¿Hasta qué punto un ADC resuelve el ruido a lo largo de un circuito analógico?

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Tenga en cuenta: Aunque esta pregunta involucra EEG , no espero a nadie aquí Para estar informado en esta área! ¡Esta es una simple pregunta electrónica!

Estoy tratando de entender los circuitos diseñados en este Instructivo de DIY EEG . Una cosa que me molesta es la cantidad de corrección realizada en cada componente / módulo / paso (e incluso dentro de ciertos componentes):

  • Dos muescas de 60Hz filtran una en cada "extremo" del circuito, para reducir el ruido en una frecuencia particular (¿realmente necesitamos dos ?!?)
  • Filtro de paso alto para eludir respuesta galvánica de la piel
  • Filtro de paso bajo para ondas > 30Hz
  • Otro filtro de paso alto
  • Op-Amp

Ahora se me ha ocurrido que esto es realmente un circuito analógico (ondas cerebrales que generan el voltaje de CA inicial) que se alimenta a los cables de los auriculares de 3.5 mm y luego a la tarjeta de sonido de la PC para la digitalización. Para mí, tiene sentido digitalizar la señal por adelantado a través de ADC . Si estuviera refactorizando este circuito, podría tener un aspecto similar al siguiente:

  1. Los electrodos de grado médico leen señales analógicas
  2. El amplificador de instrumentación aumenta la señal a un rango considerable, utiliza el potenciómetro mencionado en Paso 7 para tener en cuenta el rango de amplitud de onda alfa
  3. Ejecutar la señal a través de un ADC
  4. Realice una limpieza / transformación final en la señal antes de ingresar a un protector contra sobrecargas (por seguridad)
  5. El protector contra sobretensiones alimenta la señal en la computadora portátil

Aunque estoy interesado en los pensamientos generales de la comunidad sobre la transformación de la señal antes / después del ADC, así como en el protector contra sobretensiones (y supuse 'puntos de bonificación' para cualquiera con experiencia real en el sistema médico / EEG aquí), pero mi La principal preocupación aquí es con el ADC; específicamente:

¿Dónde tiene más sentido colocar el ADC, y el uso de un ADC reduciría la necesidad de todos los filtros / correcciones de señal enumerados anteriormente (y si es así, cómo)?

Continuando con esta " ADC como solución a las correcciones redundantes ", el autor declara en una de sus últimas etapas / pasos:

  

Incluso con todas las etapas de filtrado anteriores, los datos aún contendrán una buena cantidad de ruido de 60 Hz ... Los datos finales aún tendrán una pequeña cantidad de ruido, pero eso se puede ignorar a través del software una vez que los datos se cargan en la computadora

... pero si digitalizamos la señal antes llega a la computadora, ¿no podemos simplemente dejar que el software haga todos la corrección / limpieza por nosotros? un ingeniero de software, esa perspectiva me hace feliz)?

    
pregunta smeeb

2 respuestas

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Las señales de EEG son pequeñas, desde 10s de microvoltios hasta menos de un milivoltio. Si no lo amplifica lo suficiente, no podrá muestrearlo con la resolución adecuada. Recomendaría no intentar amplificar en un solo paso con un amplificador de instrumentación a un nivel suficiente para que ADC lo adquiera.

Es necesario tener en cuenta los potenciales de desplazamiento del electrodo. Como regla general, me gusta permitir aproximadamente 150 mV de compensación. Si va mucho más allá de una ganancia de 20, es casi seguro que saturará su amplificador de instrumentación.

El enfoque general debe ser una ganancia modesta con un amplificador de instrumentación, seguido de un poco de filtrado de paso alto para eliminar el desplazamiento, luego algunas etapas de amplificador operacional para obtener la ganancia suficiente para grabar por ADC. Esto es, de hecho, lo que se muestra en el paso 2 de la instrucción.

En cuanto a dónde colocar el ADC y los problemas de ruido: si el ruido es de una frecuencia superior a la mitad de su frecuencia de muestreo, DEBE eliminarlo antes del ADC o tendrá un alias. Si el ruido no es un alias, puede eliminarlo con técnicas de filtrado digital después de la muestra. Dicho esto, a menudo es mejor eliminar el ruido antes de amplificarlo. Bien podría ser más grande que su señal en este caso.

    
respondido por el Scott Seidman
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La razón por la que tiene un ruido de 60Hz es porque el sensor está captando mucho y el cable también. Tener un filtro de muesca en cada extremo no va a ser muy diferente de tener dos en un extremo del cable. Tiene razón, sería mejor digitalizar la señal en la fuente, siempre que proteja el sensor de la señalización digital. Si no puedes hacer eso, usa un cable blindado.

Sería mejor:

  1. Amplifique la señal en la fuente, pero tiene que ejecutar cables para una fuente analógica y esto hace que el diseño sea más complejo, las personas instructivas buscan la simplicidad del bricolaje.
  2. Use cable blindado
  3. Si la señal del sensor no está saturada con 60Hz, coloque el filtro de muesca después del preamplificador, diseñe para darle la atenuación necesaria.
  4. Un ADC cerca de la fuente puede complicar aún más las cosas ya que necesita líneas de datos.
  5. Una vez que tiene su señal amplificada y filtrada, necesita un filtro de paso bajo antes del ADC para evitar el alias. Si la señal de interés es de una frecuencia más baja, puede mover el polo del filtro hacia abajo para obtener un SNR y limpiar su señal, pero esto también se puede hacer con el filtrado digital.
respondido por el laptop2d

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