В этой статье на eetimes.com они показывают цепочку сигналов для измерения ЭКГ.
Необработанный сигнал ЭКГ содержит шум и смещения, по крайней мере, на величину больше, чем реальный сигнал. (Несколько мегаграмм ЭКГ, несколько десятков мВ от шума линии электропередачи и смещения электрода и до нескольких сотен мВ базового уровня отклоняются из-за движения груди.)
Это интуитивно заставит меня выполнить фильтрацию сигнала перед усилителями, чтобы избежать усиления нежелательных составляющих сигнала. Однако в этой статье они выполняют фильтрацию сигнала после входного усилителя, удаление высокочастотного шума даже после второго усилителя.
Я не могу придумать причину, почему они сделали бы это. Единственное, что приходит на ум, - это очень высокий импеданс источника сигнала, но фильтрация не будет влиять на источник сигнала, поскольку этот частотный диапазон, очевидно, будет находиться в полосе пропускания.
Я упускаю какую-то важную причину, по которой вы будете выполнять настройку сигнала в этом порядке?
источник
Ответы:
Да, вы...
Дифференциальный усилитель внешнего интерфейса будет выбран таким, чтобы он имел уровень подавления синфазного сигнала в несколько десятков дБ, вполне возможно, в области 80 дБ.
Этот дифференциальный усилитель преобразует дифференциальный сигнал в односторонний сигнал, и любые синфазные помехи будут в значительной степени игнорироваться.
Если бы вы поместили фильтры на обе ветви дифференциального усилителя, чтобы избежать несоответствия баланса, вы должны были бы выбрать компоненты (такие как конденсаторы и резисторы), которые были бы согласованы, по крайней мере, с эквивалентным уровнем -80 дБ.
Можно считать, что конденсаторы емкостью 1% потенциально могут иметь разность в 2% и что в терминах дБ можно рассматривать как -20 log (50) = -34 дБ. Другими словами, вы никогда не получите приличных дифференциальных синфазных характеристик с фильтрами на каждом участке перед дифференциальным усилителем.
источник
Энди и Ник предложили отличные ответы. Позвольте мне немного усилить их.
Во-первых, математика говорит, что усиление, а затем фильтрация эквивалентны фильтрации, а затем усилению. Это, конечно, относится к идеальной ситуации, поэтому давайте обсудим неидеальность.
БОЛЬШОЙ здесь, IMO, это насыщенность. Если шум настолько велик, что он насыщает ваш усилитель, все ставки выключены. Вы теряете сигнал. Это беспокоит нас здесь? На самом деле, нет. Обычно мы оставляем усиление этой ступени InAmp достаточно низким, чтобы справиться со 100 мВ или около того смещения электрода постоянного тока, поэтому усиление является умеренным, и мы вряд ли будем насыщать.
Следующая проблема, связанная с неидеальностями, как уже упоминалось, это синфазный шум и CMRR. Мы хотим, чтобы CMRR в полосе пропускания была превосходной. Если мы повредим CMRR в полосе пропускания, мы уменьшим SNR. Я не полностью согласен с Ником на предварительную фильтрацию в диапазоне кГц, но я обычно следую рекомендациям производителя по радиочастотной фильтрации, и, возможно, даже на десятилетие уступаю их рекомендациям. Когда я создаю эти фильтры, я часто использую колпачки X2Y, чтобы поддерживать их в хорошем соответствии.
И наконец, давайте подумаем о пути прохождения сигнала к сигналу в теле. Сопротивление интерфейса электрод / скин всегда будетварьируются, и каждый дизайн должен принимать это во внимание. Из-за огромного входного сопротивления сегодняшних InAmps, это не так уж важно, как раньше. Фактически, чтобы соответствовать стандартам безопасности больницы NFPA99 (когда я знаю, что мне нужно провести устройство через клиническую конструкцию для проверки), я часто помещал большой сигнализирующий резистор на каждый электродный провод, чтобы гарантировать соответствие (<10 микроампер) при сбое напряжения на рейке. на входах усилителя. Я хорошо подхожу к этим резисторам, но, вероятно, это не так важно, как мне хотелось бы думать, особенно учитывая несоответствие на электроде, поэтому в некоторой степени мы обманываем себя, чтобы поверить в это только потому, что мы не перед усилителем не должно быть фильтра, чтобы пути сигналов на всех выводах электродов были хорошо согласованы - они, Однако изменения здесь могут сделать частоту среза фильтра, который мы выбрали, немного сомнительной.
Бросьте Driven-Leg в микс, и вы, вероятно, на 20 дБ лучше. InAmps - это не то, что было во времена Джона Вебстера . У нас есть недорогие устройства с импедансом, о которых он мог только мечтать.
Способ решения таких проблем заключается в том, чтобы как можно быстрее преобразовать мой дифференциальный сигнал в односторонний, обрабатывая его настолько осторожно, насколько я могу, вплоть до инструментального усилителя со скромным усилением, и после этого я делаю все, что угодно. Я хочу. С хорошим выбором деталей вы можете действительно получить шум уровня микровольт с сигналами уровня милливольт.
И последнее замечание Ника о защите от электростатических разрядов. Что касается моих вещей, меня это не особо волнует, но вы когда-нибудь задумывались, как клинические ЭКГ-блоки не просто появляются, когда у пациента дефибрилляция? Тысячи вольт подаются на входы, а хорошо продуманный блок просто смеется и занимается своим делом.
источник
Я отвечу @ ответом Энди , и я хотел бы добавить одну вещь.
Требуется пассивный фильтр нижних частот между электродами и InAmp. Я поместил частоту среза где-то в области кГц.
InAmps имеют отличную CMRR на низких частотах, но CMRR ухудшается на более высоких частотах (выше 3 кГц-10 кГц в зависимости от чипа). Выпрямление на высоких частотах - еще одна проблема для InAmps. Высокочастотный сигнал может выпрямляться входным каскадом InAmp и затем отображаться как смещение постоянного тока.
(Подробнее в примечании к приложению: Analog Devices MT-070. Защита от РЧ-помех на входе в усилителе .)
Поскольку сигнал ЭКГ низкий, высокая частота может быть отфильтрована даже с несколько несовпадающими пассивными компонентами.
источник
Единственная фильтрация, которую вы когда-либо делали до первого усилителя, связана с формой антенны / волновода. И это относится только к микроволновым и более высоким частотам.
Обычные пассивные фильтры добавляют шум - вы хотите, чтобы сигнал был максимально большим по сравнению с этим добавленным шумом, насколько это возможно. Даже если это означает, что вы также усиливаете мешающие сигналы, вы не меняете отношение сигнала к внутриполосным мешающим сигналам, поэтому вы можете фильтровать помехи так же эффективно после усиления, как и раньше. Но вы не можете усилить усиление после фильтрации, потому что вы уже смешаны с шумом фильтра.
Затем вы будете часто усиливать после фильтрации снова , поскольку теперь полный динамический диапазон может быть применен к интересующим частотам. Но это в дополнение к предварительному усилению, а не вместо.
источник