En su ejemplo hipotético de intentar detectar una señal de 3VDC contra un fondo de ruido de 250kVDC (por ejemplo, entre las líneas de energía de fase 1 y fase 2), imagine que la señal está siendo medida por un liniero bien aislado que puede colocar sus DMM cable positivo en el cable de "fase 1" de 250.003kVDC, y cable negativo en el cable de "fase 2" de 250.000kVDC. Ahora este DMM flotante puede medir la diferencia de 3 VCC entre los dos cables de 250 kV. A pesar de que el liniero y su DMM ahora tienen un potencial de 250 kV con respecto al suelo, su DMM solo mide la diferencia entre sus conductores positivo y negativo. El DMM no explota, porque todo está dentro de un rango aceptable de "modo común" debido al aislamiento de voltaje.
(No quiero desviarme de los detalles reales de los sistemas de distribución de energía de CA vs CC HV, solo doy una idea de cómo funciona la medición diferencial).
ECG / EKG (Electrocardiograma) tiene un problema similar a EEG (Electroencefalografía): common-mode de ruido supera la señal diferencial en muchos órdenes de magnitud. Y debido a que el cuerpo humano es una fuente de señal de alta impedancia, el ruido incidental de la línea eléctrica es un gran problema. La señal de interés es un voltaje muy pequeño (mV), montado sobre un voltaje de ruido mucho mayor (varios voltios).
Differential amplifiers son la clave para extraer la señal del ruido. Se utilizan múltiples electrodos, y la señal se mide en la diferencia de voltaje entre los electrodos. Siempre que el rango de entrada en modo común proporcione un rango dinámico suficiente para acomodar el ruido de la línea eléctrica y los artefactos no deseados EMG (músculo) (que deben presentarse por igual tanto en la entrada positiva como en la negativa), la pequeña señal diferencial se amplifica a una Nivel útil sin saturación.
No sé específicamente sobre EEG (Electroencefalografía), pero ECG (Electrocardiograma) define sus derivaciones de las extremidades bipolares ( lead I , lead II , lead III ) en términos de diferencias de voltaje entre los diversos electrodos ( LL brazo izquierdo, RA brazo derecho, LL pierna izquierda). Incluso los llamados cables unipolares son en realidad diferenciales, ya que su referencia negativa ( Wilson's Central Terminal ) es una base virtual formada a partir del promedio de LL , RA y LL .
Para que esta medida diferencial sea posible, tiene que haber equilibrio. Es fundamental que tanto los cables positivos como los negativos tengan que captar exactamente el mismo ruido de modo común. Cualquier desajuste entre los cables de entrada, causará un ruido de modo común no coincidente, que es indistinguible de la señal diferencial. Por eso la simetría física es importante. Y tanto la señal positiva como la negativa deben estar dentro de un rango de entrada de modo común aceptable (determinado por el rango de modo común de entrada del amplificador operacional y la impedancia de la red de entrada).
Aunque su ejemplo de una línea eléctrica de 250 kV es hipotético, en un sistema de ECG real no solo tienen que preocuparse por medir señales diferenciales en el rango de mV, sino que también deben ser capaces de soportar cientos de voltios y muchos julios. desde un defibrillator aplicado externamente. Si el paciente tiene un ataque cardíaco, el médico no se molestará en desconectar la máquina de ECG deficiente antes de aplicar el choque del desfibrilador para reactivar al paciente. Cualquier persona y cualquier cosa conectada al paciente se sorprenderá con el desfibrilador. Por lo tanto, al menos en el mundo de la electrónica médica, tiene que haber algunos circuitos para protegerse contra el alto voltaje, pero no estropear la medición de las señales de interés de alta impedancia y bajo voltaje. El uso de un circuito de protección de desfibrilador simétrico en cada entrada de electrodo hace que la tensión de error del circuito de protección contribuya al ruido de modo común, que es rechazado por el amplificador diferencial.