¿Cómo configurar un experimento para medir la SNR para un amplificador de EEG?

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He construido un amplificador EEG con ganancia de 2000 y ancho de banda de 1 ~ 40Hz.

Uso un amplificador de instrumentos para pre-Amp y un opamp no inversor como post-amp y, finalmente, límite de banda a 40Hz usando un LPF de cuarto orden.

Me gustaría medir la SNR para mi amplificador EEG pero no conozco la configuración adecuada y, por lo tanto, presento los siguientes pasos del experimento y verifico si estoy haciendo lo correcto.

Cómo registro la medida: Conecto la salida analógica al pin SADC de ARM MCU. La tasa de muestreo de ADC es de 7000 muestras por segundo

Mi entrada: Una onda sinusoidal diferencial desde el generador de funciones a 10Hz

Mi salida: una onda sinusoidal amplificada @ 10Hz @ ganancia = 2000

1. Mida el Vrms para el ruido

1.1 Deje que la entrada de INA se abra y luego encienda el amplificador.

1.2 Mida la salida y registre los datos de ADC

1.3 Grabo la salida durante ~ 5 segundos, lo que me da ~ 50,000 datos

1.4 Seleccioné una parte de 10,000 muestras de datos continuas, que son 1-10001 muestras de datos

1.5 Calcule el Vrsm utilizando la ecuación similar proporcionada aquí 

1.5.1 Calculate the power of 2 for each of the 10, 000 data
1.5.2 Calculate the average result of the total data (which is divided by 10000)
1.5.3 Vrms = Square root the result of average of 10, 000 data

2. Mida los Vrms para señal

2.1 Deje que la entrada se conecte a un generador de onda sinusoidal diferencial

Repita 1.2, 1.3, 1.4. 1.5 para calcular los Vrms de señal.

3. Calcular la SNR (db)

SNR (db) = 20 log (Vrms, señal / Vrms, ruido);

Mi pregunta: ¿Estoy haciendo lo correcto para la medición de SNR?

Editar : pregunta de actualización

Ahora estoy confundido. La MCU se alimenta a 5 V desde una placa de evaluación, mientras que mi sistema funciona con 3.3 V. El MCU SADC está tomando la medida de voltaje en el pin SADC con referencia a 0V (GND).

Sin embargo, mi sistema AGND está en 1.65V.

Por lo tanto, ¿cómo debo conectar la salida de mi sistema a la placa de evaluación?

Intento los siguientes escenarios:

1. Conecte el pin SADC a la salida de mi amplificador EEG y conecte la MCU GND a mi EEG AVGND

Medirá el ruido de esta manera, que es un pico agudo:

2.ConecteelpinSADCalasalidademiamplificadorEEGyconectelaMCUGNDamitierraEEG0V

Mediráelruidodeestaforma,quesepareceaunruidodepotencia:

¿Cuál es la correcta? o ambos mal?

    
pregunta jhyap

3 respuestas

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Sí, ese es un enfoque razonable, excepto que también querrá calcular la media (sesgo de DC) de sus 10000 muestras y restarla de las muestras individuales antes de cuadrarlas para el cálculo de RMS. Esto es equivalente a usar un filtro de paso alto para bloquear DC.

    
respondido por el Dave Tweed
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Creo que tienes una configuración de prueba bastante buena. Al realizar la medición de ruido en el paso 1, recomendaría conectar las dos entradas diferenciales de su amplificador utilizando una impedancia que coincida con la impedancia de salida de su detector. Además, estoy de acuerdo en que debe restar la compensación de DC antes de calcular Vrms como recomendó el otro usuario.

También puede probar simultáneamente la distorsión (SINAD) de la siguiente manera. (tenga en cuenta que su prueba actual le dará una señal + distorsión a la relación de ruido):

  1. Tomar datos está en tu paso 2.
  2. Calcular la FFT de los datos tomados.
  3. Bloquee la ventana más pequeña posible alrededor del pico creado por su onda sinusoidal en la FFT.
  4. Calcule la potencia de la señal desde su bloque y luego calcule el ruido y la potencia de distorsión como todo lo demás en la FFT.

Recomendaría el uso de una herramienta como el software wavevision de National Instruments, que hará esto y mucho más por usted.

En cuanto a la conexión a tierra, parece que en el # 1 su señal está fuera del alcance de su ADC (parece que se dispara a 0). Dadas las dos opciones, me gustaría ir con el # 2, pero puede haber una alternativa aún mejor. Podría considerar abrir esto como una pregunta aparte para poder entrar en más detalles sobre qué suministros de voltaje está utilizando y obtener comentarios más específicos sobre ese aspecto.

    
respondido por el kjgregory
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Tomaría un enfoque diferente

SNR es una configuración de medición simple, necesita tener el ff: 1.) fuente de ruido de potencia conocida (voltaje) 2.) fuente de señal (función gen en su caso) 3.) Un combinador (generalmente pasivo) 4.) Un medio de detección de calificación en su caso un ADC

Configuración: 1.) asegúrese de que la potencia de ruido y la potencia de la función se puedan configurar al mismo nivel (potencia o voltaje) (resuelva los problemas de impedancia) 2.) Asegúrese de que la función gen power pueda alcanzar al menos 12dB-20dB sobre la potencia de ruido. 3.) asegúrese de que puede hacer un paso de 1-2dB en voltaje sobre la potencia de ruido. 4.) Calibrar todo en dB y dBm en su caso, me conformaré con 600ohms (balanceado o no balanceado) en dBm y dB.

prueba: 1. Combine el ruido y la función gen y cárguelos a un amplificador EEG (el voltaje de CC no será un problema) 2. Establezca la potencia de ruido y la potencia de la señal como iguales (la tensión de arranque no debe ser muy baja) 3. La salida de la muestra (a través del tiempo fijo estará bien en las n muestras fijas será mejor) 4. Aumente la potencia de la señal a otro 1-2dB (resuelva el paso que desea usar) 5. luego realice el paso 3 hasta que haya aumentado hasta 20dB por encima del punto de inicio.

Determinación del umbral de SNR: 1. Puede hacer esto subjetivamente mirando la forma de onda de la señal donde el rechazo de ruido es mejor. o 2. Calcule la onda sinusoidal menos distorsionada de sus muestras o 3. Use su dispositivo de detección para subjetivamente 4. O utilice métodos complejos comparando la señal de entrada con la señal de salida y calcule la desviación estándar. Buena SNR es 3 sigma excelente SNR es alrededor de 6 sigma.

Sinomeequivoco,existenherramientasdesoftwarequeseutilizanparacalibrarlosamplificadoresdeaudioqueutilizanlasfuncionesdeaudiodesuPC/laptopparamedirlaSNR.Inclusotieneungenderuido,gendefunciónyfft.Utilicéunohacemuchotiempo(hace9años)paracalibrarunpreamplificadordebobinamóvilyfuncionóbien,peroolvidéelnombredelpaquetedesoftware(eradesoftwaregratuito)intentequeestossonfactibles:

enlace

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respondido por el jun magno

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