[发明专利]一种用于电阻抗成像的低功耗电流激励源

说明书

技术领域

本发明属于生物电阻抗成像技术领域，具体涉及一种应用于便携式电阻 抗成像的低功耗电流激励源。

背景技术

生物电阻抗成像技术是使用从生物体表无创测量的到的一组电阻抗信 息，对生物体的内部结构进行成像的一种断层成像技术。该技术需要使用电 阻抗测量设备对成像目标进行电阻抗测量，得到包含成像目标内部信息的、 某频率下的一组电阻抗值。在进行电阻抗测量时，一般需要对成像目标施加 一个恒定强度的电流激励，并测量成像目标上的响应电压，则响应电压除以 激励电流即为成像目标的电阻抗。

传统的电阻抗成像技术中进行电阻抗测量时，对成像目标施加的激励一 般是正弦电流激励信号。传统的正弦电流源电路中，一般采用FPGA+高速DAC 的方案产生正弦电压激励信号，并使用基于运放AD844的镜像电流源技术来 构建电压电流转换电路。

在这种传统的正弦电流源电路中，FPGA、高速DAC、AD844等芯片都需要 消耗较大的电流，而且需要较高、较多的供电电压，导致其供电电路较为复 杂、功耗大，因而不便于在电池供电的手持式电阻抗成像系统中使用。

所以，需要一种供电简单、功耗低、精度较高的激励电流源电路，以便 于应用于电池供电的手持式电阻抗成像设备。

发明内容

本发明的目的在于为电池供电的手持式电阻抗成像设备提供一种供电简 单、低功耗、高精度，且能够输出方波激励电流信号的用于电阻抗成像的低 功耗电流激励源。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：该电流激励源由方波信号 发生器、方波稳压信号源和电压电流变换电路构成；

所述的方波信号发生器由高频时钟以及与调频时钟的信号输出端相连接 的分频器构成，其中，高频时钟由高精度的晶体振荡电路产生；分频器由单 片机内置的Timer模块实现，或由低功耗复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现；

所述的方波稳压信号源由2V直流电压源、1V直流电压源和模拟开关构 成，其中，直流电压源分别是由2V和1V的参考电压源电路产生；直流电压 源产生的2V和1V电压分别送入2选1的模拟开关的两个输入端；方波信号 发生器的信号输出端与模拟开关相连输出控制信号控制模拟开关；

所述的电压电流变换电路由低功耗运算放大器、电阻和电容构成，第一 低功耗运算放大器的同相输入端经第一电阻与方波稳压信号源相连接，第一 低功耗运算放大器的输出端经第二电阻与其反相输入端相连接，低功耗运算 放大器的反相输入端还经第三电阻接等电位点发生电路，低功耗运算放大器 的输出端经第四电阻连接激励电流输出端，同时连接第二低功耗运算放大器 的同相输入端，第五电阻连接在第二低功耗运算放大器的输出端与反相输入 端之间，第二低功耗运算放大器的输出端经电容和第六电阻接第一低功耗运 算放大器的同相输入端。

所述的分频器对高频时钟产生的时钟信号进行分频，输出占空比为50％ 的方波；分频器的分频系数由程序调整，从而调整激励信号的频率。

所述的方波信号发生器输出的控制信号控制模拟开关选择直流电压源产 生的2V和1V电压中的一个与模拟开关的公共端相连，从而使得方波稳压信 号源输出高电平为2V、低电平为1V的方波稳压信号。

所述的第一电阻采用可调电阻从而调整激励电流的强度。

所述的等电位点发生电路由电阻、电容、运算放大器构成，其中等电位 点第一电阻、第二电阻串接在3.3V电源和地之间对3.3V电源进行分压得到 需要的等电位点电压，电容并联在第二电阻的两端，用于滤除等电位点电压 上的噪声，分压得到的等电位点电压进入低功耗运算放大器的同相输入端， 低功耗运算放大器的反相输入端与输出端相连接构成深度负反馈电路，用于 增加等电位点电压的驱动能力。

本发明由高频时钟和分频器构成的方波信号发生器；由高精度参考电压 源和模拟开关构成的方波稳压信号源；由低压、低功耗运算放大器和阻容元 件构成的电压电流转换电路。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，本发明所提供的设计方案 中所使用的元件都可以使用较低的供电电压；其次，本发明所提供的设计方 案所需消耗的电流较小，功耗较低；最后，本发明所提供的设计方案可以调 整激励信号的频率与强度。可以为电池供电的便携式电阻抗成像系统提供高 精度的、频率与强度可调的激励电流信号。

附图说明