生物电子系统前端电路关键技术的研究

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1、硕士学位论文修生物电子系统前端电路关键技术的研究作者姓名李栋学校导师姓名、职称朱樟明教授企业导师姓名、职称刘洪涛高工申请学位类别工程硕士学校代码10701学号1511122836分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文生物电子系统前端电路关键技术的研究作者姓名：李栋领域：软件工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：朱樟明教授企业导师姓名、职称：刘洪涛高工学院：微电子学院提交日期：2018年4月ResearchontheKeyTechnologyoftheFront-endCircuitofBio-ElectronicS

2、ystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByLiDongSupervisor:ZhuZhangmingProfessorLiuHongtaoSeniorEngineerApril2018摘要摘要在健康状态下，人体成分都维持在一定的平衡状态下，当人体的生理或者是心里发生变化时，人体的成分会发生一定的变化，所以我们可以通过检测人体成分对人体的健康状态进行实时评估，临床实

3、验表明通过测量人体阻抗可以实现对人体成分的分析。本文设计了一款完整的阻抗测量系统，实现对人体阻抗测量。系统利用DDS产生频率可控的正弦信号，通过Delta-sigma调制器将DDS产生的并行数字码转换为串行输出，然后利用模拟低通滤波器滤除调制器输出的高频噪音，最后利用Howland电流源将低通滤波器输出的电压信号转换为电流信号，通过电极将Howland电流源产生的电流信号注入到待测组织中。利用INA放大器将电极两端的电压差进行放大，然后将放大之后的模拟信号通过Delta-sigma调制器转换为串行的数字信号，最后通过数字滤波器降低调制器输出数字码的速率并且

4、滤除调制器输出的高频噪音信号。利用LabVIEW编写上位机界面，通过控制FT245实现对系统工作模式的修改，并且将系统采集到的数据进行存储。与传统的阻抗测试系统相比较，本文提出的阻抗测量系统有三个方面的优点，其一，是利用数字Delta-sigma调制器级联模拟低通滤波器将DDS输出的数字信号转换为模拟输出，降低系统的规模与系统功耗，滤波器的输出信噪比最低可以到达52dB；其二，在Howland电流源输出级联一个工作在饱和区PMOS管，增加恒流源的输出阻抗，恒流源的输出阻抗达到1MΩ，降低系统对电极接触阻抗的要求；其三，采用交织结构的CIC抽取滤波器增加滤波

5、器的阻带衰减，与传统CIC抽取滤波器相比，交织结构的滤波器可以使得阻带衰减增加2-10dB。在系统功能测试中利用已知阻值的电阻网络。首先对系统每个独立模块的功能与性能进行验证，然后对整个电路系统的性能进行分析。整个系统的信噪比最低为46dB，最大信噪比可以达到62dB。关键词：生物阻抗谱，FPGA，LabVIEW，Howland，Delta-sigmaIABSTRACTABSTRACTBodycompositionaremaintainedatacertainequilibriumstate.Whenthehumanbodyphysiologyorpsyc

6、hologychanges,thebodycompositionwillchange.Sothehealthstatecanbereal-timedetectedbyanalyszingthecomponentsofthehumanbody.Clinicalexperimentsshowthathumanbodycompositioncanbeanalyzedbymeasuringhumanimpedance.Animpedancemeasurementsystemisdesigned,itcanbeusedtogettheimpedanceofhuman

7、body.ThesystemusestheDDStoproducesinesignalthatthefrequencycanbecontrolledbytheusers.TheDelta-sigmamodulatorisusedtoconverttheparalleldigitalcodeproducedbyDDStoserialoutput.Thenanaloglowpassfilterisusedtofilterthehighfrequencynoiseofthemodulatoroutput.Finally,thevoltagesignaliscon

8、vertedtothecurrentsignalbytheHowl