面向生物阻抗测量的双通道反馈电流源设计

发布时间：2022-02-21 17:21

　　微电流激励的生物阻抗测量方法在生物医学中具有广泛应用前景,其中能够驱动生物负载的电压控制电流源是生物阻抗测量的前提条件。本文提出一种具有高带宽、高输出阻抗、能驱动较大容性负载的电流源电路拓扑结构。首先,根据系统的传递函数分析系统不稳定的原因并引入容性负载对系统的影响;接着,使用双通道反馈补偿的方法弥补了系统高频不稳定的缺陷,并在反馈通路使用简单的阻容网络实现容性负载的补偿;然后,仿真分析得出电流源在100 Hz～1.2 MHz的带宽范围内具有较好的恒流特性,在1 MHz的输出阻抗达到为160.756 kΩ,并且当负载的复阻抗越大时,系统稳定裕度越高。最后,使用该电流源激励生物组织进行实验验证,在不同的频率下对比传统增强型Howland和三运放电流源,结果表明在800 KHz以上,其它两种电流源无法成像时该电流源仍具有很好的成像效果,也验证了该电流源在测量生物组织时的实用性。 

【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

电压控制电流源电路拓扑结构

考虑生物阻抗的容性负载,本文引入两种生物阻抗的等效模型进行分析,其等效电路结构如图2所示。两种等效网络等价于在前向通道中串联了一个环节,两种等效电路的传递函数分别为:

当系统不存在第二条反馈通道FB#2、容性负载、容性补偿网络,并短路电阻R1。假设负载为纯阻性,并在100 Ω～10 KΩ之间递增。系统的开环增益曲线、1/β曲线如图3所示。根据闭合速度判别法,在图3中只有RL=10 kΩ的1/β曲线与开环增益曲线交点的夹角等于20 dB每十倍量程,系统稳定,其它较小负载的情况下系统均不稳定。系统在截止频率处的相位裕度如表1所示。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]用于生物电阻抗检测的Howland电流源恒流特性研究[J]. 林兴建,赵伟杰,刘晓娟,厉力华.  生物医学工程学杂志. 2015(02)
[3]一种多频率同步信号激励电流源设计[J]. 杨宇祥,乔洋.  仪器仪表学报. 2013(04)
[4]电阻抗成像系统中电压控制电流源的设计[J]. 童倜,张伟兴.  电子设计工程. 2012(01)



本文编号：3637718