用于生物電阻抗測(cè)量的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于生物電阻抗測(cè)量的 數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物電阻抗測(cè)量巧lectrical Bioimpedance Measurement)，或簡(jiǎn)稱阻抗技術(shù)，是 一種利用生物組織與器官的電特性及其變化規(guī)律提取與人體生理，病理狀況相關(guān)的生物醫(yī) 學(xué)信息的檢測(cè)技術(shù)。它通常是借助置于體表的電極系統(tǒng)向檢測(cè)對(duì)象送入一微小的交流測(cè)量 電流或電壓，檢測(cè)相應(yīng)的電阻抗及其變化，然后根據(jù)不同的應(yīng)用目的，獲取相關(guān)的生理和病 理信息。也即是，在生物電阻抗測(cè)量中，主要利用生物組織具有的阻抗頻譜特性，該阻抗頻 譜特性是指生物組織電阻抗中，阻抗和容性成分的值隨著加載電信號(hào)的頻率不同會(huì)發(fā)生較 顯著的變化。電阻抗的各部分在一個(gè)寬頻帶的驅(qū)動(dòng)電流范圍內(nèi)表現(xiàn)出的一些特性，可W被 用來(lái)區(qū)分不同的組織，并可被用于分析判斷組織的生理病理狀態(tài)。因此，在生物電阻抗測(cè)量 中，對(duì)所測(cè)頻譜分辨率的要求越來(lái)越高。
[0003] 而現(xiàn)在技術(shù)依靠增加波形存儲(chǔ)器的容量來(lái)提高頻率分辨率，若增加波形存儲(chǔ)器的 容量則硬件成本大大增加，也就是，若提高頻率分辨率一倍，則波形存儲(chǔ)器的容量也要增加 一倍，在本振波形發(fā)生器的存儲(chǔ)深度不變?cè)谇闆r下，要取得較高的頻譜分辯率通常要降低 ADC的采樣時(shí)間，降低ADC的采樣時(shí)間要求ADC轉(zhuǎn)換器的輸出頻率可W控制。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種采用固定ADC采樣 率、避免了對(duì)波形存儲(chǔ)器容量依賴而提高頻譜分辨率的用于生物電阻抗測(cè)量的數(shù)字相位解 調(diào)系統(tǒng)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的一技術(shù)方案如下：
[0006] -種用于生物電阻抗測(cè)量的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)，包括：
[0007] 信號(hào)抽取器，用于將接收的輸入信號(hào)S(n)，其中n為序列號(hào)且《e[l，?]，輸入信 號(hào)S(n)的長(zhǎng)度為N ;
[0008] 解調(diào)控制器，通過給定輸入信號(hào)頻率f經(jīng)控制解調(diào)后輸出抽取因子M、頻率控制字 FTW W及工作時(shí)鐘頻率fuDs;
[0009] 本振信號(hào)合成器值DS)，根據(jù)所述頻率控制字FTW和讀取時(shí)鐘fpDs來(lái)控制產(chǎn)生余弦 信號(hào)和正弦信號(hào)，其中DDS采樣長(zhǎng)度為Ni;
[0010] 兩個(gè)乘法器，用于將經(jīng)過所述信號(hào)抽取器的M倍抽取后得到的信號(hào)Y (n)分別與所 述本振信號(hào)合成器產(chǎn)生的余弦信號(hào)和正弦信號(hào)的數(shù)據(jù)相乘；
[0011] 兩個(gè)濾波器，用于根據(jù)來(lái)自所述乘法器的信號(hào)，濾除乘法器信號(hào)的高頻分量，W輸 出輸入信號(hào)s(n)的實(shí)部I和虛部Q。
[0012] 在本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，其中，所述解調(diào)控制器包括：
[0013] 移位寄存器I，接收輸入信號(hào)頻率f。取高H位，并輸出所取高H位值k;
[0014] 除法器，與所述移位寄存器I連接，用于根據(jù)所述移位寄存器I輸出所取高位值k N 使^除W k值后得到分頻因子D和抽取因子M ;
[0015] 分頻器，與所述除法器連接，用于根據(jù)所述除法器輸出的分頻因子D得出DDS工作 時(shí)鐘fDDS;
[0016] 移位寄存器II，接收輸入信號(hào)頻率取低L位，并輸出所取低L位值log; ^，經(jīng)過 移位寄存處理后直接輸出DDS頻率控制字FTW。
[0017] 在本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，其中，所述本振信號(hào)合成器值D巧包括：
[0018] 兩個(gè)相位累加器，用于根據(jù)所述解調(diào)控制器中的移位寄存器II輸出的頻率控制字 FTW來(lái)對(duì)本振信號(hào)相位進(jìn)行線性累加；
[0019] 兩個(gè)波形存儲(chǔ)器，用于根據(jù)分頻器得到的時(shí)鐘頻率fDDS來(lái)控制本振信號(hào)經(jīng)兩個(gè)相 f \ f 打） 位累加器處理后得出余弦信號(hào)COS 和正弦信號(hào)心>
[0020] 在本實(shí)用新型另一實(shí)施例中，其中，所述兩個(gè)濾波器為低通濾波器。
[0021] 在本實(shí)用新型又一實(shí)施例中，其中，所述兩個(gè)波形存儲(chǔ)器為ROM。
[0022] 采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是；本實(shí)用新型 技術(shù)方案主要通過固定ADC采樣率、避免了對(duì)波形存儲(chǔ)器容量依賴而提高頻譜分辨率，實(shí) 現(xiàn)了在較小的波形存儲(chǔ)器ROM和較高的采樣頻率下數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)提高頻率分辨 率，理論上解調(diào)頻率可W達(dá)到無(wú)窮小。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明：
[0024] 圖1是本實(shí)用新型的工作原理圖。
[0025] 圖2是本實(shí)用新型所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖3是本實(shí)用新型所述解調(diào)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖4是本實(shí)用新型所述系統(tǒng)ADC輸入信號(hào)與DDS控制信號(hào)關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] W下所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍。
[0029] 在生物電阻抗測(cè)量中，主要利用生物組織具有的阻抗頻譜特性，該阻抗頻譜特性 是指生物組織電阻抗中，阻抗和容性成分的值隨著加載電信號(hào)的頻率不同會(huì)發(fā)生較顯著的 變化。電阻抗的各部分在一個(gè)寬頻帶的驅(qū)動(dòng)電流范圍內(nèi)表現(xiàn)出的一些特性，可W被用來(lái)區(qū) 分不同的組織，并可被用于分析判斷組織的生理病理狀態(tài)。因此，在生物電阻抗測(cè)量中，對(duì) 所測(cè)頻譜分辨率的要求越來(lái)越高。而現(xiàn)有兩種提高頻譜分辨率的方法：一是依靠增加波 形存儲(chǔ)器的容量來(lái)提高頻譜分辨率；二是在本振信號(hào)合成器中波形存儲(chǔ)器容量不變的情況 下，降低ADC采樣時(shí)間。但是當(dāng)增加波形存儲(chǔ)器的容量后，硬件成本會(huì)大大增加，也即是如 果頻譜分辨率要提高一倍，則波形存儲(chǔ)器的容量要增加一倍。而在波形存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量 (或深度）不變的情況下降低ADC采樣時(shí)間，該要求ADC輸出頻率可控，會(huì)造成對(duì)ADC采樣 率的依賴增加。
[0030] 本實(shí)用新型主要采用正交解調(diào)技術(shù)對(duì)輸入信號(hào)的相位信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，所得信號(hào)的 頻譜分辨率很大程度上取決于本振信號(hào)合成器中波形存儲(chǔ)器深度。如圖1所示，假定輸入 信號(hào)S(t)的表達(dá)式為S(t) =Acos(wt+0)，其中A為輸入信號(hào)的振幅，w為輸入的角頻率 與本振頻率相同，0為輸入信號(hào)相位，I(t)和Q(t)為解調(diào)出的實(shí)部與虛部的混頻信號(hào)，且 其混頻信號(hào)的實(shí)部和虛部的表達(dá)式為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于生物電阻抗測(cè)量的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)，包括： 信號(hào)抽取器，用于將接收的輸入信號(hào)S(n)，其中n為序列號(hào)且n e [1，N]，輸入信號(hào) S(n)的長(zhǎng)度為N; 解調(diào)控制器，通過給定輸入信號(hào)頻率f經(jīng)控制解調(diào)后輸出抽取因子M、頻率控制字FTW 以及工作時(shí)鐘頻率fDDS; 本振信號(hào)合成器ODS)，根據(jù)所述頻率控制字FTW和讀取時(shí)鐘fDDS來(lái)控制產(chǎn)生余弦信號(hào) 和正弦信號(hào)，其中本振信號(hào)合成器米樣長(zhǎng)度為N1; 兩個(gè)乘法器，用于將經(jīng)過所述信號(hào)抽取器的M倍抽取后得到的信號(hào)Y(n)分別與所述本 振信號(hào)合成器產(chǎn)生的余弦信號(hào)和正弦信號(hào)的數(shù)據(jù)相乘； 兩個(gè)濾波器，用于根據(jù)來(lái)自所述乘法器的信號(hào)所代表的深度，利用相應(yīng)的濾波參數(shù)對(duì) 來(lái)自所述乘法器的信號(hào)進(jìn)行濾波，以輸出輸入信號(hào)S(n)的實(shí)部I和虛部Q。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述解調(diào)控制器包括： 移位寄存器I，接收輸入信號(hào)頻率fD取高H位，并輸出所取高H位值k ; 除法器，與所述移位寄存器I連接，用于根據(jù)所述移位寄存器I輸出所取高位值k使N i除以k值后得到分頻因子D和抽取因子M ; 分頻器，與所述除法器連接，用于根據(jù)所述除法器輸出的分頻因子D得出本振信號(hào)合 成器工作時(shí)鐘fDDS; 移位寄存器II，接收輸入信號(hào)頻率fD取低L位，并輸出所取低L位值l〇g2 ，經(jīng)過移位 O 寄存處理后直接輸出本振信號(hào)合成器頻率控制字FTW。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述本振信號(hào)合成器（DDS) 包括： 兩個(gè)相位累加器，用于根據(jù)所述解調(diào)控制器中的移位寄存器II輸出的頻率控制字FTW 來(lái)對(duì)本振信號(hào)相位進(jìn)行線性累加； 兩個(gè)波形存儲(chǔ)器，用于根據(jù)分頻器得到的時(shí)鐘頻率fDDS來(lái)控制本振信號(hào)經(jīng)兩個(gè)相位累 (( n\ 加器處理后得出余弦信號(hào)cos 和正弦信號(hào)* INi) 、N〇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)濾波器為低通濾 波器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)波形存儲(chǔ)器為 ROM。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于數(shù)字信號(hào)傳輸領(lǐng)域，具體公開了一種用于生物電阻抗測(cè)量的數(shù)字相位解調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括信號(hào)抽取器、解調(diào)控制器、本振信號(hào)合成器(DDS)、兩個(gè)乘法器和兩個(gè)濾波器，通過給定輸入信號(hào)頻率f經(jīng)控制解調(diào)后輸出抽取因子M、頻率控制字FTW以及工作時(shí)鐘頻率fDDS；根據(jù)所述頻率控制字FTW和讀取時(shí)鐘fDDS來(lái)控制產(chǎn)生余弦信號(hào)和正弦信號(hào)；用于根據(jù)來(lái)自所述乘法器的信號(hào)所代表的深度，利用相應(yīng)的濾波參數(shù)對(duì)來(lái)自所述乘法器的信號(hào)進(jìn)行濾波，以輸出輸入信號(hào)S(n)的實(shí)部I和虛部Q。因此，本實(shí)用新型通過固定ADC采樣率、避免了對(duì)波形存儲(chǔ)器容量依賴，實(shí)現(xiàn)了在較小波形存儲(chǔ)器容量和較高的采樣頻率下解調(diào)系統(tǒng)輸出更高頻率分辨率。
【IPC分類】G01R27-02, G01R23-165
【公開號(hào)】CN204330890
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420866437
【發(fā)明人】費(fèi)智勝, 徐現(xiàn)紅, 高松, 戴濤, 向飛, 蒲洋
【申請(qǐng)人】思瀾科技（成都）有限公司
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日