Giriş amplifikatörünüzü neden bir EKG sinyali için filtrelemenizin önüne koydunuz?

Eetimes.com adresindeki bu makalede bir EKG'yi ölçmek için sinyal zincirini gösterirler.

Bir EKG'nin ham sinyali gürültü içerir ve gerçek sinyalden en az büyüklükte ofsetler. (Birkaç mV EKG, güç hattı gürültüsü ve elektrot ofsetinden birkaç on mV ve memenin hareketinden dolayı birkaç yüz mV taban çizgisine kadar dolaşır.)

Bu , istenmeyen sinyal bileşenlerinin amplifikasyonunu önlemek için sezgisel olarak amplifikatörlerin önündeki sinyalin filtrelenmesini sağlar . Ancak bu makalede , giriş amplifikatöründen sonra sinyal filtrelemesi yaparlar , ikinci amplifikatörden sonra bile yüksek frekanslı gürültü giderme.

Bunu yapmaları için bir neden düşünemiyorum. Akla gelen tek şey, sinyal kaynağının çok yüksek empedansıdır, ancak filtreleme sinyal kaynağını etkilemez, çünkü bu frekans aralığı açıkça geçiş bandında olacaktır.

Sinyal koşullandırmayı bu sırayla yapmanızın önemli bir nedeni var mı?

Sinyal koşullandırmayı bu sırayla yapmanızın önemli bir nedeni var mı?

Evet öylesin...

Ön uç diferansiyel amplifikatör, büyük olasılıkla 80 dB bölgesinde, onlarca dB ortak mod reddetme seviyesine sahip olacak şekilde seçilecektir.

Bu fark amplifikatörü, bir diferansiyel sinyali tek uçlu bir sinyale dönüştürür ve herhangi bir ortak mod paraziti büyük ölçüde göz ardı edilir.

Fark amplifikatörünün her iki bacağına da filtre koyacak olsaydınız, bir denge uyumsuzluğunu önlemek için en az -80 dB eşdeğer seviyeye uyan bileşenleri (kapasitörler ve dirençler gibi) seçmeniz gerekir.

% 1 kapasitörlerin potansiyel olarak% 2'lik bir değer farkı olduğunu ve dB açısından -20 log (50) = -34 dB olarak kabul edilebileceğini düşünebilirsiniz. Başka bir deyişle, dif-amplifikatörden önce her bacakta filtrelerle asla iyi diferansiyel ortak mod performansı elde edemezsiniz.

Andy ve Nick harika cevaplar sundular. Onları biraz güçlendirmeye çalışayım.

İlk olarak, matematik, sonra filtrelemenin, filtrelemeden sonra yükseltmeye eşdeğer olduğunu söyler. Bu, elbette, ideal durum için geçerlidir, bu yüzden ideal olmayanları tartışalım.

Buradaki BÜYÜK olan IMO, doygunluktur. Gürültü amplifikatörünüzü doyuracak kadar büyükse, tüm bahisler kapalıdır. Sinyali kaybedersiniz. Bu bizi rahatsız ediyor mu ?? Pek sayılmaz. Genellikle InAmp aşamasının kazancını 100mV veya daha fazla DC elektrot ofseti ile başa çıkacak kadar düşük bırakırız, bu nedenle kazanç mütevazıdır ve doyması muhtemel değildir.

Daha önce de belirtildiği gibi, ideal olmayanları içeren bir sonraki endişe Ortak Mod gürültüsü ve CMRR'dir. Geçiş bandındaki CMRR'nin mükemmel olmasını istiyoruz. Geçiş bandındaki CMRR'ye zarar verirsek, SNR'yi azaltırız. KHz aralığında ön filtreleme konusunda tamamen Nick'le değilim, ancak genellikle RF filtreleme için üretici yönergelerini takip ediyorum ve belki de önerilerinin altında bir on yıl daha sık gidiyorum. Bu filtreleri oluşturduğumda, çoğu zaman X2Y kapaklarını kullanıyorum .

Son olarak, vücuttaki sinyale kadar olan sinyal yolunu düşünelim. Elektrot / cilt arayüzünün empedansı her zamandeğişir ve her tasarımın bunu dikkate alması gerekir. Günümüzün InAmp'larının muazzam girdi empedansı nedeniyle, bu eskisi kadar büyük bir anlaşma değil. Aslında, NFPA99 hastane güvenlik standartlarını karşılamak için (bir cihazı muayene için klinik mühendislik yoluyla getirmem gerektiğini bildiğimde) Ray voltajında ​​bir arıza olması durumunda uyumluluk (<10 mikroamper) sağlamak için genellikle her elektrotun üzerine büyük bir honking direnci koydum amp girişlerinde. Bu dirençleri iyi eşleştiriyorum, ama muhtemelen elektrotta uyumsuzluk verildiğinde düşündüğüm kadar büyük bir fark yaratmıyor, bu yüzden bir dereceye kadar kendimizi şuna inanmak için şaka yapıyoruz. t Tüm elektrot uçlarının sinyal yollarının iyi eşleştiği amperden önce bir filtre atmayın -. Ancak buradaki varyasyonlar, buraya biraz havalı koymayı seçtiğimiz bir filtrenin kesme frekansını çivilemeye neden olabilir.

Driven-Leg'u karışıma atın ve muhtemelen yaklaşık 20dB daha iyisiniz. InAmps, John Webster'ın günlerinde oldukları gibi değil . Sadece hayal edebileceği empedanslı ucuz birimlerimiz var.

Bu tür sorunlara yaklaşma şeklim, diferansiyel sinyalimi mümkün olan en kısa sürede tek uçluya dönüştürmek, Enstrümantasyon Amperine mütevazi bir kazançla kadar hemen uzaklaşabildiğim kadar zencefilli bir şekilde davranmak ve bundan sonra her şeyi yaparım İstiyorum. İyi parça seçimi ile, milivolt seviyesi sinyallerle mikrovolt seviyesi gürültü elde edebilirsiniz.

Son bir nokta olarak, Nick'in ESD koruması hakkındaki görüşü iyi. Benim için özellikle umurumda değil, ama klinik EKG ünitelerinin bir hasta defibrilize edildiğinde nasıl patlamadığını hiç merak ettiniz mi? Girdilere binlerce volt sundu ve iyi tasarlanmış bir birim sadece gülüyor ve işine devam ediyor.

Andy'nin cevabını ikinci olarak vereceğim ve bir şey daha eklemek istiyorum.

Elektrotlar ve InAmp arasında pasif bir alçak geçiren filtre aranır. Kesme frekansını kHz bölgesinde bir yere koydum.

InAmps düşük frekanslarda mükemmel bir CMRR'ye sahiptir, ancak CMRR daha yüksek frekanslarda bozunur (çipe bağlı olarak 3kHz-10kHz'in üzerinde). Yüksek frekanslarda düzeltme InAmps için başka bir endişe kaynağıdır. Yüksek frekanslı bir sinyal, InAmp'ın giriş aşaması tarafından düzeltilebilir ve daha sonra bir DC ofseti olarak görünebilir.
(Bu uygulama notunda daha fazlası: Analog Devices MT-070. Amplifikatör Giriş RFI Koruması .)

EKG sinyali düşük olduğundan, yüksek frekans biraz uyumsuz pasif bileşenlerle bile filtrelenebilir.

İlk amplifikatörden önce yaptığınız tek filtre anten / dalga kılavuzunun şekliyle ilgilidir. Ve bu sadece mikrodalga ve daha yüksek frekanslar için geçerlidir.

Geleneksel pasif filtreler gürültü ekler - sinyalin eklenen gürültüye kıyasla mümkün olduğunca büyük olmasını istersiniz. Parazit yapan sinyalleri de yükseltiyor olsanız bile, sinyalin bant içi parazit sinyallerine oranını değiştirmiyorsunuz, böylece amplifikasyondan önce olduğu kadar etkili bir şekilde paraziti filtreleyebilirsiniz. Ancak filtrelemeden sonra etkili bir şekilde yükseltemezsiniz, çünkü filtrenin gürültüsünde zaten karışıksınız demektir.

Ardından , filtrelemeden sonra sık sık tekrar yükseleceksiniz, çünkü şimdi tam dinamik aralık ilgili frekanslara uygulanabilir. Ancak bu, ön amplifikasyona ek olarak değil.