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[参考译文] INA118:用于 EEG 的 INA118 (欢迎任何具有 INA 体验的人)。

Guru**** 1133420 points
Other Parts Discussed in Thread: INA118, INA826, INA826EVM, INA818
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/1063895/ina118-ina118-for-eeg-anyone-with-any-ina-experience-welcome

器件型号:INA118
主题中讨论的其他器件: INA826INA826EVMINA818

您好!

我目前正在设计一个基本的 EEG 电路、我已将设计集中在 INA118上、设计如下所示。

我遵循了常规/经典架构。 仪表放大器、单电源(电池供电、LDO 稳压)、用于 REF 引脚的缓冲式 miail、从增益电阻器提取的共模噪声、馈入单位增益缓冲器、反相并反馈到右腿驱动电极。

我还缓冲了来自电极的输入信号、因为我打算使用干电极(设计限制)。 从 TI 资源中获取缓冲创意、旨在帮助降低使用平衡不良的干电极产生的直流失调电压。

问题:

现在、整个过程都感觉像是完全不启动的。 无论是否有输入缓冲器、我输入到输入中的每个信号发生器信号都会返回不一致的垃圾!

实际上、我不能将电路与 EEG 焊盘一起使用、因为似乎有太多变量、以至于我每次都想找个地方、我都会发现结果出现问题(我的脚靠近插头插座、我的笔记本电脑充电器发出噪音、 事实上我在板上构建了它-它接触我的跳线-通过磁力耦合它到我的立体声)... 其中一个拉线电路。 是的、右腿驱动解决了很多这些问题、但这假设我要将其连接到我的头部、这是一种先到后走的方法、不会产生一致的足够结果。 我只看到几次输出信号甚至接近我要处理的内容。

我将 AD2模拟发现与 BNC 适配器配合使用、用于高阻抗探针、作为信号发生器和示波器、坦率地说、我对的完整性没有信心(请随意评论)。 我更喜欢 PicoScopes、但目前没有。 或者更好的是、任何平均工作台范围。

我下载了 TI 模拟工程师计算器工具、尝试更好地了解电路的输入限制、请参阅以下内容:

我是否正确地认为该计算器上显示的 CM 电压是指输入信号的直流偏移(在将 sig gen 连接到输入时、我只是增加了信号的偏移电压)?

目前、我将 VCM 作为1.3V 直流信号输入到反相输入中。 正弦波~10Hz、~100uV 振幅、1.3V 偏移进入同相输入(我的假装 EEG)。 两个基准夹都处于0V。

我~的通常是一个微小的噪声级石英波、其增益为1 μ A、几乎不可能。 过去、我看到所需增益为1000、但通常具有更高的输入振幅。 然后、该增益会随着输入偏移(或 Vcm?)的变化而发生大幅变化

我只想实现以下目的:输入几个与 EEG 信号模糊相似的信号(50-100uV 的振幅、这是 AD2的最低值)、然后看到这些信号出现在输出端、施加1000gain。

我在这里的最终目标当然是识别我自己的一些阿尔法波、并通过经典的眼睛张开/眼睛闭合实验持续地影响它们。

如果有人建议 sig-gen 探头、参考夹、示波器探头和参考夹的确切物理位置、请放心使用。 我觉得输入设置不正确吗?

在 EEG 前面、我是否假设 DRL 电极将以0V 为基准适当增加我身体的电势、以便获得 INA 输入所需的 VCM?

我很感激上述一些问题有点乱、可能缺少信息。 我试图避免这成为一个很长的岗位,不想阻止人们。 这真的很简单,老实说,来自其他 INA 用户的任何一般评论,EEG/ECG/EKG 民谣,都不应该这么难。

非常感谢、

肖恩

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    您好 Sean、

    随附了一系列有关 ECG 测量要求的视频。 您可能感兴趣的视频系列有6个。  

    https://training.ti.com/how-measure-ecg-introduction-what-ecg?context=1128637-1128609

    下面是增益为1000V/V 的 INA118示例 如果您能够在 EEG 中为我提供更多配置详细信息、我们可能会为您提供应用的仿真。 下面电路中的 LPF 滤波器不太正确、因为您的应用需要抑制50/60Hz 以上的共模噪声。 当我获得更多详细信息后、我们可以在基本电路之上构建仿真、包括在应用中模拟干电极和参考电极等。 如果您能够为我们提供这些 pspice 模型、那将会很好。   

    e2e.ti.com/.../INA118--EEG_2D00_1-12202021.TSC

    下面是您提供的数据中的 VCM 与 Vout 配置、其中输入 VCM 电压配置为大约1.8Vdc。  

    另请查看 INA826、图69显示了一个 ECG 电路和示例。  

    https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina826.pdf?ts=1639998529029&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FINA826%253Fqgpn%253Dina826

    如果您有其他问题、请告知我们。  

    最棒的

    Raymond

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    您好、Raymond、

    非常感谢您的回复并花时间阅读我的帖子!
    我将浏览这些视频、我认为我已经看到了一些 TI EEG/ECG 通路、但其中一些对我来说绝对是新的。

    不幸的是、我还不是处于"实际的 EEG "阶段、正如我之前所未曾了解到的、我仍然在等待信号发生器的成功、然后尝试感知大脑波形。 我无法访问 pspice 领域中的任何内容、实际上我只想让芯片在非常基础的意义上工作、并首先了解我所做的错误。

    您的 INA118示例上的"共享"电容器(INA 输入之间垂直)、我过去看到过这一点、但我不确定它的用途? 当然、我可以看到2个 LPF、只是不确定第三个电容器的位置?

    我应该添加上下文并注意、我的输出信号由 ADC 以相当低的速率(~256Hz)进行采样、然后通过 FIR 滤波器来隔离 α 和 θ 频带。 因此、为什么初始原理图中未包含无源滤波(不会损坏)。

    INA826数据表上的图实际上是我在开始项目时发现的第一个 EEG 原理图之一、可能是导致我使用 INA 系列的原因、因此很高兴知道我希望至少在正确的轨道上。

    要尝试提供有关我的问题的更多详细信息:

    正如您所看到的、我确实使用 TI 计算器为您提供输入特性、我认为我要想了解的更多内容是输入条件以及如何仿真这些特性。

    我的问题是、我不完全了解 VCM 电压的需求以及如何通过实验输入该电压。 此外、在 situe (现场、而非 SIG gen)中使用 EEG 电路时、如何偏置来自我的头部的 EEG 信号到 VCM?

    目前、我有2个 sig gen 通道、每个发生器都连接到 INA 的输入端(如原始文章中所述)、设置如下:

    我在正弦波上使用偏移电压和直流电压(无正弦波)是否是将 VCM 输入电路的适当方法? 10Hz 信号用于模拟与 α 波类似的差分信号。

    上述输入参数会导致以下输出。 黄色迹线是 OUT 引脚、蓝色是参考引脚。

    请注意、该波形的振幅与增益1000不一致(是的、我在增益引脚上有一些0.1%的容差电阻器、因此我们应该在那里是可以的)。

    此外、当 VCM 远低于2V (更不用说1.8V)时、我似乎无法获得任何输出:下面、我所做的更改就是直流失调电压、从2V 变为1.8V、我已经从过放大的波变为平坦线。

    为什么我的工作示例中的输出波(2V VCM)不以 Vref 为中心?

    我似乎还能够不断地推动芯片超过 TI 计算器产生的参数、(例如、计算器建议2V VCM Vout 的最小值应为0.2V、 但是、如果我不断增大输入振幅以更强地推动输出、则输出波的谷底大部分会变为0V!)

    我确定我的问题与我在输入信号中产生 VCM 的方式有关、或者与我实际连接示波器和信号发生器的方式有关。 我已经移除了输入缓冲器芯片、并且我不是很低至板上的 INA118和基准电压的缓冲器。 因此、通过组件或设计、几乎没有什么问题。

    这里的关键问题是、我的 sig gen 设置是否是实现所需 VCM 的正确方法?

    再次感谢、

    肖恩

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    您好 Sean、

    让我们讨论一下输入 共模输入电压与 Vout 之间的关系。 VCM  定义为输入电压范围 、当输入被施加到运算放大器的 Vin+和 Vin-端子时、运算放大器的输出将线性响应。 对于 INA118仪表放大器、数据表中列出了这些规格、如下图所示。 仪 表输出电压传递函数被描述为:当它线性运行时、Vout =增益*(Vin+- Vin-)+ Vref、而(Vin+- Vin-)是 INA118输入引脚上的差分输入电压。 与您的情况一样、差分输入电压范围约为50uV 至500uV。

    由于 EEG 的输入信号范围为50uV 至500uV、并且每个低输入电压电源轨的增益= 1000V.V、因此最好将输入 VCM 置于1.8Vdc 左右、这样可以最大限度地提高输入电压范围和输出电压摆幅、如下面的仿真所示。   

    在下面捕获的仿真中、我模拟了一个示例、假设一个 EEG 的差分信号为100uV、Vcm = 1.8V、Vout = 增益*(Vin+- Vin-)+ Vref = 1000*99.94552uV + 1.362 = 1.461945V。该仿真的图略有不同、 因为我的手工计算未考虑 Vsin = ±0.000x mV 时 INA118的偏移电压。  

    以下是可在仿真中配置 VCM 的方法:Vin+和 Vin-的输入共模电压约为1.8Vdc、而 VG (信号发生器)的差分输入电压摆幅为-500uV 至+500uV、Vout1是来自 INA118的仿真输出电压。   

    如果您不想在患者头部施加偏置电压、则必须使用双电源电压轨、如下所示。  

    有关如何在仪表放大器前面配置共模和差模 LPFS 的信息、请参阅 INA826EVM 应用手册。   

    https://www.ti.com/lit/ug/sbou115c/sbou115c.pdf?ts=1640099522391&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    如果您有其他问题、请告知我们。  

    最棒的

    Raymond

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    您好、Raymond、

    再次感谢您的回复、并将仿真结果汇总在一起。

    我理解我应该根据您的仿真等输入的信号以及 Vout 和 VCM 之间的关系、但我的问题不是关于仿真输入、正如我之前所说的、我怀疑是电路的实验实现。

    我重复了这些实验、但输入信号略简明:

    和以前一样、我连接了2个 SIG gen 探针、每个输入一个、现在连接了2个正弦信号、完全异相。

    1.8V 共模电压时、我降低了振幅、以确保输入的差分分量完全处于模拟工程师计算器工具提供的工作范围内。

    但输出电容仍然没有在增益接近足够的任何位置显示。 (红色数学通道为 Vout-Vref)

    目前、我的设置仅包含 INA、缓冲基准电源、增益电阻器和 INA 电源上的去耦电容。 没有直接连接到 INA 输入的输入滤波器、只有信号发生器。

    正如我所看到的、我在芯片中的条件完全反映了仿真的条件和计算器工具提供的结果(限制差分信号的振幅、我在这里尝试了很多振幅)。  似乎提供的结果甚至接近合理值的唯一一个因素是将共模电压增加到~2V、任何低于~1.95V 的值、并且输出大幅减小。 然而、芯片的增益仍然与计算结果不一致。 所以我的问题是、不是理论实施、而是实验实施导致了问题。

    我之前提到过、您能否告诉我与 INA 输入并联的电容器的用途?

    再次感谢、

    肖恩

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    您好 Sean、

    因为 Raymond 可能在度假,所以跳到这里。

    这三个电容器称为共模和差模电容器。 两个接地电容器是共模电容器、它们可滤除共模 EMI 信号、而两个输入之间的单个电容器可消除作为差分信号出现的 EMI。  

    您在输入端看到的电阻器与这些电容器相结合、形成一阶低通滤波器滚降(-20dB/dec)。  但是、对于这两种模式、-3dB 截止频率是不同的。 必须设置差分截止频率、以便所需的信号不会衰减。 例如、如果最大差分信号频率小于100Hz、则需要大约350Hz 的-3dB 截止频率、以避免100Hz 时的过度衰减。 电阻器值应保持较小 、以保持电阻器噪声贡献较低。 电阻值越小、对于给定的截止频率、滤波电容值就越大。 因此需要进行折衷。

    通常的做法是将每个共模电容器设置 为差模电容器的1/10。 这样做的原因是,由于 共模电容器不匹配,滤波器将共模信号转换为差分信号的能力会降低。

    在实验中、您是否使用了 INA118? 我们希望您的电路在我们进行仿真时能够正常工作。 我们可能会考虑尝试使用不同的 INA118芯片、甚至将其换成 INA818等现代解决方案。  

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    您好、Tamara、

    感谢您解释电容器的使用、我看到过多种参考设计的各种配置、很少解释它们的用途。 因此、这对我们有很大帮助。

    我想坚持使用2安培和3安培仪表放大器的传统 INA 系列、为了尝试保持一定的便携性、我最近遇到了一些 TI 突然停产的组件的问题、当然还有器件短缺。 因此、我可以使电路保持得越多、越好。

    我现在已将电路剥离、实际上我已恢复到试验电路板、因为我的 Veroboard 正变得一团糟。  

    我得出模拟发现2的结论、即我在微 伏区域使用的性能相当差。 因此、我已将电路增益降低至~110、从而允许我使用更大的输入振幅。

    我已经修改了电路、以便简化电路并删除任何可能可疑的组件或其他未知变量、我知道没有滤波器等、我看不到最佳性能、 但目前、我想看到这个芯片确实起作用(是的、我已经尝试换过全新的芯片和周期、然后我将考虑滤波器等 抱歉、使用平板电脑的速度比 KICAD 快得多、但我对平板电脑并不是那么好...很明显:(这是我在试验电路板上所拥有的一切、没有其他东西)

     

    我已重新计算了新增益电阻器的 Vout 与 VCM 曲线。

    请参阅以下 SIG 信号生成器、其中 Vdiff = V1-V2/2 =((1V+3mVSIN (wt))-(1V-3mVSIN (wt))))/2 = 3mVSIN (wt)振幅... 理论上、

    和后续输出:

    对于全差分信号、我应该看到先前计算出的差分幅值*增益= 330mV (增益现在为~110)、但正如您看到的那样、幅值更类似于630mV。

    当然、毫无疑问会有直流偏移、并且探针和 SIG 原子中存在许多上述不准确之处(我已经修整了探针并将信号发生器直接送入示波器、以确保它们产生合理的信号、 它们的范围是...在几%以内,所以我希望有一小部分差分电压被“视为”共模,反之亦然)

    但是、没有什么足够接近使输出振幅几乎是预期值的两倍的地方、我可能觉得上面用于差分模式电压的公式是用于平均差分模式、不一定是我从 INA 输出中看到的电压? 在这种情况下、输出实际上是正常的。

    据我所见、我的输入信号处于计算器指定的最大和最小范围内(第二个屏幕截图)。

    您能否确认我的输入信号是否处于计算器设置的参数范围内?

    我是否正确计算了差分模式电压? -输出大约是预期输出的两倍似乎很方便... 我是否在某个地方错过了系数2?

    [引用 userid="280239" URL"~/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum 1063895/INA118-INA118-for EEG 任何人-具有任何人-任何人-任何人-任何人-体验-欢迎/393939002#3939002"]我们希望您的电路在我们进行仿真时能够正常工作。

    这句话肯定有讽刺意味,哈。

    再次感谢、

    肖恩

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    您好 Sean、

    我尚未完全阅读该主题的所有帖子。 但我认为"右腿"是更适合 ECG 而不是 EEG 的东西。

    您需要的是接地电极。 如果您的头上有三个电极、请将其中一个电极连接到电路的信号接地、将另外两个电极连接到仪表放大器的两个输入。 并暂时移除所有这些"右腿"电路。

    此外、为了简化操作、请使用双极电源电压(如+/-1.5V 左右)为您的电路供电。 获取运算放大器越好、允许+/-9V 等更高的电源电压。 双极电源电压的使用可为您提供真正的低振幅信号接地、比使用单电源电压时要好得多。

    更重要的是、不要影响您的健康。 只能用电池为您的电路供电!!! 并且不要将电池电压增加到超过+/-9V!!! 此外:要将 EEG 电路连接到其他电子产品、需要安全的电隔离!!

    不要电击自己,这是圣诞节:-)

    Kai

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    Sean 和 Kai、您好!  

    感谢 Kai 的回复和问候! 欢迎回来, 圣诞快乐!

    我看到了您的信号发生器的输入信号、但我不清楚它是如何应用于 INA118的差分输入的。 请注释屏幕截图。  

    什么是绿松石色、它大约以1.4V 左右的电压为中心?

    基于黄色线、它可能是输出、但它以(1.8V -0.5)/2 = 0.65Vdc 为中心。 您在哪里捕获了大约居中的红线 -0.15Vdc。 如果您在绘图中没有输入原理图、请用手绘出。  

    如果您施加信号输入信号、例如 VCM = 1.8Vdc 之上的±3mV、20Hz、下面是电流仿真。 是的、INA118的仿真应该与匹配

    PCB 或试验电路板上的实际物理设置。  

    e2e.ti.com/.../INA118--EEG_2D00_1-12242021.TSC

      

    如果您使用+/-1.5V 双电源轨(例如两节干电池 AA 电池)、则不必担心 VCM 问题、请参阅随附的仿真(如 Kai 建议的那样)。   

    e2e.ti.com/.../INA118--EEG_2D00_3-12242021.TSC

    下面的图像是从下面的互联网站点捕获的。 您可以考虑将固态 Ag/Ag/CL 参考电极用于 EEG 电极参考。 我不是 EEG 应用的专家、但我认为在生物应用中人体头部/皮肤表面的离子/电气接口可能比简单的参考接地更稳定、一致或可重复的测量。 您可能会看到 EEG 应用的优缺点。   

    https://en.wikipedia.org/wiki/Silver_chloride_electrode

    最棒的

    Raymond