Biomedical Instrumentation'daki Sanal Zemin Devrelerine Giriş

Modern biyomedikal enstrümantasyon, insan vücudu tarafından üretilen dakika elektrik sinyalleri yakalamak için olağanüstü hassas, düşük gürültü ve güvenilir stabilite talep eder.Bu zorlukların ele alınması, elektrodfazogramlar (EEG), elektrotfazogramlar (EEG), ve biyo-simpedans analizörleri tüm analog müdahaleye güvenir, yüksek elektrot gerilimleri geri yüklemeli ve sınırlı bir güç kaynağında çalıştırılabilir.Bu sorunların tek bir temelsel teknik, bu sorunları ele alır.

Sanal Zeminin Prensibi

Sanal bir zemin, gezegendeki belirli bir gerilime zorlanan bir devredir - genellikle orta-rail veya başka bir uygun referans - operasyonel bir amplifikatörün geri dönüşünden farklı olarak, gezegenin davranışına doğrudan bağlantı olan bir sanal zemin, neredeyse sürekli bir potansiyel kullanarak elde edilen yapay olarak yaratılır.Bu özellik, yüksek ücretli bir geri bildirimin anahtarının geri bildirimde bulunulmasını gerektirmez.

Biyomedikal sinyal zincirlerinde, sanal nedenlerle iki birincil işlevi hizmet eder. İlk olarak, mikro volt aralığına yönelik sinyalin tek bir tedarikden (örneğin, +5 V) hareket ettirilmesi için analog devrelerin tasarlandığı ve uyarının bozulmasına izin verirler.

Sanal Zemin Jeneratörleri olarak kullanımları

Operasyonel yükselteçler, yüksek girişleri nedeniyle sanal zemin üretmek için doğal bina bloklarıdır, düşük çıktı engellenir ve bu dengeyi korumak için sanal zemine hiçbir şekilde ayarlandığında, amplifikatörleri, yüksek çözünürlükte yük devre dışı bırakmak için voltajı eşitlemez.[Dönder) ve girişleri (düşünceme işlemine izin verilmez.[Dönder)

The Voltage Follower Konsülasyonu

En basit sanal zemin jeneratörü bir birlik-dönüşüm hızıdır.Dönlendirme girişi tam olarak referans gerilimine bağlıdır (örneğin, +2.5 V, bir bölme veya hassas referanstan dolayı çok tavsiye edilir). Çıktı ve giriş sırasında amplifütle kriteri, düşük dengeleme gerilimi (ya kadar) zemin ve mevcut tüketim yüklemeleri nedeniyle düşük maliyetli bir kaynak sağlayarak bir amplitüdünü seçebilir.

Sanal Zemin için Inverting Amplifier Konverasyonu

Sistem referanstan farklı bir gerilimde sanal bir zemine ihtiyaç duyduğunda (veya referansın kendisi düşük bir geri bildirim olmadığı zaman), bir inverting yükseltici sahne, sanal zemin gerilimi ayarlamada ve ayrıca kazanç veya filtreleme sağlamada daha fazla esneklik sağlar. ancak, hassas bir şekilde müdahale etmek için hassas bir şekilde karşılanır.

Referans Gerilimi Gening

Sanal zeminin kalitesi, af amp'ün notu olmayan girişlere uygulanan referans geriliminin kalitesine bağlıdır. Referans kaynağı düşük maliyetli, sıcaklık-stable ve amp ve yük tarafından çekilen önyargıyı teslim etmek zorundadır.

  • [FONT:0]Resistive gerilim bölmeci:[Dönetici:[Dönetici:0)En basit yöntem tedarik rayları arasında iki direnç kullanır. ucuz olsa da, çıkış engelleyici yüksektir (retercilerin paralel kombinasyonuna karşı), yüklemeye hassastır.
  • [FONT:0) Düşük projeksiyon gerilimi referansı: ADR4525 ) Yıldız başlangıç doğruluk, düşük sıcaklık sürüklenme ve mükemmel gürültü performansı sağlar. Bunlar, sanal zeminin aşınmaya edilebilir tıbbi cihazlar gibi geniş bir sıcaklık aralığı üzerinde istikrarlı kalması gerektiği konusunda idealdir.
  • [[DÜDÜ:0)DAC çıktı: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜDÜ:0)DÜcretsiz sanal zemin gerilimi, farklı elektrot koşullarına uyum sağlama veya adapte olma özelliğine sahiptir.

Biomedical Instrumentation için tasarım göz önüne alınır

Biyomedikal sinyal zincirinde sanal bir zemin uygulamak, sadece bir tampon ve referans seçmekten daha fazlasını içerir. Devrenin tıbbi uygulamalarla ilgili katı gereklilikleri yerine getirmesi için çeşitli pratik faktörler ele alınmalıdır.

Gürültü ve Ripple Rejeksiyon

Sanal zemin düğümü sinyal girişleri ve geri bildirim ağları için ortak bir noktadır. Sanal zemindeki herhangi bir gürültü doğrudan sinyal yolundadır. Bu nedenle, referans kaynağı ve afrika (10 AMA) sanal zemini büyük bir kapasitör ile devre dışı bırakabilir.

Giriş Bias Current ve Offset Ger

Son derece düşük giriş önyargılı akım (örneğin, CMOS veya JFET türleri) sanal zeminin yüksek oranda elektrotlarla kullanıldığı zaman tercih edilir.Mevcut arsa akan referans ağı aracılığıyla, sanal zemindeki adımların sıfırını seçebilirsiniz. Aynı şekilde, amp'in girişi dengeleme gerilimi doğrudan sanal zemin gerilimi ile eklenir. ECG veya EEG cephesi 1 mV'nin altında olduğu yerde uçmaktadır.

Çıktı Drive Capability

Sanal zemin, çıktı gerilimini korumak için tüm artırılmış ve diğer devreler için mevcut olan önyargıyı tedarik etmelidir.Bir sınıf AB çıkışı veya özel bir güç tamponu birçok kanalla sistemler için gerekli olabilir.

Stability and Stage Margin

Sanal bir zemin jeneratörü, bir birlik geri bildirim sistemidir. Baskıda şarj cihazı (çok fazla geri bildirim ağı gibi) faz marjını azaltabilir ve osilasyona neden olur.Her zaman kapasitif yük sürücü özellikleri için a amp datasheetne danışın.

Uygulama: Elektrocardiography (ECG)

ECG yükselteçleri, kalbin içindeki diferansiyel gerilimi ölçer, genellikle sağ kol (RA) ve sol kolu (LA) elektrotlar, sağ bacak sürücüsü (RLD) elektrot ortak nokta için iptal eder. analog cephe, hem de olumsuz bir yol işaretine izin verir.

Sanal zemin RLD devresine de yansıyor. Klasik bir tasarım, bu tekniğin başarısı sanal zemine doğrudan uygulanan bir yükselticiye dayanıyor.Bu nedenle, tasarımcılar genellikle referans ve afıklama ile yapılan aflama işlemine müdahale ederek, doğru sinyalin tekrar tekrar tekrar tekrar tekrar tekrar tekrarlıyor.Bu teknik, sanal zemine aşırı temiz olan bir yükselticiliğe bağlıdır.

Uygulama: Elektroensefalografi (EEG)

EEG sinyalleri, ECG'den daha küçük bir boyut sırasıdır (1-100 μV), gürültü baskısını daha da kritik hale getirir. bir EEG sisteminde sanal zemin ECG'de aynı önyargılı işleve hizmet eder, ancak ayrıca sanal zeminler nedeniyle sık sık sık sık sık sık sık sık sık daha karmaşık olan bir devre için referans sağlar.

EEG sinyalleri yaklaşık 100 Hz'ye (ve bazen de evlenebilir potansiyellerin ötesinde), sanal zemin yolu, EEG bandında faz geçişini veya değerlendirmeyi tanıtmayan bir bant genişliğini kullanarak bir amplifiğe sahip olmalıdır; en az 1 MHz'in bir araya gelmesi, dijital gürültünün referanstan ayrılmasını engellemek için gerekli olan bir ayardır.

Uygulama: Bio-Impedance Ölçümü

Biyo-simpedans teknikleri, elektriksel bir yönlendirme tomografi (EIT) veya vücut kompozisyonu analizi gibi, birden çok frekansta vücut içine küçük bir AC akımı enjekte etmek ve ortaya çıkan gerilimi ölçmek gerekir. Yüksek dereceden bir amplifiğe sahip bir amplifiğe sahip bir amplifiğe genellikle bir amplifiğe sahip bir amplitüd yöntemi ile yapılır. Sanal zemin mevcut geri dönüş için düşük bir kesinti yol sağlar.

Tipik dört parçalı biyo-mimpedans sistemi, iki elektrot mevcut ve iki anlamda gerilime neden olabilir. Sanal zemin mevcut kaynak geri dönüş döngüsü için referans olarak hizmet edebilir. Çünkü enjekte edilen mevcut genellikle mikroamper aralığında ve birkaç kilohertz'dan birkaç yüz kilo kadar frekanslar ile sanal zemin yeterli miktarda kesintiye uğramalı ve bant genişliğine sahip olmalıdır.

Sanal Zemin Devrelerinin Avantajları ve Sınırları

Biyomedikal enstrümantasyonda sanal zemin tekniklerinin benimsenmesi birkaç net avantaj sunar:

  • [FONT:0) Tek bir işlem:[Dönetici:[Dönetici:0) Enables batarya-güçlü ve taşınabilir cihazlar negatif bir demiryolu ihtiyacını ortadan kaldırmak için ihtiyaçlar ortadan kaldırır.
  • [FONT:0]Ortaklık reddedilmesi: [Dönemli bir referans sağlayarak, devre güç hatları ve diğer ortak mod kaynaklarından müdahaleyi daha iyi reddedebilir.
  • [FONT=0]Flexible gerilim ölçeklendirme: Sanal zemin gerilimi, herhangi bir uygun seviyeye ayarlanabilir, tedarikin yarısını optimize etmek, sonraki aşamaların baş odasını optimize etmek.
  • [FONT:0]Galvanic izolasyon: [Dönemli sistemlerde, sanal zemin izole tarafta oluşturulabilir, temel bağlantı yoluyla zemin döngülerin riskini ortadan kaldırır.

Ancak, kısıtlamalar var. Sanal zemin gerçek bir zemin değil; sanal zemin, mevcut olan af amp sürücüsünü aşmazsa, tüm sinyal zincirinin uygulanabilir hale getirilmesinde, herhangi bir AC dalgası veya güç kaynağı bazen hayatta kritik sistemlerde çalıştırılır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Operasyonel yükselteçlerle inşa edilen Sanal zemin devreleri, teoriyi anlamak için vazgeçilmez bir araçtır - buffermühendislik tasarımı için sağlam bir analog ön uçları ECG, EEG, biyodikal işlem, gürültü algılamasını sağlar ve diğer tıbbi cihazlara dikkat edin.Rekoleksiyonu anlamak için, sanal zeminin sessiz kalması ve yük taşınmasını sağlayacaktır - ECG için sağlam bir analog ön uçları tasarlayabilirler.