用于脑部电阻抗断层成像的高稳定性恒流源的设计论文

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1、用于脑部电阻抗断层成像的高稳定性恒流源的设计论文史学涛，尤富生，霍旭阳，付峰，刘锐岗，董秀珍【关键词】电阻抗断层成像；恒流源；分布电容；屏蔽驱动Designofacurrentsourcepedancetomographysystem【Abstract】AIM:Toimprovethestabilityofthecurrentsourceforbrainelectricalimpedancetomography(EIT)dataacquisitionsystem.METHODS:Ashieldguardte

2、chniqueployedtominimizetheshuntingeffectofthestraycapacitanceofetime,anoutputcurrentpensatingmethodultiplexersstraycapacitance.RESULTS:Thesimulationresultsshoethodsaximumrelativecurrenterrorona1.5kΩloaddroppedfrom7%to0.4%inaximumrelativecurrenterroronthisl

3、oadethodforethodforcurrentsourcecaneffectivelyimprovethestabilityofcurrentsourcesoutputcurrent.【Keypedancetomography;currentsource;straycapacitance;shieldguard【摘要】目的:提高脑部电阻抗断层成像数据采集系统的恒流源的输出稳定度.方法：采用屏蔽驱动的方法减弱电极导线分布电容的分流作用，同时采取输出电流补偿的方法对多路开关上的分布电容分流作用进行补偿．结

4、果：仿真结果表明通过这些措施后流经1.5kΩ负载的激励电流的幅度在工作频率范围内最大相对偏差可由原来的7%降至0.4%以下．最终所实现的激励源的最大相对偏差也小于1%．结论：所采取的电极导线屏蔽驱动和输出电流补偿的方法可以达到有效提高恒流源输出电流稳定度的目的．【关键词】电阻抗断层成像；恒流源；分布电容；屏蔽驱动电阻断层抗成像（electricalimpedancetomography，EIT）是一种通过体表弱电信号激励和体表电信号测量的方法获取目标区域（某一断面）内组织电阻抗分布信息.freel以上的电极

5、导线才能进入目标区域，多路开关的导通电阻、公共端等效电容、等效输入电容以及电极导线的杂散电容等因素会对激励电流形成一定的影响．为分析这些因素的影响，我们设恒流源输出阻抗为Zs，多路开关公共端等效电容为C1、任意一对相邻的输入端等效并联电容为C2、各通道的导通电阻为R，同时，假设负载阻抗为ZLoad，导线间电容为Cline．在忽略导线电阻的情况下，可以得到恒流源工作时的等效电路(图2).此时，令C=C2//Cline=C2+Cline，可得实际流过负载的电流Iload：式中，ω为激励电流的角频率．可以看出，I

6、load不仅会随负载阻抗而变化，同时还会随激励信号频率的改变而改变．由于我们的系统要求在1~200kHz的频率范围内提供相对可靠的阻抗信息，同时，前期的实验结果表明，脑EIT成像时，采用准对向驱动模式［1］情况下，相对恒流源而言，负载阻抗一般在0.5~1.5kΩ之间．因而，我们根据现有电子元件的相关参数，取R=300Ω，C1=30pF，C2=2pF，Cline=100pF，Zs=4MΩ，并将恒流源输出电流设为1mA，以仿真的方式获得了如图3所示的ZLoad分别为0.5kΩ，1kΩ和1.5kΩ时，负载电流随频

7、率变化的曲线．可见，随着频率的上升，流经负载的电流急剧下降，特别是当负载为1.5kΩ，频率为200kHz时，负载电流下降幅度可达7%以上，严重影响了EIT系统的测量精度．因而采取适当的措施降低这种影响是非常必要的.2方法和结果通过公式(1)可以看出，由于恒流源输出阻抗Zs远大于多路开关的导通电阻R和负载阻抗ZLoad，导致负载电流随频率和负载变化的主要原因是分布电容．其中，导线分布电容Cline由导线的长度和布局决定，往往会随着环境的改变而变化．为减小Cline对激励电流的分流作用，我们对电极导线进行了屏蔽

8、驱动，具体方法是以同轴电缆的芯线连接电极与恒流源，同时还与一个增益为1的电压缓冲放大器的输入级相联，缓冲放大器的输出级与同轴电缆的屏蔽层相连．工作时，由于芯线与屏蔽层电压相等，激励电流不会分流，从而将Cline的影响减到可以忽略不记的程度.多路开关的公共端和输入端的等效电容C2和C1由现有器件水平决定，无法降低．但根据公式(1)，负载电流总是随频率的升高而降低，如果我们能使恒流源输出电流Is随频率的升高而升高，则