מדוע אי-אפשר לוותר על הדעת גבוהה ב- Biomedical Sensing

חיישנים ביו-רפואיים לעתים רחוקות מציגים פלט של השפעה נמוכה.אלקטרוגרוגרם יבש (ECG) אלקטרודות, ion-selective שדה-אפקט טרנזיסטורים (ISFET), אולטרסאונד אדזואלקטרי טרנסדוקרסטור, ומיקרו-קולס זכוכית מייצרים כל אחד זעירים אותות מטבוליים, תוך הצגת מקורות שנעים ממאות קילוומים למתחים אלקטרו-אונדנטליים, לפעמים, או ממין, ללא מולקולה גבוהה.

אחד-גאין buffer עם זעזועים הרבה פעמים גבוה יותר מאשר מקור החיישן פותר בעיה זו.המתח בקלט החיץ הוא פשוט:

(ב) ויקרא י"ד): "וְהִיאוּ הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא הוּא" (ז'ב' יט' יט' יט):

כאשר ZIRFLT:0inigFLT:1 ⁇ ZIRLT:2sourcesFLT 3:2sourcesFLT 3, יחס ההעברה מתקרב לאחדות ואת אות החיישן נשמר. עבור אלקטרודה ECG יבש עם 500 k ⁇ ⁇ ⁇ , buffer עם 100 ⁇ קלט ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

השפעות טעינה אינן מוגבלות לשגיאות חד-משמעיות.התקוות של שלב הכבלים ונקודות מעקב מודפסות-הכיור מהוות מסנן נמוך עם הדחף המקור, מתגלגל ממרכיבים גבוהים לפני שהם מגיעים למגבר אלקטרו-פעמי (הספק שהוצב באופן פיזי קרוב יותר לחיישן, הופך את ה- mffered גבוה ל-Dreca-a-to-a-to-to-to-to-a-to-a-to-to-to-to-to-to-to-to-to-a-a-a-a-to-to-to-to-a-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to a-to a-to a-to a-to a-to a-to a-to a-to-to a-to a-to-to-to a-to-to-to a-to a-to-to-to-to-to

סליחות עבור חיישנים ביו-רפואיים

למרות שעוקב אחר מקור דיסקרטי צומת שדה אפקט (JFET) יכול להשיג מאוד גבוה קלט, מגבר תפעול משולב מוגדר כעוקבים מתח שולטים עיצובים מודרניים בגלל הדיוק העליון שלהם DC, יציבות טמפרטורה וקלות של שימוש. בתצורה של מתח מעקב אחר מתח, הפלט מתחבר ישירות למניעה, ומייצר רווח של בדיוק של +1 ו- קלט כי הוא בעצם ה- Fed-Fed- temed- tem- t- t-re-re-tretretre-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-t-up-up-t-t-t-up-up-up-up-up-to-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-up-to-to-to-to-up-up-to-to-to-to-to-to-to-

חסיד מתח דורש לא ניגודים חיצוניים של רווח כי יהיה בדרך אחרת לטעון את החיישן או להוסיף רעש תרמי.הטופולוגיה הפשוטה ביותר משתמשת דגימת יחיד עם החיישן המחובר למסוף הלא-מחוסם, כוח-יתר באופן זמני decoupling capacitors, ולעתים קרובות סדרת פלט תפוקה התנגדות ליציבות כאשר הנהיגה עומסי קיבוליביים.

(ב) ,לאורו של המקור, יש עוד פיגור של 100 מ"מ, ו[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]

אחד וריאציות מתקדמות הוא המטבולד המפוספס. בטופולוגיה זו, מסילות אספקת החשמל של הדגן הם התייחסות דינמית לאות קלט באמצעות מגבר נפרד, ביעילות להגדיל את האימפולס קלט על ידי צמצום המתח על פני שלב קלט.מגפייםtrapping הוא שימושי במיוחד עבור חיישנים מלוכדים מאוד גבוה כמו אלקטרודות אלקטרודות אלקטרודות אודיודות באנליזה פנימית, אפילו יותר מצמצם את ה-מפוספסה, אבל הוא יעיל יותר של הקיבולת גבוהה.

בחירת המגבר המבצע

שלב הקלט של המגבר מגדיר את תהליך הקלט הניתן להשגה, רצפת רעש ויציבות DC. עבור ביו-רפואיים, ארבעה פרמטרים שולטים בתהליך הבחירה: זרם הטיות קלט, קפירציה קלט, צפיפות רעש מתח, ויחס דחיית כוח (PSRR) שיקולים נוספים כגון רוחב פס, שיעור סלואו, וספקות גם חומר נוכחי בהתאם ליישום.

Input Bias Current and Input Impedance

(ב) ⁇ (JFET או CMOS) הם הבחירה הטבעית עבור חיישנים עתקים גבוהה (כולל זרם דליפת שער שלהם מוגדר בדרך כלל ב-ftoampere ל- picoampere, מתורגם למנעולים מתקדמים (CDC) של 0101, 000) באופן ספציפי יותר מ- 10FLT: 712F1LT: 2 דוגמאות מדעיות בשימוש נרחב בכלי LT1:

Input Capacitance ו- Bandwidth Implications

(ב) הצעה של קיבולת שומן היא קטנטן נמוך עם המקור מעכבת. A 5 pF iphhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh

ביצועים רעש

(ב) אותות ביו-רפואיים (0.05 ל-150 הרץ עבור ECG, 0.5 עד 100 הרץ עבור EEG, 20 עד 500 הרץ עבור EMG - שבו רעש (1/F) שולט ב- buppue המיועד ללהקות אלה חייב להיות מוערך על ידי אות שיא-V-pak בטווח 0.1 עד 10 LT, לא רק רעש רחב של A מטבול (IF) כמו 2, 0001:

הרעש הנוכחי הופך חשוב כאשר מקור אימפולס הוא גבוה. A CMOS מגבר עם 0.1 fA / ⁇ הרץ רעש הנוכחי מייצר מתח רעש זניח על פני מקור 1 M ⁇ (0.1 nV / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) עם זאת, על פני 100 M ⁇ כי אותו רעש נוכחי מתורגם ל 10 nV / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , אשר יכול לעלות על הרעש של המגבר עצמו.

כוח אספקה וזמינות

מערכות ביו-רפואיות המופעלות על ידי סוללה דורשות זרם נמוך של דיוק מודרני CMOS או הדגמות יכולות לפעול עם זרמי אספקה תחת 100 μA תוך שמירה על זרמי הטיה של העוברים. TLV6001 מטקסס מכשירים, למשל, שואב רק 75 מיקרוA ומציעה ניתוח רכבת-ל-להי עם 1 pA טיפוסית מוטה.

שיטות עיצוב מעשיות עבור High-Impedance Buffers

גליון נתונים עשוי לטעון כי שיבוש קלט teraohm, אבל PCB בעולם האמיתי, כבלים והסביבה יכול לשלוט בקלות שבילי דליפה. יישום מוצלח דורש תשומת לב זהירה לשמירה, הגנה, איכות כוח, פריסה פיזית.

טבעות משמרות וניהול Leakage

טבעת שמירה היא מסלול התנהגותי על ה- PCB המקיף את ה-EP גבוה של קלט ה-conimpedance ו מונע על ידי מקור של התנגדות נמוכה באותו פוטנציאל. כי כמעט אין הבדל מתח בין עקבות קלט לבין המשמר, זרמי הדלפה על פני השטח מסולקים ישירות את הפלט המחובר לפלט ב- ampgaouteration ב-Unacterca-aperaperin.com, כאשר משתמשים בתצורה כמו ADA1 יכול להיות משולב ישירות עם מגבר עם מגבר, עם מ-aper-aper-ampcreligout.

חומר PCB עצמו משנה. FR-4 יש התנגדות נפח כי יכול טיפות על ידי פקודות גודל תחת לחות גבוהה. עבור מכשולים קיצוניים, PTFE מבוסס להלמונים (למשל, רוג'רס 4000 סדרה) או לוחות קרמיקה משמשים, למרות שרוב כלי לחות ביו-רפואיים, ציפוי תואמים ותהליכי ניקוי חזקים הם מספיק.

כוח אספקה ופירוק

מעגלים בלחץ גבוה רגישים מאוד לאספקת רעש. זוגות מעקה רועשת קפצופי לתוך קלט דרך ה-PSRR של הדג הרץ . Adequate decoupling הוא חובה: 100 nF קרמיקה capacitor במקביל עם 10 עד 100 μFF מכווץ בגודל של μV ממוקמים קרוב ככל האפשר לכל סיכה אספקה.

בנוסף, יש לנהל את נתיב החזרה של כוח-יתר בזהירות.טופולוגיה של כוכב-קרקע מונעת זרמים דיגיטליים רועשים ממודול הפוטנציאל האנלוגי הקרקעי. כאשר ממיר DC-DC מבודד משמש לבטיחות המטופל, לאחר רגולציה עם דל- noise LDO הוא מומלץ כי הרעש של מעברו של הממיר יכול להיות קשה אחרת לסנן בשלב החילוף.

אסטרטגיות הגנה

צומת של צומת של ריכוז גבוה פועל כמו אנטנה עבור ראשיים לחים (50 / 60 הרץ) והתערבות אלקטרומגנטית. Driven-shield טכניקות, שבו מגן הכבלים מחובר לפלט ה-buffer ולא לקרקע, לחסל את הכבלים כמעט לחלוטין.זה פועל כי גם המנצח הפנימי וגם המגן נמצאים באותו פוטנציאל, כך לא עקירה הנוכחית דרך זרימת dielectric הוא לעתים קרובות מחובר לשחיקה פנימית.

כאשר מגן מונע הוא לא מעשי, מגן פסיבי המחובר למטוס הקרקע אנלוגי הוא הנפילה.במקרה זה, ממזער את אורך חוט בלתי מזוההה בקלט, ולהשתמש כבל קואקסיאלי עם המגן מעוגן בשני הקצוות.תצורה זו עדיין מספקת העצמה של שדות חיצוניים אבל מציגה כ 50 עד 100 של קיבול למטר, אשר חייב להיחשב בחישוב רוחב פס כולל.

ניתוח רעש מתקדם וזיהוי אינטגרity

רעש מוחלט במעגל החילוף מגיע מרעש המתח של המגבר, הרעש הנוכחי זורם דרך המכשול המקור, ואת הרעש התרמי (ג'ונסון) של ההתנגדות המקור עצמו.רעש ג'ונסון עבור 1 M ⁇ התנגדות בטמפרטורת החדר הוא בערך 130 nV / ⁇ , שווה ערך ל 7 מיקרו-VFLT:0rms 1FLT מעל רוחב פס 1 מ הרץ - לעתים קרובות מונח אלקטרו-K / ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

סינון בקלט או פלט של ה-buffer יכול להפחית רעש פס רחב, אך לא חייב להתפשר על פס המעבר של החיישן. מסנן פסיבי הראשון ללא RC נמוך פאסיבי שנקבע לאחר ה-buffer (בין הפלט לשלב הבא) בטוח כי הפלט התחתון של buc במקום זאת למנוע קלט נמוך יותר של ה-Samscrecerecereceams-uptects לאחר טעינת החיישן.

התערבות של כוח-ליין היא בכל מקום בסביבה של בית חולים ומעבדה, בעוד מעגלים מונעים-ימין (DRL) הם השיטה הסטנדרטית לירידה ברעש משותף בהקלטות ביו-פוטנטיות, ה-buffer עצמו יכול לתרום על ידי בעל יחס דחייה משותף גבוה (CMVHz) נמוך יותר מ- 50/60 . CM של לפחות 100DB הוא רצוי, ו-pסימטריה חייב להיות מלחץ משותף: 10 ליטר אחד נמוך יותר מ-Funtvf2 (DVal) ל-Fright) ב-Frightr) ב-Funtend) ב-R.

(ב) לאלו המעוניינים לצלול עמוק יותר לתוך נספחים אנלוגיים, נספח יישום של Analog מכשירים (FLT:0) "עיצוב מערכות אלקטרו-האמפודה גבוהה" (Impedance Systems) 1 מספק הדרכה מקיפה על שמירה, מגן ומרכיב בחירה. Texas Instruments'FLT:2Precision Lab FLT 3:3 כולל גם מודולים על יציבות ורעש כי הם חלים ישירות על Buffouts for actives Perspectives:

דוגמה: ECG אלקטרודה Buffer

שקול אלקטרודה חד-צדדית של PCB-lead ECG עבור אלקטרודה קפואה יבש עם מקור עכבות של 500 k ⁇ ב 10 הרץ, עולה 2 M ⁇ ב 1 הרץ בשל תגובה קיבוליתית.החב נבנה סביב LMC6001, מופעל על ידי ±3 V תאים כדי לשמור על בידוד המטופל.

10 nF capacitor במקביל עם 1 M ⁇ התנגדות (אופציונלי) ב קלט מספק הפיכה AC כדי לחסל את הפוטנציאל למחצה של אלקטרודה, הגנה על המגבר מן הציפוי DC.ה פלט הטבול להאכיל פאסיבי 1.5 kD CK נמוך הרץ ולאחר מכן צריכת ADC של 24 סיביות הוא 250A, ואת מדד קיבולת 0.12 000 000 000 הוא חזק יותר ממטר דבקה 1D 0.

בדיקות ואימות

בדיקת הקלט האמיתי של buffer גמור דורש מדידה זהירה. שיטה סטנדרטית היא להזריק אות סינוסאיד ידוע באמצעות התנגדות סדרה הרץ (למשל, 10 M ⁇ ) ולקבוע את המתח מעבר זה התנגדות.עם אות קלט של buffer כדי למנוע את אות הניתוק של Gacit חוזר על ידי חיישן, הסדרה מתנגד טפסים חלוק עם קלט של bu's קלט.

מדידות רעש מבוצעות עם הקלט קצר לקרקע באמצעות מתנגד הממחיש את הדחף הצפוי למקור.התפוקה של ה-buffer נרשמת לפחות 60 שניות, ואת ערכי שיא-to-peak ו-RMS הם מקובצים.אם המעגל משתמש מגן מדחף נדח, המדידה חייבת להתבצע עם המגן הפעיל כדי ללכוד כל רעש תורם.

מסקנה

buffer מתוכנן בקפידה, הופך את אבן הפינה של כל ממשק חיישן ביו-רפואי אמין, השילוב של אלקטרומטר ברמה גבוהה, שמירה קפדנית על שיטות מגן, ומשלוח חשמל נקי מבטיח כי אותות פיזיולוגיים זעירים של חיישן מופעלים רק על ידי חדירה או זיהום אווירי.