用于生物电阻抗测量的数字相位解调方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于数字信号传输领域，具体公开了一种用于生物电阻抗测量的数字相位解调方法及其系统。该方法包括接收输入信号频率fD后解调控制输出抽取因子M、DDS频率控制字FTW及DDS工作时钟fDDS；根据抽取因子M将ADC采样取得的输入信号S(n)经信号抽取M倍得到信号Y(n)，同时根据DDS频率控制字FTW控制相位累加以及DDS工作时钟fDDS控制波形存储产生本振信号；信号Y(n)分别与所述DDS本振信号相乘；对相乘所得信号进行滤波，以输出正交解调信号实部I和虚部Q。因此，本发明通过固定ADC采样率、避免了对波形存储器容量依赖，实现了在较小波形存储器容量和较高的采样频率下解调系统输出更高频率分辨率。
【专利说明】用于生物电阻抗测量的数字相位解调方法及其系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字信号传输【技术领域】，尤其是涉及一种用于生物电阻抗测量的数字 相位解调方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 生物电阻抗测量（ElectricalBioimpedanceMeasurement)，或简称阻抗技术，是 一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律提取与人体生理，病理状况相关的生物医 学信息的检测技术。它通常是借助置于体表的电极系统向检测对象送入一微小的交流测量 电流或电压，检测相应的电阻抗及其变化，然后根据不同的应用目的，获取相关的生理和病 理信息。也即是，在生物电阻抗测量中，主要利用生物组织具有的阻抗频谱特性，该阻抗频 谱特性是指生物组织电阻抗中，阻抗和容性成分的值随着加载电信号的频率不同会发生较 显著的变化。电阻抗的各部分在一个宽频带的驱动电流范围内表现出的一些特性，可以被 用来区分不同的组织，并可被用于分析判断组织的生理病理状态。因此，在生物电阻抗测量 中，对所测频谱分辨率的要求越来越高。
[0003] 而现在技术依靠增加波形存储器的容量来提高频率分辨率，若增加波形存储器的 容量则硬件成本大大增加，也就是，若提高频率分辨率一倍，则波形存储器的容量也要增加 一倍，在本振波形发生器的存储深度不变在情况下，要取得较高的频谱分辩率通常要降低 ADC的采样时间，降低ADC的采样时间要求ADC转换器的输出频率可以控制。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种采用固定ADC采样率、 避免了对波形存储器容量依赖而提高频谱分辨率的用于生物电阻抗测量的数字相位解调 方法及其系统。
[0005] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0006] -种用于生物电阻抗测量的数字相位解调方法，该方法包括：
[0007] Pl:接收输入信号频率fD后解调控制输出抽取因子M、DDS频率控制字FTW以及 DDS工作时钟fDDS;
[0008] P2 :根据抽取因子M将ADC采样取得的输入信号S(n)经信号抽取M倍得到信号 Y(η)，同时DDS根据频率控制字FTW控制相位累加以及DDS工作时钟fDDS控制波形存储来 产生本振信号，其中S(η)的米样长度为N，DDS米样长度为N1,η为序列号且ne[l，yV];
[0009] P3 :信号Y(n)分别与所述DDS本振信号相乘，所述DDS本振信号包括余弦信号 fΛ?ηλ cos2疋1和正弦信号_ I、NiJ;
[0010] P4 :对相乘所得信号进行滤波，以输出正交解调的信号实部I和虚部Q;
[0011] 其中，所述步骤Pl具体包括如下：
[0012] 先将输入信号频率fD通过移位寄存划分为高H位和低L位； N
[0013] 当取输入信号频率fD的高H位且其值为k时，将i除以k值后得到分频因子D ./V1 和抽取因子M，再在分频因子D的作用下分频得出DDS工作时钟fDDS;
[0014] 当取输入信号频率fD的低L位且值为Iog2 4时，经过移位寄存处理后直接输出 O DDS频率控制字FTW。
[0015] 在本发明一实施例中，其中，所述输入信号频率fD与DDS信号频率f相同，其中DDS FTW 信号频率f的表达式为：/ =Zmw。
[0016] 在本发明一实施例中，其中，所述分频因子D等于抽取因子M，M< = N f4DC一 -=7一，其中为ADC采样时钟，fddsSDDS工作时钟。 Jdds
[0017] 在本发明一实施例中，其中，所述高H位的值ke{2^2^22,......，2n}。
[0018] 在本发明一实施例中，其中，所述DDS频率控制字FTTFe[1, #)。 O
[0019] 为了实现上述目的，本发明所采用的又一技术方案如下：
[0020] 一种用于生物电阻抗测量的数字相位解调系统，包括：
[0021] 信号抽取器，用于将接收的输入信号S(n)，其中η为序列号且》€[1，iV]，输入信 号S(η)的长度为N;
[0022] 解调控制器，通过给定输入信号频率f经控制解调后输出抽取因子Μ、频率控制字 FTW以及工作时钟频率fDDS;
[0023] 本振信号合成器（DDS)，根据所述频率控制字FTW和DDS工作时钟fDDS来控制产生 余弦信号和正弦信号，其中DDS采样长度为N1;
[0024] 两个乘法器，用于将经过所述信号抽取器的M倍抽取后得到的信号Y(η)分别与所 述本振信号合成器产生的余弦信号和正弦信号的数据相乘；
[0025] 两个滤波器，用于根据来自所述乘法器的信号，滤除乘法器信号的高频分量，以输 出输入信号S(η)的实部I和虚部Q;
[0026] 其中，所述解调控制器包括：
[0027] 移位寄存器I，接收输入信号频率fD取高H位，并输出所取高H位值k;
[0028] 除法器，与所述移位寄存器I连接，用于根据所述移位寄存器I输出所取高位值k N 使7除以k值后得到分频因子D和抽取因子M; 丄、I
[0029] 分频器，与所述除法器连接，用于根据所述除法器输出的分频因子D得出DDS工作 时钟fDDS;
[0030] 移位寄存器II，接收输入信号频率fD取低L位，并输出所取低L位值Iog21，经过 移位寄存处理后直接输出DDS频率控制字FTW。
[0031] 在本发明另一实施例中，其中，所述本振信号合成器（DDS)包括：
[0032] 两个相位累加器，用于根据所述解调控制器中的移位寄存器II输出的频率控制字 FTW来对本振信号相位进行线性累加；
[0033] 两个波形存储器，用于根据分频器得到的时钟频率fDDS来控制本振信号经两个相 f\ ( nΛ 位累加器处理后得出余弦信号cos 和正弦信号 InJ 、Νι)。
[0034] 在本发明另一实施例中，其中，所述两个滤波器为低通滤波器。
[0035] 在本发明又一实施例中，其中，所述两个波形存储器为ROM。
[0036] 采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明技术方案 主要通过固定ADC采样率、避免了对波形存储器容量依赖而提高频谱分辨率，实现了在较 小的波形存储器ROM和较高的采样频率下数字相位解调系统解调提高频率分辨率，理论上 解调频率可以达到无穷小。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
[0038] 图1是本发明的工作原理图。
[0039] 图2是本发明所述方法的流程图。
[0040] 图3是本发明所述方法的ADC输入信号与DDS控制信号关系曲线图。
[0041] 图4是本发明所述系统的结构示意图。
[0042] 图5是本发明所述解调控制器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043] 以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
[0044] 在生物电阻抗测量中，主要利用生物组织具有的阻抗频谱特性，该阻抗频谱特性 是指生物组织电阻抗中，阻抗和容性成分的值随着加载电信号的频率不同会发生较显著的 变化。电阻抗的各部分在一个宽频带的驱动电流范围内表现出的一些特性，可以被用来区 分不同的组织，并可被用于分析判断组织的生理病理状态。因此，在生物电阻抗测量中，对 所测频谱分辨率的要求越来越高。而现有两种提高频谱分辨率的方法：一是依靠增加波 形存储器的容量来提高频谱分辨率；二是在本振信号合成器中波形存储器容量不变的情况 下，降低ADC采样时间。但是当增加波形存储器的容量后，硬件成本会大大增加，也即是如 果频谱分辨率要提高一倍，则波形存储器的容量要增加一倍。而在波形存储器的存储容量 (或深度）不变的情况下降低ADC采样时间，这要求ADC输出频率可控，会造成对ADC采样 率的依赖增加。
[0045] 本发明主要采用正交解调技术对输入信号的相位信号进行解调，所得信号的频谱 分辨率很大程度上取决于本振信号合成器中波形存储器深度。如图1所示，假定输入信号 S(t)的表达式为S(t)=Acos(Wt+Θ)，其中A为输入信号的振幅，W为输入的角频率与本 振频率相同，Θ为输入信号相位，I(t)和Q(t)为解调出的实部与虚部的混频信号，且其混 频信号的实部和虚部的表达式为：
【权利要求】
1. 一种用于生物电阻抗测量的数字相位解调方法，该方法包括： P1 :接收输入信号频率fD后解调控制输出抽取因子M、DDS频率控制字FTW以及DDS工 作时钟fDDS; P2 :根据抽取因子M将ADC采样取得的输入信号S(n)经信号抽取M倍得到信号Y(n)， 同时DDS根据频率控制字FTW控制相位累加以及DDS工作时钟fDDS控制波形存储来产生本 振信号，其中S(n)的采样长度为N，DDS采样长度为Npn为序列号且ne[1，N]; P3 :信号Y(n)分别与所述DDS本振信号相乘，所述DDS本振信号包括余弦信号
P4 :对相乘所得信号进行滤波，以输出正交解调的信号实部I和虚部Q; 其中，所述步骤P1具体包括如下： 先将输入信号频率fD通过移位寄存划分为高H位和低L位； 当取输入信号频率fD的高H位且其值为k时，将
?除以k值后得到分频因子D和抽 取因子M，再在分频因子D的作用下分频得出DDS工作时钟fDDS;
6. -种用于生物电阻抗测量的数字相位解调系统，包括： 信号抽取器，用于将接收的输入信号S(n)，其中n为序列号且ne[1，N]，输入信号S(n)的长度为N; 解调控制器，通过给定输入信号频率fD经控制解调后输出抽取因子M、频率控制字FTW以及工作时钟频率fDDS; 本振信号合成器ODS)，根据所述频率控制字FTW和读取时钟fDDS来控制产生余弦信号 和正弦信号，其中DDS采样长度为N1; 两个乘法器，用于将经过所述信号抽取器的M倍抽取后得到的信号Y(n)分别与所述本 振信号合成器产生的余弦信号和正弦信号的数据相乘； 两个滤波器，用于根据来自所述乘法器的信号，滤除所述乘法器信号的高频分量，以输 出输入信号S(n)的实部I和虚部Q; 其中，所述解调控制器包括： 移位寄存器I，接收输入信号频率fD取高H位，并输出所取高H位值k; 除法器，与所述移位寄存器I连接，用于根据所述移位寄存器I输出所取高位值k使
除以k值后得到分频因子D和抽取因子M; 分频器，与所述除法器连接，用于根据所述除法器输出的分频因子D得出DDS工作时钟 fDDS； 移位寄存器II，接收输入信号频率fD取低L位，并输出所取低L位值
> 经过移位 寄存处理后直接输出DDS频率控制字FTW。
7. 根据权利要求6所述的数字相位解调系统，其特征在于，所述本振信号合成器（DDS) 包括： 两个相位累加器，用于根据所述解调控制器中的移位寄存器II输出的频率控制字FTW来对本振信号相位进行线性累加； 两个波形存储器，用于根据分频器得到的时钟频率fDDS来控制本振信号经两个相位
8. 根据权利要求6所述的数字相位解调系统，其特征在于，所述两个滤波器为低通滤 波器。
9. 根据权利要求7所述的数字相位解调系统，其特征在于，所述两个波形存储器为 ROM。
【文档编号】G01R23/165GK104483554SQ201410852216
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】费智胜, 徐现红, 高松, 戴涛, 向飞, 蒲洋 申请人:思澜科技（成都）有限公司