Mengapa Anda meletakkan penguat input di depan pemfilteran untuk sinyal EKG?

Dalam artikel ini di eetimes.com mereka menunjukkan rantai sinyal untuk mengukur EKG.

Sinyal mentah ECG mengandung noise dan offset setidaknya besarnya lebih besar dari sinyal sebenarnya. (Beberapa mV EKG, beberapa puluh mV dari derau kabel listrik dan offset elektroda dan hingga beberapa ratus mV garis dasar mengembara karena pergerakan payudara.)

Ini secara intuitif akan membuat saya melakukan penyaringan sinyal di depan amplifier, untuk menghindari penguatan komponen sinyal yang tidak diinginkan. Namun dalam artikel ini mereka melakukan penyaringan sinyal setelah penguat input, penghilangan noise frekuensi tinggi bahkan setelah penguat kedua.

Saya tidak dapat benar-benar memikirkan alasan mengapa mereka melakukan ini. Satu-satunya hal yang terlintas dalam pikiran adalah impedansi yang sangat tinggi dari sumber sinyal, tetapi pemfilteran tidak akan memengaruhi sumber sinyal, karena rentang frekuensi itu jelas berada dalam passband.

Apakah saya kehilangan beberapa alasan penting mengapa Anda melakukan pengkondisian sinyal dalam urutan ini?

Apakah saya kehilangan beberapa alasan penting mengapa Anda melakukan pengkondisian sinyal dalam urutan ini?

Ya, kamu...

Penguat diferensial front-end akan dipilih sedemikian rupa sehingga memiliki tingkat penolakan mode-umum puluhan dB, sangat mungkin di wilayah 80 dB.

Dif amp ini mengubah sinyal diferensial menjadi sinyal ujung tunggal dan gangguan mode umum apa pun akan diabaikan.

Jika Anda meletakkan filter pada kedua kaki diff amp, untuk menghindari ketidaksesuaian keseimbangan, Anda harus memilih komponen (seperti kapasitor dan resistor) yang cocok dengan setidaknya level setara -80 dB.

Anda dapat menganggap kapasitor 1% berpotensi memiliki perbedaan nilai 2% dan, dalam istilah dB dapat dianggap sebagai -20 log (50) = -34 dB. Dengan kata lain, Anda tidak akan pernah mendapatkan kinerja mode umum diferensial yang layak dengan filter pada setiap kaki sebelum penguat berbeda.

Andy dan Nick memberikan jawaban yang bagus. Biarkan saya mencoba sedikit saja.

Pertama, matematika mengatakan bahwa memperkuat lalu memfilter sama dengan memfilter lalu menguatkan. Ini, tentu saja, berlaku untuk situasi ideal, jadi mari kita bahas hal-hal yang tidak ideal.

Yang BESAR di sini, IMO, adalah saturasi. Jika noise begitu besar sehingga memenuhi amplifier Anda, semua taruhan mati. Anda kehilangan sinyal. Apakah ini mengganggu kita di sini ?? Tidak juga. Kami biasanya membiarkan gain tahap InAmp itu cukup rendah untuk menangani 100mV atau lebih dari offset elektroda DC, jadi gainnya sederhana dan kami tidak mungkin jenuh.

Perhatian berikutnya yang melibatkan non-idealitas, sebagaimana telah disebutkan, adalah Common Mode noise dan CMRR. Kami ingin CMRR di pass band menjadi sangat baik. Jika kita melukai CMRR di pass band, kita mengurangi SNR. Saya tidak sepenuhnya dengan Nick pada prefiltering dalam rentang kHz, tapi saya biasanya mengikuti panduan pabrik untuk penyaringan RF, dan mungkin bahkan pergi satu dekade dalam frekuensi di bawah rekomendasi mereka. Ketika saya membuat filter ini, saya sering menggunakan topi X2Y untuk mencoba menjaga agar topi tetap cocok.

Terakhir, mari kita pikirkan jalur sinyal sampai ke sinyal di tubuh. Impedansi antarmuka elektroda / kulit akan selalubervariasi, dan setiap desain perlu memperhitungkannya. Karena impedansi input yang luar biasa dari InAmps hari ini, ini bukan masalah besar seperti dulu. Bahkan, untuk memenuhi standar keselamatan rumah sakit NFPA99 (ketika saya tahu saya harus membawa perangkat melalui teknik klinis untuk diperiksa), saya sering memasang penghambat klakson yang besar pada setiap kabel elektroda untuk menjamin kepatuhan (<10 microamps) karena kegagalan voltase Rail pada input amp. Saya cocok dengan resistor-resistor itu dengan baik, tetapi mungkin itu tidak membuat banyak perbedaan seperti yang saya pikirkan, terutama mengingat ketidakcocokan di elektroda, jadi sampai batas tertentu, kami bercanda dengan diri sendiri untuk membuat kepercayaan bahwa hanya karena kami tidak t melempar filter sebelum amp bahwa jalur sinyal dari semua lead elektroda cocok - mereka '. Variasi di sini, bagaimanapun, dapat membuat memaku frekuensi cutoff dari filter yang kita pilih untuk diletakkan di sini sedikit rapuh.

Lemparkan Driven-Leg ke dalam campuran, dan Anda mungkin sekitar 20dB lebih baik. InAmps bukan seperti yang ada di zaman John Webster . Kami memiliki unit murah dengan impedansi yang hanya bisa ia impikan.

Cara saya mendekati masalah seperti itu adalah untuk mendapatkan sinyal diferensial saya dikonversi ke ujung tunggal sesegera mungkin, memperlakukan dengan hati-hati saya bisa pergi sampai dengan Instrumentasi Amp dengan gain sederhana, dan setelah itu, saya melakukan apa pun Saya ingin. Dengan pemilihan bagian yang baik, Anda benar-benar bisa mendapatkan noise tingkat microvolt dengan sinyal level millivolt.

Sebagai poin terakhir, poin Nick tentang perlindungan ESD adalah bagus. Untuk barang-barang saya, saya tidak terlalu peduli, tetapi apakah Anda pernah bertanya-tanya bagaimana unit EKG klinis tidak hanya muncul ketika seorang pasien mengalami defibrilasi? Ribuan volt disajikan ke input, dan unit yang dirancang dengan baik hanya tertawa dan menjalankan bisnisnya.

Saya akan kedua @ jawaban Andy , dan saya ingin menambahkan satu hal.

Filter low-pass pasif antara elektroda dan InAmp diperlukan. Saya menempatkan frekuensi cutoff di suatu tempat di wilayah kHz.

InAmps memiliki CMRR yang bagus pada frekuensi rendah, tetapi CMRR menurun pada frekuensi yang lebih tinggi (di atas 3kHz-10kHz tergantung pada chip). Perbaikan pada frekuensi tinggi adalah masalah lain bagi InAmps. Sinyal frekuensi tinggi dapat diperbaiki oleh tahap input InAmp dan kemudian muncul sebagai offset DC.
(Lebih lanjut dalam catatan aplikasi ini: Perangkat Analog MT-070. Perlindungan RFI Input In-Amp .)

Karena sinyal EKG rendah sehingga frekuensi tinggi dapat disaring bahkan dengan komponen pasif yang agak tidak cocok.

Satu-satunya penyaringan yang pernah Anda lakukan sebelum amplifier pertama adalah yang terkait dengan bentuk antena / pandu gelombang. Dan itu hanya berlaku untuk gelombang mikro dan frekuensi yang lebih tinggi.

Filter pasif konvensional menambah noise - Anda ingin sinyalnya sebesar dibandingkan noise yang ditambahkan. Bahkan jika itu berarti Anda juga memperkuat sinyal interfering, Anda tidak mengubah rasio sinyal ke sinyal inter-band in-band, sehingga Anda dapat menyaring gangguan sama efektifnya setelah amplifikasi seperti sebelumnya. Tetapi Anda tidak dapat memperkuat secara efektif setelah pemfilteran, karena Anda sudah tercampur dalam kebisingan saringan.

Maka Anda akan sering memperkuat lagi setelah pemfilteran, karena sekarang rentang dinamis penuh dapat diterapkan ke frekuensi yang diinginkan. Tetapi ini merupakan tambahan untuk pra-amplifikasi, bukan sebagai gantinya.