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[参考译文] ADS1299:由偏置(标准配置)引入的显著直流偏移-为G >1.

Guru**** 2561720 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1299, TINA-TI

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/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/615010/ads1299-significant-dc-offset-introduced-by-bias-standard-configuration---clipping-of-eeg-electrodes-for-g-1

部件号:ADS1299
主题中讨论的其他部件: TINA-TI

尊敬的社区:

经过几天的调试和浏览,我在这个论坛上找不到解决方案或解决这个问题的方法(见标题),尽管这个问题已经存在。  

我在混合采集设置中使用ADS1299,而6个通道用于EEG采集。 ADS1299电路在很大程度上基于数据表,应用说明和评估套件原理图-开发的解决方案已在此处使用了一年多。 以下详细信息可能值得关注:

  • 来自电池的准对称电源(在数据表中给出的允许范围内):AVDD =+2.7V,AVSS =-2.55V,AGND = 0V
  • PCB设计为混合电路,建议使用分离模拟/数字接地,模拟电压电源上的星形接地
  • DRL/偏置反馈电阻器/电容器值的选择与ADS1299评估套件原理图中的选择相同:1MEG Ohm / 1.5nF
  • EEG参考电压和偏置缓冲区都使用内部参考电压(AVDD+AVSS)/2 =-75mV (参考AGND)
  • 通过使用通用电极对IN1-6N进行CH1-6的单端测量(不是SRB1,因为通道7-8用于另一个探头)
  • 更多信息,请参阅以下示意图摘录

注册配置:

  • 当偏置已启用但未测量时:CONF3= B1110 1100
  • 测量偏置时: CONF3= B1111 1100和ChnSET位[2:0]= b010

现在的问题是:

根据偏置的配置(打开/关闭,使用不同的输入组合- BIAS SENSP/ BIAS SENSN),偏置信号通常会显示明显的直流偏移,这是我无法解释的。
当我在没有SENS/N寄存器0的情况下测量直流偏置信号时(没有与偏置信号的反向通道输入),我会按预期测量可忽略的直流偏置。

但是,当配置了任何SENS寄存器时,我得到的直流偏移量范围最高可达伏特电平,当增益大于1时,在体内测量中会导致EEG通道的剪切。 尝试对此进行调查并举一个例子,我只在CH1上使用内部ADS1299测试信号,将BIANSE_SENSP设置为b0000 0001,将BIANSE_SENSN全部设置为0,并测量CH2上的偏差信号。 请参阅以下屏幕截图



如预期,偏置信号显示反向测试信号(具有轻微负偏移,请参阅CH1)-但是增益G= 2.4 ,并加上~1.6V的偏移!

该增益大致是 ADS1299上的TI 10应用和实施说明(修订版 C)。在这里,我期望(使用RF=1MEG)和N=1 (用于偏置驱动的通道数,此处为IN1P) G=3增益或(如果使用220kOhm,这些实际上是TI PGA电阻器数据表中显示的值) 4.54。  
  

对CH1的所有输入增益级别进行测试(使用G=1放大测试信号至24)始终会导致交流信号(测量的增益G=- 2.4)持续放大。 当仅使用单个输入通道进入偏置级时,偏移保持在1.6V左右。

与预期的增益之间的微小差异并不重要-但是,巨大的直流偏移却很重要:当偏置信号 与身体上的这些直流偏移时,EEG电极直接夹住(对于G>1),我无法测量正确的信号。
当然,我开始用身体上的电极进行评估,但最终将问题缩小到ADS内部的所有问题,以确保它不是外部设置中的另一个物理问题。

  • 向偏置添加通道可将偏移增加到AVDD/AVSS
  • 偏移似乎不是由于通道1中的小直流偏移和DRL电路的巨大增益造成的。 如果是这样,测试信号必须以相同的增益放大
  • 直流偏移量并非总是具有相同的电平。 在人体上使用时(如CH1测量EMG/EOG/EEG),根据SENS寄存器的配置,偏移也可以在x*100mV范围内。

非常感谢您对此的任何备注和想法。
似乎有其他人在本论坛中遇到了类似的问题,但到目前为止还没有解决方案(例如,见 https://e2e.ti.com/support/data_converters/precision_data_converters/f/73/t/35.1795万 )。  

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    您好Alex:

    感谢您的提问和非常详细的描述。

    明天我将有更多的时间对此进行研究,并为您提供更完整的回复。 同时,您是否尝试探查偏置放大器(BIASOUT)的输出,以使用示波器确认您的测量结果?

    另外,BIASENS电阻器的值是220k (如数据表中所示),这是正确的。 我将在下一个数据表修订版中记录此问题以进行更正。

    此致,
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    你好,Ryan!

    简单回答:是的,我使用万用表和示波器。 BiasOut也显示外部偏移。

    期待听到您的结果!

    最佳
    Alex

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    您好,Alex:

    我使用ADS1299EEG-FE EVM和双极+/-2.5V电源在工作台上进行了相同的测量。 通道1的结果与您的结果几乎相同,但通道2的偏移量I测量值要小得多。 我尝试启用/禁用BIASP1,并且每当BIASP1启用时,BIASOUT共模电压从~5mV切换至~430mV。

    我确实发现,每当BIASP2启用时,BIASOUT都会导入正极或负极电源(取决于我使用的是单极还是双极配置)。 我将确认BIAS-SENSP/N寄存器按预期读回。

    您是否可以分享您可能连接到BIASOUT或Biasin的任何其他电路?

    通道1的偏移值为-514uV,振幅为7.49mVpp

    通道2的偏移量为431mV,幅度为6.97mVpp

    此致,

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    您好,Ryan:

    很有趣 还有问题(我想您也检测到G=1的偏置信号)?  
    目前,这导致我真的不知道如何正确使用偏置设置,如果我不想将偏置量引入身体,也不想将偏置量引入其他渠道...

    关于您的问题:我的偏置电极没有其他电路,除了我在第一线中的原理图中张贴的电路。

    我希望我们能找到一个策略来应对这一问题!
    最佳

    Alex

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    您好,Alex:

    我同意这是有问题的。 是的,所有的事情都是通过PGA = 1完成的。 让我继续与一位设计师探讨这个问题,我会尽快为您提供最新信息。

    此致,

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    您好,Alex:

    结果是内部测试信号与偏置放大器电路的共模电压不同。 这种共模电压和闭环偏置放大器增益的差异是您在测量BIASOUT时所看到的大偏移的原因。

    在内部,测试信号使用中基准共模电压生成。 对于AVSS-V内部参考,测试信号将具有2.25 与4.5 相关的AVS-V共模(振幅保持如数据表中所述)。 同时,使用您的耗材,BIASREF与AVSS相比将接近2.625V。 选择一个BIAS-SENS输入的电路的直流增益为1M/220k = 4.545。 因此,4.545 *(2.625 -2.25)= 1.7V。 您可以在附加的TINA-TI SPICE模拟中看到这一点。

    要降低此直流偏移,您需要降低RF的值。 幸运的是,在实际应用中,患者和偏置放大器输出在共模中不应有~300mV的差值。

    e2e.ti.com/.../BIASOUT_5F00_Test-Signal.TSC

    此致,

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    谢谢Ryan,这是完全合理的。