CN114415493B - 模拟开关阵列通道切换装置、方法以及电阻抗成像设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟开关阵列通道切换装置，所述模拟开关阵列通道切换装置应用于电阻抗成像设备，所述电阻抗成像设备包括用于提供电流的信号端、模拟开关阵列、多个电极，所述多个电极与所述人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括使能端、输入端和多个通道，所述模拟开关阵列通过所述输入端与所述信号端电性连接，并选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对人体施加信号，所述使能端包括激活状态和未激活状态。本发明还提供了一种模拟开关阵列通道切换方法。本发明还提供了一种电阻抗成像设备。本发明技术方案提供的模拟开关阵列通道切换装置，可有效消除切换通道时产生的干扰信号。
Description
技术领域
本发明涉及模拟开关技术领域，尤其涉及模拟开关阵列通道切换装置、方法以及电阻抗成像设备。
背景技术
现有的模拟开关在通道切换时，由于通道间寄生电容产生的毛刺会对正常的模拟信号产生干扰，从而形成尖峰，导致实际采集的信号存在不准确的问题。
因此，如何避免通道切换时寄生电容的影响是亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供模拟开关阵列通道切换装置、方法以及电阻抗成像设备，有效实现了消除切换通道时产生的干扰信号。
本发明第一方面提供一种模拟开关阵列通道切换装置，所述模拟开关阵列通道切换装置应用于电阻抗成像设备，所述电阻抗成像设备包括用于提供电流的信号端、模拟开关阵列、多个电极，所述多个电极与所述人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括使能端、输入端和多个通道，所述模拟开关阵列通过所述输入端与所述信号端电性连接，并选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对人体施加信号，所述使能端包括激活状态和未激活状态，所述模拟开关阵列通道切换装置包括控制器以及切换开关，所述控制器与所述切换开关和所述模拟开关阵列电性连接，所述模拟开关输入端通过所述切换开关选择性地与所述信号端或者地电连接，其中，当所述模拟开关阵列的通道被切换或者所述使能端的状态被切换时，所述控制器控制所述切换开关接地以控制所述输入端接地。
本发明第二方面提供一种模拟开关阵列通道切换方法，应用于电阻抗成像设备，所述电阻抗成像设备包括用于提供电流的信号端和多个电极，所述多个电极与所述人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括输入端和多个通道，选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对人体施加信号，所述模拟开关阵列通道切换方法包括：
当所述模拟开关阵列进行通道切换或者切换所述使能端的状态时，控制所述输入端接地。
本发明第三方面提供一种电阻抗成像设备，包括用于提供电流的信号端、模拟开关阵列、多个电极，所述多个电极与所述人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括使能端、输入端和多个通道，所述模拟开关阵列通过所述输入端与所述信号端电性连接，并选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对人体施加信号，所述使能端包括激活状态和未激活状态，所述模拟开关阵列通道切换装置包括控制器以及切换开关，所述控制器与所述切换开关和所述模拟开关阵列电性连接，所述模拟开关输入端通过所述切换开关选择性地与所述信号端或者地电连接，其中，当所述模拟开关阵列的通道被切换或者所述使能端的状态被切换时，所述控制器控制所述切换开关接地以控制所述输入端接地。
上述模拟开关阵列通道切换装置，当模拟开关阵列的通道被切换或者所述使能端的状态被切换时，控制器控制切换开关接地从而控制输入端接地，以将通道切换时产生的干扰信号通过接地过滤掉，提高数据采集的精准度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为发明一实施例提供的模拟开关阵列通道切换装置的结构框图。
图2为发明一实施例提供的电阻抗成像设备的结构框图。
图3为发明一实施例提供的模拟开关阵列通道切换方法的流程框图。
图4为发明一实施例提供的模拟开关阵列通道切换装置的控制电路示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，如下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请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”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
生物电阻抗断层成像，是一种非侵入性的医学成像类型，基本原理是在被测量目标组织表面施加安全激励电流(电压)信号，同时测量目标组织表面的电压(电流)信号，根据所测得的信号采用图像重构算法得到被检测目标组织内的阻抗(或阻抗变化)图像分布。在进行电阻抗断层成像时，需要先将多个电极片贴附于人体的多个皮肤位置，然后通过其中两个电极片向人体施加电流，通过其他的电极片采集电压，然后再切换到另外两个电极片，通过另外两个电极片施加电流，在切换到另外两个电极片的时候，模拟开关阵列在切换通道的过程中，模拟开关阵列内部电路走线会产生电容效应，而通道切换时施加的电场会使寄生电容充放电，产生干扰信号。
请参阅图1-2，其分别为发明一实施例提供的模拟开关阵列通道切换装置100的结构框图和电阻抗成像设备200的结构框图。所述电阻抗成像设备200和模拟开关阵列通道切换装置100解决了模拟开关阵列切换通道时易产生干扰信号的问题。所述电阻抗成像设备200包括用于提供电流的信号端300、模拟开关阵列10、多个电极400。
所述模拟开关阵列10包括使能端101、输入端102、多个通道103。所述模拟开关阵列10的通道切换装置包括控制器20以及切换开关30。在本实施例中，控制器20采用现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。切换开关30采用SPDT(单刀双掷开关)。所述模拟开关阵列10通过所述输入端102与所述信号端300电性连接，并选择相应的通道103以使不同的电极400与信号端300通讯连接以对人体600施加信号。所述使能端101包括激活状态和未激活状态，与控制器20电性连接。当使能端101接收到控制器20发送的高电平信号时，进入激活状态。当使能端101接收到控制器20发送的低电平信号时，进入未激活状态。当使能端101处于激活状态时，模拟开关阵列10能够接收和发送信号。当使能端101处于未激活状态时，模拟开关阵列10不能接收电极400发送的电压信号也不能发送电流信号至电极400。控制器20与切换开关30和模拟开关阵列10电性连接，模拟开关104输入端102通过切换开关30选择性地与信号端300或者地500电连接。其中，当所述模拟开关阵列10的通道103被切换或者使能端101的状态被切换时，所述控制器20控制切换开关30接地500以控制输入端102接地500。
在本实施例中，模拟开关阵列10中模拟开关的数量为N个。电极的数量也为N个。具体地，模拟开关阵列10具有16个通道103，分别为通道1-通道16。每一个模拟开关104具有控制端1041，控制端1041用于与控制器20电连接。电极400的数量为16个，分别为电极A-电极P，每一个通道103对应一个电极400。将16个电极400贴合于人体600的不同位置。然后控制模拟开关阵列10上电，模拟开关104输入端102与信号端300电连接，模拟开关阵列10使能端101置于激活状态，通道1和通道2导通，然后电极A和电极B向人体600注入电流，电极C-电极P按照预定接入规则轮流采集人体600的电压信号。
当使能端101处于激活状态且当前选择的通道103工作结束时，控制所述切换开关30接地500且控制所述使能端101进入未激活状态。具体地，当所述切换开关30接地500后且延迟第一预设时间，所述控制器20才控制所述使能端101进入未激活状态。其中，通过延时第一预设时间能够让切换开关30接地500后进入稳定接地500的状态。其中，第一预设时间可以根据实际情况进行设定，在此不作限定。也就是说，电极C-电极P采集完毕人体600的电压信号时，当前选择的通道103工作结束，然后控制器20控制切换开关30接地500，然后延迟第一预设时间，再控制所述使能端101进入未激活状态。
当所述切换开关30接地500且控制所述使能端101进入未激活状态时，进行切换通道103动作。例如，通过更改现场可编程逻辑门阵列通道103接通的地址，以实现从通道1和通道2导通的状态切换为通道3和通道4导通的状态。例如，通道1对应的地址为0001,通道2对应的地址为0010,通道3对应的地址为0011,通道4对应的地址为0100。现场可编程逻辑门阵列从输入的地址为0001和0010更改为0011和0100。从而在切换开关30接地500的时候进行通道103的切换，通道103切换而产生的干扰信号通过接地500而抑制。
当所述使能端101处于未激活状态且所述模拟开关阵列10从当前通道切换至另一通道后，所述控制器20控制所述使能端101进入激活状态，并控制所述切换开关30接入信号端300。具体地，当所述使能端101处于未激活状态且所述模拟开关阵列10从当前通道切换至另一通道后，延迟第三预设时间后所述控制器20才控制所述使能端101进入激活状态。通过延迟第三预设时间能够让当前通道切换至另一通道后处于稳定的状态。并当所述使能端101进入激活状态之后，延迟第二预设时间才控制所述切换开关30接入信号端300。其中，第二预设时间和第三预设时间可以根据实际情况进行设定，在此不作限定。例如，切换至仅有通道3和通道4导通时，控制所述使能端101进入激活状态，并控制所述切换开关30接入信号端300，然后电极C和D电极向人体600注入电流，E电极-电极P、电极A以及电极B根据预定接入规则轮流采集人体600的电压信号。依次类推，E电极-F电极导通，电极A-D电极以及G电极-电极P采集人体600的电压信号。直至完成O电极-电极P的导通，电极A-N电极采集人体600的电压信号。
上述模拟开关阵列通道切换装置100，当模拟开关阵列10的通道103被切换或者所述使能端101的状态被切换时，控制器20控制切换开关30接地500从而控制输入端102接地500，以将通道103切换时产生的干扰信号通过接地500过滤掉，提高数据采集的精准度。
请参看图3，本申请还公开一种模拟开关阵列通道切换方法，应用于电阻抗成像设备200，所述电阻抗成像设备200包括用于提供电流的信号端300和多个电极400，所述多个电极400与所述人体600不同部位接触，所述模拟开关阵列10包括输入端102和多个通道103，选择相应的通道103可使不同的电极400与信号端300通讯连接以对人体600施加信号。所述模拟开关阵列通道切换装置100包括控制器20以及切换开关30，所述控制器20与所述切换开关30和所述模拟开关阵列10电性连接，所述模拟开关104输入端102通过所述切换开关30选择性地与所述信号端300或者地500电连接，所述控制器20控制所述切换开关30接地500以控制所述输入端102接地500。在本实施例中，模拟开关阵列10具有16个通道103，分别为通道1-通道16。电极400的数量为16个，分别为电极A-电极P，每一个通道103对应一个电极400。将16个电极400贴合于人体600的不同位置。然后控制模拟开关阵列10上电，模拟开关104输入端102与信号端300电连接，模拟开关阵列10使能端101置于激活状态，通道1和通道2导通，然后电极A和电极B向人体600注入电流，电极C-电极P根据预定接入规则轮流采集人体600的电压信号。所述方法包括以下步骤。
步骤S10，当前选择的通道工作结束时，控制切换开关30切换至接地500状态。举例来说，当前选择的通道为通道1、2。当通道1、2对应的电极A、B向人体600注入电流，并且与通道3-通道16分别对应的电极C-电极P采集电压后，当前选择的通道103工作结束。控制切换开关30切换至接地500状态。具体地，输入端102从接信号端300的状态变换为接地500的状态。
步骤S20，延时第一预设时间后，控制使能端101进入未激活状态。具体地，当切换开关30接地500后，延迟第一预设时间，再控制使能端101进入未激活状态，能够让切换开关30处于稳定接地500状态。当切换开关30处于稳定接地500的状态时，再控制使能端101进入未激活状态。
步骤S30，延迟第二预设时间后，将模拟开关阵列10从当前通道切换至另一通道。具体地，延迟第二预设时间后，再将模拟开关阵列10从当前通道切换至另一通道。从而能够在使能端101稳定地处于未激活状态的情况下，切换至另一通道。例如，从通道1、2切换到通道3、4。例如，通道1对应的地址为0001,通道2对应的地址为0010，通道3对应的地址为0011,通道4对应的地址为0100。现场可编程逻辑门阵列从输入的地址为0001和0010更改为0011和0100。从而完成通道103的切换。
步骤S40，延迟第三预设时间后，控制所述使能端101进入激活状态。具体地，当通道切换完成后，通过延迟第三预设时间，能够让信号端300与另一通道处于连接稳定的状态。
步骤S50，延迟第四预设时间后，控制所述切换开关30接入信号端300。具体地，当使能端101进入激活状态并延迟第四预设时间后，控制所述切换开关30接入信号端300。从而能够在使能端101稳定地处于激活状态后，控制所述切换开关30接入信号端300。
步骤S60，控制当前接入通道进行电流注入，并控制除当前接入通道外的其他通道进行电压采集。具体地，当所述切换开关30接入信号端300且使能端101进入激活状态时，控制当前接入通道进行电流注入，并控制除当前接入通道外的其他通道进行电压采集。例如，当前接入通道为通道3、4，通过与通道3、4对应的电极C、D向人体600注入电流。通过与通道1、2、通道5-通道16分别对应的电极A、B、电极E-电极P采集电压。然后重复步骤S10-S60，直至完成O电极-电极P的电流注入，以及电极A-N人体600的电压信号采集。
当所述模拟开关阵列10进行通道切换或者切换所述使能端101的状态时，控制所述输入端102接地500。在一些其他实施例中，当模拟开关阵列10切换使能端101状态时，控制所述输入端102接地500。例如当使能端101从激活状态切换为未激活状态时，控制输入端102接地500。由于当切换到未激活状态时，也就是需要切换通道的时候，所以在切换到未激活状态时，控制输入端102接地500，再进行通道切换，从而使得在切换通道过程中产生的干扰信号通过输入端102接地500而消除掉。
请参看图4，为本申请一实施例用于电阻抗成像设备200的模拟开关阵列通道切换装置100的控制电路示意图，设备200包括用于提供电流的信号端300、模拟开关阵列10、多个电极400。所述多个电极400与所述人体600不同部位接触，所述模拟开关阵列10包括使能端101、输入端102和多个通道103，所述模拟开关阵列10通过所述输入端102与所述信号端300电性连接，并选择相应的通道103以使不同的电极400与信号端300通讯连接以对人体600施加信号，所述使能端101包括激活状态和未激活状态，所述模拟开关阵列通道切换装置100包括控制器20以及切换开关30，所述控制器20与所述切换开关30和所述模拟开关阵列10电性连接，所述模拟开关104输入端102通过所述切换开关30选择性地与所述信号端300或者地500电连接，其中，当所述模拟开关阵列10的通道103被切换或者所述使能端101的状态被切换时，所述控制器20控制所述切换开关30接地500以控制所述输入端102接地500。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种模拟开关阵列通道切换装置，所述模拟开关阵列通道切换装置应用于电阻抗成像设备，所述电阻抗成像设备包括用于提供电流的信号端、模拟开关阵列、多个电极，所述多个电极与人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括使能端、输入端和多个通道，所述模拟开关阵列通过所述输入端与所述信号端电性连接，并选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对所述人体施加信号，所述使能端包括激活状态和未激活状态，其特征在于，所述模拟开关阵列通道切换装置包括控制器以及切换开关，所述控制器与所述切换开关和所述模拟开关阵列电性连接，所述模拟开关输入端通过所述切换开关选择性地与所述信号端或者地电连接，其中，当所述模拟开关阵列的通道被切换或者所述使能端的状态被切换时，所述控制器控制所述切换开关接地以控制所述输入端接地。
2.如权利要求1所述的模拟开关阵列通道切换装置，其特征在于，当所述使能端处于激活状态且当前选择的通道工作结束时，所述控制器控制所述切换开关接地且控制所述使能端进入未激活状态。
3.如权利要求2所述的模拟开关阵列通道切换装置，其特征在于，当所述切换开关接地后且延迟第一预设时间，所述控制器才控制所述使能端进入未激活状态。
4.如权利要求3所述的模拟开关阵列通道切换装置，其特征在于，当所述使能端处于未激活状态且所述模拟开关阵列从当前通道切换至另一通道时，所述控制器控制所述使能端进入激活状态，并控制所述切换开关接入信号端。
5.如权利要求4所述的模拟开关阵列通道切换装置，其特征在于，所述控制器控制所述使能端进入未激活状态之后延迟第二预设时间才控制所述模拟开关阵列从当前通道切换至另一通道。
6.如权利要求4所述的模拟开关阵列通道切换装置，其特征在于，当所述使能端处于未激活状态且所述模拟开关阵列从当前通道切换至另一通道时，延迟第三预设时间后所述控制器控制所述使能端进入激活状态；并当所述使能端进入激活状态之后，延迟第四预设时间才控制所述所述切换开关接入信号端。
7.如权利要求1所述的模拟开关阵列通道切换装置，其特征在于，所述使能端接收到高电平进入激活状态，接收到低电平进入未激活状态。
8.一种模拟开关阵列通道切换方法，应用于电阻抗成像设备，所述电阻抗成像设备包括用于提供电流的信号端、模拟开关阵列和多个电极，所述多个电极与人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括使能端、输入端和多个通道，所述模拟开关阵列通过所述输入端与所述信号端电性连接，并选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对所述人体施加信号，所述使能端包括激活状态和未激活状态，模拟开关阵列通道切换装置包括控制器以及切换开关，所述控制器与所述切换开关和所述模拟开关阵列电性连接，所述模拟开关输入端通过所述切换开关选择性地与所述信号端或者地电连接，所述模拟开关阵列通道切换方法包括：
当所述模拟开关阵列进行通道切换或者切换所述使能端的状态时，所述模拟开关阵列通道切换装置的所述控制器控制所述切换开关接地以控制所述输入端接地。
9.如权利要求8所述的模拟开关阵列通道切换方法，其特征在于，控制所述输入端接地为通过模拟开关阵列通道切换装置控制所述输入端接地，所述模拟开关阵列通道切换装置包括控制器以及切换开关，所述控制器与所述切换开关和所述模拟开关阵列电性连接，所述模拟开关输入端通过所述切换开关选择性地与所述信号端或者地电连接，所述控制器控制所述切换开关接地以控制所述输入端接地。
10.一种电阻抗成像设备，包括用于提供电流的信号端、模拟开关阵列、多个电极，所述多个电极与人体不同部位接触，所述模拟开关阵列包括使能端、输入端和多个通道，所述模拟开关阵列通过所述输入端与所述信号端电性连接，并选择相应的通道以使不同的电极与信号端通讯连接以对所述人体施加信号，所述使能端包括激活状态和未激活状态，其特征在于，所述模拟开关阵列通道切换装置包括控制器以及切换开关，所述控制器与所述切换开关和所述模拟开关阵列电性连接，所述模拟开关输入端通过所述切换开关选择性地与所述信号端或者地电连接，其中，当所述模拟开关阵列的通道被切换或者所述使能端的状态被切换时，所述控制器控制所述切换开关接地以控制所述输入端接地。
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2021
- 2021-12-22 CN CN202111582262.XA patent/CN114415493B/zh active Active
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