检测双向半导体器件中的不对称性的制作方法

检测双向半导体器件中的不对称性
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请涉及与本专利申请同一日期提交的名称为“testing electrode quality”的另一个专利申请(代理人参考号1002
‑
2170.1|id
‑
1790.1|bio6343usnp2)，该专利申请的公开内容以引用方式并入本文。
技术领域
3.本发明涉及电子电路领域，尤其是用于医疗应用的电子电路领域。


背景技术：

4.在许多应用中，对称双向半导体器件控制流经电路的电流的流动。


技术实现要素：

5.根据本发明的一些实施方案，提供了一种系统，该系统包括信号发生器，该信号发生器被配置成使具有两种不同的生成的频率的生成的信号通过包括双向半导体器件的电路。该系统还包括处理器，该处理器被配置成在使生成的信号通过电路时，识别电路上的从生成的频率导出的导出频率。该处理器还被配置成响应于识别到导出频率而生成指示双向半导体器件的特性不对称的输出。
6.在一些实施方案中，处理器被配置成识别在属于电路的电生理信道上的导出频率。
7.在一些实施方案中，导出频率在通过电生理信道上传送的电生理信号的带宽内。
8.在一些实施方案中，生成的频率中的每个频率在带宽之外。
9.在一些实施方案中，特性包括阻抗。
10.在一些实施方案中，导出频率是生成的频率之间的差值。
11.在一些实施方案中，处理器还被配置成响应于检测到导出频率而禁用连接到电路的功率源。
12.在一些实施方案中，功率源选自由以下组成的功率源组：心脏去纤颤器、心脏起搏器和消融发生器。
13.在一些实施方案中，双向半导体器件属于电压抑制器。
14.在一些实施方案中，双向半导体器件属于半导体开关。
15.根据本发明的一些实施方案，还提供了一种方法，该方法包括使具有两种不同的生成的频率的生成的信号通过包括双向半导体器件的电路。该方法还包括在使两个生成的信号通过电路时，识别电路上的从生成的频率导出的导出频率。该方法还包括响应于识别到导出频率而生成指示双向半导体器件的特性不对称的输出。
16.根据本发明的一些实施方案，还提供了一种系统，该系统包括信号发生器，该信号发生器被配置成使具有两种不同的生成的频率的生成的信号通过包括体内电极的电路。该系统还包括处理器，该处理器被配置成在使生成的信号通过电路时，识别电路上的从生成
的频率导出的导出频率。该处理器还被配置成响应于识别到导出频率而生成指示电极中的缺陷的输出。
17.在一些实施方案中，导出频率是生成的频率之间的差值。
18.在一些实施方案中，生成的频率中的每个频率小于100hz。
19.在一些实施方案中，生成的信号的振幅小于50μa。
20.在一些实施方案中，信号发生器被配置成在电极浸没在电解溶液中时使生成的信号通过电路。
21.在一些实施方案中，电解溶液包括盐水。
22.在一些实施方案中，电极属于体内探头。
23.在一些实施方案中，该系统还包括套件，该套件包括：
24.信号发生器；和
25.电接口，该电接口被配置成通过将套件连接到探头而将电极连接到信号发生器。
26.在一些实施方案中，套件还包括通信接口，并且处理器被配置成通过处理经由通信接口从套件接收的输出信号来识别导出频率。
27.在一些实施方案中，电极为属于探头的多个电极中的一个电极，并且套件还包括被配置成将电极选择性地连接到信号发生器的多路复用器。
28.根据本发明的一些实施方案，还提供了一种方法，该方法包括使具有两种不同的生成的频率的生成的信号通过包括体内电极的电路。该方法还包括在使生成的信号通过电路时，识别电路上的从生成的频率导出的导出频率。该方法还包括响应于检测到导出频率而生成指示电极中的缺陷的输出。
附图说明
29.结合附图，通过以下对本发明的实施方案的详细描述，将更全面地理解本公开，其中：
30.图1为根据本发明的一些示例性实施方案的电生理系统的示意图；
31.图2为根据本发明的一些示例性实施方案的电路的示意图；并且
32.图3为根据本发明的一些示例性实施方案的用于测试电极质量的系统的示意图。
具体实施方式
33.术语表
34.在本技术(包括权利要求书)的上下文中，术语“双向半导体器件”可指被配置成传导交流(ac)信号的正部分和负部分两者的任何半导体器件。如果双向半导体器件的特性(例如，阻抗)对于信号的两个部分是相同的，则该特性(或器件本身)被称为“对称的”；否则，该特性(或器件本身)被称为“不对称的”。
35.概述
36.在许多情况下，期望电路中的双向半导体器件具有对称的特性，使得通过该器件的交流电(ac)不产生任何直流(dc)电压。对于连接到设置在受检者的身体内的体内探头(诸如电生理探头)的电路，这种对称性是特别重要的，因为例如由通过双向半导体器件的消融射频(rf)电流的流动产生的任何dc电压都可能对受检者造成危险。因此，需要快速且
有效地检测双向半导体器件中的任何不对称性。
37.为了满足这一需求，本发明的示例性实施方案提供了用于测试电路中的双向半导体器件的对称性的系统。该系统包括信号发生器，该信号发生器连接到电路并被配置成生成具有两种不同频率的信号。假设双向半导体器件是对称的，则双向半导体器件相当于线性装置，因此不生成任何附加频率。然而，在双向半导体器件不对称(例如，由于具有不对称阻抗)的情况下，该器件表现为非线性的，从而导致要在电路上传送从生成的信号的频率导出的其他“导出”频率。因此，通过识别到这些导出频率中的一个频率，诸如生成的信号的频率之间的差值，可检测不对称性。
38.有利的是，对于电生理应用，可在预先存在的电生理信道上检测导出频率，使得本文所述的对称性测试可以不需要附加硬件。为了有利于这一点，生成的信号的频率可被选择成使得频率之间的差值落在通过信道传送的电生理信号的带宽内。尽管如此，频率本身可被选择成落在该带宽之外，使得生成的信号不干扰对电生理信号的检测。
39.本发明的示例性实施方案还提供了用于在电极浸没在电解溶液中时测试电极质量的测试套件。包括上述信号发生器的套件连接到电极，使得生成的信号流经电极。在电极表面有缺陷的情况下(例如，在表面粗糙或肮脏的情况下)，电极与电解溶液之间的交界面的非线性增加，使得生成导出频率所需要的振幅也增加。因此，通过识别导出频率中的一个频率，可检测缺陷。
40.虽然本说明书主要涉及电生理应用，但应当强调的是，本发明的实施方案可用于测试任何双向半导体器件的对称性，并用于测试任何电极的质量。
41.系统描述
42.首先参考图1，其为根据本发明的一些示例性实施方案的电生理系统20的示意图。
43.系统20包括体内探头26，该体内探头包括设置在其远侧端部处的一个或多个体内电极28。使用探头26和电极28，医师30可从受检者22采集电生理信号，诸如来自受检者22的心脏24的电描记图信号。另选地或除此之外，医师30可使用探头26和电极28来使心脏24起搏或去纤颤，或者对心脏24的组织进行消融。
44.探头26在近侧连接到通常容纳在控制台32中的电路34。通常，系统20还包括处理器38和监视器36。响应于来自电路34的输出，处理器38可在监视器36上显示相关输出，如下文参考图2进一步所述。
45.一般来讲，处理器38可被体现为单个处理器或一组协作式联网或集群处理器。在一些示例性实施方案中，如本文所述，处理器38的功能可仅以硬件例如使用一个或多个专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)来实现。在其他示例性实施方案中，处理器38的功能至少部分地以软件实现。例如，在一些示例性实施方案中，处理器38被体现为编程数字计算设备，其至少包括中央处理单元(cpu)和随机存取存储器(ram)。程序代码(包括软件程序和/或数据)被加载至ram中以供cpu执行和处理。例如，程序代码和/或数据可以通过网络以电子形式下载至处理器。另选地或除此之外，程序代码和/或数据可以被提供和/或存储在非暂态有形介质上，诸如磁性、光学或电子存储器。此类程序代码和/或数据在被提供给处理器时，产生被配置为执行本文所述的任务的机器或专用计算机。
46.现在参考图2，其为根据本发明的一些示例性实施方案的图1所示电路34的示意图。
47.电路34包括至少一个数字化仪40，该数字化仪被配置成将来自电极28的电生理信号数字化，并通过有线或无线连接将数字化信号66输出至处理器38(图1)。数字化仪40可包括用于在数字化之前对信号进行滤波的任何合适的滤波器。
48.通常，电路34还包括被配置成向电极输送功率的至少一个功率源。例如，电路34可包括心脏起搏器42、心脏去纤颤器和/或消融发生器。通常，电路还包括至少一个电压抑制器48，该电压抑制器抑制由功率源输送的电压。
49.对于其中探头包括多个电极的示例性实施方案，电路通常包括用于电极的不同的相应电生理信道。每个信道包括单独的数字化仪40和电压抑制器48，它们通常经由电阻器64彼此并联连接到电极。电路34还可包括多路复用器52和多路复用器控制器44，该多路复用器包括多个半导体开关46。多路复用器控制器44被配置成控制开关46，以便将信道选择性地连接到功率源。
50.一般来讲，电路可包括任何数量的电极，因此可包括任何数量的信道。以举例的方式，图2示出了其中探头包括两个电极的实施方案，这两个电极在图中被称为“电极1”和“电极2”，并且电路34相应地包括两个信道，这两个信道在图中被称为“信道1”和“信道2”。
51.电路34包括至少一个双向半导体器件。
52.例如，每个开关46可包括双向半导体器件。作为具体示例，每个开关46可包括发光二极管(led)58以及彼此连接并连接到一对寄生二极管56的一对光电晶体管54。响应于来自多路复用器控制器44的控制信号，led58可朝光电晶体管54发射光，从而使光电晶体管变为导通的。然后电流(例如，来自起搏器42)可流经该开关。
53.另选地或除此之外，每个电压抑制器48可包括双向半导体器件。例如，每个电压抑制器48可包括以串联或并联、以相反取向彼此连接的一对二极管60或晶体闸流管。二极管60可包括例如雪崩二极管或齐纳二极管。
54.有利的是，电路34被配置成测试属于电路的双向半导体器件中的任一个双向半导体器件的对称性。为了有利于该测试，电路包括至少一个信号发生器50，该信号发生器被配置成生成具有第一频率f1和第二频率f2的信号。通常，生成的信号的振幅相对较低，诸如小于10μa，以免对受检者造成危险。在双向半导体器件中的一个双向半导体器件的阻抗或另一特性(例如，截止电压)不对称的情况下，该器件表现为非线性的，因此生成从f1和f2导出的其他频率，诸如为f1和f2的线性组合的频率。通过识别这些其他频率中的一个频率，诸如数字化信号66中的差频|f1
‑
f2|、f1 f2、2f1 f2或|2f1
‑
f2|，处理器可检测不对称性。
55.在一些示例性实施方案中，信号发生器50包括电压源。在此类示例性实施方案中，如图2所示，信号发生器可被建模为第一电压源50a和第二电压源50b，该第一电压源被配置成生成具有第一频率f1的第一信号，该第二电压源被配置成生成具有第二频率f2的第二信号，所述电压源中的每个电压源均与相应的电阻器62串联连接。在其他示例性实施方案中，信号发生器50包括电流源。
56.在一些示例性实施方案中，电路34包括用于每个信道的不同的相应信号发生器。在其他示例性实施方案中，单个信号发生器计经由多路复用器连接到所有信道。
57.通常，f1和f2位于通过信道传送的电生理信号的带宽之外(即，在电生理信号所表现出的频率范围之外)，使得生成的信号不干扰对电生理信号的处理。例如，对于其中通过信道传送电描记图信号的应用，生成的频率中的每个频率可大于500hz，诸如大于1000hz。
然而，至少一个导出频率(例如f1和f2之间的差值)通常在上述带宽内，使得数字化仪的采样率(其通常对应于带宽中的最高频率)足以捕获导出频率。例如，对于电描记图应用，导出频率可小于500hz，诸如在400hz和500hz之间。因此，有利的是，可在信号66(即，从数字化仪40接收到的常规数字化电生理信号)中识别导出频率。
58.响应于识别到导出频率(例如，响应于识别到具有导出频率和大于预定阈值的振幅的信号66的分量)，处理器可例如通过在监视器36(图1)上显示合适的警告来生成指示双向半导体器件的阻抗不对称的输出。另选地或除此之外，响应于识别到导出频率，处理器可禁用功率源。
59.测试电极质量
60.首先参考图3，其为根据本发明的一些示例性实施方案的用于在使用探头26之前测试电极28的质量的系统67的示意图。
61.系统67包括信号发生器50，该信号发生器如上文关于图2所述可被建模为第一电压源50a和第二电压源50b，该第一电压源被配置成生成具有第一频率f1的第一信号，该第二电压源被配置成生成具有第二频率f2的第二信号，所述电压源中的每个电压源与相应的电阻器62串联连接；以及数字化仪40，该数字化仪被配置成通过有线或无线连接与处理器82通信。为了测试每个电极，使来自信号发生器的生成的信号通过包括电极的电路。在生成的信号通过电路时，处理器82通过处理数字化信号66来监测电路的导出频率，诸如|f1
‑
f2|，如上文参考图2所述。响应于识别到导出频率(例如，响应于识别到具有导出频率和大于预定阈值的振幅的信号66的分量)，处理器82可生成指示电极中的缺陷的输出。
62.通常，信号发生器和数字化仪属于测试套件76，该测试套件被配置成连接到探头26，例如，连接到其近侧端部。通常，测试套件76还包括多路复用器52(其可包括任何类型的开关)和多路复用器控制器44。多路复用器52中的每个开关被配置成经由不同的相应导线连接到探头26的远侧端部处的不同的相应电极。导线可以容纳在缆线86中，该缆线可以经由探头26的柄部74中的合适接口连接到探头26。响应于来自处理器82的控制信号80，多路复用器控制器44控制多路复用器52，使得多路复用器将电极选择性地连接到信号发生器以进行测试。
63.一般来讲，处理器82可被体现为单个处理器或一组协作式联网或集群处理器。在一些示例性实施方案中，如本文所述，处理器82的功能可仅以硬件例如使用一个或多个专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)来实现。在其他示例性实施方案中，处理器82的功能至少部分地以软件实现，如上文针对处理器38(图1)所述。处理器82可属于测试套件76，或者如图3所示属于外部计算机。响应于识别到导出频率，处理器82可在计算机监视器上显示合适的警告，输出音频警报和域生成另一个输出，诸如通过激活属于测试套件的警示灯。
64.通常，电极28在浸没于模拟体内环境的电解溶液70(诸如盐水)中时进行测试。每个电极和溶液70之间的交界面处的阻抗的非线性以及因此信号66的任何导出频率分量的振幅随着电极表面有缺陷的程度(例如，粗糙或肮脏)的增加而增加。因此，如上所述，可响应于识别到信号66中的导出频率而检测缺陷。
65.通常，通常设置在容纳溶液70的容器68的底部处的返回电极72经由导线84连接到测试套件。导线84可被容纳在缆线中。因此，生成的信号所通过的测试电路包括溶液70、返
回电极72和导线84。
66.一般来讲，测试套件可包括由任何合适的材料诸如塑料制成的壳体，该壳体被构造成保持本文所述的套件的各种部件。测试套件可包括任何合适的电接口，例如端口或插座，用于将套件连接到探头，使得电极28连接到信号发生器。类似地，测试套件可包括用于将套件连接到返回电极72的任何合适的电接口。另选地或除此之外，测试套件可包括用于与处理器82通信的任何合适的有线或无线通信接口(例如，通用串行总线(usb)端口)，使得处理器可经由通信接口从套件接收信号66，并且/或者套件可从处理器接收控制信号80。
67.通常，频率f1和f2相对较小，诸如小于100hz，以便放大电极的任何非线性响应。另外，通常，生成的信号中的每个信号的振幅相对较小，诸如小于50μa，以便使对电极表面的任何不期望的影响最小化。
68.本领域技术人员应当理解，本发明不限于上文具体示出和描述的内容。相反，本发明的实施方案的范围包括上文所述各种特征的组合与子组合两者，以及本领域的技术人员在阅读上述说明书时可能想到的未在现有技术范围内的上文所述各种特征的变型和修改。以引用方式并入本专利申请的文献被视为本技术的整体部分，不同的是如果这些并入的文献中限定的任何术语与本说明书中明确或隐含地给出的定义相冲突，则应仅考虑本说明书中的定义。