Ratschläge zur Verbesserung meiner Mikrofonschaltung

Ich arbeite immer noch an einer Schaltung, um meinen Herzschlag zu hören. Ich habe einen langen Weg zurückgelegt, aber es klingt immer noch nicht so gut wie einige Beispielaufnahmen, die ich gehört habe. Ich habe mich gefragt, ob jemand einen Fehler in meiner Eingangsschaltung erkennen könnte. Derzeit verwende ich ein Elektretmikrofon (CUI POM-2245L-C33-R) an einem kurzen Draht im Schlauch eines Stethoskops (ganz in der Nähe des Bruststücks). Das Mikrofon geht in meinen OPA350-Operationsverstärker mit einer Verstärkung von etwa 30 wie folgt. Tut mir leid, dass mein VCC in diesem Bild abgeschnitten wurde, aber es sind 3,3 V:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das fließt in einen Tiefpassfilter bei etwa 2,5k wie folgt:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Ausgang des Tiefpasses geht in einen kleinen Codec-DSP, wo ich einen 250-Tap-Tiefpass-FIR-Filter bei 220 Hz habe. Ich habe verschiedene Frequenzen ausprobiert. Der DSP hat eine analoge Verstärkung, die ich einstellen kann, sowie eine digitale Verstärkung, die dann an einen Kopfhörer ausgegeben wird. Sie scheinen genug Basswiedergabe zu haben, um die zuvor erwähnten Aufnahmen zu hören.

Oh, und all das ist auf einer kleinen 4-Lagen-Platine, die ich gemacht habe, und ich habe überall Entkopplung. Ich kann mein Herz schlagen hören, aber es ist ein wenig verschwommen. Ich suche nach Möglichkeiten, mein Design zu verbessern, um die Dinge klarer zu machen, vielleicht durch besseres SNR. Ich habe überlegt, den Audiopfad voll differenziell zu machen, also diff-Ausgangs-Opamps in diff-Eingänge auf dsp. Ich habe auch versucht, C4 auf 10 uF und verschiedene FIR-Filter zu erhöhen. Ich habe mehr Gain versucht, aber dann hört es sich an, als würden die Dinge übersteuern. Könnte aber Lärm sein. Oh, und ich sehe, dass einige Pro-Versionen davon Piezo-Kontaktmikrofone verwenden. Ich habe das versucht, aber ich scheitere daran, nicht sicher warum. Ich habe einige Piezo-Scheiben von Digi gekauft und sie über J1 verbunden, mit einem 1Meg auch über J1. Ich bekomme Ton, aber kaum Herzschlag.

Wie auch immer, ich dachte, ich würde posten, was ich hatte, und sehen, ob jemand mit mehr Erfahrung als ich ein Problem erkennen könnte. Ich weiß nicht wirklich, ob ich die Mikrofonimpedanz richtig an die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers anpasse.

Haben Sie darüber nachgedacht, eine differenzielle Mikrofoneingangsstufe zu verwenden? Danach kann es Single-Ended sein. Jetzt haben Sie effektiv 1K Vorspannung für das Mikrofon, da Sie den MIC_BIAS-Widerstand und den AVDD-Widerstand haben. Das ist ein bisschen niedrig. Gibt es einen Effekt, wenn J16 kurzgeschlossen ist oder nicht? Wie viele Millivolt Spitze-zu-Spitze erhalten Sie vom Mikrofonelement? Wenn Sie die Filterung im DSP überspringen, erhalten Sie ein ausreichend starkes Signal? Wenn das Signal ohne Filterung stark ist, müssen Sie natürlich die Filterung verbessern. Sie könnten dem Tiefpassfilter etwas Verstärkung hinzufügen und ihn vielleicht elliptisch machen.
Ich hatte darüber nachgedacht, aber noch nicht versucht, vielleicht gebe ich mal einen Versuch, sollte nicht zu schwer zu modifizieren sein. Ich hätte den Schaltplan klarer machen sollen, nur J16 ist ein Lötjumper, der nicht installiert ist. Es gibt mir die Möglichkeit, R5 zu entfernen und dsp zu verwenden, um eine Mikrofonvorspannung zu erzeugen. Wenn ich auf den Ausgang des Mikrofons, den Ausgang des Operationsverstärkers oder den Ausgang des Tiefpasses schaue, kann ich das Heartbeat-Signal nicht sehen. Für mich sieht es nur nach Lärm aus, ich kann mich deutlich sprechen sehen. Es ist nicht, bis ich durch das DSP gehe, dass ich etwas bekommen kann.

Antworten (2)

Ergänzung zu @GeorgeHerolds Antwort:

  1. Sie müssen Frequenzen bis unter 30 Hz einbeziehen. Die meiste Energie in einem typischen Herzschlag liegt zwischen 30 und 40 Hz. Angesichts der von @GeorgHerold berechneten Abschaltung für den Hochpass verlieren Sie am unteren Ende gut 15 dB.
  2. Versuchen Sie es mit einem Richtmikrofon anstelle eines omnidirektionalen Mikrofons. Richtmikrofone haben zwei Öffnungen, eine vorne und eine hinten bei den Lötpads. Ich finde, dass ich viel bessere Ergebnisse erziele, wenn ich ein Richtmikrofon so installiere, dass sich die Vorderseite (wo normalerweise in das Mikrofon gesprochen wird) im Inneren der Röhre befindet und der Anschluss auf der Rückseite des Mikrofons im Freien liegt.

Eigentlich verwende ich bei meinen Experimenten kein Stethoskop. Eine einfache Plastikschale mit einem Loch darin für das Mikrofon funktioniert sehr gut. Was ich dafür verwendet habe, ist eine Plastikkappe, wie Sie sie verwenden würden, um ein Ende einer Plastikwasserleitung zu schließen. Ich hatte einige herumliegen, die etwa 2 Zoll im Durchmesser sind, und sie funktionieren gut.

Ich finde, dass ein Elektret-Richtmikrofon, das wie beschrieben in einer Kunststoffkappe installiert ist, gut genug funktioniert, dass ich Herztöne mit nichts anderem als einem PC oder Smartphone ohne zusätzliche Elektronik erfassen kann - ich kann dann filtern, aufnehmen oder anderweitig digital verarbeiten.
Die PC-Soundkarte hat eine 20-dB-Anhebung am Mikrofoneingang, die Smartphones jedoch nicht. Da die Karten 16Bit-Sampling verwenden, haben Sie auch ohne Nutzung des Boosts viel Headroom, um das Signal digital zu verstärken. Wenn Sie von 44100 auf etwa 400 heruntersampeln, könnten Sie wahrscheinlich das Äquivalent von ein paar Bits gewinnen

Ein Link zum Mikrofon würde helfen. Ich bin verwirrt von R5 und R38. (wie PkP fragte.) Und Ihre Kupplungskappe C4 sieht klein aus. Es wird einen RC-Hochpass von C4 und R38//R5 geben. Das ist ungefähr ~ 1 kHz, also verlieren Sie dort das Signal. Also würde ich sowohl den Vorspannungswiderstand als auch C4 größer machen. (und sagen Sie uns, worum es bei R5 geht?) Haben Sie einen Scope- und Funktionsgenerator? Eine Möglichkeit, den Frequenzgang Ihrer Schaltung zu untersuchen, besteht darin, das Mikrofon zu trennen und ein kleines Signal in den Eingang einzuspeisen. (Oder verwenden Sie eine Spice-Simulation.) Ich könnte einen LP-Filter höherer Ordnung bei vielleicht einer niedrigeren Frequenz ausprobieren. (Welche Frequenzen interessieren Sie?) ... und vielleicht sogar noch eine Verstärkungsstufe. Beseitigen Sie so viel "Out-of-Band"-Rauschen wie möglich, bevor Sie das Signal in Ihren DSP einspeisen.

Hier sind zwei Links zum Mikrofon: puiaudio.com/pdf/POM-2245L-C33-R.pdf media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Projects%20Unlimited%20PDFs/… Ich hatte nicht bedacht, dass R5 das war Teil des Hochpassfilters. R5 habe ich als Vorwiderstand für das Mikrofon verwendet, R38 ist eine Option, wenn ich J16 überbrücke. Es erlaubt mir, den Mikrofonvorspannungsausgang des DSP zu verwenden, wenn ich möchte. Ich werde Ihren Vorschlag auf jeden Fall ausprobieren, um den Vorspannungswiderstand und C4 zu erhöhen. Ich habe keinen guten Signalgenerator zu Hause, vielleicht habe ich einen auf der Arbeit, den ich mir ausleihen kann, und ich werde Ihren Vorschlag dazu ausprobieren.
Meine interessierende Frequenz liegt bei 20-220 Hz, wobei ich denke, dass der Großteil meiner Energie bei etwa 100 Hz liegt. Oh, und ich habe 4 weitere optionale Verstärkungsstufen auf meinem Board, aber sie haben einfach übersteuert, als ich sie vorher ausprobiert habe.
@confused, Hmm, es wäre schön, wenn sie Ihnen die Antwort unter 50 Hz zeigen würden, schön zu sehen, wo sie abfiel. Betreff: Bias-Widerstände, was das Signal betrifft, sollten Sie die Stromversorgungsschienen als die gleichen wie Masse betrachten. (Denken Sie an eine große Erdungskappe auf der PS-Schiene, wenn nichts anderes.)
Ratschläge zur Verbesserung meiner Mikrofonschaltung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v