专利名称：电阻抗断层成像串行数据采集系统多选1开关电路pcb的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电阻抗断层成像系统(EIT)的串行数据采集系统多选I开关电路。
背景技术：
:电阻抗断层成像系统(EIT)是一种公知的医疗成像技术，它是通过检测患者体表，从而推断出患者部分身体的电导率和电容率的图像这种方法来成像的，是一种无损无害的新型成像技术。与CT、MRI等核医学成像技术相比，EIT具有无损无害、成本低、体积小、安全、操作简单、对早期癌灶敏感等优点，医生和病人容易接受。但EIT的成像精度相对不高，由于EIT的数据采集和成像速度较高，可用于对患者进行长时间的实时、动态监测，具有广泛的医学应用前景。EIT成像是一个严重病态的逆问题求解过程，重构成像大致可分为三类:逆投影法、迭代法、一步线性法，以上重建算法对收敛性均有所要求。因此，无论采取何种数据采集模式，EIT成像的图像质量都依赖于所采集到的数据精度，且对数据精度要求很高。根据EIT基本工作原理，EIT系统架构基本一致。正如众多关于EIT方面的资料和专利(如CN03134598.0)描述的，都是由数据采集系统、电极、激励系统、数据处理及成像系统组成。电极、数据采集系统性能直接影响采集数据精度，从而成像质量。而串行数据采集系统又包括开关系统、低噪放、差分放大、滤波、AD等，其中低噪放的噪声性能、差分放大的CMRR、开关系统的隔离度、导通电阻性能是难点。
EIT数据采集系统以方式来分，可以分为并行采集系统和串行采集系统。假设有N个电极，串行采集系统采集信号数据分多个步骤:首先对I 2电极差分信号做AD转换，采集到I 2电极差分信号数据，然后依次对2 3……N-1 N电极差分信号做AD转转和数据采集；而并行系统一次就将这些信号采集到。并行系统不需要多选I开关，串行系统需要开关，并行系统需要多个采集通道和AD，串行系统只需要多选I开关和一个采集通道及I个AD。并行系统成本高，各采集通道存在不一致，系统复杂带来的结构也相对复杂；而串行系统则结构和电路设计相对简单很多倍，成本低，但需克服多选I开关存在的串扰和导通电阻过大的问题。目前，用于EIT串行数据采集系统多选I开关的自身隔离度都比较高，但是为了节约器件的面积，多选I开关的封装很小，往往多路信号引脚的间距很小，布线难度大，布线后信号之间串扰高。如果设计的是16电极串行EIT数据采集系统，需要用到4个16选I的开关，分别选通激励源正端source+、激励源负端source-、采集信号通道正端signal+、采集信号通道负端signal-，这4个开关在一块PCB板上完整布线后，布线的占用面积很大、复杂、且线间间距不可能拉的很开、各信号线长度不一致；每个通道信号线长度不一致，差异甚至比较大，部分数字线还与模拟信号线交叉。图1是4块16选I开关在同一 PCB上的最佳布线方式(最大限度降低线间串扰)，在同一PCB上对4块16选I开关布局布线方式还有其它几种，但都不如图1布局布线方式，即便如此还是存在占用PCB面积大、复杂、各通道信号线不等长、模拟数字线混合、存在串扰等问题。电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路系统包括多选I开关电路PCB、数字控制接口、多路信号输入接口、信号输出接口、电源接口。
实用新型内容电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，用于改进传统开关电路PCB布局布线存在的各通道信号线无法等长、模拟数字线混合，占用PCB面积大、信号线间串扰闻等问题。电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，所述多选I开关电路PCB分成四张PCB分板,开关电路分布在PCB分板上,每块PCB分板上有一个多选I开关芯片构成的开关电路，PCB分板与PCB分板之间的电路用连接器(8)连接。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，PCB分板上有开关数字控制信号通孔，电极输入信号通孔，输出信号通孔，电源通孔，多选I开关芯片；每块PCB分板上的多选I开关芯片与同一 PCB分板上的开关数字控制信号通孔，电极输入信号通孔，输出信号通孔，电源通孔与同一 PCB上的多选I开关芯片连接；不同的PCB分板上对应的开关数字控制信号通孔，电极输入信号通孔，输出信号通孔，电源通孔分别用连接器连接。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，PCB分板与PCB分板之间的距离不小于IOmm 。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，PCB分板的边沿和/或印刷电路中的空隙位置有固定孔，四块PCB分板上的固定孔相互对应，固定柱穿过固定孔将四块PCB分板固定形成四层框架结构。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，PCB分板与PCB分板之间用连接器垂直连接。
·[0015]上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，所述连接器为铜针。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，输出信号通孔为4个，电源通孔为3个。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，所述多选I开关电路PCB为16选I开关开关电路PCB，开关数字控制信号通孔为20个，电极输入信号通孔为16个，多选I开关芯片为16选I开关芯片。上述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，所述多选I开关电路PCB为32选I开关电路PCB，所述开关数字控制信号通孔为24个，电极输入信号通孔为32个，多选I开关芯片为32选I开关芯片。有益效果:针对EIT串行数据采集数据系统多选I开关电路部分的特点，通过采用四块PCB分板,每块PCB分板放一个多选I开关代替一块PCB放多块多选I开关这种结构，可大大降低布线难度、减小布局布线工作量、降低PCB平面面积。每块分板只有一个多选I开关，可非常方便做圆弧型布线，圆型布线可使线间间距很大，线与线等长。因此可以极大的降低以往开关系统布线所引入的电极线间信号串扰这个问题，同时可严格控制电极信号等相位。由于就近布线，所以这种结构的多选I开关系统结构相对于传统结构(放一块PCB板上的结构)可以使得布线长度降低，有效减小线的旁路电容量。总而言之，该多选I开关电路PCB，具有结构简单、成本低、串扰低、体积小、方便控制严格信号等相、方便组合拓展的优点。
图1:背景技术所述传统4路16选I开关信号电路布线图，其中，图a为所有层布线图；图13为顶层模拟信号布线图；图C为中间层模拟信号布线图；图(1为中间层数字控制信号布线图；图e为底层模拟信号布线图。source+和signal+对应的16选I开关放在PCB板上顶层，source-、signal-信号对应的16选I开关放在PCB的底层,4个16选I开关16信号输入线共用，分别输出signal+、signal-、source+、source-信号；图2为分板I结构与布线图；图3为分板2结构与布线图；图4为分板3结构与布线图；图5为分板4结构与布线图；图6为最优化16选I开关系统结构与布线图；图7为多选I开关系统在EIT系统中的连接示意图；I—开关数字控制信号通孔，2—固定孔，3—电极输入信号通孔，4一输出信号通孔5一电源通孔，6—多选I开关芯片，7—固定柱，8—连接器，9一螺帽。
具体实施方式
:实施例1:电阻抗断层 成像串行数据采集系统16选I开关电路PCB按下述部件和结构构成:16选I开关电路PCB由4块单独的小面积带连接器的PCB小分板组成，它们之间用连接器8通过焊接的方式连接，六角铜柱固定；PCB分板(以下简称板或分板)与PCB分板的连接器8实际为分散的一根根圆柱体铜针，铜针的尺寸为:长6cm底圆直径0.8mm，用于接模拟和数字信号；长6cm底园直径1.2mm的铜针用于电源连接；每张PCB分板的面积为35mm*40mm,2层板。分板上有16个几乎围城圆的电极输入信号通孔3，电极输入信号通孔3的孔直径1_ ;开关数字控制信号通孔I的5个数字信号通孔成一排，共4排，孔直径1mm，孔与孔间距1.8mm，开关控制引脚接第一排(从下往上排序);电源通孔5，为3个通孔，孔直径1.3mm，孔与孔间距1.8mm，分别接正电源、负电源、地；4个排成一列的输出模拟信号通孔4，孔直径为1mm，输出信号孔之间间距为1.8mm，标号为OUT ;安装孔2，在分板的4个边角上有4个，可用固定柱7安装固定成一个四层框架结构。分板I上有一块16选I的开关芯片6，该16选I开关芯片(简称开关芯片)6为市场通用开关芯片，通过电极输入信号通孔3输入16个模拟信号到开关芯片6，综合来自开关数字控制信号通孔I的控制信号，开关芯片6确定一个被选通的模拟信号，通过与输出信号通孔4相连的引脚线输出；控制开关选通的数字信号有5根线(其中一根为芯片使能控制线和4根选通控制地址线)，分别与开关数字控制信号通孔I连接；该开关通过电源通孔5接正负电源(电源通孔5共有三个孔，包括正电源、负电源、地引脚孔)，可接电源范围正负5伏到正负18伏；分板2、分板3、分板4的组成结构与分板I基本一致，只有2个不同点:A、分板I的输出信号接4个排成一列的输出信号通孔4的第I个通孔；分板2的输出信号接4个排成一列的输出信号通孔4的第2个通孔；分板3的输出信号接4个排成一列的输出信号通孔4的第3个通孔；分板4的输出信号接4个排成一列的输出信号通孔4的第4个通孔；B、分板I的数字控制信号接排成4行的20针数字控制信号通孔I的第一排，分板2的数字控制信号接排成4行的20针数字控制信号通孔I的第二排，分板3的数字控制信号接排成4行的20针数字控制信号通孔I的第三排，分板4的数字控制信号接排成4行的20针数字控制信号通孔I的第四排。分板I选通输出的模拟信号为激励源正端source+ ;分板2选通输出的模拟信号为激励源负端source-、分板3选通输出的模拟信号为采集信号通道正端signal+ ;分板4选通输出的模拟信号为采集信号通道负端signal-。用40根0.8mm直径的铜针将4块板子通过这40个模拟及数字信号通孔垂直串焊接起来；用3根1.2_直径的铜针将4块PCB分板上的电源通孔5垂直串焊接起来；分板与分板之间的垂直间距1cm，分板4周有4个安装孔2，通过安装孔2用六角铜柱7将分板与分板固定；固定后4个分板就组成了一个电阻抗断层成像串行数据采集系统16选I开关电路 PCB。分板1、分板2、分板3、分板4通过铜针组成用于EIT串行数据采集系统16选I开关电路PCB。此16选I开关系统有16个EIT电极输入信号；20个开关数字控制信号；输出4个OUT信号，分别接EIT系统恒流源激励部分输出的Source+ (正激励信号)和Source-(负激励信号)以及采集电路部分输入模拟信号TP+ (采集正模拟信号)和TP-(采集负模拟信号)；3个电源引脚，分别为正电源、负电源、地引脚；其每个分板各有一个开关芯片6。该开关系统布线具有布线简单，结构简单，占用平面空间小，由于信号线间间距大，信号线间几乎无串扰，信号线等长可以轻易做到，可以严格控制各信号等相位。采用这种结构和布线方式设计的用于EIT串行采集系统的16选I开关系统，可以大大节约布线工作量，降低串扰，控制等相位，提高EIT系统设计效率以及其性能指标等。实施例2:电阻抗断层成像串行数据采集系统16选I开关电路PCB:本实施例的基本结构同实施例1，不同点在于:首先绘制PCB分板I的原理图，设计直径为Imm的通孔(开关数字控制信号通孔I为20个，电极输入信号通孔3为16个，输出信号通孔4为4个，)和1.3mm的通孔(电源通孔5为3个)，这些通孔分别与另外3张PCB分板上的通孔相对应；在原理图上将数字控制信号引脚与5个开关数字控制信号通孔I连接，开关元件的模拟信号引脚与Imm的通孔连接(电极输入信号引脚与电极输入信号通孔3连接，输出信号引脚与输出信号通孔4连接)；电源和地引脚与1.3_直径的电源通孔5的通孔元件通过PCB走线连接。对分板I做PCB设计，首先画出35mm*40mm的板子外框，然后将16选I开关放置于中央，将与16个模拟信号输入引脚的16个通孔3以14mm的半径圆形环绕在引脚周边，用IOmil的线将它门连接；将5个没任何连接的独立通孔以1.8mm间距排成一排，其中心距离板子外框上边缘2mm处，距离板子左右边缘均为17.5mm，得出第四排通孔(排的序号按从下往上规则定义)；同理画出第三排、第二排，排与排的垂直间距均为1.8mm，开关数字控制信号通孔I中的第一排与开关数字控制引脚连接；开关模拟输出信号引脚通过走线连接以IOmm间距垂直接4个排成一列的输出信号通孔4中的第一个通孔(从上往下)；电源通孔5在开关下方2.5mm处 ，3个电源通孔5以1.8mm间距排成一行，分别与开关的电源引脚通过PCB走20mil宽度的铜线连接。[0039]分板2的原理图与分板I 一样。分板2的PCB图与分板I基本相同，不同的是与开关数字控制引脚连接的5个开关数字控制信号通孔I排到了通孔阵列(4行每行5个)的第二行，与开关输出模拟信号相连的通孔为排成一列的4个输出信号通孔4的第二个通孔。分板3的原理图与分板I 一样。分板3的PCB图与分板I基本相同，不同的是与开关数字控制引脚连接的5个开关数字控制信号通孔I排到了通孔阵列(4行每行5个)第三行，与开关输出模拟信号相连的通孔为排成一列的4个输出信号通孔4的第三个通孔。分板4的原理图与分板I 一样。分板4的PCB图与分板I基本相同，不同的是与开关数字控制引脚连接的5个开关数字控制信号通孔I排到了通孔阵列(4行每行5个)的第四行，与开关输出模拟信号相连的通孔为排成一列的4个输出信号通孔4的第四个通孔。分别将6cm长度直径0.8mm的铜针8和1.2mm的铜针9串插焊接，总铜针数为43根，针底穿过分板I通孔约1cm，所有43铜针朝上焊接完后，把分板2的43通孔对着针从上往下穿下来，在分板I正上方Icm处停住，并将针与通孔焊接，用Icm高的铜柱固定分板
1、分板2，至此，分板1、分板2焊接组装完毕。依次将分板2、分板3组装完成，同时将六角铜柱7用螺帽9锁紧固定，就形成了完整的用于EIT串行数据采集系统的16选I开关系统。该开关系统组装完毕后，就是一个整体框架结构，它是以从通孔出来的铜针做引脚，其中从电源通孔5里穿出来的铜针为电源引脚，从电极输入信号通孔3里穿出来的铜针为电极信号输入引脚，从输出信号4通穿出来的铜针为输出信号引脚，从开关数字控制信号通孔I通穿出来的铜针为开关数字控制信号引脚。该系统在串行EIT系统的连接为:激励的source+、source-分别与分板1、分板2的选通输出信号引脚连接，信号采集与调理系统的signal+、signal-信号分别与分板3、分板4的选通输出信号连接；开关系统的20个开关数字控制信号引脚与主控连接，开关系统的电源引脚与系统的电源连接；开关系统的电极输入信号引脚与电极线连接。在实施例1或实施例2中，如不考虑连接器对分板的固定、支撑作用，输出信号通孔4在分板I上可以只有一个，与从分板I上的多选I开关芯片连接；输出信号通孔4在分板2上可以只有两个，其中一个供连接分板I输出信号的连接器穿过，另一个连接分板2上的多选I开关芯片；输出信号通孔4在分板3上可以只有3个，其中一个连接分板3上的多选I开关芯片，另两个供连接分板I或2输出信号的连接器穿过；输出信号通孔4在分板4上有4个，其中一个连接分板4上的多选I开关芯片，另三个供连接分板1，2或3输出信号的连接器穿过。实施例1或实施例2所述开关系统结构和布线方式不只针对16选I开关系统，可拓展为任意多选I开关系统。实施例1或实施例2所述的铜针，可以用其它金属或合金导体代替，可以是其它形状柱体，采用柱状导体除 导通各分板相应电路外，还有支撑、固定分板的作用；连接各分板间相对应通孔的连接器7可使用相同材料的导体，也可使用不同材料的导体，各连接器7的大小、形状可以相同，也可不同。如果选择柱状连接器，且柱状连接器串焊在各分板的相应的通孔上后足以将各分板固定成为四层框架结构时，分板上就可以没有固定孔2 ;在有固定孔2和固定柱7的情况下，连接器也可以选用其他导线。实施例1或实施例2所述的连接器7的大小，可随分板的大小而变化，但应保证各电极输入信号通孔3、输出信号通孔4之间的距离，防止串扰发生。实施例1或实施例2所述六角铜柱，可用其它合金安装柱、塑料安装柱代替，也可以是其它形状柱体。实施例1或实施例2所述的固定孔2可以分布在各分板对应的四个角上，也可分布在分板上的其他对应位置上:如印刷电路间的空隙、分板的边缘。实施例3:电阻抗断层成像串行数据采集系统32选I开关电路PCB，本实施例基本结构同实施例1，不同点在于:电极输入信号通孔数量为32个，数字开关控制信号通孔数量为24个，所选开关芯片为32选I的开关芯片。实施例4:电阻抗断层成像串行数据采集系统64选I开关电路PCB，本实施例基本结构同实施例1，不同点在于:电极输入信号通孔数量为64个，数字开关控制信号通孔数量为28个，所选开关芯片为64选I的开关芯片。上述实施例所述 通孔一般为圆孔，但根据需要，也可以是矩形或其他形状。上述实施例所述的多层框架结构的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB为优选结构，而这四块PCB分板也可结合成其他形状，如四面体、球面体，六面体，只要保证每块分板上各电路及元件、连接各分板的连接器的距离，就能实现本发明创造的目的。上述实施例所述多选I芯片可根据电路原理自行设计、制造，也可在市场选用现成芯片，如:型号为ADG5206的16选I芯片；型号为ADG732的32选I芯片。
权利要求1.电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:所述多选I开关电路PCB分成四张PCB分板，开关电路分布在PCB分板上，每块PCB分板上有一个多选I开关芯片构成的开关电路，PCB分板与PCB分板之间的电路用连接器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:PCB分板上有开关数字控制信号通孔(I)，电极输入信号通孔(3)，输出信号通孔(4)，电源通孔(5)，多选I开关芯片(6);每块PCB分板上的多选I开关芯片(6)与同一PCB分板上的开关数字控制信号通孔(I)，电极输入信号通孔(3)，输出信号通孔(4)，电源通孔(5)与同一 PCB上的多选I开关芯片(6)连接；不同的PCB分板上对应的开关数字控制信号通孔(I)，电极输入信号通孔(3)，输出信号通孔(4)，电源通孔(5)分别用连接器(8)连接。
3.根据权利要求2所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:PCB分板与PCB分板之间的距离不小于IOmm 。
4.根据权利要求3所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:PCB分板的边沿和/或印刷电路中的空隙位置有固定孔(2)，四块PCB分板上的固定孔(2)相互对应，固定柱(7)穿过固定孔(2)将四块PCB分板固定形成四层框架结构。
5.根据权利要求4所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:PCB分板与PCB分板之间用连接器(8)垂直连接。
6.根据权利要求5所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:所述连接器(8)为铜针。
7.根据权利要求2，3，4，5或6所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:输出信号通孔⑷为4个，电源通孔(5)为3个。
8.根据权利要求7所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:所述多选I开关电路PCB为16选I开关开关电路PCB，开关数字控制信号通孔(I)为20个，电极输入信号通孔(3)为16个，多选I开关芯片(6)为16选I开关芯片。
9.根据权利要求7所述的电阻抗断层成像串行数据采集系统多选I开关电路PCB，特征在于:所述多选I开关电路PCB为32选I开关电路PCB，所述开关数字控制信号通孔(I)为24个，电极输入信号通孔(3)为32个，多选I开关芯片(6)为32选I开关芯片。
专利摘要电阻抗断层成像串行数据采集系统多选1开关电路PCB，涉及电阻抗断层成像系统(EIT)的串行数据采集系统多选1开关电路，所述多选1开关电路PCB分成四张PCB分板，开关电路分布在PCB分板上，每块PCB分板上有一个多选一开关芯片构成的开关电路，PCB分板与PCB分板之间的电路用连接器8连接。可大大降低布线难度、减小布局布线工作量、降低PCB平面面积。该多选1开关电路，具有结构简单、成本低、串扰低、体积小、方便控制严格信号等相、方便组合拓展的优点。
文档编号A61B5/053GK203120293SQ20132008957
公开日2013年8月7日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者余华章, 戴涛 申请人:思澜科技(成都)有限公司