1、引言?
電刺激治療方法是當今臨床康復和日常物理治療最常用和最重要的手段之一，具有鎮(zhèn)痛、消腫、消炎、脫敏、緩解肌肉痙攣、加強組織張力、促進恢復正常的神經(jīng)傳導和調(diào)節(jié)功能等治療作用。無極性微分型指數(shù)波形，由電荷相等的正負脈沖波構(gòu)成，負指數(shù)脈沖起神經(jīng)纖維去極化作用，正脈沖起電荷平衡的作用，具有避免組織損傷的特點[1,2,3]。
本文提出了一種雙極性恒流電刺激器的設計方案，并給出了具體的實現(xiàn)方法，該刺激器可用于合成多種信號調(diào)幅的無極性指數(shù)脈沖，不僅能滿足治療效果，還兼顧了刺激的安全性。
2、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與設計
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)包括MSP430F4270主控芯片、信號合成模塊以及信號輸出模塊，如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
調(diào)幅信號產(chǎn)生方式采用了數(shù)字式波形發(fā)生器方式[4]，預先把所需要的調(diào)幅信號產(chǎn)生的波形以某一采樣率數(shù)字化成為波形數(shù)據(jù)，存儲到MSP430的FLASH中，刺激開啟時，再把這一波形所對應的數(shù)據(jù)根據(jù)刺激參數(shù)以一定的頻率送到片內(nèi)的12位數(shù)-模轉(zhuǎn)換電路，輸出的就是需要的調(diào)幅信號。這種波形發(fā)生器方式克服了純硬件電路方式產(chǎn)生每一種波形幾乎都需要一種特定的電子電路硬件和靈活性不高的缺點。
2.1 MSP430F4270主控芯片
超低功耗單片機MSP430F4270的工作電壓為1.8V-3.6V，晶振為32.768kHz的低速晶振，活動模式的功耗僅為250μA，使系統(tǒng)具有較低的動態(tài)功耗;具有32KBFLASH，用于存儲程序和較大量的調(diào)幅信號波形數(shù)據(jù);內(nèi)置12位D/A轉(zhuǎn)換器用于調(diào)幅波形數(shù)據(jù)的片內(nèi)數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出特定頻率和幅度的調(diào)幅信號;TimerA定時器用于產(chǎn)生特定頻率的方波調(diào)制信號和外圍電路控制信號。另外，MSP430還五種低功耗模式，可以通過軟件控制芯片的工作方式，進行系統(tǒng)狀態(tài)的實時調(diào)度，使整個系統(tǒng)達到最低的功耗并發(fā)揮其最優(yōu)的性能[5,6] 。
2.2 信號合成模塊
包括方波調(diào)制電路和微分電路兩部分，信號合成原理如圖2所示。
圖2 信號合成原理圖
(1)調(diào)幅電路：實現(xiàn)方波信號調(diào)幅，電路如圖3。
圖3 調(diào)幅電路
MSP430單片機P1.2口輸出方波脈沖，D/A輸出調(diào)幅信號，晶體管起到高速開關電路的作用，放大器工作為跟隨器。晶體管的截止時間由基極方波脈沖(V2)的高電平?jīng)Q定。當基極電壓V2>UBE時(晶體管UBE約為0.7V)，晶體管導通，D/A轉(zhuǎn)換輸出電路的電流直接流向地，后級放大器輸入為0，輸出Vout為0;當基極電壓U2
(2)微分電路：用于將方波整形為指數(shù)波。微分電路分為無源器件和有源器件的形式，有源微分電路具有更好的性能，并便于電路前后級之間的阻抗匹配，電路如圖4。電容Cx具有防止電路產(chǎn)生振蕩，抑制高頻增益和減少輸出噪聲的作用。
