W tym artykule na eetimes.com pokazują łańcuch sygnału do pomiaru EKG.
Nieprzetworzony sygnał EKG zawiera szum i przesunięcia co najmniej o wielkość większą niż sygnał rzeczywisty. (Kilka EKG mV, kilkadziesiąt mV z szumu linii energetycznej i przesunięcia elektrody oraz do kilkuset mV linii podstawowej wędruje z powodu ruchu piersi.)
To intuicyjnie zmusiłoby mnie do filtrowania sygnału przed wzmacniaczami, aby uniknąć wzmocnienia niepożądanych komponentów sygnału. Jednak w tym artykule filtrują sygnał za wzmacniaczem wejściowym, usuwając szumy o wysokiej częstotliwości nawet po drugim wzmacniaczu.
Naprawdę nie mogę wymyślić powodu, dla którego mieliby to zrobić. Jedyne, co przychodzi na myśl, to bardzo wysoka impedancja źródła sygnału, ale filtrowanie nie wpłynęłoby na źródło sygnału, ponieważ ten zakres częstotliwości byłby oczywiście w paśmie pasmowym.
Czy brakuje mi jakiegoś ważnego powodu, dla którego przeprowadzałbyś warunkowanie sygnału w tej kolejności?
źródło
Odpowiedzi:
Tak, jesteś...
Przedni wzmacniacz różnicowy zostanie wybrany w taki sposób, aby miał poziom tłumienia w trybie wspólnym wynoszący wiele dziesiątek dB, całkiem możliwe, że w zakresie 80 dB.
Ten wzmacniacz różnicowy przekształca sygnał różnicowy w sygnał single-ended, a wszelkie zakłócenia w trybie wspólnym zostaną w dużej mierze zignorowane.
Jeśli umieścisz filtry na obu nogach wzmacniacza różnicowego, aby uniknąć niedopasowania równowagi, musisz wybrać komponenty (takie jak kondensatory i rezystory), które zostały dopasowane do co najmniej równoważnego poziomu -80 dB.
Można uznać, że 1% kondensatorów ma potencjalnie różnicę wartości 2%, a pod względem dB można to uznać za -20 log (50) = -34 dB. Innymi słowy, nigdy nie uzyskałbyś przyzwoitej różnicowej wydajności w trybie wspólnym z filtrami na każdej nodze przed wzmacniaczem różnicowym.
źródło
Andy i Nick zaoferowali świetne odpowiedzi. Pozwól, że spróbuję je trochę pogłębić.
Po pierwsze, matematyka mówi, że wzmocnienie, a następnie filtrowanie jest równoważne filtrowaniu, a następnie wzmacnianiu. Dotyczy to oczywiście sytuacji idealnej, więc omówmy nieidealność.
WIELKI tutaj, IMO, to nasycenie. Jeśli szum jest tak duży, że nasyca wzmacniacz, wszystkie zakłady są wyłączone. Tracisz sygnał. Czy to nam tu przeszkadza? Nie całkiem. Zazwyczaj pozostawiamy wzmocnienie tego stopnia InAmp wystarczająco niskie, aby poradzić sobie z przesunięciem elektrody prądu stałego o wartości około 100 mV, więc wzmocnienie jest niewielkie i nie jesteśmy w stanie się nasycić.
Kolejnym problemem związanym z nieidealnościami, jak już wspomniano, są szumy w trybie wspólnym i CMRR. Chcemy, aby CMRR w paśmie przepustowym był doskonały. Jeśli zranimy CMRR w paśmie przenoszenia, zmniejszamy SNR. Nie jestem całkowicie z Nickiem w zakresie wstępnego filtrowania w zakresie kHz, ale zwykle postępuję zgodnie z wytycznymi producenta dotyczącymi filtrowania RF, a może nawet spadam o dekadę częstotliwości poniżej ich zaleceń. Kiedy buduję te filtry, często używam czapek X2Y, aby starać się dobrze dopasować czapki.
Na koniec zastanówmy się nad ścieżką sygnału aż do sygnału w ciele. Impedancja interfejsu elektroda / skóra będzie zawszeróżnią się i każdy projekt musi to uwzględnić. Z powodu ogromnej impedancji wejściowej dzisiejszego InAmps, nie jest to aż tak duże, jak kiedyś. W rzeczywistości, aby spełnić normy bezpieczeństwa szpitalnego NFPA99 (kiedy wiem, że muszę przeprowadzić urządzenie do kontroli klinicznej), często umieszczam duży rezystor honujący na każdym przewodzie elektrody, aby zagwarantować zgodność (<10 mikroamperów) z powodu awarii napięcia szyny na wejściach wzmacniacza. Dobrze dobieram te oporniki, ale prawdopodobnie nie robi to tak dużej różnicy, jak mi się wydaje, zwłaszcza biorąc pod uwagę niedopasowanie elektrody, więc do pewnego stopnia żartujemy, aby uwierzyć, że tylko dlatego, że nie „ t wrzucić filtr przed wzmacniaczem, aby ścieżki sygnału wszystkich przewodów elektrody były dobrze dopasowane - „. Jednak różnice tutaj mogą sprawić, że zbijanie częstotliwości odcięcia filtra, który postanowiliśmy tu umieścić, jest nieco niepewne.
Wrzuć Driven-Leg do miksu, a prawdopodobnie jesteś o około 20 dB lepszy. InAmps nie są tym, czym byli za czasów Johna Webstera . Mamy niedrogie jednostki o impedancji, o których mógł tylko pomarzyć.
Podchodzę do takich problemów, jak najszybciej przekształcam mój sygnał różnicowy w single-ended, traktując tak ostrożnie, jak tylko potrafię, aż do momentu, gdy wzmacniacz instrumentacyjny ze skromnym wzmocnieniem, a potem robię wszystko Chcę. Przy dobrym doborze części naprawdę można uzyskać szum na poziomie mikrowoltów dzięki sygnałom na poziomie miliwoltów.
Na koniec punkt widzenia Nicka na temat ochrony przed wyładowaniami elektrostatycznymi jest dobry. Jeśli chodzi o moje rzeczy, nie obchodzi mnie to szczególnie, ale czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, jak kliniczne jednostki EKG nie wyskakują, gdy pacjent jest defibrylowany? Tysiące woltów przedstawione na wejściach, a dobrze zaprojektowana jednostka tylko się śmieje i zaczyna robić interesy.
źródło
Popieram odpowiedź @ Andy'ego i chciałbym dodać jedną rzecz.
Wymagany jest pasywny filtr dolnoprzepustowy między elektrodami a InAmp. Umieściłem częstotliwość odcięcia gdzieś w obszarze kHz.
InAmps mają doskonałą CMRR przy niskich częstotliwościach, ale CMRR degraduje się przy wyższych częstotliwościach (powyżej 3kHz-10kHz w zależności od układu). Rektyfikacja przy wysokich częstotliwościach jest kolejnym problemem InAmps. Sygnał wysokiej częstotliwości może zostać naprawiony przez stopień wejściowy InAmp, a następnie pojawić się jako przesunięcie DC.
(Więcej w tej notatce aplikacji: Urządzenia analogowe MT-070. Zabezpieczenie wejścia RFI w wzmacniaczu .)
Ponieważ sygnał EKG jest niski, więc wysoką częstotliwość można odfiltrować nawet przy nieco niedopasowanych elementach pasywnych.
źródło
Jedyne filtrowanie, jakie kiedykolwiek wykonałeś przed pierwszym wzmacniaczem, to ten związany z kształtem anteny / falowodu. Dotyczy to tylko mikrofal i wyższych częstotliwości.
Konwencjonalne filtry pasywne zwiększają szum - chcesz, aby sygnał był tak duży, jak to możliwe. Nawet jeśli oznacza to, że wzmacniasz również sygnały zakłócające, nie zmieniasz stosunku sygnału do sygnałów zakłócających wewnątrz pasma, więc możesz filtrować zakłócenia równie skutecznie po wzmocnieniu, jak wcześniej. Ale nie można wzmocnić tak skutecznie po filtrowaniu, ponieważ masz już zmieszany hałas filtra.
Następnie często filtrujesz ponownie po filtrowaniu, ponieważ teraz pełen zakres dynamiki można zastosować do interesujących częstotliwości. Ale to jest dodatek do przedwzmacniacza, a nie zamiast tego.
źródło