[发明专利]一种基于噪声正交技术的阻抗测量系统

说明书

本发明属于阻抗测量技术领域，尤其涉及一种基于噪声正交技术的阻抗测量系统，包括：电流源、噪声正交脉冲调制器、斩波开关、待测阻抗、同步时钟单元和噪声正交模数转换器；所述噪声正交脉冲调制器输出信号至斩波开关，调制斩波开关；斩波开关的输入接一对电流源，输出接待测阻抗；待测阻抗与噪声正交模数转换器的输入相连接；所述同步时钟单元输出同步采样时钟信号，分别接入噪声正交脉冲调制器和噪声正交模数转换器。本发明的基于噪声正交技术的阻抗测量系统，无需正弦波发生器，具有功耗小、面积小、成本低的优点，同时，信号与量化噪声完全解耦，分辨率更高。

技术领域

本发明属于阻抗测量技术领域，尤其涉及一种基于噪声正交技术的阻抗测量系统。

背景技术

阻抗测量系统有广泛的应用。阻抗测量系统，可以通过测量阻抗型传感器来获取环境信息；也可以通过测量生物阻抗来获取生理信息；还可以通过测量电化学产物的阻抗来测量化学反应状态。

传统的阻抗测量系统，一般会把频率为特定测量频率的正弦电流激励施加到待测阻抗上，电流与阻抗相乘后得到电压，该电压经过模拟前端进行信号放大滤波等处理后，输入模数转换器中。如图1所示。一般而言，为了保证阻抗测量精度，需要正弦波发生器，而正弦波发生器功耗大、面积大、成本高。所以，传统的阻抗测试系统，存在功耗大、面积大、成本高的问题。

同时，为了提高分辨率，在传统的阻抗测量系统中，模数转换器会采用噪声成型技术，如图1所示。传统的噪声成型方法，其噪声传递函数常常是基于 (1-Z^-1)^L，其中L是正整数，表示噪声成型的阶数。在其频谱上，按照噪声成型阶数，呈现出L*20dB/dec的噪声成型效果，其中dB表示分贝，dec表示10倍频程，如图2所示。这种噪声成型的问题在于，信号与噪声传递函数和量化噪声并不是完全解耦，在信号频率处，依然存在量化噪声分量，如图3所示。所以，采用传统噪声成型技术的阻抗测试系统，其信号与量化噪声仍然存在耦合。

传统的采用正弦激励和噪声成型技术的阻抗测试系统，存在着功耗大、面积大、成本高、信号与量化噪声仍然存在耦合的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于噪声正交技术的阻抗测量系统，其具体技术方案如下：

一种基于噪声正交技术的阻抗测量系统，包括：电流源、噪声正交脉冲调制器、斩波开关、待测阻抗、同步时钟单元和噪声正交模数转换器；所述噪声正交脉冲调制器输出信号至斩波开关，调制斩波开关；斩波开关的输入接一对电流源，输出接待测阻抗；待测阻抗与噪声正交模数转换器的输入相连接；所述同步时钟单元的两端分别接入噪声正交脉冲调制器和噪声正交模数转换器。

进一步的，所述噪声正交脉冲调制器与噪声正交模数转换器采用结构相同的噪声传递函数。

进一步的，所述同步时钟单元输出同步采样时钟信号，信号频率分别为f_S1和f_S2，分别接入噪声正交脉冲调制器和噪声正交模数转换器。

进一步的，所述噪声正交脉冲调制器的噪声传递函数是(1-Z^-N1)^L1，其中L1是正整数，N1是大于1的正整数；噪声正交脉冲调制器的采样频率为f_S1，即为同步时钟单元输出至噪声正交脉冲调制器的同步采样时钟信号的频率，待测阻抗的测量频率为f₀，满足关系f_S1=N1* f₀。

进一步的，所述噪声正交模数转换器的噪声传递函数是(1-Z^-N2)^L2，其中L2是正整数，N2是大于1的正整数且N2=m*N1，m是正整数；噪声正交模数转换器的采样频率为f_S2，即为同步时钟单元输出至噪声正交模数转换器的同步采样时钟信号的频率，待测阻抗的测量频率为f₀，满足关系f_S2=N2*f₀。