專利名稱：電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選1開關電路pcb的制作方法
技術領域：
本發明涉及電阻抗斷層成像系統(EIT)的串行數據采集系統多選I開關電路。
背景技術：
:電阻抗斷層成像系統(EIT)是一種公知的醫療成像技術，它是通過檢測患者體表，從而推斷出患者部分身體的電導率和電容率的圖像這種方法來成像的，是一種無損無害的新型成像技術。與CT、MRI等核醫學成像技術相比，EIT具有無損無害、成本低、體積小、安全、操作簡單、對早期癌灶敏感等優點，醫生和病人容易接受。但EIT的成像精度相對不高，由于EIT的數據采集和成像速度較高，可用于對患者進行長時間的實時、動態監測，具有廣泛的醫學應用前景。EIT成像是一個嚴重病態的逆問題求解過程，重構成像大致可分為三類:逆投影法、迭代法、一步線性法，以上重建算法對收斂性均有所要求。因此，無論采取何種數據采集模式，EIT成像的圖像質量都依賴于所采集到的數據精度，且對數據精度要求很高。根據EIT基本工作原理，EIT系統架構基本一致。正如眾多關于EIT方面的資料和專利(如CN03134598.0)描述的，都是由數據采集系統、電極、激勵系統、數據處理及成像系統組成。電極、數據采集系統 性能直接影響采集數據精度，從而成像質量。而串行數據采集系統又包括開關系統、低噪放、差分放大、濾波、AD等，其中低噪放的噪聲性能、差分放大的CMRR、開關系統的隔離度、導通電阻性能是難點。EIT數據采集系統以方式來分，可以分為并行采集系統和串行采集系統。假設有N個電極，串行采集系統采集信號數據分多個步驟:首先對I 2電極差分信號做AD轉換，采集到I 2電極差分信號數據，然后依次對2 3……N-1 N電極差分信號做AD轉轉和數據采集；而并行系統一次就將這些信號采集到。并行系統不需要多選I開關，串行系統需要開關，并行系統需要多個采集通道和AD，串行系統只需要多選I開關和一個采集通道及I個AD。并行系統成本高，各采集通道存在不一致，系統復雜帶來的結構也相對復雜；而串行系統則結構和電路設計相對簡單很多倍，成本低，但需克服多選I開關存在的串擾和導通電阻過大的問題。目前，用于EIT串行數據采集系統多選I開關的自身隔離度都比較高，但是為了節約器件的面積，多選I開關的封裝很小，往往多路信號引腳的間距很小，布線難度大，布線后信號之間串擾高。如果設計的是16電極串行EIT數據采集系統，需要用到4個16選I的開關，分別選通激勵源正端source+、激勵源負端source-、采集信號通道正端signal+、采集信號通道負端signal-，這4個開關在一塊PCB板上完整布線后，布線的占用面積很大、復雜、且線間間距不可能拉的很開、各信號線長度不一致；
每個通道信號線長度不一致，差異甚至比較大，部分數字線還與模擬信號線交叉。圖1是4塊16選I開關在同一 PCB上的最佳布線方式(最大限度降低線間串擾)，在同一 PCB上對4塊16選I開關布局布線方式還有其它幾種，但都不如圖1布局布線方式，即便如此還是存在占用PCB面積大、復雜、各通道信號線不等長、模擬數字線混合、存在串擾等問題。電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路系統包括多選I開關電路PCB、數字控制接口、多路信號輸入接口、信號輸出接口、電源接口。
技術方案
電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，用于改進傳統開關電路PCB布局布線存在的各通道信號線無法等長、模擬數字線混合，占用PCB面積大、信號線間串擾高等問題。電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，所述多選I開關電路PCB分成四張PCB分板,開關電路分布在PCB分板上,每塊PCB分板上有一個多選一開關芯片構成的開關電路，PCB分板與PCB分板之間的電路用連接器(8)連接。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，PCB分板上有開關數字控制信號通孔，電極輸入信號通孔，輸出信號通孔，電源通孔，多選I開關芯片；每塊PCB分板上的多選I開關芯片與同一 PCB分板上的開關數字控制信號通孔，電極輸入信號通孔，輸出信號通孔，電源通孔與同一 PCB上的多選I開關芯片連接；不同的PCB分板上對應的開關數字控制信號通孔，電極輸入信號通孔，輸出信號通孔，電源通孔分別用連接器連接。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，PCB分板與PCB分板之間的距離不小于 IOmm 。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，PCB分板的邊沿和/或印刷電路中的空隙位置有固定孔，四塊PCB分板上的固定孔相互對應，固定柱穿過固定孔將四塊PCB分板固定形成四層框架結構。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，PCB分板與PCB分板之間用連接器垂直連接。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，所述連接器為銅針。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，輸出信號通孔為4個，電源通孔為3個。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，所述多選I開關電路PCB為16選I開關開關電路PCB，開關數字控制信號通孔為20個，電極輸入信號通孔為16個，多選I開關芯片為16選I開關芯片。上述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，所述多選I開關電路PCB為32選I開關電路PCB，所述開關數字控制信號通孔為24個，電極輸入信號通孔為32個，多選I開關芯片為32選I開關芯片。有益效果:針對EIT串行數據采集數據系統多選I開關電路部分的特點，通過采用四塊PCB分板,每塊PCB分板放一個多選I開關代替一塊PCB放多塊多選I開關這種結構，可大大降低布線難度、減小布局布線工作量、降低PCB平面面積。每塊分板只有一個多選I開關，可非常方便做圓弧型布線，圓型布線可使線間間距很大，線與線等長。因此可以極大的降低以往開關系統布線所引入的電極線間信號串擾這個問題，同時可嚴格控制電極信號等相位。 由于就近布線，所以這種結構的多選I開關系統結構相對于傳統結構(放一塊PCB板上的結構)可以使得布線長度降低，有效減小線的旁路電容量。總而言之，該多選I開關電路PCB，具有結構簡單、成本低、串擾低、體積小、方便控制嚴格信號等相、方便組合拓展的優點。
圖1:背景技術所述傳統4路16選I開關信號電路布線圖，其中，圖a為所有層布線圖；圖13為頂層模擬信號布線圖；圖C為中間層模擬信號布線圖；圖(1為中間層數字控制信號布線圖；圖e為底層模擬信號布線圖。source+和signal+對應的16選I開關放在PCB板上頂層，source-、signal-信號對應的16選I開關放在PCB的底層,4個16選I開關16信號輸入線共用，分別輸出signal+、signal-、source+、source-信號；
圖2為分板I結構與布線 圖3為分板2結構與布線 圖4為分板3結構與布線 圖5為分板4結構與布線 圖6為最優化16選I開關系統結構與布線 圖7為多選I開關系統在EIT系統中的連接示意 I一開關數字控制信號通孔，2—固定孔，3 —電極輸入信號通孔，4一輸出信號通孔5—電源通孔，6—多選I 開關芯片，7—固定柱，8—連接器，9一螺帽。
具體實施方式
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實施例1:電阻抗斷層成像串行數據采集系統16選I開關電路PCB按下述部件和結構構成:
16選I開關電路PCB由4塊單獨的小面積帶連接器的PCB小分板組成，它們之間用連接器8通過焊接的方式連接，六角銅柱固定；PCB分板(以下簡稱板或分板)與PCB分板的連接器8實際為分散的一根根圓柱體銅針，銅針的尺寸為:長6cm底圓直徑0.8mm，用于接模擬和數字信號；長6cm底園直徑1.2mm的銅針用于電源連接；
每張PCB分板的面積為35mm*40mm,2層板。分板上有16個幾乎圍城圓的電極輸入信號通孔3，電極輸入信號通孔3的孔直徑1_ ;開關數字控制信號通孔I的5個數字信號通孔成一排，共4排，孔直徑1mm，孔與孔間距1.8mm，開關控制引腳接第一排(從下往上排序)；電源通孔5，為3個通孔，孔直徑1.3mm，孔與孔間距1.8mm，分別接正電源、負電源、地；4個排成一列的輸出模擬信號通孔4,孔直徑為Imm,輸出信號孔之間間距為1.8mm,標號為OUT ;安裝孔2，在分板的4個邊角上有4個，可用固定柱7安裝固定成一個四層框架結構。
分板I上有一塊16選I的開關芯片6，該16選I開關芯片(簡稱開關芯片)6為市場通用開關芯片，通過電極輸入信號通孔3輸入16個模擬信號到開關芯片6，綜合來自開關數字控制信號通孔I的控制信號，開關芯片6確定一個被選通的模擬信號，通過與輸出信號通孔4相連的引腳線輸出；控制開關選通的數字信號有5根線(其中一根為芯片使能控制線和4根選通控制地址線)，分別與開關數字控制信號通孔I連接；該開關通過電源通孔5接正負電源(電源通孔5共有三個孔，包括正電源、負電源、地引腳孔)，可接電源范圍正負5伏到正負18伏；分板2、分板3、分板4的組成結構與分板I基本一致，只有2個不同點:A、分板I的輸出信號接4個排成一列的輸出信號通孔4的第I個通孔；分板2的輸出信號接4個排成一列的輸出信號通孔4的第2個通孔；分板3的輸出信號接4個排成一列的輸出信號通孔4的第3個通孔；分板4的輸出信號接4個排成一列的輸出信號通孔4的第4個通孔、分板I的數字控制信號接排成4行的20針數字控制信號通孔I的第一排，分板2的數字控制信號接排成4行的20針數字控制信號通孔I的第二排，分板3的數字控制信號接排成4行的20針數字控制信號通孔I的第三排，分板4的數字控制信號接排成4行的20針數字控制信號通孔I的第四排。分板I選通輸出的模擬信號為激勵源正端source+ ;分板2選通輸出的模擬信號為激勵源負端source-、分板3選通輸出的模擬信號為采集信號通道正端signal+ ;分板4選通輸出的模擬信號為采集信號通道負端signal-。用40根0.8mm直徑的銅針將4塊板子通過這40個模擬及數字信號通孔垂直串焊接起來；用3根1.2_直徑的銅針將4塊PCB分板上的電源通孔5垂直串焊接起來；分板與分板之間的垂直間距1cm，分板4周有4個安裝孔2，通過安裝孔2用六角銅柱7將分板與分板固定；固定后4個分板就組成了一個電阻抗斷層成像串行數據采集系統16選I開關電路 PCB。分板1、分板2、分板3、分板4通過銅針組成用于EIT串行數據采集系統16選I開關電路PCB。此16選I開關系統有16個EIT電極輸入信號；20個開關數字控制信號；輸出4個OUT信號，分別接EIT系統恒流源激勵部分輸出的Source+ (正激勵信號)和Source-(負激勵信號)以及采集電 路部分輸入模擬信號TP+ (采集正模擬信號)和TP-(采集負模擬信號)；3個電源引腳，分別為正電源、負電源、地引腳；其每個分板各有一個開關芯片6。該開關系統布線具有布線簡單，結構簡單，占用平面空間小，由于信號線間間距大，信號線間幾乎無串擾，信號線等長可以輕易做到，可以嚴格控制各信號等相位。采用這種結構和布線方式設計的用于EIT串行采集系統的16選I開關系統，可以大大節約布線工作量，降低串擾，控制等相位，提高EIT系統設計效率以及其性能指標等。實施例2:電阻抗斷層成像串行數據采集系統16選I開關電路PCB:本實施例的基本結構同實施例1，不同點在于:首先繪制PCB分板I的原理圖，設計直徑為Imm的通孔(開關數字控制信號通孔I為20個，電極輸入信號通孔3為16個，輸出信號通孔4為4個，)和1.3mm的通孔(電源通孔5為3個)，這些通孔分別與另外3張PCB分板上的通孔相對應；在原理圖上將數字控制信號引腳與5個開關數字控制信號通孔I連接，開關元件的模擬信號引腳與Imm的通孔連接(電極輸入信號引腳與電極輸入信號通孔3連接，輸出信號引腳與輸出信號通孔4連接)；電源和地引腳與1.3_直徑的電源通孔5的通孔元件通過PCB走線連接。對分板I做PCB設計，首先畫出35mm*40mm的板子外框，然后將16選I開關放置于中央，將與16個模擬信號輸入引腳的16個通孔3以14mm的半徑圓形環繞在引腳周邊，用IOmil的線將它門連接；將5個沒任何連接的獨立通孔以1.8mm間距排成一排，其中心距離板子外框上邊緣2mm處，距離板子左右邊緣均為17.5mm，得出第四排通孔(排的序號按從下往上規則定義)；同理畫出第三排、第二排，排與排的垂直間距均為1.8mm，開關數字控制信號通孔I中的第一排與開關數字控制引腳連接；開關模擬輸出信號引腳通過走線連接以IOmm間距垂直接4個排成一列的輸出信號通孔4中的第一個通孔(從上往下)；電源通孔5在開關下方2.5mm處，3個電源通孔5以1.8mm間距排成一行，分別與開關的電源引腳通過PCB走20mil寬度的銅線連接。分板2的原理圖與分板I 一樣。分板2的PCB圖與分板I基本相同，不同的是與開關數字控制引腳連接的5個開關數字控制信號通孔I排到了通孔陣列(4行每行5個)的第二行，與開關輸出模擬信號相連的通孔為排成一列的4個輸出信號通孔4的第二個通孔。分板3的原理圖與分板I 一樣。分板3的PCB圖與分板I基本相同，不同的是與開關數字控制引腳連接的5個開關數字控制信號通孔I排到了通孔陣列(4行每行5個)第三行，與開關輸出模擬信號相連的通孔為排成一列的4個輸出信號通孔4的第三個通孔。分板4的原理圖與分板I 一樣。分板4的PCB圖與分板I基本相同，不同的是與開關數字控制引腳連接的5個開關數字控制信號通孔I排到了通孔陣列(4行每行5個)的第四行，與開關輸出模擬信號相連的通孔為排成一列的4個輸出信號通孔4的第四個通孔。分別將6cm長度直徑0.8mm的銅針8和1.2mm的銅針9串插焊接，總銅針數為43根，針底穿過分板I通孔約1cm，所有43銅針朝上焊接完后，把分板2的43通孔對著針從上往下穿下來，在分板I正上方Icm處停住，并將針與通孔焊接，用Icm高的銅柱固定分板1、分板2，至此，分板1、分板2焊接組裝完畢。依次將分板2、 分板3組裝完成，同時將六角銅柱7用螺帽9鎖緊固定，就形成了完整的用于EIT串行數據采集系統的16選I開關系統。該開關系統組裝完畢后，就是一個整體框架結構，它是以從通孔出來的銅針做引腳，其中從電源通孔5里穿出來的銅針為電源引腳，從電極輸入信號通孔3里穿出來的銅針為電極信號輸入引腳，從輸出信號4通穿出來的銅針為輸出信號引腳，
從開關數字控制信號通孔I通穿出來的銅針為開關數字控制信號引腳。該系統在串行EIT系統的連接為:激勵的source+、source-分別與分板1、分板2的選通輸出信號引腳連接，信號采集與調理系統的signal+、signal-信號分別與分板3、分板4的選通輸出信號連接；開關系統的20個開關數字控制信號引腳與主控連接，開關系統的電源引腳與系統的電源連接；開關系統的電極輸入信號引腳與電極線連接。在實施例1或實施例2中，如不考慮連接器對分板的固定、支撐作用，輸出信號通孔4在分板I上可以只有一個，與從分板I上的多選I開關芯片連接；輸出信號通孔4在分板2上可以只有兩個，其中一個供連接分板I輸出信號的連接器穿過，另一個連接分板2上的多選I開關芯片；輸出信號通孔4在分板3上可以只有3個，其中一個連接分板3上的多選I開關芯片，另兩個供連接分板I或2輸出信號的連接器穿過；輸出信號通孔4在分板4上有4個，其中一個連接分板4上的多選I開關芯片，另三個供連接分板1，2或3輸出信號的連接器穿過。實施例1或實施例2所述開關系統結構和布線方式不只針對16選I開關系統，可拓展為任意多選I開關系統。實施例1或實施例2所述的銅針，可以用其它金屬或合金導體代替，可以是其它形狀柱體，采用柱狀導體除導通各分板相應電路外，還有支撐、固定分板的作用；連接各分板間相對應通孔的連接器7可使用相同材料的導體，也可使用不同材料的導體，各連接器7的大小、形狀可以相同，也可不同。如果選擇柱狀連接器，且柱狀連接器串焊在各分板的相應的通孔上后足以將各分板固定成為四層框架結構時，分板上就可以沒有固定孔2 ;在有固定孔2和固定柱7的情況下，連接器也可以選用其他導線。
實施例1或實施例2所述的連接器7的大小，可隨分板的大小而變化，但應保證各電極輸入信號通孔3、輸出信號通孔4之間的距離，防止串擾發生。實施例1或實施例2所述六角銅柱，可用其它合金安裝柱、塑料安裝柱代替，也可以是其它形狀柱體。實施例1或實施例2所述的固定孔2可以分布在各分板對應的四個角上，也可分布在分板上的其他對應位置上:如印刷電路間的空隙、分板的邊緣。實施例3:電阻抗斷層成像串行數據采集系統32選I開關電路PCB，本實施例基本結構同實施例1，不同點在于:電極輸入信號通孔數量為32個，數字開關控制信號通孔數量為24個，所選開關芯片為32選I的開關芯片。實施例4:電阻抗斷層成像串行數據采集系統64選I開關電路PCB，本實施例基本結構同實施例1，不同點在于:電極輸入信號通孔數量為64個，數字開關控制信號通孔數量為28個，所選開關芯片為64選I的開關芯片。上述實施例所述通孔一般為圓孔，但根據需要，也可以是矩形或其他形狀。上述實施例所述的多層框架結構的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB為優選結構 ，而這四塊PCB分板也可結合成其他形狀，如四面體、球面體，六面體，只要保證每塊分板上各電路及元件、連接各分板的連接器的距離，就能實現本發明創造的目的。上述實施例所述多選一開關芯片6可根據電路原理自行設計、制造，也可在市場選用現成芯片，如:型號為ADG5206的16選一開關芯片；型號為ADG732的32選一開關芯片。
權利要求
1.電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:所述多選I開關電路PCB分成四張PCB分板,開關電路分布在PCB分板上,每塊PCB分板上有一個多選一開關芯片構成的開關電路，PCB分板與PCB分板之間的電路用連接器(8)連接。
2.根據權利要求1所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:PCB分板上有開關數字控制信號通孔(I)，電極輸入信號通孔(3)，輸出信號通孔(4)，電源通孔(5)，多選I開關芯片(6);每塊PCB分板上的多選I開關芯片(6)與同一PCB分板上的開關數字控制信號通孔(I)，電極輸入信號通孔(3)，輸出信號通孔(4)，電源通孔(5)與同一 PCB上的多選I開關芯片(6)連接；不同的PCB分板上對應的開關數字控制信號通孔(I)，電極輸入信號通孔(3)，輸出信號通孔(4)，電源通孔(5)分別用連接器(8)連接。
3.據權利要求1所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:PCB分板與PCB分板之間的距離不小于IOmm 。
4.根據權利要求3所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:PCB分板的邊沿和/或印刷電路中的空隙位置有固定孔(2)，四塊PCB分板上的固定孔(2)相互對應，固定柱(7)穿過固定孔(2)將四塊PCB分板固定形成四層框架結構。
5.根據權利要求4所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:PCB分板與PCB分板之間用連接器(8)垂直連接。
6.根據權利要求5所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:所述連接器(8)為銅針。
7.根據權利要求1，2，3，4，5或6所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:輸出信 號通孔⑷為4個，電源通孔(5)為3個。
8.根據權利要求7所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:所述多選I開關電路PCB為16選I開關開關電路PCB，開關數字控制信號通孔(I)為20個，電極輸入信號通孔(3)為16個，多選I開關芯片(6)為16選I開關芯片。
9.根據權利要求7所述的電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選I開關電路PCB，特征在于:所述多選I開關電路PCB為32選I開關電路PCB，所述開關數字控制信號通孔(I)為24個，電極輸入信號通孔(3)為32個，多選I開關芯片(6)為32選I開關芯片。
全文摘要
電阻抗斷層成像串行數據采集系統多選1開關電路PCB，涉及電阻抗斷層成像系統(EIT)的串行數據采集系統多選1開關電路，所述多選1開關電路PCB分成四張PCB分板，開關電路分布在PCB分板上，每塊PCB分板上有一個多選一開關芯片構成的開關電路，PCB分板與PCB分板之間的電路用連接器8連接。可大大降低布線難度、減小布局布線工作量、降低PCB平面面積。該多選1開關電路，具有結構簡單、成本低、串擾低、體積小、方便控制嚴格信號等相、方便組合拓展的優點。
文檔編號A61B5/053GK103228104SQ20131006163
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月27日 優先權日2013年2月27日
發明者余華章, 戴濤 申請人:思瀾科技(成都)有限公司