Hệ thống thu nhận và số hóa trực tiếp tín hiệu điều chế tần số cao do tác giả đề xuất là một phương pháp hoàn toàn mới trong việc thu nhận, phân tích và xử lý tín hiệu tim đồ trở kháng ngực ICG. Phương pháp này khắc phục được hoàn toàn các nhược điểm của mạch thu nhận tương tự, đồng thời cũng tăng cường hiệu năng tính toán và xử lý, mà vẫn đảm bảo độ chính xác của tín hiệu. Ý tưởng cơ bản của phương pháp mới là tín hiệu gốc (trước điều chế) có thể được khôi phục từ tín hiệu điều chế bằng cách lấy mẫu tín hiệu điều chế tại vị trí đỉnh sóng rồi lượng tử hóa để tính biên độ, như minh họa trên Hình 2.1.
Hình 2.1 Tín hiệu điều chế và các điểm lấy mẫu tại đỉnh
Tín hiệu điều chế Đầu ra bộ phát hiện điểm 0
Lấy mẫu dữ liệu ở các đỉnh không liên tiếp
47
Dữ liệu đầu ra sẽ phản ánh thông tin về đường bao của tín hiệu điều chế. Đó cũng chính là tín hiệu trước điều chế biên độ, hay chính là tín hiệu gốc, tín hiệu có ích. Phương thức này cho phép ta thực hiện việc số hóa và giải điều chế biên độ một cách đồng thời để tính trở kháng ngực. Do quá trình nghiên cứu và thực nghiệm được thực hiện với tín hiệu giả lập (không có nhiễu thở), tín hiệu TEB đo được chính là Z. Vì vậy, trong Mục 2.1 này, tác giả chỉ nói đến Z thay vì TEB để thuận tiện cho việc mô tả chức năng cơ bản của các khâu xử lý.
Do sự chênh lệch khá lớn giữa tần số sóng mang và dải phổ của tín hiệu trở kháng nên ta có thể xem xét tín hiệu điều chế có dạng hình sin với tần số gần như không đổi và xấp xỉ tần số sóng mang. Khi đó, chu kỳ của tín hiệu điều chế là cố định và hoàn toàn có thể được tính toán trước, dựa trên tần số sóng mang. Bằng cách sử dụng một bộ so sánh ngưỡng 0 và một bộ định thời, ta có thể tạo ra một xung vuông có sườn lên hoặc xuống rơi đúng vào thời điểm sóng điều chế đạt cực đại để điều khiển việc lấy mẫu tín hiệu.
Hệ thống được đề xuất có chứa một mô-đun kích hoạt (trigger), nhằm phát hiện điểm 0 của sóng mang, trễ một thời gian t = ¼ chu kỳ sóng mang và kích hoạt bộ ADC 16-bit lấy mẫu tại các đỉnh xung của sóng mang để lượng tử hóa. Bằng phương pháp mới này, tốc độ chuyển đổi (tần số lấy mẫu) tối đa của bộ ADC được giảm xuống tối thiểu 2 lần so với tần số của sóng mang.
Trong thực tế áp dụng với tần số sóng mang khoảng 85 kHz, tần số lấy mẫu có thể nhỏ hơn rất nhiều lần do tần số của trở kháng Z (chỉ đến dưới 50 Hz), như vậy ở đây tần số lấy mẫu chỉ cần đến 1 kHz là đã có sự dư thừa dữ liệu (thành phần không có ích) của thành phần trở kháng Z.
Nếu xung vuông này được dùng để kích hoạt một biến đổi tương tự sang số, đầu ra thu được sẽ chính là biên độ đỉnh của sóng mang. Thứ hai, vì sự khác biệt giữa tần số sóng mang và tín hiệu gốc (ở đây chính là tín hiệu Z) là rất lớn, việc lấy mẫu toàn bộ đỉnh sóng điều chế là không cần thiết. Thay vào đó, ta lấy mẫu các đỉnh không liên tiếp để tiết kiệm tài nguyên xử lý. Tốc độ lấy mẫu do đó có thể tiếp tục còn được giảm đi. Theo định lý Nyquist thì tần số lấy mẫu này phải lớn hơn hai lần tần số cực đại trong tín hiệu gốc, tuy nhiên để đảm bảo chất lượng, cần lấy mẫu ở tốc độ cao hơn giá trị này khoảng từ 3 đến 5 lần hoặc nhiều hơn.