Стоит ли усиливать сигнал?, Для цифровой обработки. Опции

[Anri777]

Добрый день.

Новичек на этом форуме, но здешние обитатели славятся незлобливым характером и готовностью придти на помощь новичкам с дурацкими вопросами... 8-)

А вопрос такой - представим типовую задачу по снятию кардиограммы, ее оцифровке и обработке.

Стандартным подходом является метод усиления слабых биопотенциалов с миливольт(или микровольт) до больших величин (десятые вольта), которые легко цифруются распостраненными АЦП. В большинстве своем используются 8-10 разрядные АЦП.

При таком подходе мы получаем с использованием 10-ти разрядного АЦП и максимальным напряжением 5 вольт точность 0,004 В. С учетом того, что сигнал усилен, вроде бы хватит.

А если взять 24-разрядный АЦП? С ним мы можем цифровать напряжение (max 5В)с дискретностью в 3е-7, т.е. три на десять в минус 7 степени.

Следовательно вопрос - можно ли вместо того, чтобы многократно усиливать сигнал операционными усилителями (внося попутно искажения), просто взять и оцифровать его более "разрядным" АЦП?

Добавлю, 24-х разрядные АЦП сейчас довольно недороги, а упрощение схемы окупит удорожание преобразователя. К тому же при такой разрядности можно будет пренебрегать шумами в 2-3х младших разрядах.

Необходимые компоненты для защиты входных цепей и простейшие фильтры сейчас не обсуждаем - это пусть остается.


Скажите - можно ли так сделать? Если нет, то почему?

Спасибо.
Андрей.

[Anri777]

Спасибо. Я понял.

Т.е. на данном этапе развития техники увеличение разрядности АЦП дает нам только возможность "более точно" измерять то, что и так меряем менее разрядными преобразователями. Универсального инструмента "микро"-"макро" мы не получили.

А какие тогда существуют современные методики в этой области? Т.е. в области кардиологии? Понимаю, что тут не медики, но вопрос именно электронный.

Я просмотрел много материала по кардиографам - все сводится к схемам с многократным прохождением сигнала через ОУ. Это единственный способ? Из современной элементной базы не появилось ничего, что может упростить задачу формирования сигнала так, чтобы его можно было подать на, например, 10-ти разрядный ЦАП, имеющийся в массе широко используемых контроллерах?

Что я имею в виду? К примеру, распостраненная схема защиты от импульсных воздействий напряжения с диодами, в комбинации с резисторами для ограничения тока и конденсаторов для фильтрации. Эта схема используется в качестве входной цепи в кардиографах. Некоторые источники рекомендуют заменить эту схему одним варистором. Соответственно возникает вопрос - можно заменить, или все-таки нельзя? А если можно, то почему мне не попалось ни одной схемы, где были бы применены варисторы? А ведь выигрыш есть - поставить один элемент вместо 4-х?

[-Mike-]

Я просмотрел много материала по кардиографам - все сводится к схемам с многократным прохождением сигнала через ОУ. Это единственный способ? Из современной элементной базы не появилось ничего, что может упростить задачу формирования сигнала так, чтобы его можно было подать на, например, 10-ти разрядный ЦАП, имеющийся в массе широко используемых контроллерах?

Что я имею в виду? К примеру, распостраненная схема защиты от импульсных воздействий напряжения с диодами, в комбинации с резисторами для ограничения тока и конденсаторов для фильтрации. Эта схема используется в качестве входной цепи в кардиографах. Некоторые источники рекомендуют заменить эту схему одним варистором. Соответственно возникает вопрос - можно заменить, или все-таки нельзя? А если можно, то почему мне не попалось ни одной схемы, где были бы применены варисторы? А ведь выигрыш есть - поставить один элемент вместо 4-х?

С последнего вопроса. Рекомендация ставить только варисторы исходит, наверное, от теоретиков электроники, т.к. они, по сравнению с диодно-резисторными цепочками имеют слишком широкий разброс и для защиты от перенапряжений представляются менее надежны.
Что касается новых шагов в области обработки микронапряжений. Логично предположить, что аналоговые цепи постепенно будут вытесняться (имется ввиду именно сразу-начальное АЦП) цифровыми со всеми преимуществами последних. Но для этого должна быть определённая база, задел: создание АЦП с минимальными опорными напряжениями, улучшения отношения сигнал/шум, уменьшения дрейфа нуля, повышение скорости преобразования на микроуровне, ну и скоростная цифровая потоковая обработка от шумов.
Очень часто задачи решаются каким-либо путём не из-за невозможности, а исходя из экономической целесобразности, видения рынка фирмами-разработчиками. Наверное для этих решений время пока не пришло.

Сообщение отредактировал -Mike- - Dec 17 2010, 13:14

[Designer56]

.....
Что касается новых шагов в области обработки микронапряжений. Логично предположить, что аналоговые цепи постепенно будут вытесняться (имется ввиду именно сразу-начальное АЦП) цифровыми со всеми преимуществами последних. Но для этого должна быть определённая база, задел: создание АЦП с минимальными опорными напряжениями, улучшения отношения сигнал/шум, уменьшения дрейфа нуля, повышение скорости преобразования на микроуровне, ну и скоростная цифровая потоковая обработка от шумов.
Очень часто задачи решаются каким-либо путём не из-за невозможности, а исходя из экономической целесобразности, видения рынка фирмами-разработчиками. Наверное для этих решений время пока не пришло.

Улыбнуло...
Наворотить много разрядов в АЦП, например 24, и лет 40 назад не составляло проблем. Ну был бы ящик размером с телевизор, только и всего. Или всунуть в вольтметр мини ЭВМ. Это уже к 80-м годам была 1 плата. Или даже пропустить результаты через обработку на большой. Если бы это принципиально увеличивало точность- то это бы давно делали. Потому что метрологически высококлассный вольтметр стоил тогда и сейчас стоит намного дороже, чем вычислитель. А вот отношение С/Ш- в широком смысле, включая и долговременны и очень долговременные дрейфы и прочие и прочие наприятности, особенно заметные при малых сигналах такими методами не лечатся в общем.
Кстати, усреднение в ц. вольтметрах используется давным давно, и даже без вычислителей, как таковых.