[发明专利]一种基于比较器的时间域生物阻抗检测电路

权利要求书

1.一种基于比较器的时间域生物阻抗检测电路，其特征在于，包括伪正弦电流激励产生电路和电压信号接收电路两部分；其中：

所述伪正弦电流激励产生电路，用于产生已知频率且线性度较好的正弦电流信号，并分别施加在待测生物阻抗和参考电阻上；参考电阻的阻值已知，且根据待测生物阻抗的范围选取；

所述电压信号接收电路包括模拟前端放大通路、PWM波产生电路和阻抗重建电路；PWM波产生电路包括比较器和逻辑门电路；阻抗重建电路包括时间数字转换模块、Cordic正弦函数、乘法函数和除法函数模块。

2.根据权利要求1所述的基于比较器的时间域生物阻抗检测电路，其特征在于，所述模拟前端放大通路包含相同的两路，其中，一个通路用于检测待测阻抗两端的电压，另一个通路用于检测参考电阻两端的电压；所述模拟前端放大通路包括可编程电压放大器和滤波器，通过可编程电压放大器实现增益可调，从而实现较宽的阻抗测量范围；

所述两路模拟前端放大通路的输出进入PWM波产生电路，通过比较器和若干逻辑门电路将电压域的信息转换到时间域，用脉冲的宽度表示；

所述阻抗重建电路中，时间数字转换模块将脉冲宽度转换为数字信息，再经由乘法函数、除法函数和正弦运算函数模块，重建待测阻抗的幅度和相位信息。

3.根据权利要求2所述的基于比较器的时间域生物阻抗检测电路，其特征在于，乘法函数、除法函数和正弦函数运算通过软件实现，或者通过专用集成电路或可编程逻辑门阵列实现。

4.根据权利要求3所述的基于比较器的时间域生物阻抗检测电路，其特征在于，所述伪正弦电流激励产生电路，包括只读存储器、sigma-delta调制器和电流型数模转换器。

5.根据权利要求4所述的基于比较器的时间域生物阻抗检测电路，其特征在于，只读存储器（9）内存储预先生成的正弦信号，数据读出后经sigma-delta调制器（8）调制，再由电流数模转换器（7）转换为电流激励信号，分别施加在待测生物阻抗（5）和参考电阻（6）上；两路模拟前端放大通路（2）分别检测待测生物阻抗（5）和参考电阻（6）上产生的电压信号，并进行放大和滤波处理；两路模拟前端放大通路（2）将处理后的电压信号输入PWM波产生电路（3），PWM波产生电路（3）将电压域的信息转换到时间域，输出脉冲信号，并用输出脉冲的宽度表示待测阻抗的幅度和相位信息；上述脉冲信号最终输入阻抗重建电路（4），被转换到数字域并进行进一步的计算，从而实现待测生物阻抗（5）的幅度和相位信息的重建；

模拟前端放大通路（2）由可编程电压放大器（10）和低通滤波器（11）两部分组成；其中，可编程电压放大器（10）用于放大待测阻抗（5）或参考电阻（6）上的电压信号，增益由数字信号配置，实现若干档可调增益；低通滤波器（11）用于滤去高频噪声和谐波，提高电压信号的线性度；检测待测生物阻抗（5）的模拟前端放大通路（2）输出信号为Vin，检测参考电阻（6）的模拟前端放大通路（2）输出信号为Vref；

前述信号Vin和Vref输入PWM波产生电路（3），由比较器（12）转换为占空比为50%但相位不同的方波信号Comp1、Comp2和Comp3；信号Comp1、Comp2和Comp3经过异或门（13）的逻辑运算，转换为不同宽度的脉冲信号O_phi、O_t2和O_t1；

前述脉冲信号O_phi、O_t2、和O_t1输入阻抗重建电路（4），时间数字转换器将信号O_phi、O_t2、和O_t1的脉冲宽度分别转换为数字信号T3、T2和T1；随后，乘法器模块、正弦函数模块和除法器模块根据下述公式计算得到待测阻抗的幅度和相位，从而实现待测阻抗的重建：

，

其中，ω代表激励电流信号的角频率，R_ref代表参考电阻的阻值。