Neden Yüksek Giriş Impedance Biyomedikal Sensing'de güvenilmez

Biyomedikal sensörler nadiren düşük bir kesintili çıkış sunar. Kuru elektrokardiogram (ECG) elektrokardiyogram (ECG) elektrot transistörler (ISFETs), jezoelektrik ultrason transdüserleri ve cam mikroskopları, yüksek seviyeli sinyallere sahipken, yüzlerce kilodan onlara kadar uzanan bir gerilimleri hemen tüm yüksek çözünürlükte bir kesintiye uğrattır.

Bir birlik girişi, sensörün kaynağının bu sorunu çözdüğünden çok daha yüksek bir girişle bir araya gelir.Buffer girişte gerilim basitçe:

[FONT:0)V[DÜDÜT:2)[Üye: 3)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)[Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye/Üye)

Z)[DÜDÜDÜDÜT:0)[DÜDÜDÜ:0)[DÜye Olmayanlar İçindekiler[DÜye Olmayanlar İçindekiler) ve sensör sinyali 500 kULLYİ ile birlikte, 100 MULLY girişten daha az bir tampon, bu nedenle her türlü doğrulukta doğrudan doğruyu geliştirir.

Yüklenen etkiler amplitüd hataları ile sınırlı değildir. Kanallar ve baskılı bir şekilde sabitlenme, yüksek frekanslı bileşenlere ulaşmadan önce sistemle ilgili olarak daha sağlam bir şekilde sabitlenir.Bu, bir biyomedikal önbelleklizde fiziksel olarak ilk aktif bir aşamaya kadar uzanan bir tampontur.In elektrotoksit kaydının etkisini büyük ölçüde azaltır ve sistemi elektromanyetik müdahaleye karşı daha sağlam hale getirir.

Biomedical Sensörler için Temel Buffer Topolojiler

Ayrık bir kavim alanı etkili transistör (JFET) kaynağı takip eden, tam olarak yüksek giriş engelleyicisi elde edebilir, gerilim takipçilerinin üstün DC hassas, sıcaklık stabilitesi ve kullanım kolaylığı nedeniyle modern tasarımlara hükmedebilir.Instron-follower configuration, çıktı doğrudan doğru giriş için bağlanır, tam olarak F-inputlar için bir kazanç sağlar.

Bir gerilim takipçisi, sensör veya ısı gürültüyü yönlendiren dışsal olmayan bir direnç gerektirir. En basit topoloji, koruyucu kabloların reaktif yükleri ile bağlantılı olan sensörle tek bir op-amp kullanır. küçük bir geri yükleme cihazı (tipik olarak 10 pF) ile paralel olarak, 50 tane geri yükleme işlemine karşı, 100 tane geri yüklemeye karşı dirençli olmayan bir dizi geri yüklemeye karşı dirençli bir şekilde geri yüklemeye karşı dirençli bir şekilde geri yüklemeye karşı, veya 100 tane geri yüklemeye karşı dirençli frekansa karşı dirençli bir şekilde geri yüklemeye karşı dirençli bir şekilde geri yüklemeye karşı dirençlidir.

100 MULL'yi aşmış kaynak için, basit bir gerilim takip eden hala kaynakta bir DC dengeleme gerilimi üreten giriş önyargısından muzdarip olabilir: V)[D][/FONT][/FONT=)[D][/FONT=I][/FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=I=FONT=FONT=I=I=I=FONT=I=FONT=I=I=I=I=I=I=QNT=I=I=I=QNT=I=I=I=QNT=QNT=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=QNT=I=QNT=I=I=QNT=I=I=I=QNT=I=I=I=QNT=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=I=

Gelişmiş bir varyasyon, giriş aşamasındaki gerilimi azaltarak girişin dinamik olarak referanslandığı, geçiş noktasının sınırlı bir faktör haline gelmesiyle girişin zorluğunun artırılmasıdır.Cintrapping özellikle yüksek çözünürlükte elektrotlar veya fotodiodesların transimpedance modundaki dönüştürücüler gibi hassastır.

Operasyonel Amplifier'i seçin

Kombinasyon aşaması, achievable giriş engelleyici, gürültü zemini ve DC stabilitesini tanımlar ve uygulamaya bağlı olarak dört parametreye sahiptir: giriş önyargısı, giriş kapasitesi, gerilim gürültü yoğunluğu ve güç tedarik oranı (PSR).

Bias Current ve Giriş Impedance

FET ADAM (JFET veya CMOS-) af-amps, yüksek çözünürlükli sensörler için doğal seçimdir.Dörtücük ekrandaki iki yüksek çözünürlükte belirtilenler genellikle penaltıda belirtilmiştir.[D))

Giriş Capacitance ve Band geniş Implications

Giriş kapasitesi, kaynağın yetersiz olduğu düşük bir kutup oluşturur. 5 pF girişi 320 Hz'de bir MULL elektrot ile bir araya getirilen bir dB3 dB noktası, yaklaşık 32 kHz - en az 10 elektrikli sinyal için - en uygun şekilde şarj edilebilir. Ancak, kablo şarj cihazı ile birlikte, sadece 3'ün üzerindeki dahili ampültüslütücükler için gerekli olan eksiyonel girişleri sağlar.

Gürültü Performansı

Biyomedikal sinyalleri düşük frekansları kapsar - ECG için 150 Hz, EEG için 0,5 ila 100 Hz, LMC6001 gibi düşük sesler (% 0.110 Hz) bu grup için kullanılan bir tampon [Döntgen: 0,5 $) ile 10 Hz arasında bir araya geldiğinde, LMC600 $ 'lık bir miktar μV ile 0,9 arası gürültüyü gösterir.

Mevcut gürültü yüksek olduğunda önemlidir.Mevcut gürültü yüksek. Optik gürültünün kendi gerilimi gürültüyü aşabilmesi için mevcut gürültünün 1 MULL kaynağında (0.1 nV/ UTCHz) iyi kalması gerekir.Örneğin, LMP21'de 20 fA tipik bir önyargı ile 10 nV / UTCHz ile aynı anda gürültüyü azaltabilir. Bu nedenle, mevcut gürültüyü en yüksek kaynak tarafından çoğaltan bir yükseltici seçin.

Power Supply ve Biocompatability

Batteryttif ve ambulatory biyomedikal sistemler düşük quiescent akımı talep eder. Modern hassas CMOS op-amps, 100 μA altında mevcut tedariklerle birlikte çalışır ve fiztoampere önyargılı akımları korurken, Texas Instruments'tan TLV6001, örneğin, sadece 75 μA'yı çizer ve demiryolu-torail işlemine ek olarak, kontraseptif olarak erişilebilir bir implante edilebilir bir şekilde giriş yapılabilir.

Yüksek İmpedans Buffers için Pratik Tasarım Teknikleri

Bir veri sayfası, teraohm girişinin imkansız olduğunu iddia edebilir, ancak gerçek dünya PCB, kablolar ve çevre kolayca sızıntı yollarına hükmedebilir. Başarılı uygulama, koruma, güç kalitesi ve fiziksel düzen için dikkatli bir dikkat gerektirir.

Guard Ring ve Leakage Yönetimi

Bir bekçi yüzüğü, PCB yüzeyinin üzerindeki gerilim farkının neredeyse yok olması nedeniyle, bir birlikdeki tamponun değiştirilmesine bağlı olarak, aparatın aynı potansiyele bağlı olarak, özel bir bekçinin bubelli ile bağlantılı olarak aynı şekilde bir araya gelmesi için, koruyucu yüzüğün doğrudan pompalandığı gibi, güvenli olmayan bir şekilde sabitlenmemesi engelleyici bir şekilde birleştirici bir şekilde bir araya gelmesi için doğrudan yönlendirilmesi gerekir.

PCB materyalinin kendisi önemlidir. FR-4, yüksek nem altında büyüklükteki büyüklükteki büyüklük siparişleriyle düşebilir. Aşırı dürtüler için, Filtre bazlı laminatlar (örneğin, Rogers-4000 serisi) veya seramik tahtalar kullanılır, ancak çoğu biyomedikal aletler için uygun kaplama ve sağlam temizlik prosedürleri yeterlidir.

Güç Supply and Decoupling

Yüksek derecede hassas devreler gürültü tedarik etmek için akut derecede hassastır. Gürültülü bir ray kapasitesi çiftleri her tedarik pimi ile girişe kadar girişe kadar tutar.For the lowerdrop (LDO) Buffera adanmıştır, yüksek bir PSR ile düşük frekanslarda, ön iletken dijital mantıktan ve geçişten mümkün olduğunca yakınlaştırır.

Ayrıca, güç bazlı geri dönüş yolu dikkatle yönetilmelidir. Bir yıldız üstoloji, kanal aşamasında filtreyi önlemek için gürültülü dijital akımları engellemelidir.Buffer aşamasındaki izole bir DC-DC dönüştürücü, yüksek frekanslı geçicileri bastırmak için kullanılan bir güç pimi ile birlikte.

Shielding Strategies

Kilitli yüksek çözünürlük düğümleri anas hum (50/60 Hz) ve elektromanyetik müdahale için antenler olarak hareket ederler. Driven-köpücük tahrik sensörlerine bağlı olduğu ve genellikle kablo kapasitesinin tamamen düşük olması için PCB'de bir koruyucu ring ile birleştirilir. Bu çalışır, çünkü hem iç iletken hem de kalkan aynı potansiyeldedir, bu nedenle kablo dielektrik aracılığıyla mevcut olmayan bir akışlar standarttır.

Bir tahrik kalkanı pratik değildir, analog zemin uçağa bağlı pasif bir kalkan geri çekilmedir. Bu durumda, girişte, tüm kabloların uzunluğuna göre minimum kabloyu kullanmak ve her iki ucundaki koruyucu kablo kullanmak.Bu yapılandırma hala dış alanların dayanıklılıklarını sağlar, ancak toplam bant genişliği hesaplamasında dikkate alınmalıdır.

Gelişmiş Gürültü Analizi ve Signal Integrity

Bir tampon devredeki toplam gürültü, yükselticinin gerilim gürültüsünden gelir, mevcut gürültü kaynağı tarafından akandır[Dönetici:0) Kaynak direncinin kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının kaynağının 1 MULLI / √Hz ile birlikte, düşük frekanslı ölçümler son derece zorlu ve düşük maliyetlidir).

Bufferin girişi veya çıkışında filtrelenmesi, geniş bant genişliğini azaltamaz, ancak sensörün geçişini telafi etmeden önce ilk sıra dışı filtreyi (örneğin, QRS kompleksine ve bir sonraki aşamaya kadar) korumak için ECGorder'ye kadar ayarlayabilirler.Buffer'ın düşük çıkışının geri kalanı genellikle yüksek frekanslarda ve risk girişleri önlemek için ikinci bir şekilde sabitlenmeyi önlemek için otomatik olarak tekrarlama işlemine izin verilir.

Powerline müdahale, hastane ve laboratuvar ortamlarında çok az rastlanır. Aktif tahrikli-doğru-leg (DRL) devreler, biyopotansiyel kayıtlarda standart bir yöntemdir, dikkatli bir şekilde kalkan ve üçüncü bir elektrot (sağlıklı sürüş) kullanımı ile katkıda bulunabilir [CMRR) en az 100 dB istenen ve düzen[TFL)

Daha derin bir şekilde ön uçlara, Analog cihazlara yapılan başvuru notu:0) “Yüksek İmpedans Sistemleri”) ile ilgili ayrıntılı bir yönlendirme sağlar, EEG sistemlerindeki koruyucu ve bileşen seçimi. Texas Instruments'un projeksiyonu:2Precision Lab serisi). Aynı zamanda stabilite ve gürültüyü doğrudan doğruya doğruya uygun olan modülleri içerir.

Uygulama Örnek: ECG elektro Buffer

Bir LMC6001'de kuru bir elektrot için tek bir ECG tampon olarak göz ardı edilen bir kaynakla 10 Hz'de 500 kULL'nin şarj edilmesi ve 100 TEL direnç ile 1 Hz'ye kadar yüksek çözünürlükte 2 MULLAH'a bağlanın.

Bir 10 nF kapasitor, 1 MULL direnç ile paralel olarak (isteğenim) girişte, elektrotın yarı hücre potansiyelini ortadan kaldırmak için AC takvalı sağlar, DC saturasyondan gelen yükselteçleri korur.The bu tampon çıktı pasif 1.5 kHz düşük frekanslı filtreyi besler ve sonra 24 bitim ADC. Total current tüketim 250 μA'dır ve giriş sırasında ölçülen 0.110 Hz.

Test ve Geçerlilik

Tamamlanan bir tamponun gerçek girişinin anlaşılması dikkatli bir ölçüm gerektirir. Standart bir yöntem, bir dizi direnç (örneğin, 10 MULL) aracılığıyla bilinen bir sinüsoidal sinyali enjekte etmek ve bu uyarıda sinyalin düşmesini ölçmektir.Bu ölçümden birkaç frekansta tekrarlanmalıdır (1'den fazladan fazladan fazladan fazladan fazladan fazladan fazladansiyon veya hassas bir voltmetre kullanarak).

Gürültü ölçümleri, bir dirençle zemine kısa sürede yapılır, çünkü testin herhangi bir katkıda bulunan gürültüyü yakalamak için koruyucu ile yapılmalıdır.En az 60 saniye boyunca, ve zirvedeki en iyi şekilde analiz edilir.If the circuit uses a protection, the ölçümler herhangi bir katkıda bulunan gürültüyü yakalamak için aktif olmalıdır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte ve koruyucu uygulamaları, sensörün küçük fizyolojik sinyallerin tüm sinyal yolunu tedavi etmeden aktarılmasını sağlar.Inkantlı bir alt sistemden gelen, eğimli koruma ve müdahaleye karşı koruma talep eden yüksek çözünürlükte, doğrulanabilir sağlık ölçümlerini ve doğrulayıcıları tedavi etmek için daha yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte olan önyüklemelere ihtiyaç duyar.