[发明专利]一种生物电阻抗成像硬件系统

权利要求书

1.一种生物电阻抗成像硬件系统，包括如下几个部分：

上位机(1)，用于接收采集的电压数据，重建并显示图像；

USB接口芯片(2)，用于接收FPGA控制器(8)的控制信号和数据， 完成USB传输功能；

D/A转换、滤波和压流转换电路(3)，包括D/A转换器件，带通滤波 电路和Howland电路，用于将FPGA控制器(8)输出的数据转换成可用于 注入被测对象(5)的恒定电流；

多路开关(4，6)，用于接收FPGA控制器(8)输出的控制信号从而 确定被测对象(5)上被选通的电极；

放大、滤波和A/D转换电路(7)，包括放大电路、带通滤波电路和A/D 转换电路，用于将测量出的电压信号进行预处理并对预处理过的信号进行 模数转换，最终将转换后的数据输入FPGA控制器；

FPGA控制器(8)，用于控制上述各部分协调工作；

其中，所述的FPGA控制器(8)控制过程具体包括，通过控制USB 接口芯片(2)接收上位机传来的命令并传递成像数据给上位机，控制多路 开关(4，6)确定选通电极，接收放大、滤波和A/D转换电路(7)输入的 数字电压信号并对电压信号进行数字相敏解调，控制D/A转换、滤波和压 流转换电路(3)输出恒定电流；

所述的FPGA控制器(8)包括恒流源控制模块，多路开关选择控制模 块，A/D转换采样控制模块，数字相敏解调模块，USB传输控制模块和总 控制模块，其中，

所述的恒流源控制模块用于输出可转化为注入被测对象(5)的恒定电 流的数据；

所述的多路开关选择控制模块用于控制所述的多路开关(4，6)以选 择不同的注电路测电压模式；

所述的A/D转换采样控制模块用于控制所述的放大、滤波和A/D转换 电路(7)的A/D转换频率并接收A/D转换电路转换出来的数据；

所述的数字相敏解调模块通过数字相敏解调的方法，把上述转换出来 的数据与FPGA内部正弦和余弦表进行计算，解调出包含实部与虚部的数 字信号；

所述的USB传输控制模块控制USB接口芯片工作在的批量传输模式， 完成USB传输功能；

所述的总控制模块控制各个模块的工作，通过分发控制字决定以上模 块的工作状态，并完成各模块之间数据缓冲和传输的功能。

2.根据权利要求1所述的一种生物电阻抗成像硬件系统，其特征在于， 所述的FPGA控制器(8)各模块均在FPGA中采用硬件描述语言编程实现。

3.根据权利要求1所述的一种生物电阻抗成像硬件系统，其特征在于， 所述的恒流源控制模块是通过FPGA将其内部ROM中的正弦表数据输出给 所述的D/A转换、滤波和压流转换电路(3)。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种生物电阻抗成像硬件系统，其特 征在于，所述的多路开关选择控制模块的功能通过在FPGA内编写状态机 来实现。

5.根据权利要求1-3之一所述的一种生物电阻抗成像硬件系统，其特 征在于，所述的A/D转换采样控制模块产生的采样时钟由FPGA内部编写 的定时器完成，接收A/D转换的数据的功能由FPGA内部编写的双端口 ROM实现。

6.根据权利要求1-3之一所述的一种生物电阻抗成像硬件系统，其特 征在于，所述的总控制模块由硬件描述语言Verilog HDL编写状态机来实 现，具体为：总控制模块分为五个状态，分别为等待命令，接收命令，分 发控制字，接收相敏解调数据和传输相敏解调数据，所述等待命令状态为 不断轮询USB传输控制模块是否有数据输入；所述接收命令状态为接收 USB传输控制模块传来的命令数据并分析这些数据完整性和正确性，即判 断各命令控制字的值是否在其各自的值域范围内；所述分发控制字状态为 将所收到的各命令控制字分别传输到相应的模块；所述接收相敏解调数据 状态为检查数字相敏解调模块的工作是否完成，如果相敏解调完成就接收 数字相敏解调模块传入的数据，反之等待；所述传输相敏解调数据状态为 将所收到的相敏解调数据送入USB传输控制模块。