आप ईसीजी सिग्नल के लिए अपने फ़िल्टरिंग के सामने अपने इनपुट एम्पलीफायर को क्यों लगाएंगे?


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Eetimes.com पर इस लेख में वे ईसीजी को मापने के लिए संकेत श्रृंखला दिखाते हैं।

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ECG के कच्चे सिग्नल में शोर और ऑफसेट होते हैं जो वास्तविक सिग्नल की तुलना में कम से कम एक परिमाण होता है। (कुछ एमवी ईसीजी, बिजली लाइन शोर और इलेक्ट्रोड ऑफसेट से कई दसियों एमवी और स्तन के आंदोलन के कारण कई सौ एमवी बेसलाइन घूमते हैं।)

यह सहज रूप से मुझे एम्पलीफायरों के सामने सिग्नल को फ़िल्टर करने का काम करेगा , ताकि अवांछित सिग्नल घटकों के प्रवर्धन से बचा जा सके। इस लेख में हालांकि वे इनपुट एम्पलीफायर के बाद सिग्नल को फ़िल्टर करते हैं, दूसरे एम्पलीफायर के बाद भी उच्च आवृत्ति शोर को हटाते हैं।

मैं वास्तव में एक कारण नहीं सोच सकता कि वे ऐसा क्यों करेंगे। दिमाग में आने वाली एकमात्र चीज सिग्नल स्रोत का बहुत उच्च प्रतिबाधा है, लेकिन फ़िल्टरिंग सिग्नल स्रोत को प्रभावित नहीं करेगा, क्योंकि यह आवृत्ति रेंज स्पष्ट रूप से पासबैंड में होगी।

क्या मुझे कुछ महत्वपूर्ण कारण याद आ रहे हैं कि आप इस क्रम में सिग्नल कंडीशनिंग क्यों करेंगे?


यह एक बहुत अच्छा लेख है।
स्कॉट सेडमन

जवाबों:


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क्या मुझे कुछ महत्वपूर्ण कारण याद आ रहे हैं कि आप इस क्रम में सिग्नल कंडीशनिंग क्यों करेंगे?

हाँ तुम हो...

फ्रंट-एंड डिफरेंशियल एम्पलीफायर को इस तरह चुना जाएगा कि इसमें डीबी के कई दसियों का एक सामान्य-मोड अस्वीकृति स्तर है, जो संभवतः 80 डीबी के क्षेत्र में है।

यह अलग amp एक अंतर सिग्नल को एकल-एंड सिग्नल में परिवर्तित करता है और किसी भी सामान्य-मोड हस्तक्षेप को काफी हद तक नजरअंदाज कर दिया जाएगा।

यदि आप अलग-अलग amp के दोनों पैरों पर फिल्टर लगाने के लिए थे, तो एक संतुलन बेमेल से बचने के लिए आपको ऐसे घटकों (जैसे कैपेसिटर और रेसिस्टर्स) का चयन करना होगा जो कम से कम -80 डीबी के बराबर स्तर से मेल खाते हों।

संभावित रूप से 2% के मूल्य में अंतर होने के कारण आप 1% कैपेसिटर का संबंध बना सकते हैं और डीबी शब्दों में -20 लॉग (50) = -34 डीबी माना जा सकता है। दूसरे शब्दों में, आपको कभी भी अंतर-एम्पलीफायर से पहले प्रत्येक पैर पर फिल्टर के साथ सभ्य अंतर-सामान्य प्रदर्शन नहीं मिलेगा।


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क्या यह संभव हो सकता है कि सीएमआरआर में कमी के बावजूद एम्पलीफायर से पहले वारंट फिल्टरिंग के लिए अंतर शोर काफी अच्छा है?
डेविडजी 25

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हो सकता है, लेकिन एक डीएम घटक की अधिक आवश्यकता होगी तो कुछ सौ mV (100mV उस एम्पलीफायर के आउटपुट पर सिर्फ आधा वोल्ट देता है)। जल्दी शुरू करने का एक और कारण यह है कि आप सामने के अंत में लाभ के 14dB को लागू करके बाकी प्रणालियों के शोर को कम कर देते हैं। अब व्यवहार में, वास्तविकता गड़बड़ है और अलग-अलग amp से पहले फिल्टर होने की संभावना होगी, लेकिन वे आम तौर पर ब्याज के बैंड के बाहर होंगे ताकि छोटे सहिष्णुता का न्यूनतम प्रभाव हो। ये इलेक्ट्रॉनिक्स से रेडियो प्रसारण जैसी चीजों को रखने के लिए मौजूद हैं।
दान मिल्स

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@DanMills: आपके अंतिम बिंदु के लिए +1, हालांकि यह देखते हुए आगे बढ़ाया जा सकता है कि एम्पलीफायर के दो इनपुट के बीच एक टोपी बिना किसी अंतर शोर पैदा किए कुछ कम-पास फ़िल्टरिंग की आपूर्ति करेगी, लेकिन आमतौर पर इसे एक के रूप में नहीं देखा जाएगा एक ब्लॉक आरेख में "फ़िल्टर" प्रति बोल।
सुपरकैट

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@supercat वास्तव में, और आप इसे एक कदम आगे ले जा सकते हैं और उस टोपी को श्रृंखला में दो भागों में विभाजित कर सकते हैं, फिर जंक्शन से हवाई जहाज़ के पहिये के मैदान के लिए एक छोटा सा स्थान रख सकते हैं। दो बड़े श्रृंखला वाले कैप का बेमेल उपयोग किया जाता है क्योंकि ब्याज बैंड में अधिकांश सीएम वोल्टेज छोटे कैप से जमीन पर गिराए जाते हैं जबकि आरएफ में बड़ी श्रृंखला के कैप नगण्य प्रतिबाधा होते हैं और कैप से ग्राउंड शंट आरएफ करंट में आते हैं।
दान मिल्स

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एंडी और निक ने शानदार जवाब दिए। मुझे उन्हें बस थोड़ा सा ऊपर करने की कोशिश करते हैं।

सबसे पहले, गणित कहता है कि तब प्रवर्धन फ़िल्टर करना फ़िल्टर करने के बराबर है फिर प्रवर्धन। यह, निश्चित रूप से, आदर्श स्थिति पर लागू होता है, इसलिए गैर-आदर्शों पर चर्चा करता है।

BIG यहाँ, IMO, संतृप्ति है। यदि शोर इतना बड़ा है कि यह आपके एम्पलीफायर को संतृप्त करता है, तो सभी दांव बंद हो जाते हैं। आप सिग्नल खो देते हैं। क्या यह हमें यहाँ परेशान करता है ?? ज़रुरी नहीं। हम आमतौर पर उस InAmp चरण का लाभ कम से कम 100mV या DC इलेक्ट्रोड ऑफ़सेट से निपटने के लिए छोड़ देते हैं, इसलिए लाभ मामूली है और हम संतृप्त होने की संभावना नहीं रखते हैं।

गैर-आदर्शों से जुड़ी अगली चिंता, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, कॉमन मोड शोर और सीएमआरआर है। हम चाहते हैं कि पास बैंड में CMRR उत्कृष्ट हो। यदि हम पास बैंड में CMRR को चोट पहुंचाते हैं, तो हम SNR को कम करते हैं। मैं पूरी तरह से kHz रेंज में प्रीफिल्टरिंग पर निक के साथ नहीं हूं, लेकिन मैं आमतौर पर आरएफ फ़िल्टरिंग के लिए निर्माता दिशानिर्देशों का पालन करता हूं, और शायद उनकी सिफारिशों के नीचे आवृत्ति में एक दशक भी जाता हूं। जब मैं इन फिल्टरों का निर्माण करता हूं, तो मैं अक्सर कैप्स को अच्छी तरह से मिलान रखने की कोशिश करने के लिए एक्स 2 वाई कैप का उपयोग करता हूं ।

अंत में, आइए शरीर में सिग्नल के सभी रास्ते के बारे में सिग्नल पथ के बारे में सोचें। इलेक्ट्रोड / त्वचा इंटरफ़ेस की बाधा हमेशा रहेगीअलग-अलग, और हर डिज़ाइन को ध्यान में रखना होगा। आज के InAmps के जबरदस्त इनपुट प्रतिबाधा के कारण, यह उतना बड़ा सौदा नहीं है जितना पहले हुआ करता था। वास्तव में, NFPA99 अस्पताल सुरक्षा मानकों को पूरा करने के लिए (जब मुझे पता है कि मुझे निरीक्षण के लिए नैदानिक ​​इंजीनियरिंग के माध्यम से एक उपकरण लाना है) तो मैं अक्सर अनुपालन की गारंटी देने के लिए प्रत्येक इलेक्ट्रोड लीड पर एक बड़ा सम्मानजनक अवरोधक डालता हूं (<10 माइक्रोएम्प्स) रेल वोल्टेज की विफलता amp आदानों पर। मैं उन प्रतिरोधों से अच्छी तरह से मेल खाता हूं, लेकिन यह शायद उतना अंतर नहीं करता है जितना कि मुझे लगता है कि यह पसंद करता है, विशेष रूप से इलेक्ट्रोड पर बेमेल दिया जाता है, इसलिए कुछ हद तक, हम खुद को मज़बूत करने के लिए मज़ाक कर रहे हैं कि हम सिर्फ इसलिए डॉन ' टी amp से पहले एक फिल्टर फेंक दें कि सभी इलेक्ट्रोड लीड के सिग्नल पथ अच्छी तरह से मेल खाते हैं - वे '। यहाँ भिन्नताएँ, हालाँकि, फ़िल्टर की कटऑफ आवृत्ति को हम यहाँ थोड़ा सा iffy डाल सकते हैं।

मिक्स में ड्रिवन-लेग फेंको, और आप शायद लगभग 20dB बेहतर हैं। InAmps जॉन वेबस्टर के दिन में नहीं थे । हमारे पास प्रतिबाधा के साथ सस्ती इकाइयाँ हैं जिनके बारे में वह केवल सपना देख सकता है।

जिस तरह से मैं इस तरह के मुद्दों से संपर्क करता हूं, वह मेरे अंतर सिग्नल को सिंगल-एंडेड में बदल देता है जैसे ही मैं संभवत: अदरक के रूप में इलाज कर सकता हूं, जब तक मैं सही तरीके से मिल सकता हूं जब तक कि इंस्ट्रूमेंटेशन एम्प के साथ मामूली लाभ नहीं मिलता है, और उसके बाद, मैं जो कुछ भी करता हूं मुझे चाहिए। अच्छे भाग के चयन के साथ, आप वास्तव में मिलिवोल्ट-स्तरीय संकेतों के साथ माइक्रोवोल्ट-स्तरीय शोर प्राप्त कर सकते हैं।

अंतिम बिंदु के रूप में, ESD सुरक्षा के बारे में निक का बिंदु एक अच्छा है। मेरे सामान के लिए, मुझे विशेष रूप से परवाह नहीं है, लेकिन क्या आपने कभी सोचा है कि कैसे एक मरीज को डिफिब्रिलेटेड होने पर नैदानिक ​​ईसीजी इकाइयां सिर्फ पॉप नहीं होती हैं? आदानों के लिए प्रस्तुत हजारों वोल्ट, और एक अच्छी तरह से डिजाइन की गई इकाई सिर्फ हंसती है और इसके बारे में व्यापार करती है।


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मैं दूसरा एंडी का उत्तर दूंगा , और मैं एक बात जोड़ना चाहूंगा।

इलेक्ट्रोड और InAmp के बीच एक निष्क्रिय कम-पास फिल्टर के लिए कहा जाता है। मैंने कटऑफ फ्रीक्वेंसी को kHz क्षेत्र में कहीं रखा है।

इलेक्ट्रोड और इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के बीच कम-पास फिल्टर के साथ आरेख को अवरुद्ध करें

InAmps में कम आवृत्तियों पर एक महान CMRR होती है, लेकिन CMRR उच्च आवृत्तियों (चिप के आधार पर 3kHz-10kHz से ऊपर) में गिरावट होती है। उच्च आवृत्तियों पर सुधार InAmps के लिए एक और चिंता का विषय है। एक उच्च आवृत्ति संकेत InAmp के इनपुट चरण द्वारा सुधारा जा सकता है और फिर DC ऑफ़सेट के रूप में दिखाई देता है।
(इस ऐप नोट में अधिक: एनालॉग डिवाइसेस MT-070। इन-एम्प इनपुट RFI प्रोटेक्शन ।)

चूंकि ईकेजी सिग्नल कम है, इसलिए उच्च आवृत्ति को कुछ बेमेल निष्क्रिय घटकों के साथ भी फ़िल्टर किया जा सकता है।


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उच्च आवृत्तियों को सामान्य मोड के रूप में फ़िल्टर करने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि उन्हें एम्पलीफायर के बाद से कम करके फ़िल्टर किया जा सकता है। आप किसी भी छोटे सिग्नल सिस्टम पर एम्पलीफायर के सामने निष्क्रिय नहीं चाहते हैं, और विशेष रूप से ईसीजी पर आप चाहते हैं कि सभी माप इलेक्ट्रोड को "अनंत" इनपुट प्रतिबाधा से जोड़ा जाए शरीर के माध्यम से वर्तमान गुजरने में असमर्थ FET चरणों। RL ड्राइव धीरे-धीरे आपके सर्किट ग्राउंड और बॉडी ग्राउंड की बराबरी करती है, आप RL ड्राइव से बहते हुए और माप चैनल में एक सर्किट नहीं बनाना चाहते हैं।
बेन वोइगेट

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@ उच्च आवृत्ति सामान्य मोड को InAmp से पहले फ़िल्टर किया जाना चाहिए । InAmps कम आवृत्तियों पर आम मोड को अच्छी तरह से अस्वीकार करते हैं। दुर्भाग्य से, InAmps में उच्च आवृत्ति सामान्य मोड (10kHz से ऊपर) के साथ समस्याएं हैं, हालांकि यह InAmp के एक मॉडल से दूसरे में भिन्न होता है)। CMRR आवृत्ति-निर्भर है, और यह उच्च आवृत्तियों पर नीचे जाता है। [बस विषय को रखने के लिए। मैं इसे मुख्य रूप से ईएमआई के खिलाफ InAmp की रक्षा के मामले के रूप में देखता हूं। हम रोगी सुरक्षा पहलुओं पर विचार करना चाहते हैं, मुझे लगता है कि ऐसा करने के लिए भी खुश] होगा।
निक एलेक्सीव

आपको सिग्नल बैंड से अधिक आवृत्तियों पर CMRR की आवश्यकता नहीं है। यदि वे इन-एम्पी से गुजरते हैं, तो इससे कोई फर्क नहीं पड़ता, क्योंकि निम्नलिखित बैंडपास उन्हें फ़िल्टर करता है। आप जो नहीं चाहते हैं वह पहले एम्पलीफायर के आगे किसी भी शोर स्रोत हैं।
बेन वोइग्ट

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@ उच्च आवृत्ति पर कम CMRR के अलावा, InAmps भी उच्च आवृत्ति पर सुधार से ग्रस्त हैं। एक उच्च आवृत्ति संकेत InAmp के इनपुट चरण द्वारा सुधारा जा सकता है और फिर आउटपुट में DC ऑफसेट के रूप में दिखाई दे सकता है। इस ऐप नोट में अधिक: एनालॉग डिवाइसेस MT-070। इन-एम्प इनपुट RFI प्रोटेक्शन
निक एलेक्सीव

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एकमात्र फ़िल्टरिंग जो आप पहले एम्पलीफायर से पहले करते हैं, वह एंटीना / वेवगाइड के आकार से संबंधित है। और यह केवल माइक्रोवेव और उच्च आवृत्तियों पर लागू होता है।

पारंपरिक निष्क्रिय फिल्टर शोर जोड़ते हैं - आप चाहते हैं कि सिग्नल जितना संभव हो उतना शोर के मुकाबले बड़ा हो। यहां तक ​​कि अगर इसका मतलब है कि आप हस्तक्षेप करने वाले संकेतों को भी बढ़ा रहे हैं, तो आप सिग्नल के अनुपात को इन-बैंड इंटरफेरिंग सिग्नलों में नहीं बदल रहे हैं, इसलिए आप पहले की तरह प्रवर्धन के बाद हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से फ़िल्टर कर सकते हैं। लेकिन आप फ़िल्टर करने के बाद प्रभावी ढंग से नहीं बढ़ सकते हैं, क्योंकि आप पहले से ही फ़िल्टर के शोर में मिश्रित हैं।

फिर आप बार-बार फ़िल्टर करने के बाद फिर से बढ़ेंगे, क्योंकि अब पूर्ण गतिशील रेंज को ब्याज की आवृत्तियों पर लागू किया जा सकता है। लेकिन यह पूर्व-प्रवर्धन के अतिरिक्त है, इसके बजाय।

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