具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本公开涉及一种用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置。本公开涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置可以简称为电流激励装置。本公开的电流激励装置具有较低功耗且电路结构较为简单。本公开涉及的电流激励装置应用的便携式电阻抗成像系统例如可以是由电池供电的便携式电阻抗成像系统。

【第一实施方式】

图1是示出了本公开第一实施方式所涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1的框图。在一些示例中，如图1所示，电流激励装置1可以包括信号发生模块10、滤波模块20和电压电流转换模块30。信号发生模块10可以用于生成幅度可调和频率可调的方波信号。滤波模块20可以用于将方波信号转换成正弦信号。电压电流转换模块30可以用于基于正弦信号生成电流激励。

图2是示出了本公开第一实施方式所涉及的信号发生模块10的电路图。在一些示例中，如上所述，信号发生模块10可以用于生成幅度可调和频率可调的方波信号。

在一些示例中，如图2所示，信号发生模块10可以包括高频时钟单元11。

在一些示例中，高频时钟单元11可以包括高精度晶振电路。高精度晶振电路可以用于生成高频时钟。在这种情况下，能够获得精度较高的高频时钟。

在一些示例中，高频时钟的频率例如可以是8MHz或33MHZ(兆赫兹)。但本公开的示例的高频时钟的频率不限于此。

在一些示例中，如图2所示，信号发生模块10可以包括分频器12。

在一些示例中，分频器12的输入端可以与高频时钟单元的输出端连接。

在一些示例中，分频器12可以包括由微处理器集成的定时器或者专用电路。

在一些示例中，分频器12可以具有分频系数。

在一些示例中，分频器12可以基于高频时钟进行分频。由此，能够实现频率调节。换言之，分频器12可以利用分频系数对高频时钟进行分频。

在一些示例中，分频器12的分频系数可以由程序设置。由此，能够对基于需求对分频器的分频系数进行调节。

在一些示例中，分频器12可以输出占空比为50％的方波驱动信号。

在一些示例中，分频器12可以生成驱动信号。也即，分频器12的输出端可以输出驱动信号。具体地，分频器12可以利用分频系数对高频时钟进行分频生成驱动信号。驱动信号例如可以是方波驱动信号。

在一些示例中，驱动信号的频率可以受分频系数和高频时钟的频率的影响。在一些示例中，若分频器12的分频系数由程序设置，则能够实现对驱动信号的频率的调整。

在一些示例中，驱动信号可以用于驱动模拟开关14(后续描述)。

在一些示例中，分频器12可以控制第一公共输出端与第一输入端或第二输入端之间的通断(后续描述)。在这种情况下，具有不同分频系数的分频器12可以通过控制第一公共输出端与第一输入端或第二输入端之间的通断以实现第一公共输出端输出频率可调的方波信号。换言之，分频器12可以基于高频时钟进行分频从而控制第一公共输出端与第一输入端或第二输入端之间的通断以实现第一公共输出端输出频率可调的方波信号。例如，分频器12可以基于分频系数和高频时钟进行分频从而控制第一公共输出端与第一输入端或第二输入端之间的通断以实现第一公共输出端输出频率可调的方波信号。

在一些示例中，如图2所示，信号发生模块10可以包括精密数模转换器13。精密数模转换器13可以用于生成电压信号。

在一些示例中，精密数模转换器13生成的电压信号稳定。也即，精密数模转换器13可以生成恒定电压信号。

在一些示例中，精密数模转换器13生成的电压信号的幅度可调。具体而言，根据需求精密数模转换器13可以生成具有不同电压值的恒定电压信号。在这种情况下，精密数模转换器13能够生成幅度可调的稳定电压信号。

在一些示例中，精密数模转换器13生成的电压信号的幅度可以通过程序控制进行调节。

在一些示例中，如图2所示，信号发生模块10可以包括模拟开关14。模拟开关14可以具有第一输入端，第二输入端和第一公共输出端。其中，若第一公共输出端与第一输入端连通，则第一公共输出端可以与第二输入端断开；若第一公共输出端与第一输入端断开，则第一公共输出端可以与第二输入端连通。也即模拟开关14可以为二选一开关。

在一些示例中，第一输入端可以与精密数模转换器13的输出端连接。第二输入端可以接地。其中，接地是指实际接地。换言之，第一输入端可以输入稳定电压信号。第二输入端可以输入地电平信号。

在一些示例中，第一公共输出端可以通过分频器12的控制实现与第一输入端或第二输入端之间的通断。换言之，第一公共输出端可以被分频器12生成的驱动信号控制，以实现与第一输入端或第二输入端之间的通断。在这种情况下，第一公共输出端可以输出幅度可调和频率可调的方波信号。

在一些示例中，由于第二输入端接地，因此第一公共输出端可以输出高电平为精密数模转换器13输出的稳定电压信号、低电平为0V的稳幅方波信号。

在一些示例中，第一公共输出端可以与滤波模块20(后续描述)的输入端连接。

图3是示出了本公开第一实施方式所涉及的滤波模块20的电路图。

在一些示例中，滤波模块20可以用于将方波信号转换成正弦信号。

在一些示例中，如图5所示，滤波模块20的输入端可以连接第一公共输出端。滤波模块20的输出端可以连接电压电流转换模块30(后续描述)。

在一些示例中，如图3所示，滤波模块20可以包括一阶高通滤波器A。一阶高通滤波器A可以用于滤除方波信号中的直流成分获得中间信号。

在一些示例中，如图3所示，一阶高通滤波器A可以包括第一电容21和第八电阻22。由此，能够利用第一电容21和第八电阻22滤除方波信号中的直流成分。

在一些示例中，第一电容21的一端为滤波模块20的输入端。第一电容21的另一端通过第八电阻22接地(参见图3)。

在一些示例中，如图3所示，滤波模块20可以包括二阶有源低通滤波器B。二阶有源低通滤波器B可以用于滤除中间信号中的高次谐波成分获得正弦信号。

在一些示例中，如图3所示，二阶有源低通滤波器B可以包括第三低功耗运算放大器23、第二电容24、第三电容25、第一数字电位器26和第二数字电位器27。由此，能够利用第三低功耗运算放大器23、第二电容24、第三电容25、第一数字电位器26和第二数字电位器27滤除中间信号中的高次谐波成分。

在一些示例中，第三低功耗运算放大器23可以是低压、低功耗的运算放大器。

在一些示例中，如图3所示，第三低功耗运算放大器23的正相输入端通过第三电容25接地。第三低功耗运算放大器23的负相输入端与第三低功耗运算放大器23的输出端连接。第三低功耗运算放大器23的正相输入端与第二数字电位器27的一端连接。第二数字电位器27的另一端连接第一数字电位器26的一端和第二电容24的一端。第一数字电位器26的另一端通过第八电阻22接地。第二电容24的另一端连接第三低功耗运算放大器23的输出端。

在一些示例中，二阶有源低通滤波器B可以具有截止频率。

在一些示例中，二阶有源低通滤波器B的截止频率可以通过第一数字电位器26和第二数字电位器27进行调节。由此，能够基于需求调节二阶有源低通滤波器的截止频率。在这种情况下，二阶有源低通滤波器B可以采用数字电位器从而通过程序调节截止频率。

在一些示例中，第三低功耗运算放大器23的输出端可以为滤波模块20的输出端。滤波模块20的输出端可以输出正弦信号。

在一些示例中，包括一阶高通滤波器A和二阶有源低通滤波器B的滤波模块20可以称为带通滤波电路。

图4是示出了本公开第一实施方式所涉及的电压电流转换模块30的电路图。图5是示出了本公开第一实施方式所涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电路图。

在一些示例中，电压电流转换模块30可以用于基于正弦信号生成电流激励。

在一些示例中，如图4所示，电压电流转换模块30可以包括第一转换模块C。电压电流转换模块30的输入端可以为第一转换模块C的输入端。电压电流转换模块30的输出为差分输出。具体地，电压电流转换模块30的输出端可以包括电流激励正输出端和电流激励负输出端。电流激励正输出端和电流激励负输出端可以形成电流激励。电流激励正输出端可以为第一转换模块C的输出端。电流激励负输出端可以为第二转换模块D的输出端。

在一些示例中，电压电流转换模块30的输出的信号可以称为激励信号。电压电流转换模块30输出的激励信号可以具有宽输出动态范围。

在一些示例中，如图4所示，第一转换模块C可以包括第一低功耗运算放大器31、第一电阻33、第二电阻34、第三电阻35、第四电阻36和第五电阻37。

在一些示例中，第一转换模块C中的第一低功耗运算放大器31、第一电阻33、第二电阻34、第三电阻35、第四电阻36和第五电阻37可以组成电流泵。由此，能够使得第一转换模块C具有高输出阻抗特性。

在一些示例中，如图4所示，第一电阻33的一端连接第一低功耗运算放大器31的负相输入端。第一电阻33的另一端接地。第一低功耗运算放大器31的负相输入端与输出端通过第二电阻34连接。第三电阻35的一端连接第一低功耗运算放大器31的输出端。第三电阻35的另一端为电流激励正输出端。第四电阻36连接第一低功耗运算放大器31的正相输入端与电流激励正输出端I⁺。第五电阻37的一端连接第一低功耗运算放大器31的正相输入端。第五电阻37的另一端可以为第一转换模块C的输入端。

在一些示例中，如图5所示，第五电阻的另一端可以连接滤波模块20。在这种情况下，电压电流转换模块30的输出端可以输出正弦类型的激励电流。

在一些示例中，如图4所示，电压电流转换模块30可以包括第二转换模块D。第二转换模块D可以包括第二低功耗运算放大器32、第六电阻38和第七电阻39。

在一些示例中，第二转换模块D中的第二低功耗运算放大器32、第六电阻38和第七电阻39可以组成反相放大器。由此，能够扩展激励信号的动态范围。

在一些示例中，如图4所示，第六电阻38连接第一低功耗运算放大器31的输出端和第二低功耗运算放大器32的负相输入端。第二低功耗运算放大器32的负相输入端与输出端通过第七电阻39连接。第二低功耗运算放大器32的输出端为电流激励负输出端I^-，第二低功耗运算放大器32的正相输入端接地。

在一些示例中，第一低功耗运算放大器31和第二低功耗运算放大器32可以是低压、低功耗的运算放大器。

在本公开中，电流激励装置1可以包括信号发生模块10、滤波模块20和电压电流转换模块30，电路结构较为简单，利用精密数模转换器能够获得幅度可调的稳定电压信号，以便在第一公共输出端生成幅度可调和频率可调的方波信号。另外，利用滤波模块20获得正弦类型的激励电流，电压电流转换模块30包括第一低功耗运算放大器31和第二低功耗运算放大器32，由此能够降低电流激励装置1的功耗。由此，能够获得具有较低功耗且电路结构较为简单的电流激励装置1。

【第二实施方式】

图6是示出了本公开第二实施方式所涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1的框图。图7是示出了本公开第二实施方式所涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1A的电路图。

在第二实施方式中，用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1A可以简称为电流激励装置1A。电流激励装置1A可以包括信号发生模块10、跟随模块40和电压电流转换模块30。其中，信号发生模块10可以用于生成幅度可调和频率可调的方波信号。跟随模块40可以用于对信号发生模块10和电压电流转换模块30进行阻抗匹配。电压电流转换模块30可以用于基于方波信号生成电流激励。

在第二实施方式中，如图6或图7所示，信号发生模块10的输出端(即模拟开关14的第一公共输出端)连接跟随模块40的输入端。除此以外第二实施方式的信号发生模块10与第一实施方式中的一致，具体可以参见第一实施方式中的描述。

在一些示例中，如图6或图7所示，跟随模块40的输出端连接电压电流转换模块30的输入端。跟随模块40的输出端输出方波信号。

在一些示例中，跟随模块40可以由运算放大器构成。

在一些示例中，跟随模块40可以为由运算放大器构成的电压跟随电路。在这种情况下，信号发生模块10的输出端连接电压跟随电路中的运算放大器的正相输入端。

在一些示例中，如图6或图7所示，电压电流转换模块30的输入端(即第五电阻的另一端)与跟随模块40的输出端连接。即电压电流转换模块30基于方波信号生成方波类型的电流激励。除此以外第二实施方式的电压电流转换模块30与第一实施方式中的一致，具体可以参见第一实施方式中的描述。

在本实施方式中，电流激励装置1可以包括信号发生模块10、跟随模块40和电压电流转换模块30，电路结构较为简单，利用精密数模转换器能够获得幅度可调的稳定电压信号，以便在第一公共输出端生成幅度可调和频率可调的方波信号，另外，利用跟随模块40对信号发生模块10和电压电流转换模块30进行阻抗匹配，跟随模块40输出方波类型的激励电流，电压电流转换模块30包括第一低功耗运算放大器和第二低功耗运算放大器，由此能够降低电流激励装置1的功耗。由此，能够获得具有较低功耗且电路结构较为简单的电流激励装置1。

【第三具体实施方式】

图8是示出了本公开第三实施方式所涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1的框图。图9是示出了本公开第三实施方式所涉及的用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1B的电路图。

在第三实施方式中，用于便携式电阻抗成像系统的电流激励装置1B可以简称为电流激励装置1B。如图8或图9所示，电流激励装置1B可以包括信号发生模块10、滤波模块20、跟随模块40、切换开关模块50和电压电流转换模块30。信号发生模块10、滤波模块20、跟随模块40、切换开关模块50和电压电流转换模块30具体描述可以参照上述第一实施方式和第二实施方式中的内容。

第三实施方式与第一实施方式和第二实施方式主要区别在于：滤波模块20和跟随模块40可以通过切换开关模块50实现与电压电流转换模块30的连通或断开。具体地，若滤波模块20通过切换开关模块50与电压电流转换模块30的连通，则跟随模块40可以与电压电流转换模块30断开。若跟随模块40通过切换开关模块50与电压电流转换模块30的连通，则滤波模块20可以与电压电流转换模块30断开。

在第三实施方式中，如图8或图9所示，切换开关模块50可以包括第一连接端、第二连接端和第二公共输出端。滤波模块20的输出端可以连接第一连接端。跟随模块40的输入端可以连接第一公共输出端。跟随模块40的输出端连接可以第二连接端。第二公共输出端可以经第五电阻连接电压电流转换模块30的第一低功耗运算放大器31的正相输入端。由此，能够便于选择生成正弦和方波两种类型的激励电流。

在第三实施方式中，若第一连接端与第二公共输出端连通，则第二连接端可以与第二公共输出端断开，第二公共输出端可以输出由滤波模块20输出的正弦信号。若第一连接端与第二公共输出端断开，则第二连接端可以与第二公共输出端连通，第二公共输出端可以输出由跟随模块40输出的方波信号。

在一些示例中，切换开关模块50可以由程序控制。在这种情况下，能够选择滤波模块20输出的正弦信号或跟随模块40输出的方波信号中的一种输入电压电流转换模块30，从而实现激励信号类型的切换。

在本公开中，上述各个实施方式中的涉及的电路元件可以采用低压电源供电。另外，本公开的电流激励装置1消耗电流较小。

图10是示出了本公开的示例所涉及的等电位点生成模块60的电路图。在一些示例中，电流激励装置1可以采用双电源供电方式。在这种情况下，电流激励装置1的各个模块中的接地可以是通常意义上的“接地”。也即电流激励装置1的各个模块中的接地可以是实际接地。

在一些示例中，电流激励装置1可以采用单电源供电方式。在这种情况下，电流激励装置1的各个模块(除信号发生模块10外)中的接地可以是接“虚拟地”(也即“等电位点”)。换言之，电流激励装置1的各个模块中的接地可以是虚拟接地。

在一些示例中，等电位点的电压可以为电源电压和0V之间的任一个电压。在一些示例中，等电位点的电压可以为电源电压的一半。

在一些示例中，等电位点可以由等电位点生成模块60提供。

在一些示例中，如图10所示，等电位点生成模块60可以包括第九电阻61、第十电阻62、第四电容63和运算放大器64。第九电阻61的一端可以连接电源电压。第九电阻61的另一端可以连接运算放大器64的正相输入端。电源电压可以用VCC表示。第十电阻62的一端可以连接运算放大器64的正相输入端。第十电阻62的另一端可以实际接地。其中，第九电阻61和第十电阻62可以对图10中的电源电压VCC进行分压，得到等电位点电压。

在一些示例中，如图10所示，第四电容63的一端可以连接运算放大器64的正相输入端。第四电容63的另一端可以实际接地。在一些示例中，第四电容63可以是滤波电容。在这种情况下，能够通过第四电容63滤掉等电位点电压中的噪声。

在一些示例中，如图10所示，运算放大器64的负相输入端可以连接运算放大器64的输出端。在这种情况下，运算放大器64能够构成阻抗变换电路，从而增加等电位点电压的驱动能力。

在一些示例中，运算放大器64的输出端即为等电位点。例如，在单电源供电方式的条件下，运算放大器64的输出端可以用于连接电压电流转换模块30的接“虚拟地”处；运算放大器64的输出端可以用于连接滤波电路20的接“虚拟地”处。在这种情况下，电压电流转换模块30的输出的激励电流可以是相对于等电位点的。

虽然以上结合附图和实施例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。