用于生物阻抗测量的同步多通道高精度恒流源

作者：李刚 郝丽玲 邢佳 林凌  


摘要：针对生物电阻抗测量和成像系统的激励源须满足两路以上同步输出、高频率精度、各路相位独立可调、输出为恒流性质等特殊要求，本文分析了多核共用时钟的DDS芯片作为生物电阻抗测量和成像系统激励源的应用优势，设计了以AD9959为核心的用于生物阻抗测量或成像系统的恒流驱动信号源。设计的信号源四通道输出同步，频率精度为0.0058Hz，各通道相位分别可调且最小步长为0.022°，幅值分辨率可达9.8μA，控制方便，电路简单。

引言

生物电阻抗检测和成像系统的目标检测量是生物组织的电阻抗信息，对于接触式检测方式，其硬件部分为体表电位测量系统;对于非接触式检测方式，其硬件部分为微弱磁场测量系统。这两种测量系统一般都由激励源、电极、信号处理电路、A/D转换电路和控制单元等部分组成。其中，激励源的作用是提供直接作用于人体的电流或磁场激励信号，其精度和稳定性对于整个测量系统的性能起着决定性的作用。同时，由于其直接作用于人体，对其安全性又提出特殊的要求。

目前已有文献报道的生物电阻抗检测和成像系统的激励源主要包括以下几种：由PLD、可编程时钟芯片和高速DAC组成的激励源;由可编程信号发生器MAX038实现的激励源;用FPGA实现的基于DDS(数字直接合成)原理的激励源;以及采用现有专门的DDS集成芯片在DSP的控制下实现的激励源等。其中，基于DDS原理的FPGA实现方法与专门DDS集成芯片应用较为广泛。相对而言，专门DDS集成芯片以其频率稳定度高、分辨率高、调节方便、输出范围宽以及转换速度快、相位噪声低、与单片机、DSP等通讯方便等特点尤其受到人们的青睐。

本文分析了生物电阻抗测量和成像系统对激励源性能的特殊要求，阐述了DDS芯片AD9959在生物电阻抗测量和成像系统中的优势应用，随后介绍了AD9959的使用方法，并设计了基于AD9959的生物电阻抗测量系统的高性能激励源电路。

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