用于生物阻抗测量的混频激励电流源

　　1　引　言

　　医学研究表明,生物组织携带有大量的生理和病理信息。生物电阻抗测量技术作为一种无损检测技术,是利用生物组织的电特性(阻抗、导纳和介电常数等)及其变化,来提取出生物体生理及病理信息,以对生物体进行无损伤的功能性评价,同时由于系统成本较低,故具有较高的实用价值[1,2]。

　　由于电流源受生物体接触阻抗的影响较小,所以生物电阻抗测量系统中普遍采用电流源作为激励。目前,生物阻抗测量技术正逐步将重点转向全信息复阻抗检测和生物组织及器官信息的提取方面。传统的单一测量频率,只取阻抗模量的测量方法,已无法令人满意,而应充分考虑生物组织阻抗的容抗特性,这就要求检测系统能够灵活调节测量频率进行多频测量。生物组织含有大量细胞,低频时电流主要流经细胞外液,随着频率增高,一部分电流将流经细胞内液,生物组织的低频阻抗大而高频阻抗较小,具有随频率变化的特性。为了研究同一时刻生物阻抗高低频响应的关联性,以及达到一次测量便可同时获得生物阻抗全信息的目的,系统应采用高低频率混频(必须保证混频的一致性)激励的方法进行测量。针对上述难题,本文提出了一种具有高输出阻抗可灵活调节的混频激励电流源。

　　2　硬件电路构成

　　该电路采用两片具有50 MHz时钟频率的直接数字合成芯片AD7008构成信号发生器[3,4],由AT89C52通过异步串口接收上位机配置信息并直接通过IO口控制AD7008,产生频率和幅值均可调的正弦信号,经过滤波、放大电路送入加法电路叠加为混频电压信号。最后将信号送入电压控制电流源产生生物阻抗测量所需要的混频激励电流。其电路结构如图1所示。该信号源可方便应用于开关解调、乘法解调或数字解调等多种解调方法,具有很大灵活性及通用性。

　　2·1　混频信号发生器

　　AD7008是AD公司推出的高集成度DDS频率合成器。它内部包括可编程DDS系统、高性能10位DAC、与微机的串行和并行接口以及控制电路等,如果接上精密时钟源,AD7008即可产生频率和相位均可编程控的模拟正弦波输出。AD7008主要由三部分构成。第一部分是由32位相位累加器、SIN/COS查询表、10位的D/A转换器以及频率、相位和幅度调节寄存器组成的可编程直接数字合成系统;第二部分是用于设置AD7008工作模式的一个命令寄存器和幅度调节单元;第三部分是接口及控制电路,用于与单片机和DSP等处理器连接,以实现对频率、相位和幅度调节寄存器的写入修改。AD7008的输出频率由下式给出:

　　AD7008输出的正弦波是由一组脉冲序列近似模拟的,这些脉冲序列可以描述为如下形式的傅里叶序列: