מבוא לעיגולים וירטואליים ב- Biomedical Instrumentation

כלי ביו-רפואי מודרני דורש דיוק יוצא דופן, רעש נמוך ויציבות אמינה ללכוד את אותות חשמליים הדקים שנוצרו על ידי הגוף האנושי.אלקטרוקרדיגרם (ECG), אלקטרונספלוגרם (EEG), ו מנתחים ביו-אימפריאליים הכל להסתמך על נקודות דחייה אנלוגיות כי יש לדחות את ההתערבות המשותפת של מערכת ההפעלה, לסבול מקצבי אלקטרודה גבוהים, ולפעול מאספקת חשמל מוגבלת.

עקרון ה-Virtual Ground

רצפה וירטואלית היא צומת מעגלי, אשר נאלץ למתח מסוים – בדרך כלל באמצע הדרך או כל התייחסות נוחה אחרת – באמצעות פעולת משוב של מגבר תפעולי, שלא כמו הקרקע הפיזית, שהיא חיבור ישיר למיסה המוליכים של כדור הארץ, קרקע וירטואלית היא התייחסות שנוצרת מלאכותית שאינה דורשת נתיב ישיר אל האדמה.

בשרשראות אות ביו-רפואיות, קרקע וירטואלית משרתת שני פונקציות עיקריות. ראשית, הם מאפשרים מעגלים אנלוגיים המיועדים לאספקה כפולה (±V) לפעול מתוך היצע יחיד (למשל, +5 V) על ידי הטיית האות בחצי מתח האספקה.שני, הם מספקים התייחסות נקייה ללא רעש למדידות שונות, אשר קריטי כאשר אות העניין הוא מיקרו-וול ל לטווח קל והחלפת כוח מושחת.

מחוללי חשמל וירטואליים Virtual Ground Generators

(ההדגשה) היא אבן הבניין הטבעית של יצירת עילה וירטואלית בשל מיצוי התפוקה הגבוהה, הפלט הנמוך, ורווחי פתח עצומים, כאשר נקבעו עם משוב שלילי, הסגולה מעצימה את המתח בהמנעה של הקלט לאותה מידה של הדחף שאינו מעצימה (בהנחה שהחומר אינו מחוספס על ידי הפניה) לאחר מכן אינו פועל על ידי הפלט של ה- 2.

עקבו אחרי Voltage Configuration

הגנרטור הקרקעי הפשוט ביותר הוא חסיד של מתח אגדי-גאין (in-gain מתח שאינו מונע) מחובר למתח הפניה יציב (למשל, +2.5 V מנספח או התייחסות מדויקת) הפלט ומניעה של קלט קשורים יחד.הפלט של OmpPA לאחר מכן מחזיק את הצומת בדיוק במתח ההתייחסות, ומספק מקור נמוך-מסוגל שיכול לספק או לתצורה בינונית של תצורה זו היא פשוטה של יכולת הפעלה (optlow-up-up-to) של חומר-pto-co-upual-uptual-uptual-uptual) המכילה-uptual-pto-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-upto-uptual-upto-upto-upto-upto-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-uptual-upto-upto-upto-

הפחתת ה-Amplifier Configuration for Virtual Ground

כאשר המערכת זקוקה לקרקע וירטואלית במתח שונה מההפניה (או כאשר ההתייחסות עצמה אינה אימפולס נמוך), שלב מגבר ממריץ יכול לשמש.בטופולוגיה זו, קלט שאינו מונע קשורה לסובלנות הרצויה (לעתים קרובות קרקע), והקלט המכוון קשור לפלט באמצעות רשת התנגדות בדרך כלל.התפוקה הופכת לקרקע הווירטואלית עבור שלבים זרם זה יכול לספק גמישות רבה יותר, אך גם כן, אך היא מספקת התאמה וירטואלית להגדרה וירטואלית של 0, אך היא יכולה לספק שגיאות.

יצירת ה-Volage

איכות הקרקע הווירטואלית תלויה לחלוטין באיכות מתח ההתייחסות החל קלט שאינו מונע של mp.מקור ההתייחסות חייב להיות נמוך, לוח טמפרטורה, ומסוגל לספק את זרם ההטיות הנמשך על ידי ה- mp ואת העומס.

  • (FLT:0) מתחלק מתח רפלקטיבי: FLT:1 השיטה הפשוטה משתמשת בשני מתנגדים בין מסילות האספקה.בעוד זול, הפלט שלה הוא גבוה (שווה לשילוב המקביל של המתנגדים), מה שהופך אותו רגיש לטעון. a bu ffer bu mp כמעט תמיד נדרש.
  • (ב) התייחסות ייעודית ל-ICs כגון:0 (Low-dropout Stress Reference: ADR452503FLT 3: 1) מספק דיוק ראשוני, טמפרטורה נמוכה סחף, וביצוע רעש מעולה.
  • (FLT:0) פלט DAC:FLT:1 במערכות שכבר כוללות ממיר דיגיטלי-ל-analog, הפלט DAC יכול לשמש כנקודת ההתייחסות.זה מאפשר מתח קרקע וירטואלי אמין תוכנה, שימושי עבור trimming offset או להסתגל לתנאי אלקטרודה שונים. Care חייב להיות נלקח כדי לסנן את הרעש הקוונטי של DAC עם מסנן נמוך-פס או פעיל.

שיקולים עבור Instrument

יישום קרקע וירטואלית בשרשרת אות ביו-רפואית כרוך יותר מאשר רק בחירת חיץ ופניית מספר גורמים מעשיים יש לטפל כדי להבטיח שהעיגול עונה על הדרישות המחמירות של יישומים רפואיים.

רעש ו Ripple Rejection

הצומת הקרקע הווירטואלי הוא נקודה נפוצה עבור קלטות אותות ורשתות משוב.כל רעש על זוגות הקרקע הווירטואלי ישירות לתוך נתיב האות. לכן, מקור ההתייחסות ואת ה- mp חייב להיות דחייה גבוהה באופן סביר (PSRR) Decoupling את הקרקע הווירטואלי עם קיבול גדול (10 μF - 100 מיקרוF) לקרקע בפועל הוא בפועל, סדרה של ferratetator או סיבה וירטואלית יכול להיות מבודד (10 קיבול).

Input Bias Current and Offset Voltage

אופוס עם זרם מוטות קלט נמוך מאוד (למשל, CMOS או JFET) מועדפים כאשר הקרקע הווירטואלית משמשת עם אלקטרודות בולטות גבוהה.Bas זרם דרך רשת ההתייחסות יכול ליצור מתח מכווץ <השלבים הבאים את הקרקע הווירטואלית. בדומה, את הקלט של

המונחים: Capability

[הקרקע הווירטואלית חייבת לספק את זרם ההטיה לכל הצוענים ועיגולים אחרים המתייחסים אליו, במערכת ביו-רפואית רב ערוצים, זרם זה יכול להגיע לכמה מ"מ.המצח חייב להיות מסוגל למקור ולשקוע זרם זה תוך שמירה על מתח הפלט שלו.

יציבות ושלב מרג'ין

גנרטור קרקע וירטואלי הוא מטבעו מערכת משוב של אחדות-גאין.טעינה קפיטלית בפלט (כגון כבלים ארוכים או רשתות משוב מרובות) יכול להפחית את שולי שלב ולגרום לתנודות.תמיד להתייעץ עם גליון נתונים של mp עבור מפרטים כונן עומס קיבולי.הוספת התנגדות קטנה (20–50 ⁇ ) בסדרה עם הפלט עשוי לשפר את היציבות בעלות של מעט מוגברת אימפולס.

יישום: Electrocardiography (ECG)

מגברי ECG מודדים את המתח השונה מעבר ללב, בדרך כלל בין הזרוע הימנית (RA) לבין זרוע שמאל (LA) אלקטרודות, עם כונן רגל ימין (RLD) אלקטרודה לביטול משותף.הקצה האנלוגי דורש נקודת התייחסות יציבה להטית מגבר המכשיר (INA) במערכת חד-פעמית (למשל, V עבור מתקן שלילי), מאפשר לסימון וירטואלי לשבר (VNA) ולשלב טיפול שלילי (כלומר, ללא הפרעה).

הקרקע הווירטואלית משמשת גם להטיה של מעגל RLD. עיצוב קלאסי מניע את אלקטרודה הימנית דרך מגבר שלא מונע את הקלט שלו מחובר לקרקע הווירטואלית.הסידור הזה מבטל באופן פעיל 50/60 הרץ התערבות על ידי סימסת המתח המשותף-מודד והאכילה בחזרה את האות המופנם של הנקה ה-EC.

המונחים: Electroencephalography (EEG)

אותות EEG הם סדר גודל קטן יותר מאשר ECG (1-100 μV), מה שהופך את הדיכוי רעש אפילו ביקורתי יותר. הקרקע הווירטואלית במערכת EEG משרת את אותה פונקציה הטיה כמו ECG, אבל בנוסף מספק התייחסות לעיגול הימני המונע-ימין כי הוא לעתים קרובות מורכב יותר בשל המספר הגבוה יותר של אלקטרודות.

מכיוון ש-EEBG מכיל מידע שימושי עד 100 הרץ (ולפעמים מעבר לפוטנציאלים מעוררים), הנתיב הקרקע הווירטואלי חייב להיות רוחב פס שאינו מציג שינוי שלב או העצמה בלהקת האות.שימוש באמפ עם מוצר הפיכה בפס גבוה (GBW) של לפחות 1Hz מבטיח כי רוחב האחדות-המצחמר שומר על שלב מספיק עד 100, למנוע החלפת קיבולת דיגיטלית, מעבר לסף, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קל יותר מ-מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ) של לפחות 1Hz) של לפחות 1 מ"מ.

המונחים: bio-Impedance Measurement

טכניקות להורדת חשמל, כגון tomography (EIT) או ניתוח הרכב גוף, דורש הזרקת זרם AC קטן בתדרים מרובים לתוך הגוף ולדיד את המתח המתקבל. מקור נוכחי גבוה הוא לעתים קרובות בנוי סביב פומפ עם תוכנית הטיה וירטואלית מוטה.

במערכת ביו-סרפס טיפוסית של 4-אלקטרוניקה, שני אלקטרודות מזרקות זרם ושני מתח הגיוני.הקרקע הווירטואלית יכולה לשמש כנקודת ההתייחסות של לולאת משוב של קוד נוכחית. כי הזרם המוזר הוא בדרך כלל בטווח המיקרו-אמפר והטווח ממספר קילוואץ לכמה מאות קילווהרץ, ל- buffer הקרקע הווירטואלי חייב להיות מספיק קלוש וניתן לעקוב אחר העיוות ה-ACTיבי, ללא אות וירטואלי.

יתרונות ומגבלות של מעגלי קרקע וירטואלית

אימוץ טכניקות קרקע וירטואליות במכשור ביו-רפואי מציע כמה יתרונות ברורים:

  • (FLT:0) מבצע באופן זמני: ההרחבה 1 (Enables סוללות מופעלות וניידות על ידי ביטול הצורך במסילות רכבת שלילית.
  • (ב) דחיית הדחייה משותפת: אנדרל 1 (ב) על ידי מתן התייחסות יציבה, המעגל יכול לדחות התערבות טובה יותר מקווי חשמל ומקורות אחרים של תחמושת משותפת.
  • (FLT:0) מתח סלקטיבי: 1 (FLT:1) ניתן להגדיר את המתח הקרקעי הווירטואלי לכל רמה נוחה, לא בהכרח חצי האספקה, כדי לייעל את חדר הראש של שלבים עוקבים.
  • בידוד:0 (Galvanic בידוד: FLT:1 in Optly מבודד מערכות, הקרקע הווירטואלית ניתן ליצור בצד מבודד, הסרת הסיכון של לולאות קרקע באמצעות הקשר החולה.

עם זאת, מגבלות קיימות.קרקע הווירטואלית אינה קרקע אמיתית; היא אינה יכולה לשקוע או מקור זרם בלתי מוגבל.אם העומס הנוכחי עולה על יכולת הנהיגה של ה-Omp, המתח יחבל, להציג עיוותים.בנוסף, כל רצף AC על ההתייחסות או אספקת החשמל יופיע על הקרקע הווירטואלית אלא אם כן הוא מוקרן בקפידה, הקרקע הווירטואלית מציגה סיכון חד-נקודתי: אם ה-פענוח של שרשרת זיהוי חיצוני יכול לפעמים להפוך לסימן-מדומה לחסר או לא-מסוג.

מסקנה

מעגלים קרקעיים וירטואליים שנבנו עם מגבר תפעוליים הם כלי חיוני ברפרטואר של מעצב הכלים הביו-רפואי.הם מספקים התייחסות יציבה, נמוכה-מרושת המאפשרת הפעלה חד-פעמית, מפחיתה רגישות רעש, ומשפרת דיוק מדידה. על ידי הבנת התיאוריה - מתצורה של buffer ההתייחסות ועד הדור - מסייע לתכנן חזית אנלוגית עבור ECG, רזולוציית אבטחה רפואית, ומאובטחת, טיפול חשמלי עדין, מבטיח טיפול עצמי, טיפול עצמי, טיפול עצמי, בטוח, טיפול גוף וירטואלי, טיפול עצמי, ואמין.