Trong giải pháp này, tín hiệu tương tự thu nhận từ các điện cực ICG là tín hiệu sóng mang điều chế biến thiên theo sự thay đổi của trở kháng lồng ngực. Vì tín hiệu đầu vào từ các điện cực ICG là nhỏ (khoảng 60 mV khi đo trở kháng trung bình là 30 Ω bằng dịng điện 2 mA), cần mạch khuếch đại có hệ số khoảng 40-50 và lọc thơng cao để loại bỏ thành phần một chiều. Sau đó tín hiệu này được chia ra làm 2 hướng, một hướng cấp cho khối chuyển đổi tương tự số 16-bit; hướng còn lại cấp cho khối so sánh và phát hiện ngưỡng 0, để xác định điểm 0 ban đầu của một chu kỳ sin của sóng mang.
Đầu ra khối so sánh là một xung kích thích cho khối điều khiển bắt đầu thực hiện chạy mơ đun định thời. Mục đích định thời là để xác định chính xác vị trí đỉnh của sóng mang. Vì tần số sóng mang là cố định nên từ khi bắt đầu ngưỡng 0 đến đỉnh sóng gần nhất cần khoảng thời gian là ¼ chu kỳ của sóng mang, như minh họa ở Hình
2.1. Sau khoảng thời gian trễ, bộ định thời sẽ tạo ra một xung kích thích tác động
vào khối chuyển đổi ADC để lấy mẫu và chuyển đổi dữ liệu. Biên độ cực đại của sóng mang điều chế chứa thông tin về sự thay đổi của trở kháng lồng ngực TEB, sẽ được số hóa và đưa đến khối xử lý trong vi điều khiển. Tại đây, dữ liệu được đọc, xử lý, lọc nhiễu để tính Z, các thành phần của Z, và những thông tin khác. Các bước xử lý này có thể được tùy biến một cách linh hoạt bằng phần mềm, tùy thuộc vào mục tiêu và mục đích của của người thiết kế.
Một chu kỳ số hóa tiếp theo sẽ được thực hiện tiếp cho phần tín hiệu sóng mang ở nửa chu kỳ âm của tín hiệu, tuy nhiên việc này là khơng cần thiết vì tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều lần tần số tín hiệu gốc, nếu tiếp tục lấy mẫu sẽ dẫn đến hiện tượng dư thừa dữ liệu khơng có ích trong việc phân tích tín hiệu ICG. Việc lấy mẫu sẽ được thực hiện đảm bảo sao cho tốc độ lấy mẫu nằm trong khoảng từ 3-5 lần tần số lớn nhất của tín hiệu Z (khoảng 50 Hz), vì vậy tần số lấy mẫu ở đây chọn là 4 lần tần số tín hiệu, tức là khoảng 200 Hz.
Input 16-bit ADC Mạch
khuếch đại và mạch lọc thông cao Trigger
DATA Output Điện cực ICG Bộ so sánh tương tự ngưỡng 0 Dữ liệu số Định thời Bộ xử lý chính Khối phân
tích, xử lý dữ liệu phía sau
Vi điều khiển 32-bit
Khối thu nhận theo phương án đề xuất
Trên thực tế, nếu cấp cho vùng ngực một dịng điện có tần số là 85 kHz, tần số lấy mẫu nhỏ hơn so với tần số sóng mang 85 kHz/200 Hz = 425 lần. Tuy nhiên, nếu lấy mẫu trực tiếp ở tốc độ 200 Hz, dữ liệu thu được có chất lượng khơng cao do bị can nhiễu từ bên ngoài và do bản thân các khối trong bộ ADC. Thay vào đó, việc lấy mẫu được chia làm 2 bước: lấy mẫu ở tần số 5 kHz (nhỏ hơn 17 lần tần số sóng mang) rồi tính trung bình 25 mẫu liên tiếp nhau (giảm 25 lần số mẫu của dữ liệu số). Tích của các giá trị này là 17 25 = 425 lần, nghĩa là tần số lấy mẫu nhỏ hơn 425 lần tần số sóng mang, tương đương tần số lấy mẫu là 200 Hz nhưng sẽ đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Theo ngun lý trên, vị trí đỉnh sóng mang cần phải số hóa tiếp theo sẽ được tiếp tục nằm cách vị trí trước đó 17 đỉnh (đỉnh ở phần dương của tín hiệu sóng mang). Vì vậy, thuật tốn cho phần thu nhận sẽ bỏ qua 16 đỉnh tiếp theo từ lần số hóa gần nhất, để sau đó số hóa ở đỉnh kế tiếp. Thuật tốn lấy mẫu cứ tiếp tục như vậy theo một vịng lặp. Việc tính trung bình 25 liên tiếp nhau của tín hiệu mẫu cũng tương đương với một phép lọc tín hiệu, làm cho dữ liệu ra sẽ ổn định hơn nếu chỉ chọn 1 trong tổng số 25 mẫu đó. Thực tế, việc lựa chọn số lượng đỉnh liên tiếp để thực hiện phép lọc có thể tùy biến theo khả năng xử lý của phần cứng và chất lượng tín hiệu mong muốn.
Dựa trên cơ chế số hóa và giải điều chế đã đề xuất bên trên, tác giả đề xuất một giải pháp mới dùng để thu nhận và số hóa tín hiệu ICG là một cấu trúc mạch có sơ đồ khối được thể hiện trong Hình 2.3. Mơ hình này gồm có 3 khối chính: