О фильтрации выходного сигнала драйвера АЦП Опции

[DSIoffe]

Здравствуйте все!
Я хочу слегка отфильтровать выходной сигнал драйвера АЦП перед тем, как подать его на вход АЦП. Обычно предлагают по небольшой RC-цепи на каждом из выходов драйвера (R9*C8 и R10*C10 на приложенном рисунке). Методом научного тыка в плату я заменил обе ёмкости на одну между входами АЦП (C9). Так получалось меньше шума после АЦП. По результатам моделирования в Micro-Cap фильтрация тоже получается лучше.
Вопрос: есть ли тут грабли? Чем одна ёмкость между входами АЦП хуже, чем по одной ёмкости с каждого входа на землю? Или надо ставить все три ёмкости?
Заранее признателен.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Xenia]

Я использую AD8295 - вполне неплохо вылавливает низкоуровневые сигналы в условиях работы в непосредственной близи силовой установки. Но он не самый защищённый по входам и по уровню допустимого синфазного сигнала, но достаточно хороший из дешёвых. CMRR при коэффициенте усиления равном 1- 90дБ, при большем коэффициенте усиления, соответственно, больше.

Я-то думала, что в нем фильтр встроенный, а так хороших операционников полным-полно. У меня лично стоит AD8552, он сдвоенный симметричный для + и - входа АЦП сразу (у меня используется дифференциальный режим).

Обычный изолирующий усилитель, в принципе- любого типа, но сертифицированный с точки зрения безопасности применения в медицине. Т. е. электропрочность изоляции между первичной и вторичной сторонами, гарантия того, что на первичной стороне в случае аварии на вторичной не появятся опасные напряжения/токи и т.п. Может сертифицироваться вся установка на это дело- например, ЭКГ.

У меня нет необходимости прибегать к изолирующим входным усилителям, поскольку моя конструкция уже гальваноразвязана (АЦП питается через DC/DC, связь с МК развязана индуктивно - ADUM1401). Без гальваноразвязки работать было совсем невозможно.

To Xenia Ну и еще почитать http://www.biosemi.com/publications/artikel3.htm
или хотя бы http://www.radiolocman.com/shem/schematics.html?di=47010

На счет этого я начитана . Только всё это скорее для выравнивания потенциала, чтобы его уровень не гулял далеко от середины шкалы АЦП, а вовсе не для подавления сетевой наводки. Напоминаю , что сетевая наводка - это гармоническая составляющая с нулевым средним, которая появляется из-за того, что тело человека либо служит антенной, либо имеет ёмкостную связь со внутренней поводкой помещения или электрическими приборами. Схватитесь пальцами за вход осциллографа - сами это наглядно увидите. Откуда этого так много берется, аж странно.
Когда измерение ведется в дифференциальном режиме между двумя точками на поверхности тела, то сетевая наводка тут многократно меньше. Однако как только вы повысите усиление, намереваясь разглядеть милливольты, то сетевая наводка снова начнет вам досаждать, т.к. на этом уровне входного сигнала она весьма значительна. По ряду причин я не могу проводить подобные эксперименты в комнате, полностью изолированной от сети заземленным экраном на стенах, полу и потолке.

Или это с инструментальным усилителем такие проблемы?
Кстати, сразу и изолирующие усилители http://www.analog.com/en/amplifiers-and-co...ucts/index.html . Мы использовали 215-й, но в совсем другой технике...

С усилителем нет никаких проблем, проблема в том, как можно (если это все-таки можно) зарезать наводку от промышленной сети переменного тока (50 Гц) на входе усилителя. Поскольку при коэффициенте усиления 500-1000 она начинает зашкаливать за пределы шкалы АЦП, а мне хотелось бы разглядеть на ее фоне сигналы 1-10 милливольтовой амплитуды.

Xenia, какие уровни полезного сигнала и помехи вы видите перед АЦП? Каков Ку усилителя?

Коэффициент усиления я хотела бы 500-1000. Чтобы при шкале АЦП ±2.5 В иметь возможность наблюдать сигналы с амплитудой 1 мВ. При усилении 1000 работать невозможно, т.к. сетевая гармоника начинает зашкаливать либо снизу, либо сверху шкалы. Я, конечно, центрируюсь, старясь удержаться на середине шкалы, то при таком размахе этого трудно гарантированно достичь. Вот и приходится работать на коэффициенте усиления 50-100. Увеличить его мне мешает проклятая наводка. Оттого и мой интерес к тому, чтобы ее на порядок (в 10 раз) понизить, чтобы иметь возможность в это же число раз увеличить усиление. А тут тема как раз подходящая открылась, вот я и рискнула задать вопрос, когда конденсаторы уже обсосали со всех сторон.

1. Если Вам важна форма регистрируемых биосигналов, то помимо неравномерности АЧХ в желаемой полосе, проверяйте ФЧХ, она должна быть линейной, иначе получите искажение формы сигнала. В своё время читал статью Морозова А.А. о математической компенсации нелинейности ФЧХ для восстановления формы сигнала, но сейчас что-то никак не могу на неё найти ссылку.

Все эти математические премудрости хороши тогда, когда удается получить незашкаленную оцифрованную запись.
Вот представьте ситуацию: АЦП зашкален вниз, непрерывно показывает -2.5 В (у него 5-вольтовая шкала с центром в середине диапазона), потом резко угодит в верхний зашкал, где непрерывно показывает +2.5 В, и так далее с периодом 50 Гц. Если усиление зарубить, то видишь синусоиду сетевой наводки, которая вызывала эти зашкалы то снизу, то сверху, поскольку не помещалась внутри шкалы АЦП.

2. Также, если используете кабели для подключения датчиков, то половина проблем будет не в усилителе, а именно в кабеле. Лучше применять специализированные кабели с двумя или даже тремя экранами.

Неправда, кабель (даже с разомкнутым входом!) не дает такой сильной сетевой наводки, какая появляется в тот момент когда цапнешь за его жилы руками. Что толку пыжиться, экранируя эти несчастные проводки, если к ним присоединяется огромная туша тела , без всякого экрана? Впрочем, входной провод у меня экранирован, только когда он присоединен к телу, это становится без разницы. Всё равно что взвешиваться вместе с блохой и без нее .

3. Сам электрод и система крепления его к пациенту. Тут вообще, ситуация напоминает "танцы с бубнами". Подбор ЭКВ, смещения пациента, вибрации, подготовка электродов, температурные изменения, пот пациента и т.д. Однако, если электроды используются (по другому я не представляю как снять сигнал), то настоятельно рекомендую прочесть книгу Орлов Ю. Н. "Электроды для измерения биоэлектрических потенциалов" (http://buybook.com.ru/book-205609-130.html), особенно первую часть.

Да-да, всё это очень важно, но не будем отвлекаться от означенной темы. Вопрос поставлен относительно возможности сделать узкополосный завал на частоте 50 Гц во входном каскаде предусилителя АЦП. Очевидно, что ни вибрации, ни температурные изменения, ни пот пациента не влияют на величину сетевых наводок. Если бы в жилице человека электроэнергия подавалась в виде постоянного тока, то моих проблем попросту не существовало. Проблема в том, что мы фактически живем между обкладками конденсатора, к которому приложены 220 вольт переменного напряжения с частотой 50 Гц. И тут хоть стирай с себя пот или не стирай, добиться существенных изменений в ситуации не удается.

[тау]

Да-да, всё это очень важно, но не будем отвлекаться от означенной темы. Вопрос поставлен относительно возможности сделать узкополосный завал на частоте 50 Гц во входном каскаде предусилителя АЦП. Очевидно, что ни вибрации, ни температурные изменения, ни пот пациента не влияют на величину сетевых наводок. Если бы в жилище человека электроэнергия подавалась в виде постоянного тока, то моих проблем попросту не существовало.

Компенсировать активным адаптивным вычитателем на входе устройства (замешать синус частотой 50 Гц, возможно взятый из сети как опоры) , делать фурье , смотреть гармонику 50 Гц и компенсировать. за 2 -3 итерации , надеюсь , можно подавить более чем на 20 дБ , подстройкой амплитуды и фазы подмеса. При этом не понадобится фильтр 50Гц, так как даже узкополсный заметно исказит импульсы , если они 5-10 mS длительностью .
Примерно это же предложил и jam.