用于醫療的幅相測量電路的實現

研究證明，神經肌肉疾病患者的局部阻抗幅值和相位較正常人有所變化，通過測量神經肌肉疾病患者的局部阻抗參數可定量分析其病情的發展情況[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的關鍵。幅相測量的設計方法有多種，普遍采用的是相敏解調原理[3，4]，該方法不僅需要分別設計幅相測量電路，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，越來越多地被應用到鑒相、鑒幅領域[5，6]，它是首款能同時測量相位和幅值的單片集成芯片，使電路設計簡潔易行。

　　本文依據神經肌肉疾病評估系統功能需求，設計了基于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，驗證了電路設計的準確性與精確度大小。

　　1 系統整體設計方案

　　神經肌肉疾病評估系統的整體設計如圖1所示。MCU通過串行端口SPI控制直接數字頻率合成器(DDS)產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肌肉疾病評估系統的關鍵部件，提取測量信號的幅值和相位信息，經過AD轉換，最后結果送入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頻率范圍內的兩個獨立輸入信號之間的幅度比和相位差。它內置兩個精密匹配的寬帶對數放大器、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。