2011年--外文翻译--具有电流监测的高速数控可变电压源（译文）

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1、 中文 3460 字 出处： Li N, Xu H, Wang W, et al. High-speed digital-controlled variable voltage source with current monitor for EIT applicationC/Biomedical Engineering and Informatics (BMEI), 2011 4th International Conference on. IEEE, 2011, 2: 1110-1113. 毕业 论文 外文资料 翻译 题 目 具有 电流监测 的 高速数控 可变电压源 学 院 自动化与电气工程

2、 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一 三 年 四 月 二十三 日 - 1 - International Conference on Biomedical Engineering and Informatics (BMEI) 2011 4th 具有电流监测的高速数控可变电压源 Nan Li,Wei Wang,Weida Zhang Biomedical Engineering Research Group University of Sussex Brighton, United Kingdom 摘要 本文提出了一种可变流控电压源的设 计方案。硬件系统主要有 F

3、PGA， DAC（数模转换），可编程增益放大器，电流反馈闭环环路和比较器组成。通过运用高速模拟比较器把过流时间转换成数字脉冲的长度的方法， FPGA 就可以对电流幅值的动态变化进行监控。在软件设计方面 , 在FPGA 上运用 CORDIC 算法实现 DDS 函数和相关算法。仿真结果表明 ,系统在宽频率范围具有良好的性能。因为本设计具有良好的精度和高稳定度 ,所以适用于 EIT 系统。 关键字： EIT；电流监控； FPGA； CORDIC；可变电压源 - 2 - 1 前言 电阻抗层析成像 (EIT)是一种通过分析 人体内复杂的电导率分布来显示空间分布的医学成像技术 1。激励的方法是在人身体表面

4、放置电极，来产生人体内大量的磁场分布。在传统的电流激励方法中，导电电极被附着在病人身体表面，然后，小电流就通过部分电极注入人体内 2。再通过测量余下的电极上的电势来推算出在这些电极间的电阻抗。然而，这种传统方法存在很多不足 (带宽、驱动电容性负载的能力、稳定性等 )，以致于限制了它在高频场合下的应用 3。 相比之下 ,电压驱动的方法 ,因它使用电压代替电流 ,而有更多的优点比传统电流注入方式 :容易实现 ,更稳定 ,投资效率、高带宽等 4。但在电压驱动的方法中 ,由欧姆定律 (I = U / R)知，励磁电压有恒定的振幅并且注入的电流会随负载 (病人身体组织 )的变化而变化。 在 EIT 的医

5、学应用中 ,注入电 流的频率可以从 10 千赫至 10 MHz。为避免热量效应伤害病人 ,必须有监测注入人体电流的数据集 5。为了解决这个问题 ,我们设计了一种数字控制的具有电流监测功能的可变电压源 ,这将能够把电流限制在安全范围内。 - 3 - 2 硬件电路设计 作为 EIT 系统的上层电路，数字控制的可变电压源电路主要由现场项目门阵列(FPGA),数模转换器 (DAC)、可编程增益放大器 (PGA),缓冲 (缓冲区 ),仪表放大器(INA),模拟比较器 (CMP)和参考电压 (REF)电路组成。简单的硬件功能电路图如图 1所示。 DAC 用于生成用户需要频率的正弦波激励信号。激励信号的振幅可以通过可编程增益放大器调整。缓冲器被用作在电压发生器和病人之间的隔离设备。仪表放大器用来测量电流采样电阻上的差动电压 ,这个电压将与一个用户定义的阈值电压（取决于电压参考）进行比较。比较器的输出将被发送到 FPGA。根据输入脉冲的长度 ,FPGA 就可以监控电流振幅了。 图 1，数控可变电压源硬件电路的搭建 A， 数模转换器 (DAC) 在我们的系统中，我们采用 DAC5675A作为可以被 FPGA控制的信号发生器。DAC5675A是一种 14位高速数模转换器。 它的 current-sink-a