用于醫(yī)療的幅相測量電路的實現(xiàn)

研究證明，神經(jīng)肌肉疾病患者的局部阻抗幅值和相位較正常人有所變化，通過測量神經(jīng)肌肉疾病患者的局部阻抗參數(shù)可定量分析其病情的發(fā)展情況[1，2]。在局部阻抗信息提取的過程中，幅相測量是整個評估系統(tǒng)的關(guān)鍵。幅相測量的設(shè)計方法有多種，普遍采用的是相敏解調(diào)原理[3，4]，該方法不僅需要分別設(shè)計幅相測量電路，還要精確控制兩路信號的相位和幅值，增加了設(shè)計難度和電路的復雜性。ADI公司AD8302芯片的推出，為相位和幅度測量帶來了很大方便，越來越多地被應(yīng)用到鑒相、鑒幅領(lǐng)域[5，6]，它是首款能同時測量相位和幅值的單片集成芯片，使電路設(shè)計簡潔易行。

　　本文依據(jù)神經(jīng)肌肉疾病評估系統(tǒng)功能需求，設(shè)計了基于AD8302的幅相測量電路，給出了電路原理圖，詳細論述了在50 kHz頻率下，電路的設(shè)計方法，并分析驗證了電路的輸出性能，通過與額定值的比較，驗證了電路設(shè)計的準確性與精確度大小。

　　1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

　　神經(jīng)肌肉疾病評估系統(tǒng)的整體設(shè)計如圖1所示。MCU通過串行端口SPI控制直接數(shù)字頻率合成器(DDS)產(chǎn)生正弦交流激勵信號(本文采用阻抗最為敏感的50 kHz頻率)，通過電極作用于患者的局部區(qū)域，同時提取出含有阻抗信息的測量信號，幅相測量電路作為神經(jīng)肌肉疾病評估系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，提取測量信號的幅值和相位信息，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，最后結(jié)果送入MCU進行處理和顯示。

　　2 基于AD8302的幅相測量電路原理與設(shè)計

　　2.1 AD8302測量特點[7]

　　AD8302是ADI公司推出的一款完全單片集成的RF IC，可同時測量從低頻到2.7 GHz頻率范圍內(nèi)的兩個獨立輸入信號之間的幅度比和相位差。它內(nèi)置兩個精密匹配的寬帶對數(shù)放大器、一個寬帶線性乘法器/鑒相器、1.8 V精密參考電壓源，以及模擬輸出比例運算電路。輸出可提供在±30 dB的范圍內(nèi)的幅度測量，斜率為30 mV/dB;相位測量范圍為0～180°，斜率為10 mV/度。當AD8302工作在默認的測量模式下，幅度比和相位差測量在低頻時的表達為：

　　幅度比、相位差的理想輸出特性曲線如圖2、圖3所示。

　　2.2 幅相測量電路設(shè)計

　　AD8302主要有測量、控制和電平比較3種工作方式，本文用其測量模式，接口電路如圖4所示。

　　當芯片的輸出引腳Vmag和Vphs直接與芯片反饋設(shè)置輸入端MSET和PSET相連時，芯片測量模式即工作在默認的斜率和中心點上。其中R1、R2為AD8302提供50 Ω的匹配阻抗，C1、C4、C5、C6為輸入信號的耦合電容，記為Cc，C2、C8對輸出的直流電壓起到濾波的作用。