Wie kann ich Signalkabel in einer elektrisch verrauschten Umgebung abschirmen?

Das elektrische Feld oder E-Feld von hochohmigem Rauschen kann leicht 50 V/m von einer nahe gelegenen Stromleitung mit 240 Vrms oder ~679 Vpp überschreiten. Aber bei dieser hohen Impedanz (Fento-Farad) und der hohen dielektrischen Konstante des Körpers gibt es bei 50 oder 60 Hz sehr wenig Strom durch unseren Körper und einen geringen Spannungsabfall, da unser Körper eine um viele Größenordnungen niedrigere Impedanz als die Kopplungsimpedanz des Streu-E-Felds hat C ( Fento-Farad ).

Wenn wir jedoch eine Leiterplatte (einen anderen kleineren CM-Antennenkörper mit Elektronik) verwenden, sehen wir irgendwie einen großen Unterschied in den Zeilenfrequenzsignalen.

Was soll getan werden?

Wir müssen sehr hochohmige Differenzverstärker mit sehr hohem COmmon Mode Rejection Ratio CMRR wie den ANA116 verwenden

• Die Impedanz der ersten Elektrode zum Körper muss niedrig sein (um > 4 Dekaden niedriger als die Last) und die schwebende Erdung des elektronischen Verstärkers muss ebenfalls mit dem Körper verbunden sein, damit wir das Verhältnis zwischen der Störquelle und der niedrigen Zielimpedanz des Schutzsignals erhöhen
• Zweitens gleichen wir alle Signale aus, sodass der Verstärker genau die gleiche hohe Impedanz hat, indem wir sehr niedrige symmetrische Stromquelleneingänge verwenden
• Drittens durch Verwendung einer Active Guard-Koaxialabschirmung
• Viertens durch Verwendung der bipolaren Batterie gemeinsam als 2. koaxiale Abschirmung mit Triaxialkabeln
• durch Verwendung einer großen CM-Drossel zur Erhöhung der Hochfrequenz-Transientenimpedanz, um eine Auslenkung über den CM-Eingangsbereich hinaus mit einer kleinen HF-Lastkappe (abgestimmtes Paar) zu verhindern
• für eine niedrigere AC-Antwort werden <<1Hz Chopper-stabilisierte INAs verwendet.

Bedenken Sie, dass hochwertige EEGs ein geringes Rauschen im Bereich von 1 uV erreichen können, das ist ein Verhältnis von 8 Dekaden oder 160 dB für die leistungsstärksten Instrumente oder ein CMMR von 160 dB, was weitaus größer ist als das, was ein INA leisten kann, es sei denn, Sie verwenden jede vorgeschlagene Methode in den Anwendungshinweisen für Instrumentenverstärker (INA) . (EIN #)

- Sie können Ihren eigenen mit dem Durchschnitt aller Elektroden erstellen und diesen puffern, um eine aktive "virtuelle Masse" zu erstellen, indem Sie +Gd und -Gd (Wächter) am INA 116 verwenden

• Für Ihre Situation erhalten Sie möglicherweise zufriedenstellende Ergebnisse mit 120 dB CMRR oder Sie benötigen möglicherweise mehr, aber Sie benötigen keine Erdung, aber es würde helfen, Streu-E-Felder auf einen anderen Pfad zu leiten und so die E-Feld-Pegel zu senken.
• Der Schutzstrom wird durch eine hohe R-Reihe begrenzt, die durch den Elektrodenwiderstand überbrückt wird. Für eine niederohmige Quelle wird im 3. Fall unten eine gepufferte 150-Ohm-Quelle gezeigt. Der Gnd ist die Mittelspannung der Doppelbatterie.

• siehe unten Implementierung für Twin Coax, Twin Triax und Buffered Twin Coax.

• Die gebräuchlichste Praxis verwendet "Right-Leg Drive", um eine "virtuelle Masse" zu erzeugen. Die verfügbaren Funktionen vieler INAs sind die Verwendung des "Guard"-Signals mit niedriger Impedanz von jedem Kanal, um das Signal selbst abzuschirmen. Dies erhöht auch die Bandbreite durch Reduzierung des Wechselstroms und somit hebt sich die Kapazität des Kabels von Ic = C dv/dt auf, wo das dv/dt des Signals relativ zum Schutzsignal für die Bandbreite des Verstärkers gegen Null geht.

Allerdings hat auch "Guarding" seine Grenzen, wenn der CM-Eingang den linearen Eingangsbereich überschreitet.

• Wie können wir also eine virtuelle Masse mit niedriger Impedanz erzeugen, um die hochohmige C-Kopplung von elektrischen Streufeldern zu überbrücken, ohne mehr Rauschen einzukoppeln?
• durch Reduzierung des CM-Stroms.
  • Wie reduziert man den CM-Strom?
    • 1) durch Nebenschluss der E-Feldspannung zu einer virtuellen Masse
    • 2) durch Erhöhen der CM-Impedanz auf das Differenzmodus-(DM)-Signal, ohne die DM-Impedanz zu beeinflussen.

Was wurde versucht?

• Verwenden Sie die mittlere 0 V von zwei Batterien +/- V, die im Vergleich zu den Gleichtakt-Versorgungsschienen an den Verstärkern niederohmig ist, und platzieren Sie diese als Mittelpunktelektrode entfernt von Muskelartefakten (wie einem stehenden Bein).

Wie kann das scheitern?

• Die Batteriespannungsdifferenz erzeugt einen DC-Offset, der nicht durch Verwendung einer geeigneten DC-Abschaltung verstärkt werden darf.
• Der Bodenpfad kann als eine weitere E-Feld-Antenne mit einem etwas anderen Pfad als die Signale fungieren. Es muss mit passenden Kabeln eng an jedes Signal gekoppelt werden.

Was ist die häufigste Praxis?

• Leiten Sie das Gleichtaktsignal ab, indem Sie die Summe minus die Differenz nehmen und eine Körperelektrode von einem Operationsverstärker (auch bekannt als = aka) ansteuern, z. B. "Right-Leg Drive".

Was ist noch möglich? - Verwendung nicht-gelgekoppelter Elektroden mit einem Abstand von 0,1 mm, mit mittlerem Pad und Schutzring, um das elektrische Feld in der Nähe mit aktivem INA über der runden PCB-Elektrode zu messen

Was ist ein gutes Batteriepaar mit niedriger Impedanz und stabiler Spannung?

• zwei 9v Lithium (nicht wiederaufladbar, lange Lebensdauer) (viel besser als Alkaline)

• sechs 16850 Lipo 3,6 V. wiederaufladbar (höhere Anschaffungskosten, aber längere Nutzungsdauer nach einigen hundert Zyklen)

  • Oder verwenden Sie ein medizinisches AC/DC-Netzteil mit sehr niedrigem Leckstrom im Gegensatz zu kommerziellen Designs mit Erdschluss bis zu 0,5 mA.

Weitere Hinweise

• In Ihrem Fall ohne Gnd-Verfügbarkeit gibt es keine leitungsgebundene Leckage zur Erde, aber auch keine EMI-Reduzierung als Ergebnis. So zeigt sich SMPS-moduliertes Rauschen, wenn es mit der AM-E-Feld-Modulation an den Körper gekoppelt und teilweise durch ESD-Schutzdioden im Frontend gleichgerichtet wird, als CM-Rauschfaktor. Daher können sich die oben genannten Methoden bei SMPS-Versorgungen als schwieriger erweisen. Diejenigen mit wirksamer aktiver PFC sind möglicherweise besser. Typische Laptop-Ladegeräte wären viel schlimmer. Lineare Versorgungen können schlecht sein, da die Ladeimpulsströme des Gleichrichters das 10-fache des durchschnittlichen Entladestroms betragen können, da er vor der Regelung in umgekehrtem Verhältnis zur %V-Welligkeit steht. Dies sind einige der Gründe, warum medizinische Netzteile strenger und teurer sind und bei sachgemäßer Verwendung eine bessere Immunität gegen Stromleitungstransienten aufweisen.

Versuchen Sie möglicherweise, Ferritperlen und/oder Bypass-Kondensatoren (0,005 uf bei 2 KV) an Ihren EMI-Quellen (elektromagnetische Interferenz) zu verwenden, z. B. Leuchtstofflampen, an Laptops angeschlossene Schaltnetzteile. Führen Sie alle Ihre Drucker- und Schirmkabel zur Abschirmung durch ein Metallrohr. Verwenden Sie beim Betrieb Ihrer Geräte eine Glühlampe und schalten Sie die Leuchtstofflampe aus.

Versuchen Sie, ein paar Meter Kupferrohr in den Rasen oder Garten vor dem Laborfenster zu hämmern. Führen Sie ein dickes geflochtenes Kabel durch ein diskretes Loch im Fensterrahmen die Wand hinauf zu Ihrer Bank. Wenn Sie in einem trockeneren Klima als im Westen Schottlands leben, bewahren Sie eine Gießkanne in einem Schrank auf und verwenden Sie sie diskret, wenn das Wetter nicht mitspielt.

Wenn die resultierende Masseverbindung selbst nicht ausreichend ist, kann die Theatralik ausreichen, um jemanden zu veranlassen, eine offiziellere Lösung zu installieren.