一個比較器，每個比較器被配置成將溫度電壓與閾值電壓中的一個相比較而產生數(shù)字信號中的一個。溫度閾值檢測器電路還可以包括被配置成根據(jù)使能信號來產生所述至少一個數(shù)字信號的使能電路?？梢灾芷谛缘匕l(fā)出該使能信號，并且數(shù)字電路可以包括用于保持所述至少一個數(shù)字信號的最新值的鎖存器或寄存器。
[0030]該數(shù)字電路可以包括被配置成檢查所述至少一個數(shù)字信號的溫度控制電路，并且如果所述至少一個數(shù)字信號指示已超過至少一個溫度閾值，則采取動作。
[0031]所述植入式醫(yī)療裝置還可以包括用于從外部裝置接收磁性充電場的充電線圈，其中，所述動作包括充電線圈的禁用或啟用，或者其中，所述動作包括向外部裝置遙測已超過至少一個溫度閾值的指示。該裝置可以包括電源電壓或時鐘，并且其中，所述動作包括調整電源電壓或時鐘的速度。該動作可以包括禁用或啟用從植入式醫(yī)療裝置到患者的治療的提供。
[0032]數(shù)字電路可以包括用于存儲在不同時間產生的所述至少一個數(shù)字信號的值的存儲器?？梢杂帽慌渲贸蓹z查存儲器中的所述至少一個數(shù)字信號的值的溫度算法對數(shù)字電路進行編程，并且可以將溫度算法配置成根據(jù)命令運行。所述裝置可以包括被配置成從外部裝置無線地接收命令的遙測電路。
[0033]可以將該算法配置成檢查所述至少一個數(shù)字信號的值以確定該植入式醫(yī)療裝置是否適合于植入患者體內，所述遙測電路被配置成將該擬合確定無線地發(fā)送到外部裝置。所述數(shù)字電路可以還被配置成向其體內植入了植入式醫(yī)療裝置的患者施加治療。
【附圖說明】
[0034]圖1A和IB示出根據(jù)現(xiàn)有技術的平面圖和橫截面圖中的植入式脈沖發(fā)生器(IPG)。
[0035]圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術的IPG中的電路的架構，包括使用片外熱敏電阻器來感測IPG溫度。
[0036]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于包括溫度傳感器和閾值設置電路及溫度閾值檢測電路的IPG的改進溫度感測電路的框圖。
[0037]圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的溫度傳感器和閾值設置電路的示例，包括用來感測IPG溫度并確定何時已超過溫度閾值的模擬信號Vptat、Vhi以及Vlo的生成。
[0038]圖4B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于解釋模擬信號且用于生成指示超過溫度閾值的數(shù)字信號D+和D-的溫度閾值檢測電路的示例。
[0039]圖4C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的由圖4A和圖4B的電路根據(jù)溫度產生的信號。
[0040]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的其中可以在集成電路上布置溫度傳感器和閾值設置電路中的電阻器以產生其方差的方式。
[0041]圖6A和圖6B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的從改進溫度感測電路接收數(shù)字信號的數(shù)字電路的不同示例。
[0042]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用以控制IPG的磁性感應充電的圖6A的數(shù)字電路的使用。
[0043]圖8A-圖8C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的對其中相對于僅單個溫度閾值來評定IPG溫度的改進溫度感測電路的修改。
[0044]圖9A-圖9C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的對其中相對于超過兩個溫度閾值來評定IPG溫度的改進溫度感測電路的修改。
[0045]圖1OA和圖1OB示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的對其中通過向溫度傳感器和閾值設置電路添加級而相對于超過兩個溫度閾值來評定IPG溫度的改進溫度感測電路的修改。
[0046]圖1lA-圖1lC示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的對其中所產生的Vhi和Vlo信號兩者不隨溫度而改變的改進溫度感測電路的修改。
[0047]圖12示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用來相對于兩個溫度窗口評定IPG溫度的改進溫度感測電路的復制。
【具體實施方式】
[0048]包括用于植入式醫(yī)療裝置(IMD)的改進溫度感測電路，諸如植入式脈沖發(fā)生器(IPG )，但是也可以在其它裝置和集成電路中使用該電路?？梢詫⒃撾娐钒ㄔ陧擠中的其它集成電路中，諸如在頂D中產生治療刺激脈沖的專用集成電路(ASIC)。溫度傳感器和閾值設置電路產生指示感測溫度和至少一個溫度閾值(并且優(yōu)選地上和下溫度閾值兩者)的模擬電壓信號。此類電路采用Ptat電流參考級和附加級，該級包含基于期望溫度閾值設置的電阻。這些模擬電壓在溫度閾值檢測電路處被接收到，該溫度閾值檢測電路產生數(shù)字信號，其指示感測溫度是否已超過溫度閾值，并且優(yōu)選地感測溫度是已超過上溫度閾值還是已下降至下溫度閾值以下。該數(shù)字信號然后被提供給MD中的數(shù)字電路，在那里，其可以被作為時間的函數(shù)而存儲以供稍后檢查，或者立即用來控制MD操作。該改進溫度感測電路與在現(xiàn)有技術中使用的基于熱敏電阻器的方法相比吸取非常少的功率(例如，500nA)，因此使得能夠實現(xiàn)IPG的連續(xù)溫度監(jiān)視而沒有IPG的電池的過度消耗。
[0049]在圖3中首先示出了改進溫度感測電路100，并且其包括溫度傳感器和閾值設置電路110及溫度閾值檢測器電路150。電路110產生包括Vptat(其指示IPG的感測溫度)和Vhi和Vlo中的一者或兩者(其是根據(jù)期望上和下溫度閾值(Thi和Tlo)而設置的，如下面進一步討論的)的模擬信號。Vptat及Vhi和Vlo中的一個或多個被提供給電路150，該電路150產生一個或兩個數(shù)字信號D+和D-，其分別地向數(shù)字電路200指示溫度是否已超過Thi(當D+=‘I’時)和/或溫度是否已下降至Tlo以下(當D-=‘I’時)。數(shù)字電路200然后可對數(shù)字信號D+和/或D-采取動作，如稍后所解釋的。
[0050]在圖4A-圖4C中，假設電路110和150參與相對于定義適合于IPG的溫度窗口的上溫度閾值Thi和下溫度閾值和Tlo來評定IPG溫度。然而，這并不是嚴格地必需的，因為可以修改兩個電路以相對于單個溫度閾值評定溫度(如稍后相對于圖8A-圖SC所討論的)，或者相對于超過兩個溫度閾值評定溫度(如稍后相對于圖9A-圖1OB所討論的)。在后續(xù)討論中將Tlo和Thi假設為OC和60C，但這并不是嚴格地必需的，并且在電路110中可以設置其它溫度閾值，如本領域的技術人員在仔細閱讀本公開時將認識到的。
[0051]圖4A示出了溫度傳感器和閾值設置電路110，其包括并聯(lián)地有線連接在模擬電路電源電壓Va與諸如地線之類的參考電壓之間的許多級112-120。
[°°52] 級112包括生成參考電流Iptat的眾所周知的Ptat電流參考。如所示，Ptat電流參考112包括級聯(lián)電流源，其包括由晶體管122和123以及132和133形成的兩個電流鏡。在Ptat電流參考112的兩個支腿中形成匹配電流Iptat。如已知且因此不解釋的，Iptat隨著由電阻Rl設置的溫度(T)和兩個PNP晶體管134和136的基極-發(fā)射極面積的比A(例如，25)根據(jù)以下公式而正變化:
[0053](I) Iptat = (Vbe2-Vbel )/Rl = Δ Vbe/Rl =kT*ln(A)/(q*Rl)
[0054]其中，k =玻耳茲曼常數(shù)(1.38 X 10—23J/K)，并且q=電子電荷(1.60 X 10—19庫倫)。請注意，晶體管134和136被有線連接為二極管，其集電極和基極被短路?？梢宰鳛槠涮娲褂脤嶋H二極管，并且“二極管裝置”在本文中用來描述實際二極管、二極管接線晶體管以及類似電路裝置兩者。
[0055]Rl—般地被選擇成限制溫度傳感器和閾值設置電路110的Iptatto極限功率消耗，并且可設置在IPG 10預期的標稱溫度，優(yōu)選地在感興趣溫度范圍內。例如，可以假設30C下的IPG的操作而設置Rl，該30C大體上接近于室溫(23C)和一旦IPG 10被植入患者體內時的體溫(37C)兩者。30C還碰巧是所選溫度閾值O和60C的中點，但將Rl設置在此中點處并不是嚴格地必需的。在30C下假設Iptat對于低功率吸取而言理想地是50nA。如果是這樣的話，可以通過重新排列等式(I)并通過將T = 30C調整成開氏溫標來設置Rl:
[0056](2)Rl=k*(30+273.15)*ln(25)/(q*50n) = 1.7M-ohms
[0057]Iptat被從晶體管123鏡像到晶體管126以在溫度電壓級116中產生Iptat的表示。級116包括電阻器R3，并且跨此電阻器的電壓降Vptat隨溫度而正變化，并且在電路110中用來指示IPG的感測溫度。
[0058](3)Vptat = 2IPtat*R3
[0059]因為Vptat用來指示感測溫度，所以可將其稱為溫度電壓。
[0060]由于提供了兩個電流鏡像晶體管126，所以注意到2Iptat通過級116。(還可以使用為晶體管123的寬度的兩倍的單個晶體管126)。優(yōu)選在此級中使用較高電流以增加不同溫度下的Vptat的變化范圍。然而，這并不是嚴格地必需的，而是還可以使用Iptat的其它標量，諸如Iptat(如由單個晶體管126提供的)或3Iptat(如由三個晶體管126提供的)等，以在必要時使Vptat在更寬范圍內改變。
[0061 ] Iptat還被從晶體管123鏡像到晶體管124以創(chuàng)建hi/lo閾值電壓級114中的Iptat的表示，其形成根據(jù)上溫度閾值和下溫度閾值Thi和Tlo設置的兩個電壓Vhi和Vlo，如下面進一步解釋的。Iptat被兩個電阻器R2a和R2b以及二極管裝置138接收到，并且因此:
[0062](4)Vhi=Iptat*(R2a+R2b)+Vbel
[0063](5)Vlo = Iptat*R2b+Vbel
[0064]由于Vhi和Vlo是根據(jù)期望的溫度閾值設置的，如下面進一步討論的，所以可以將其稱為閾值電壓。此外，由于級114中的電阻器R2a和R2b用來設置閾值電壓Vhi和Vlo，所以其可以稱為閾值電阻。
[0065]請注意，跨二極管裝置138的電壓降Vbel隨溫度而負變化，如眾所周知的那樣。Vbel標稱地等于0.65V(在25C下)，但是以約-2.0mV/C的速率隨溫度而變化。因此，Vbel在Tlo = OC下為約0.7V，而在Thi = 60C下為約0.58V。
[0066]啟動級118在溫度傳感器和閾值設置電路110中是可選的，但是對確保電路110將適當?shù)毓ぷ饕栽诒怀跏蓟瘯r根據(jù)等式(I)建立Iptat有用。這在沒有接收到控制信號的情況下被動地發(fā)生。使用晶體管123和128將Iptat鏡像到啟動級118。如果Iptat低，如其在初始化時可能的那樣，則跨二極管裝置140的電壓Vs將是相對低的。此電壓Vs被讀出并與檢測器144中的閾值(例如，Vs〈Vt = 1.75V)相比較，改進檢測器144減小提供給P溝道電流鏡像晶體管122-130的柵極的偏壓Vp。減小Vp更強地將這些電流鏡像晶體管122-130接通，因此增加Iptat并增加Vs。隨著Iptat上升，其最終受等式(I)限制。當Iptat達到等式(I)規(guī)定的值時，Vs將在檢測器118中的閾值以上(例如，Vs>Vt = 1.75V)，在這里，檢測器118通過使其輸出三態(tài)化(斷開連接)來停止控制Vp。
[0067]偏壓發(fā)生器級120在溫度傳感器和閾值設置電路110中也是可選的，但是提供在Vptat、Vhi以及Vlo在溫度閾值檢測器電路150中的下游處理中有用的偏壓Vp和Vn，如稍后參考圖4B所解釋的。使用晶體管123和130將Iptat鏡像到偏壓發(fā)生器級120，該電流還通過N溝道晶體管142而生成Vn。
[0068]請注意，溫度傳感器和溫度設置電路110使用非常少的功率一例如，小于500nA_主要由被各種級112-120吸取的電流的和規(guī)定。這與電池36(無論是否是可再充電的)的容量相比是小的，并且比如先前所討論的現(xiàn)有技術的熱敏電阻器80所需的電流吸取小得多。因此，電路110使得能夠在沒有電池36的過度消耗的情況下實現(xiàn)IPG 10的連續(xù)溫度監(jiān)視。
[0069]Vhi和Vlo可以是通過根據(jù)Vptat/R3(等式(5))來選擇用于電阻R2a和R2b的適當值(等式(3)和(4))而根據(jù)期望的上溫度閾值和下溫度閾值Thi和Tlo設置的。(Ptat電流參考112中的電阻器Rl已被選擇(1.7M-ohms)成一般地經由等式(I)和(2)將Iptat設置成期望值(50nA))o
[0070]電阻R2a、R2b和R3的設置通過考慮可以使用上述等式(I)計算的期望溫度閾值下的Iptat的值而開始。根據(jù)此等式，并且使用已設置的Rl，在Tlo = OC下Iptat = 45，并且在Thi = 60C 下 Iptat = 55nA。
[0071]—旦確立了用于Iptat的這些值，可以選擇電阻器R3以在適合于模擬電路電源Va以及溫度閾值檢測器電路150(圖4B)的范圍內產生用于Vptat的值。例如，在Thi = 60C下設置Vptat = 1.1V是合理的，因為此電壓在Va以下并具有電路150可以處理的值。然后可以使用上述等式(3)來計算R3:
[0072](6)l.l = 2*55n*R3(@T = 60)
[0073]對此等式求解提供R3 = 1M-Ohms。在R3這樣設置的情況下，請注意，Tlo = OC下的Vptat按照等式(3)等于2*45n*10M=0.9V，也被電路合理地處理的電壓，但是這明顯不同于其在Thi下的值，因此在感興趣的溫度窗口內確立用于Vptat的顯著范圍。
[0074]可以用不同的方式選擇用來生成Vhi和Vlo的級114中的電阻器R2a和R2b。在第一示例中，選擇R2a和R2b以在感興趣的溫度范圍內在恒定電壓下生成Vhi。隨溫度增加的Vptat必須在Thi = 60C下穿過Vhi，并且因此Vhi = Vptat= 1.1V，對先前確立的Vptat使用高值。保持Vhi恒定意味著Vhi在Tlo = OC下也必須等于1.1V。根據(jù)這些要求，可以通過使用上述等式(4)來確定R2a和R2b的和的值:
[0075](7a)11 = 55n*(R2a+R2b)+0.58(OT = 60)
[0076](7b) I.I= 45η*(R2a+R2b)+0.7(OT = 0)
[0077]對此等式求解提供R3+R2b = 12M_ohms。在此值下，跨R2a和R2b的電壓降以Vbel隨溫度減小的相同速率(_2mV/C)隨溫度增加(2mV/C)，并且如在Vhi (等式4)中反映的其和在
1.1V下保持恒定。
[0078]在這樣設置此和的情況下，現(xiàn)在可以認為Vlo將允許確定R2a和R2b的單獨值。使用針對先前確立的Vp tat的低值，Vptat在T 1 = OC下必須穿過Vl O，并且因此Vlo = Vp tat =
0.9。根據(jù)這些要求，可以通過使用上述等式(5)來確定R2b的值:
[0079](8)0.9 = 45n*R2b+0.7(@T = 0)
[0080 ]對此等式求解提供 R2b = 4.4M-ohms，并且因此 R2a = 12M-4.4M = 7.6M_ohms。
[0081]在第二示例中，溫度傳感器和閾值設置電路110可以生成Vhi和Vlo作為在感興趣溫度范圍內改變的電壓，這等于允許電阻器R2a不同于在第一示例中設置的值。R2b再次地將等于如在第一示例中且如由上述等式(8)設置的4.4M-ohms。用這樣設置的R2b，現(xiàn)在可以認為Vhi將允許設置R2a，但不考慮Tlo下的Vhi的值。Vptat在Thi = 60C下必須穿過Vhi。也就是說，在Thi = 60C下Vptat = Vlo = 1.1V。根據(jù)此要求，可以使用等式(4)來確定R2a的值。
[0082](9)l.l = 55n*(R2a+4.4M)+0.58(at T = 60)
[0083]對此等式求解提供R2a = 5.lM-ohms。
[0084]可以進行其它修改以同樣地在感興趣溫度范圍內將Vlo設置成恒定值。在第三示例中，Rl = I.7M-ohms，R2a = 18M-ohms，R2b = 12M-ohms，并且R3 = 20M-ohms，遍及整個感興趣溫度范圍針對Vlo = 1.8V提供恒定值。這些電阻器值的推導未示出，但是基于先前的描述應是清楚的。
[0085 ]用這樣確立的電阻R1、R2a、R2b以及R3的值，在圖4C中針對這些示例作為溫度的函數(shù)示出結果得到的信號Vptat、Vhi和Vlo，Vptat根據(jù)期望在Thi下通過Vhi且在Tlo下通過Vlo?？偠灾m當?shù)毓潭≧l、R2a、R2b以及R3限制電路110的電流吸取，并且設置對于手邊的應用而言期望的溫度閾值Thi和Tlo的值。
[0086]由在圖4B中詳細地示出的溫度閾值檢測器電路150來確定是否超過了這些閾值。電路150進行操作以發(fā)布在IPG的所檢測溫度通過Thi和Tlo時分別設置的上溫度數(shù)字信號和下溫度數(shù)字信號D+和D-。因此，如果Vptat>Vhi，則IPG的溫度高于Thi=60C，并且因此由電路150將D+設置成‘I’。如果Vptat<Vlo，則IPG的溫度低于Tlo = OC,并且將D-設置成‘I’。因此，當D+和D-兩者都等于‘0’時，IPG在溫度窗口內。當然，這并不是嚴格地必需的，并且D+和D-根據(jù)期望可以是‘I’或‘O’。例如，如果Vptat>Vhi，則可以將D+設置為‘I’，并且如果Vptat>Vlo，則可以將D-設置成‘I’。
[0087]雖然并非嚴格地要求，但可以用低通濾波器155來處理模擬信號Vptat、Vhi和Vlo以去除瞬態(tài)信號并使其值平滑化。已被濾波的這些電壓被呈現(xiàn)給包括高壓比較器160a和低壓比較器160b的比較器級160，其輸出作為數(shù)字信號D+和D-的前體的信號V+和V-，但是其仍以模擬電路電源電壓Va為參考。請注意，可以將如在偏壓發(fā)生器級120(圖4A)中生成的偏置信號Vp和Vn提供給晶體管161和160。這允許將Iptat從晶體管123鏡像到晶體管161并將Iptat從級120中的晶體管142鏡像到晶體管162，該晶體管161和162然后可以用來向和從比較器160a和160b發(fā)出和吸收電流。雖然是方便的，但對比較器進行偏置(供電)的這種手段并不是嚴格地必需的。如果期望的話，可以再次地對信號V+和V-進行低通濾波165，并呈現(xiàn)給使能電路170。
[0088]使能電路170接收數(shù)字使能信號EN*(低電平有效)，并且接收模擬電路電源Va和數(shù)字電路電源電壓Vd兩者以允許使信號V+和V-電平移位至數(shù)字電路200所使用的Vd電源域。因此，當期望進行溫度測量時，將En*設置成‘0’，并且將V+和V-的值與使能信號的補碼(‘I’)取AND并以電源Vd為參考作為數(shù)字電路200可接收的數(shù)字信號D+和D-。使能信號EN*可周期性地(例如，每十秒)或根據(jù)需要發(fā)出，如下面參考圖6A-圖6B進一步討論的。
[0089]請注意，改進溫度感測電路100的溫度傳感器和閾值設置電路110及溫度閾值檢測器電路150由很容易集成在集成電路內的標準部件制成。溫度感測電路100并不依賴于分立片外部件(諸如先前所討論的熱敏電阻器80)的使用，這節(jié)省IPG的PCB 40上的空間，并且降低負面地影響溫度感測的機械損傷的可能性。在優(yōu)選示例中，電路100被集成在先前所討論的ASIC 65中，但是還可以將其與微控制器60或者與IPG 10中的另一集成電路集成。電路100還可以包括其自己的集成電路芯片。
[0090]還可以將溫度傳感器和閾值設置電路110及溫度閾值檢測器電路150分離在不同裝置之間。例如，可以在ASIC 65中制造電路110并在微控制器150中制造電路150，在這種情況下，可以用總線外信號將模擬信號Vptat、Vhi和Vlo從ASIC 65路由到微控制器60。
[0091]還請注意，溫度感測電路100并不取決于熱敏電阻器80的準確度，并且不要求校準，因此簡化了 IPG制造。在這方面，請注意，電壓Vptat、Vhi和Vlo取決于Iptat、電阻Rl、R2a、R2b和R3以及Vbel(等式(3)-(5))。在Vbel背后的物理過程本質上獨立于用來形成二極管裝置134—138(圖4A)的過程，并且因此Vbel將不會隨著在半導電晶片上形成集成電路時所固有的過程變化而改變。因此，Vbel并未可觀地影響Vptat、Vhi或Vlo的準確度。
[0092]但是Iptat將改變，主要是因為電阻Rl、R2a、R2b和R3可隨過程變化而改變一例如針對不同的晶片或者甚至跨在其上面制造集成電路的晶片。然而，溫度傳感器和閾值設置電路110的設計對此類過程變化在很大程度上是免疫的，因為電阻的變化將被參考電流Iptat的變化補償。這些變化在電路110中大大地抵消以便為電壓Vptat、Vhi和Vloat提供準確且期望的值。
[0093]例如假設溫度傳感器和閾值設置線路110的特定集成電路制造中的電阻Rl、R2a、R2b和R3比期望的(S卩，如上文確定的)高10%，可能是由于用來在集成電路中形成這些電阻的材料(通常是多晶硅)的處理變化。RI的1 %的增加將按照等式(I)使IP tat減小1 %，這也將減小其被鏡像到的級114和116中的Iptat。然而，由于R2a、R2b和R3在這些級中也增加10%，所以其兩端的電壓降(Iptat*Rx)將保持恒定。簡而言之，正當電阻器的值改變時，溫度傳感器和閾值設置電路110進行自補償。
[0094]可以通過采取措施以保證電阻Rl、R2a、R2b和R3同樣地進行縮放(S卩，其全部以相同的百分比增加或減小)來進一步提高準確度。這可能不是關心的事，因為每個制造集成電路中的電阻器一般地將布置在本質上同一位置上，并且跨此位置的處理變化可能是不顯著的。雖然如此，但是可在此位置上以將使電阻器相對于彼此的變化減少的方式將電阻器布置在集成電路上。例如，如圖5所示，電阻器R已被分解成各塊R ’(例如，多晶硅)，在本示例中四等分，用于每個電阻器R的各塊R’圍繞著該位置分布，使得每個電阻R中的每塊R’將在一定程度上跨該位置“拾取”處理變化。電阻器塊R’串聯(lián)連接(例如使用典型集成電路金屬互連和接點)以形成每個電阻R，該電阻然后連接到電路110中的其它部件，如圖4A所示。
[0095]由于電阻Rl、R2a、R2b和R3中的每一個可具有如上文所討論的不同值，所以每個塊R’可以被適當?shù)卮_定尺寸以影響期望的電阻。在這方面，每個塊R’具有長度L和寬度W，其中的任一個可在尺寸方面被調整以影響其電阻，如已知的。為了簡單起見，在圖5中未示出針對溫度敏感電路100的實際實施方式(即針對用于Rl、R2a、R2b和R3的確定值)的塊R’的此類尺寸調整。
[0096]由于溫度傳感器和閾值設置電路110的自補償性質，并且如潛在地由圖5的電阻器布局方案進一步輔助的，可估計溫度敏感電路100可以在感興趣溫度范圍內檢測溫度至+/-1C內，該準確度對于本文所討論的IPG應用而言足夠的而不需要校準。雖然相信溫度感測電路100的校準是不必要的，但其仍可以例如通過使用融合或其它編程技術來使電路110中的電阻中的一個或多個可修整。
[0097]圖6A和圖6B示出了接收指示IPG溫度的數(shù)字信號D+和D-的數(shù)字電路200的不同示例，并且示出了數(shù)字電路200可以用來使用此溫度數(shù)據(jù)的不同方式。使能信號EN*可以例如由ASCI 65或微控制器發(fā)布，并且可以被針對連續(xù)地測量的IPG溫度周期性地發(fā)布，或者僅在有命令時或者當期望溫度感測時一在存儲或分配模式下、當提供治療刺激脈沖時、當接收到磁性充電場時等一在IPG的規(guī)定操作模式期間發(fā)布。數(shù)字電路200可以包括在ASIC 65上或微控制器60上或者在IPG 10中的別處的電路。請注意，如果溫度感測電路100和數(shù)字電路200在不同的裝置上(例如，電路100在ASCI 65上，并且數(shù)字電路200在微控制器60上)，可以經由數(shù)字總線75(圖2)或者用總線外信號將用于D+和D-的值發(fā)送到數(shù)字電路200。
[0098]在圖6A中，數(shù)字電路200包括鎖存器或寄存器202，其隨著使能信號EN4皮斷言而用D+和D-的最近值連續(xù)地更新。IPG溫度控制電路204在鎖存器或寄存器202中連續(xù)地監(jiān)視D+和D-的值，并且如果該信號指示已經超過溫度閾值(‘I’)，則電路204可以立即采取行動?？梢杂呻娐?04采取許多不同動作，并且采取哪些動作可以取決于D+是否已被斷言(指示IPG過熱)或者D-是否已被斷言(指示IPG過冷)。在圖6A中示出了溫度控制電路204可以采取的動作的僅幾個示例，其包括為了嘗試在安全極限內將IPG 10的溫度調整回去或者在超過的溫度閾值的情況下禁用可能不安全或不可靠的IPG操作而采取的動作。
[0099]例如，電路204可以調整IPG 10中的電源中的一個或多個(諸如數(shù)字電路電源Vd)，或者可以調整IPG所使用的時鐘的速度。這在IGP的溫度過高(D+=‘I’，如所示)的情況下是特別有用的，因為減小Vd和/或時鐘速度將趨向于減少IPG 10所產生的熱量。(替換地，如果D-被斷言，則可以增加這些參數(shù))。
[0100]當超過溫度閾值時，電路204還可啟用或禁用IPG治療，諸如治療刺激脈沖的生成。這可作為安全措施而完成，以在IPG溫度不在對于操作而言認為安全的Tlo和Thi所定義的窗口內的情況下保護患者。
[0101]電路204還可禁用或啟用充電，如更特別地在圖7中所示。如前所述，通過磁感應進行的外部充電可以將IPG 10加熱，并且如果超過安全極限(例如，41C)，則患者可能受傷。因此，可以通過電阻器值的適當調整在溫度傳感器和閾值設置電路110中設置Thi = 41C的上溫度閾值，如上文所討論的。還可以設置Tlo的下溫度閾值(例如，Tl0 = SSOt3IPG溫度控制線路204然后可以根據(jù)這些閾值來監(jiān)視鎖存器或寄存器202中的D+和D-以判定何時啟用和禁用充電。
[0102]如圖7所示，當D+=‘l’時，指示已經超過Thi=41C，IPG 10可以通過禁用充電線圈44(例如通過將其接地或開路)來采取行動。替換地，IPG可以使用其遙測電路(在ASIC 65)上向外部充電裝置遙測此閾值的通過，使得外部充電裝置可因此而中止或調整磁性充電場，例如，如在先前引用的‘307公開中。此類遙測可以例如通過由遙測線圈42(圖1B)啟用的頻移鍵控(FSK)或者由充電線圈44在其接收到磁場時啟用的負荷移動鍵控(LSK)發(fā)生，再次地如在’ 307公開中解釋的。當IPG的溫度已充分地下降時，即當D-= ‘ I’時，指示已經超過Tlo，并且因此IPG 10已經冷卻，可再次地啟用充電。替換地，啟用或禁用充電可僅在單個溫度閾值Tth下發(fā)生，充電在Tth = ‘ I’時被禁用，并且當Tth =‘ O ’時被啟用。稍后相對于圖8A-圖8C來討論改進溫度感測電路100的單個溫度閾值實施例。
[0103]IPG溫度控制電路204可以包括分立電路部件，諸如晶體管、電阻器以及電容器，無論是否集成在集成電路中，或者可以另外包括可在數(shù)字電路200中操作的程序(例如，以微代碼形式)。
[0104]圖6B示出用數(shù)字電路200進行的IPG溫度的連續(xù)監(jiān)視和存儲。在本示例中，數(shù)字電路200優(yōu)選地在IPG 10的壽命內周期性地且連續(xù)地或者至少在某些相關時段期間(諸如當裝置正在被測試或裝運時)發(fā)布使能信號EN* J+和D-的值被作為時間的函數(shù)存儲在ASIC65、微控制器60的存儲器210或與這些裝置相關聯(lián)的另一存儲器(參見例如圖2中的存儲器70)中。有時，或者在有命令時(諸如響應于在IPG的遙測電路處從外部裝置接收到的無線命令)，IPG溫度算法212可以運行以評定存儲在存儲器210中的溫度數(shù)據(jù)。
[0105]僅僅引用一個示例，IPG溫度算法212可以評定IPG是否曾經受超過Tlo和Thi閾值的溫度，諸如在如前所述的其分配期間，并且生成IPG還是否適合于植入的指示。在這方面，算法212可考慮IPG處于不適當?shù)臏囟榷嚅L時間。例如，算法212可注意到IPG 10從如所示的時間t4-t5過熱，但是可認為該時間段過小而不能意味著IPG是不適當?shù)?。相反地，算?12可注意到IPG 10從時間t87-t89過冷，其可能太長，并且可意味著IPG是不適當?shù)?。因此，接受IPG的遞送的人或者臨床醫(yī)生在其將特定IPG植入到患者體內之前可以無線地檢查從IGP的遙測電路發(fā)送到其外部裝置的每個算法212的適合性確定，以判定是否可以植入IPG，還是應返回給制造商。
[0106]到目前為止，已經假設溫度感測電路100相對于由上(Thi)和下(Tlo)溫度閾值定義的溫度窗口來評定IPG溫度。然而，還可以修改電路100以相對于僅以溫度閾值Tth來評定IPG溫度。在圖8A-圖SC中所示的示例中，溫度閾值Tth類似于Thi，并且因此如前所述(SP，Vth = Iptat*R4+Vbel ；比較等式(4))地由電路110(圖8A)生成類似于Vhi的電壓Vth。然而，Tth也可以類似于Tlo，與Vlo類似地生成Vth。電路150被簡化(圖8B)，因為只需要一個比較器160以將Vth與Vptat相比較以生成指示是否已超過Tth的數(shù)字信號Dth。圖SC示出了結果得到的波形和Dth。
[0107]溫度感測電路100也是可修改的，以相對于超過兩個溫度閾值來評定溫度，如圖9A-圖9C所示。在本示例中，溫度傳感器和閾值設置電路110已被修改成在級114中包括附加電阻器(R5x)，在這兩個電阻之間生成與溫度閾值Tx相關聯(lián)的模擬電壓Vx:
[0108](1a)Vl = Iptat*R5d+Vbel
[0109](10b)V2 = Iptat*(R5d+R5c)+Vbel
[0110](10c)V3 = Iptat*(R5d+R5c+R5b)+Vbel
[0111](1d)V4 = Iptat*(R5d+R5c+R5b+R5a)+VbeI
[0112]可以針對這些電壓Vx選擇溫度閾值Tx;確定那些溫度閾值下的Iptat的值(按照等式I);將Tl處的Vptat的值設置成等于等式1a以確定R5d，并且因此確定VI;將T2處的Vp tat的值設置成等于等式1b以確定R5c，并且因此確定V2;將T3處的Vptat的值設置成等于等式1c以確定R5b，并且因此確定V3;并且將T4處的Vptat的值設置成等于等式1d以確定R5a，并且因此確定V3，類似于上文解釋的過程。在圖9C中示出了設置了 R5a-R5d時的用于V1-V4的結果得到的值，并且如前所述地在各種T1-T4溫度閾值處穿過Vptat，允許由溫度閾值檢測器電路150確定這些閾值的超過，如圖9B所示。在本示例中，當超過TI時，數(shù)字信號DI被斷言(‘I’)；當超過T2時，數(shù)字信號D2被斷言(‘I’)等等，如圖9C所示。因此，級114可以通過使用η個電阻器來提供η個Vx電壓，允許進行相對于η個溫度閾值Tx的IPG溫度評定。
[0113]圖1OA和圖1OB示出其中向溫度傳感器和閾值設置電路110添加額外級114以提供多閾值溫度傳感器的另一修改。如圖1OA所示，每個級114具有兩個電阻器Rxa和Rxb，并且因此提供Vxhi和Vxlo信號，類似于先前針對圖4A所述的。從級114a至114b至114c降低電阻值(即，R6a>R7a>R8a，并且R6b>R7b>R8b)減小結果得到的電壓的值(Vlhi>V2hi>V3hi，并且Vllo>V21o>V31o)，這減小這些電壓表示的溫度閾值(Tlhi>T2hi>T3hi，并且Tllo>T21o>T31o)，如圖1OB所示。
[0114]為了簡單起見，并未針對此修改描繪溫度閾值檢測器電路150，但是其構造基于先前的示例應是顯而易見的，并且在圖1OB中示出了其將產生的示例性數(shù)字信號。數(shù)字信號Dx+和Dx-對應于分別地經過Vxhi和Vxlo的Vptat，實際上定義如所描繪的三個不同溫度窗口，其中，當溫度在Txhi與Txlo之間時Dx+和Dx-兩者等于‘O’。然而，當超過了其關聯(lián)溫度閾值時，也可以斷言Dx信號，如在圖9B和9C中發(fā)生的。因此，實際上，可以將如所描繪的圖1OA-圖1OC視為確立用六個數(shù)字信號Dx來指示其通過的六個溫度閾值Tx，不考慮其相對于雙閾值溫度窗口而目是尚或低。
[0115]換言之，通過提供η個級114，每個具有兩個電阻器，圖1OA的溫度傳感器和閾值設置電路110可以提供2η個電壓，因此允許進行相對于η個溫度閾值Txhi和η個溫度閾值Txlo(總計2η個閾值Tx)的IPG溫度評定。由于每個級114還可以包括一個(圖8Α)或超過兩個(圖9Α)電阻器，所以可以將此結論進一步廣義化:通過提供η個級114，每個具有q個電阻器Rx，溫度傳感器和閾值設置電路110可以提供q*n個電壓，因此允許相對于q*n個溫度閾值Tx的IPG溫度評定。請注意，添加附加級114(每個經由電流鏡像來接收Iptat)增加溫度傳感器和閾值設置電路110的功率吸取。
[0116]可以出于其它目的在溫度傳感器和閾值設置電路110中使用附加級。例如，在圖1IA-圖1IC中，在單獨的級114a和114b中生成Vhi和Vlo，并且針對級116a和116b中的每一個生成不同的Vptat電壓Vptat(hi)和Vptat(1)。如果期望在感興趣的溫度范圍內使得Vhi和Vlo兩者恒定(其要求在這些級中使用不同的電阻器值)，這是特別有用的。
[0117]例如，可以按照圖4C的示例I中先前確定的來設置級114a中的R9a及其關聯(lián)級116a中的RlOa，圖4C示出常數(shù)￥1^ = 1.1￥的生成。在該示例中可以通過將用于1?2&和1?213的確定值相加來設置R9a，并且因此R9a等于12M-ohms。在該示例中可以按照R3來設置RlOa作為1M-ohms。如先前所解釋的，這些電阻器值在1.1V的恒定值下將確立Vhi，并且確立Vptat(hi)，使得其在此值下穿過Thi。可以如先前在圖4C的示例3中所確定的那樣設置級114b中的R9b及其關聯(lián)級116b中的R10B，圖4C示出常數(shù)Vlo = 1.8的生成;再次地在該示例中可以通過將R2a和R2b相加來設置R9b，并且因此R9b等于30M-ohms。在該示例中可以按照R3來設置R20a作為20M-ohms。如先前所解釋的，這些電阻器值在1.8V的恒定值下將確立Vlo，并且確立Vptat(1)，使得其在此值下穿過Tlo。這在圖1lC中以圖形方式示出，其在大部分中包括如在圖4C中描繪的示例I和3的覆蓋圖。
[0118]圖1lB示出了在本實施例中可使用的溫度閾值檢測器電路150，并且如所示，將在比較器中Vhi與Vptat (hi)相比較，同時在比較器160b中將Vlo與Vptat (1)相比較。這導致如前所述的數(shù)字信號D+和D-的生成，D+在溫度高于Thi被斷言，并且D-在溫度低于Tlo時被斷言，再次地如圖1lC所示。如先前所述，當溫度增加超過其關聯(lián)閾值時，數(shù)字信號可以在任一方向上切換(從‘0’至‘I’或者相反)。
[0119]圖12示出了其中在IPG10中使用超過一個溫度感測電路100的另一示例。在本示例中，使用兩個電路10a和100b，其電阻器被設置成檢測電路IlOa中的Tloa = OC與Thia =60C之間以及電路11Ob中的T1b = 38C與Thib = 41C之間的溫度。因此，按照對在分配期間評定IPG溫度有用的，電路10a相對于較大的溫度窗口檢測極端溫度，同時按照在磁性感應充電期間有用的，電路IlOb相對于較小的溫度窗口評定溫度，如先前參考圖7所述?？梢园ㄆ渌鼫囟雀袦y電路100以評定IPG溫度對比單個溫度閾值、由兩個溫度閾值定義的窗口或者多個溫度閾值，再次地以上文所闡述的各種方式。
【主權項】
1.一種溫度感測電路，包括: 溫度傳感器和閾值設置電路，其包括 第一級，其被配置成產生取決于感測到的溫度的參考電流； 第二級，其被配置成接收參考電流的表示，所述第二級被配置成產生根據(jù)溫度閾值設置的至少一個閾值電壓，其中，所述至少一個閾值電壓由接收到參考電流的表示的第二級中的至少一個閾值電阻設置；以及 第三級，其被配置成接收參考電流的表示，所述第三級被配置成產生指示感測到的溫度的溫度電壓。2.根據(jù)權利要求1所述的電路，其中，所述溫度傳感器和閾值設置電路在沒有接收到控制信號的情況下被動地產生溫度電壓和所述至少一個閾值電壓。3.根據(jù)權利要求1或2所述的電路，其中，由第一級產生的參考電流隨溫度而正變化。4.根據(jù)權利要求3所述的電路，其中，所述第一級包括Ptat電流參考，其包含兩個二極管裝置，其中，所述參考電流由第一級中的第一電阻和兩個二極管裝置的面積的比設置。5.根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的電路，其中，第一級、第二級以及第三級包括電流鏡像晶體管，其被配置成將第一級中的參考電流鏡像到第二級和第三級以產生由第二級和第三級接收到的參考電流的表示。6.根據(jù)權利要求1至5中的任一項所述的電路，其中，將第一級、第二級以及第三級并聯(lián)地有線連接在電源電壓與參考電壓之間。7.根據(jù)權利要求1至6中的任一項所述的電路，其中，第二級包括與所述至少一個閾值電阻串聯(lián)的二極管裝置，其中，所述二極管裝置在第二級中產生溫度敏感電壓降。8.根據(jù)權利要求7所述的電路，其中，所述至少一個閾值電壓包括跨所述至少一個閾值電阻和所述二極管裝置的電壓。9.根據(jù)權利要求7所述的電路，其中，所述第二級被配置成產生分別根據(jù)第一溫度閾值和第二溫度閾值設置的第一閾值電壓和第二閾值電壓，其中，所述第一閾值電壓和該第二閾值電壓由接收到參考電流的表示的第二級中的第一閾值電阻和第二閾值電阻設置。10.根據(jù)權利要求9所述的電路，其中，第一閾值電阻和第二閾值電阻被串聯(lián)耦合。11.根據(jù)權利要求10所述的電路，其中，第一閾值電壓包括跨第一閾值電阻和二極管裝置的電壓，其中，所述第二閾值電壓包括跨第一閾值電阻、第二閾值電阻以及二極管裝置的電壓。12.根據(jù)權利要求1至11中的任一項所述的電路，其中，第二級被配置成產生第一閾值電壓和第二閾值電壓，其中，第一閾值電壓根據(jù)第一溫度閾值來設置，并且其中，第二閾值電壓根據(jù)第二溫度閾值來設置。13.根據(jù)權利要求1至12中的任一項所述的電路，其中，所述至少一個閾值電壓被另外設置成不隨溫度而變化。14.根據(jù)權利要求1至13中的任一項所述的電路，其中，第三級包括接收參考電流的表示的第三電阻，其中，所述溫度電壓包括跨第三電阻的電壓降。15.根據(jù)權利要求14所述的電路，其中，所述第三級被配置成接收參考電流的整數(shù)標量。16.根據(jù)權利要求14所述的電路，其中，所述第三級不包括與第三電阻串聯(lián)的溫度敏感二極管裝置。17.根據(jù)權利要求14所述的電路，其中，所述至少一個閾值電壓根據(jù)跨第三電阻的電壓降來另外設置。18.根據(jù)權利要求1至17中的任一項所述的電路，還包括: 溫度閾值檢測器電路，其被配置成接收溫度電壓和所述至少一個閾值電壓，其中，所述溫度閾值檢測器電路被配置成產生用于每個閾值電壓的數(shù)字信號，其中，每個數(shù)字信號指示溫度電壓是否已超過由閾值電壓中的一個設置的溫度閾值。19.根據(jù)權利要求18所述的電路，其中，所述溫度閾值檢測器電路包括至少一個比較器，每個比較器被配置成將溫度電壓與閾值電壓中的一個相比較而產生數(shù)字信號中的一個。20.根據(jù)權利要求18所述的電路，還包括數(shù)字電路，其被配置成接收所述至少一個數(shù)字信號。21.根據(jù)權利要求20所述的電路，其中，所述溫度閾值檢測器電路還包括被配置成根據(jù)使能信號來產生所述至少一個數(shù)字信號的使能電路。22.一種溫度感測電路，包括: 溫度傳感器和閾值設置電路，其被配置成產生指示感測到的溫度的溫度電壓以及指示溫度閾值的至少一個閾值電壓，其中，所述至少一個閾值電壓由至少一個閾值電阻設置；以及 溫度閾值檢測器電路，其被配置成接收溫度電壓和所述至少一個閾值電壓，其中，所述溫度閾值檢測器電路被配置成產生用于每個閾值電壓的數(shù)字信號，其中，每個數(shù)字信號指示溫度電壓是否已超過由閾值電壓中的一個設置的溫度閾值。23.根據(jù)權利要求22所述的電路，其中所述溫度傳感器和閾值設置電路在沒有接收到控制信號的情況下被動地產生溫度電壓和所述至少一個閾值電壓。24.根據(jù)權利要求22或23所述的電路，其中，所述溫度傳感器和閾值設置電路包括并聯(lián)地有線連接在電源電壓與參考電壓之間的多個級。25.根據(jù)權利要求24所述的電路，其中，所述多個級中的第一個被配置成產生取決于感測到的溫度的參考電流。26.根據(jù)權利要求25所述的電路，其中，所述第一級包括Ptat電流參考，其包含兩個二極管裝置，其中，所述參考電流由第一級中的第一電阻和兩個二極管裝置的面積的比確定。27.根據(jù)權利要求25所述的電路，其中，所述多個級中的第二個產生所述至少一個閾值電壓，并且其中，所述多個級中的第三個產生溫度電壓。28.根據(jù)權利要求27所述的電路，其中，所述第二級和第三級被配置成經由電流鏡像電路來接收參考電流的表示。29.根據(jù)權利要求28所述的電路，其中，第二級包括與所述至少一個閾值電阻串聯(lián)的二極管裝置，其中，所述二極管裝置在第二級中產生溫度敏感電壓降。30.根據(jù)權利要求29所述的電路，其中，所述至少一個閾值電壓包括跨所述至少一個閾值電阻和所述二極管裝置的電壓。31.根據(jù)權利要求27至30中的任一項所述的電路，其中，第三級包括接收參考電流的表示的第三電阻，其中，所述溫度電壓包括跨第三電阻的電壓降。32.根據(jù)權利要求22至31中的任一項所述的電路，其中，所述溫度閾值檢測器電路包括至少一個比較器，每個比較器被配置成將溫度電壓與閾值電壓中的一個相比較而產生數(shù)字信號中的一個。33.根據(jù)權利要求22至32中的任一項所述的電路，還包括數(shù)字電路，其被配置成接收所述至少一個數(shù)字信號。34.一種植入式醫(yī)療裝置，包括: 溫度傳感器和閾值設置電路，其被配置成產生指示感測到的溫度的溫度電壓以及指示溫度閾值的至少一個閾值電壓，其中，所述至少一個閾值電壓由至少一個閾值電阻設置；以及 溫度閾值檢測器電路，其被配置成接收溫度電壓和所述至少一個閾值電壓，其中，所述溫度閾值檢測器電路被配置成產生用于每個閾值電壓的數(shù)字信號，其中，每個數(shù)字信號指示溫度電壓是否已超過由閾值電壓中的一個設置的溫度閾值；以及 數(shù)字電路，其被配置成接收所述至少一個數(shù)字信號。35.根據(jù)權利要求34所述的裝置，其中，所述溫度傳感器和閾值設置電路包括并聯(lián)地有線連接在電源電壓與參考電壓之間的多個級。36.根據(jù)權利要求35所述的裝置，其中，所述多個級中的第一個被配置成產生取決于感測溫度的參考電流。37.根據(jù)權利要求36所述的設備，其中，所述多個級中的第二個產生指示溫度閾值的所述至少一個閾值電壓，并且其中，所述多個級中的第三個產生指示感測到的溫度的溫度電壓。38.根據(jù)權利要求37所述的裝置，其中，所述第二級和第三級被配置成經由電流鏡像電路來接收參考電流的表示。39.根據(jù)權利要求38所述的裝置，其中，所述至少一個電阻在所述第二級中。40.根據(jù)權利要求34至39中的任一項所述的裝置，其中，所述溫度閾值檢測器電路包括至少一個比較器，每個比較器被配置成將溫度電壓與閾值電壓中的一個相比較而產生數(shù)字信號中的一個。41.根據(jù)權利要求34至40中的任一項所述的電路，其中，所述溫度閾值檢測器電路還包括被配置成根據(jù)使能信號來產生所述至少一個數(shù)字信號的使能電路。42.根據(jù)權利要求34至41中的任一項所述的電路，其中，周期性地發(fā)布所述使能信號。43.根據(jù)權利要求34至42中的任一項所述的裝置，其中，所述數(shù)字電路包括用于保持所述至少一個數(shù)字信號的最新值的鎖存器或寄存器。44.根據(jù)權利要求34至42中的任一項所述的裝置，其中，所述數(shù)字電路包括被配置成檢查所述至少一個數(shù)字信號的溫度控制電路，并且如果所述至少一個數(shù)字信號指示已超過至少一個溫度閾值則采取動作。45.根據(jù)權利要求44所述的裝置，還包括用于從外部裝置接收磁性充電場的充電線圈，其中，所述動作包括充電線圈的禁用或啟用。46.根據(jù)權利要求44所述的裝置，還包括遙測電路和用于從外部裝置接收磁性充電場的充電線圈，其中，所述動作包括向外部裝置遙測已超過至少一個溫度閾值的指示。47.根據(jù)權利要求44所述的裝置，其中，所述裝置包括電源電壓或時鐘，并且其中，所述動作包括調整電源電壓或時鐘的速度。48.根據(jù)權利要求44所述的裝置，其中，所述動作包括禁用或啟用從植入式醫(yī)療裝置到患者的治療的提供。49.根據(jù)權利要求34至42中的任一項所述的裝置，其中，所述數(shù)字電路包括用于存儲在不同時間產生的所述至少一個數(shù)字信號的值的存儲器。50.根據(jù)權利要求49所述的裝置，其中，所述數(shù)字電路用溫度算法來編程，所述溫度算法被配置成檢查所述存儲器中的所述至少一個數(shù)字信號的值。51.根據(jù)權利要求50所述的裝置，其中，所述溫度算法被配置成根據(jù)命令運行。52.根據(jù)權利要求51所述的裝置，還包括被配置成從外部裝置無線地接收命令的遙測電路。53.根據(jù)權利要求50至52中的任一項所述的裝置，其中，所述算法被配置成檢查所述至少一個數(shù)字信號的值以確定所述植入式醫(yī)療裝置是否適合于植入到患者體內。54.根據(jù)權利要求53所述的裝置，還包括被配置成將適合性確定無線地發(fā)送到外部裝置的遙測電路。55.根據(jù)權利要求34至54中的任一項所述的裝置，其中，所述數(shù)字電路還被配置成向其體內植入了植入式醫(yī)療裝置的患者施加治療。
【文檔編號】G01K13/00GK105980006SQ201580007121
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年1月22日
【發(fā)明人】伊曼紐爾·費爾德曼, 戈蘭·N·馬恩費爾特
【申請人】波士頓科學神經調制公司