阻抗测量中的万能法宝（一）
谁不知道欧姆定律？对于直流电压来说，它表述为通过导体两点之间的电流与这两点之间的电压成正比。换言之，导体的电阻是恒定的，与电流无关。对于交流电压来说，情况则完全改变了，而且变得更加复杂。电阻变为阻抗，其定义为电压与电流在频域中的比率。幅度（或实部）代表电压和电流之间的比率，而相位（或虚部）则是电压与电流之间的相移值。
在医疗行业中有许多应用阻抗测量的用例。该技术可用于广泛的应用，例如获取某些特定人体参数、检测疾病或分析血液或唾液等人体液体。虽然这些应用的共同之处是进行阻抗测量，但每个应用又都有各自的一系列关键要求。
ADI公司了开发了一个称为AD594x系列的新型阻抗测量芯片。该芯片非常精确，并具有多种功率模式，可实现按需测量或连续测量。在本文中，您将了解该芯片的特性及其主要应用。
简介和重点
用芯片做阻抗测量的技术相对较新。大约15年前，ADI公司推出了AD5933／AD5934，这是首个阻抗分析芯片系列。第二代产品ADuCM350于2015年推出。这两个系列目前仍在大量销售，但对于目前更新的应用来说，它们并不总是最佳解决方案。随着可穿戴设备和电池供电系统成为发展趋势，主要挑战是在尽可能小的外形尺寸内满足所需的性能水平，并且功耗极低。AD594x旨在支持当今的可穿戴市场，并满足所有关键要求，包括高精度、小尺寸和低功耗。
图1．AD594x的高级功能框图。
AD594x（图1）是一款多功能阻抗分析仪，专为医疗和工业类应用量身定制。该模拟前端完全可配置，可以进行修改以支持各种不同的用例，包括皮肤电活动（EDA）或皮肤电反应（GSR）、身体阻抗分析、水分测量和生化测量。本文重点介绍与医疗相关的应用，但AD594x也可用于工业应用，如有毒气体分析、PH值测量、电导率或水质测量。
EDA／GSR的相对测量
相对阻抗（或阻抗的变化值）可以直接采用2线测量法来测量。一个目标应用是通过皮肤电活动或皮肤电反应监测压力或心理健康。精神状态或压力监测非常重要，因为随着时间的推移，压力可能导致慢性疾病，如糖尿病、心脏病或癌症。在精神状态改变期间或当人们变得紧张时，人体的交感神经系统激活皮肤中的汗腺。这种效应会增加皮肤导电性，从而使阻抗下降。
图2．EDA或GSR的测量原理。
皮肤阻抗监测采用伏安法测量。在未知阻抗（本例中为皮肤）上施加激励信号，并测量阻抗两端的电压。r然后测量通过未知阻抗的电流。对ADC结果执行DFT计算以得到阻抗的变化变化值。 图2显示了EDA或GSR的整体测量原理。该测量的激励信号频率接近直流。建议使用低频激励（而非直流电压）进行测量，以防止电极极化并消除对人体组织的伤害。通常，最大激励信号频率可达200Hz，因为较高的频率可穿透进入人体，而不会仅测量皮肤表面。将电极在人体上的某些位置，电导率会随着人的情绪或精神状态变化而变化。
阻抗变化与精神压力之间的关系并没有直接公式，因此该测量通常与心率和／或心率变异性等其他测量并行进行。需要开发一种算法来将各种测量结果转化为心理压力水平。将EDA／GSR技术用于压力监测需要连续的全天候测量，AD594x就是为此而专门设计的。输出数据速率为4 Hz时，功耗＜80μA。EDA／GSR测量也可以用于睡眠分析等应用。
