DC-Offset, bevor das Signal von einer Biopotentialquelle in einen Instrumentenverstärker eingespeist wird

Ich hätte der unten stehenden Materialauswahl für die Kappe zugestimmt, NP0/C0G oder Film, ohne darüber nachzudenken. Aber nach Erwägung für EMG brauchen Sie nicht mehr als 10nF * 10M, aber für EKG oder EEG möchten Sie vielleicht 1M*1uF=T. (EMG für Muskelsignale, EKG für Herz-Kreislauf und EEG für Gehirnwellen.)

Die Auswahl von 0,1 uF oder mehr kann zu teuren oder nicht vorhandenen Lösungen in NP0 oder Film führen. Der Wert kann klein sein, wenn der Wert 1 nF für höherfrequente Muskelsignale beträgt, da dieses Material eine geringe Dichte (Dk) hat, sodass die Werte für kostengünstige Kappen begrenzt sind, die Eingangsimpedanzen für die Vorspannung jedoch möglicherweise klein sind, wenn ein großer Vorspannungswiderstand gewählt wird. zB 10M+1uF Mehr dazu am Ende.

Daher ist die nächste Wahl die Low-Frequency-Cutoff. Aufgrund der galvanischen Hautspannung gibt es einen durch Elektrodendruck und Bewegung modulierten chemischen Offset, der auch als Rauschen störend sein kann. So können Sie Ihre ideale Bandbreite für SNR bestimmen und den Breakpoint für ω=1/RC für den Hochpassfilter HPF berechnen.

Aber am Ende ist das wichtigste Designkriterium die Reduzierung von Streuleitungsrauschen, das ein großes elektrisches Streufeld mit hoher Impedanz V/m ist. Dies erzeugt ein Gleichtaktrauschen sowohl in Signal- als auch in Rückleitungskabeln, und die INA-ICs sind bereits für Sie mit einem CMRR-Unterdrückungsverhältnis von -120 dB mit lasergetrimmter Widerstandsanpassung auf 1 Teil pro Million ausgelegt. Tun Sie sich also selbst einen Gefallen und entscheiden Sie sich für einen INstrument Amplifier (INA) IC. Einige arbeiten auch mit mehreren Kanälen und ermöglichen die Auswahl von Gleichtakteingängen zum Invertieren, um ein biometrisches 0-V-Rücksignal bereitzustellen, das von allen anderen Elektroden geteilt wird, sodass Sie das beste CMRR von > 50 V/m E-Feldern aus nahegelegener Netzspannung erhalten. Dies wird auch als RLD-Signal (Right Leg Drive) = 0-V-Rückgabe bezeichnet.

Was soll das ganze Zeug über Cap. Lärm?

Ich dachte, es wären nur Widerstände, die Geräusche machen. Bekannt sind die Mikrofonieeffekte von Keramikkondensatoren, wenn man auf die Platine trifft. Aber was wäre, wenn die Keramik robust wäre? Nun, es stellt sich heraus, dass Sie das tun können. SMDs nehmen die Audio-Resonanzfrequenzen starrer Leiterplatten zusammen mit dem Rauschen der Keramikelektrode auf.

Aber es stellt sich heraus, dass Kondensatoren selbst keine Geräusche machen, aber es sind auch die elektrostriktiven Effekte des Keramikkondensatorstroms zusätzlich zu externen Vibrationen, dass Strom eine Kraft erzeugt , um Keramikkristalle von der Erregungsfrequenzspannung zum Schwingen zu bringen. Die externe robuste 1-uF-Keramikkappe ist von Murata in der KRM-Serie erhältlich und sieht so aus.

Sie stellen auch eine interne robuste Keramik in der GJ8-Serie her, aber nicht diesen großen Wert von 0,1 uF, auch nicht in NP0/C0G, der thermisch stabilen Serie. Die Universalkeramik (GP) von Murata heißt GRM-Serie.

Aber was ist, wenn die Kappe niemals große Erregerströme sieht? Dann macht es keine Geräusche. Stimmt, mit Ausnahme der Mikrofoneffekte, die Sie minimieren können, indem Sie ein mit Epoxid bedrahtetes Teil verwenden, das keine Audioresonanz mit der Platine erzeugt. Ja, entscheiden wir uns für diese bleihaltige Keramikkappe. oder das SMD-Teil der KRM-Serie von Murata (~ 0,5 bis 1 US-Dollar pro Stück). Jetzt werden diese bleihaltigen Teile schnell 2 $ (1 Stück) teuer, bevor sie veraltet sind, aber Ihr Labor hat möglicherweise einen großen Vorrat. Die SMD

TL;DR

Keramikkappen erzeugen kein thermisches Rauschen, sondern leiten Rauschen weiter;

1. Elektrostriktive Effekte durch Erregerstrom und -frequenz,
2. Mechanische Mikrofoneffekte in Schwingungsbandbreite zusammen mit PCB-Resonanz
3. Die galvanische Skin-Reaktion durch die Elektrodenbewegung erzeugt niederfrequentes Rauschen, und dann haben wir einen DC-Eingangs-Offset, um den Anforderungen an Verstärker mit hoher Verstärkung gerecht zu werden.

Aber glücklicherweise benötigen wir für die meisten biometrischen Erfassungen keine DC-Antwort. Ich sage also, dass Sie für Niedrigstrom-uV-Pegelsignale Ihren Laborbestand an Allzweck-Durchgangslochkappen aus Keramik von 0,1 bis 1 uF X7R verwenden können.

NP0-Keramikkondensatoren sind in Ordnung, größere Werte sind jedoch tendenziell etwas groß und teuer. Folienkondensatoren sind gut, aber SMT-Versionen sind nicht so toll. Tantal stellt kein Rauschproblem dar, ist jedoch undicht (und polarisiert), was in Ihrer Anwendung ein Problem darstellen könnte.

X7R und ähnliche Kondensatoren der Klasse 2 sollten wahrscheinlich vermieden werden - sie können Rauschen auf mV-Ebene aufweisen. Hier sind einige informelle Tests, bei denen sie sie hart geschlagen haben und ~ 100 mV mit scheinbar mechanischen Resonanzen im Bereich von mehreren mV erhalten haben.

Ich würde bedrahtete Folienkondensatoren oder NP0-Keramik vorschlagen. Vergessen Sie nicht, dass Sie einen DC-Pfad für den Eingangsvorstrom Ihres Verstärkers bereitstellen müssen, sodass Sie großwertige Widerstände gegen Masse (oder eine andere Referenzspannung) benötigen.