Monitorea una pequeña variación en el voltaje

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Debería disculparme si mi pregunta es trivial ya que no encontré una pregunta similar, decidí hacer la mía específicamente.

Tengo una membrana microscópica en mi laboratorio, esta pieza que llamamos NMS tiene una variación de voltaje causada por su funcionamiento. Similar al potencial de acción en neuronas de un sistema nervioso. Estamos tratando de construir un sistema de medición electrónico, que podría capturar la variación de voltaje en el rango de -70mV a -55mV. Queremos tener una precisión de al menos 1 mV o posiblemente menos en nuestras mediciones. Dado que el único tipo de electrónica al que tenemos acceso es un estudiante de licenciatura, podremos ayudarlo, por lo que he decidido buscar ayuda de la comunidad.

El SoC actual que él sabe cómo programar y se siente seguro con ESP32. Mientras buscaba en su hoja de datos, tiene algunas funciones geniales que podríamos usar aquí, las agrego aquí como referencia:

enlace

  
  • 4.1.2 Convertidor analógico a digital (ADC)
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ESP32 integra ADCs SAR de 12 bits y admite mediciones en 18   Canales (pines habilitados analógicamente). Algunos de estos pines se pueden utilizar para   construir un amplificador de ganancia programable que se utiliza para la medición   De pequeñas señales analógicas. El coprocesador ULP en ESP32 también es   diseñado para medir los voltajes mientras se opera en el modo de suspensión,   lo que permite un bajo consumo de energía. La CPU puede ser despertada por un   ajuste de umbral y / o a través de otros disparadores. Con el apropiado   ajuste, los ADC y el amplificador se pueden configurar para medir   Voltaje para un máximo de 18 pines.

     
  • 4.1.3 Preamplificador analógico de ruido ultra bajo
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ESP32 integra un preamplificador analógico de ruido ultra bajo que   amplifica la diferencia de voltaje entre los pines SENSOR_VP y SENSOR_VN   y envía el valor al ADC. La relación de amplificación está dada por   el tamaño de un par de condensadores de muestreo que se colocan fuera del chip.   Al usar un capacitor más grande, el ruido de muestreo se reduce, pero el   Se aumentará el tiempo de asentamiento. La relación de amplificación es también   limitado por el amplificador, que alcanza un máximo de aproximadamente 60 dB de ganancia.

     
  • 4.1.4 Sensor Hall
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ESP32 integra un sensor Hall basado en una resistencia N-carrier. Cuando   El chip está en el campo magnético, el sensor Hall desarrolla una pequeña   Tensión lateralmente en la resistencia, que puede medirse directamente mediante   el ADC, o amplificado por el preamplificador analógico de ruido ultra bajo y   luego medido por el ADC.

Básicamente, estoy buscando sugerencias de diseño para las medidas mencionadas con chips ESP32. También necesitamos algunos consejos para construir la sonda de medición, específicamente, necesitamos una forma de conectar nuestra membrana NMS que se encuentra entre un portaobjetos de microscopio y un cubreobjetos a nuestro sistema de medición.

Gracias a todos.

    
pregunta DeFoG

3 respuestas

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El ESP32 no mide voltaje puro (lo que significa que su entrada no parece una resistencia infinita). No encuentro el valor de ohmios para los pines de entrada de ESP32 A / D en sus hojas de especificaciones. Podría ser 1Meg, podría ser 100K.

¿Cuál es la resistencia al voltímetro tolerada por la configuración de su micropipeta? Si la entrada A / D necesita verse como una resistencia de 100 meg, entonces definitivamente necesitarás un amplificador operacional para servir como un búfer de entrada. (También un amplificador operacional puede manejar entradas tanto pos como neg en un rango de muchos voltios).

También esto:

  • Muchos amplificadores de pinza de parche no usan circuitos de pinza de voltaje verdadero, Pero en cambio son amplificadores diferenciales que usan el electrodo de baño. para establecer el nivel de corriente cero (tierra). Esto permite a un investigador mantenga la tensión constante mientras observa los cambios en la corriente. Para hacer Estas grabaciones, la pipeta de parche se compara con el suelo. electrodo. La corriente se inyecta en el sistema para mantener una constante, ajustar el voltaje. Sin embargo, se necesita mucha corriente para sujetar la La tensión es opuesta en signo e igual en magnitud a la corriente a través de la membrana. Consulte: enlace

Para las sondas de membrana de micropipeta, para obtener un ruido del sistema lo suficientemente bajo, generalmente el voltaje es fijo o "ordenado", mientras que solo se miden los nanoamperios. Utilizamos un circuito llamado "amplificador de headstage:" un amplificador operacional conectado para actuar como un amplificador de transimpedancia. Esto se coloca entre el electrodo de la pipeta y el resto de su circuito (la entrada ESP32). Entonces, la membrana genera un pulso de 10 nA y el amplificador da una salida de 1.0V. El amplificador tiene dos entradas (amplificador de diferencia), por lo que podemos comparar los potenciales entre la celda sujeta y el entorno fluido.

Palabras de búsqueda: patch- pinza headstage schematic

Acabo de reemplazar los FET fritos en uno de estos el mes pasado: una versión clásica antigua (no es uno de los productos caros y de vanguardia que se usan hoy en día). Dibujé un esquema en bruto .

Este utiliza un JFET doble externo para lograr una operación de ruido extremadamente bajo, con el FET alimentando un op-amp LF356 económico. La resistencia de 100 meg da una operación de 0.1V por nanoampo.

PS

La versión elegante y cara es Axopatch, Axon corp. Aquí está uno de sus amplificadores de escenario. En lugar de comprar FET duales de Siliconix, ¡construyeron los suyos propios! Los montaron en un refrigerador peltier, para que puedan enfriarlo hasta -20 ° C, reduciendo aún más el ruido. Esto puede detectar los pulsos de un solo canal de iones que se abre / cierra.

    
respondido por el wbeaty
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  • ADC

Teniendo en cuenta una atenuación de 0dB (y una precisión de 12 bits), dando un voltaje de escala máxima de 1.1V, tendrá 4095 "pasos" dentro de este rango de voltaje, lo que resulta en 0.000268620269V para cada paso. Muy preciso en mi opinión. ¡Y cumple con tus necesidades de 1mV!

PS .: Sólo un recordatorio. No olvide mover sus voltajes por encima de 0V (quiero decir, + 70mV y + 55mV) para que pueda usar directamente los pines IC. Si pudiera informar el voltaje base en el que ocurrirán estas variaciones, sería muy útil, así que podría dar una mejor respuesta que esta :)

PPS .: Bueno, no puedo comentar en esta cuenta, así que intentaré responder a tu pregunta aquí. ¡Me encantaría que te ayudara!

    
respondido por el KawaungaXDG
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¿El voltaje que está midiendo es realmente negativo? Si es así, necesitará un circuito de amplificador operacional para desviar o invertir el voltaje. El amplificador de ganancia programable puede ser útil para aumentar el nivel de su señal. Un filtro de paso bajo puede ser útil para reducir el ruido. La hoja de datos a la que proporcionó el enlace no proporciona muchas especificaciones para el ADC como ENOB (número efectivo de bits). Probablemente no obtendrá los 12 bits completos si lo hace. Creo que podría estar mejor con un ADC delta sigma externo que pueda manejar entradas positivas y negativas.

    
respondido por el EE_socal

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