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[参考译文] ADS1299EEGFE-PDK:在此放大器模型中实现较低本底噪声时出现问题

Guru**** 1716450 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1299, TLV6741
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/869855/ads1299eegfe-pdk-problem-achieving-the-lower-noise-floor-for-this-amplifier-model

器件型号:ADS1299EEGFE-PDK
主题中讨论的其他器件:ADS1299TLV6741

您好!

我最近购买了此 PDK。 我更换了偏置滤波器、以包含150Hz BW、而不是41Hz BW (默认情况下为)、因为我想消除来自电力线的50,100和150Hz 噪声。  

我配置了一个与偏置电极配合使用的通道(选择适当的感应位进行推导)。 已使用带 GND 屏蔽的短电极。 通过测量来自另一通道的偏置电压来确认偏置电极功能。 使用双极电源和电池为 PDK 供电。

但是、我仍然无法从该放大器获得预期的噪声底限。 本底噪声(pk - pk)似乎约为10-20uV。 请告诉我一些改进建议或找出原因。

谢谢、

SABA

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    您好、Sabra、

    感谢您的发帖。

    您可以共享完整的寄存器映射设置吗? 本底噪声在很大程度上取决于数据速率和 PGA 增益。

    您应该增加偏置放大器的 R-C 滤波器截止频率以消除50Hz 的第二和第三谐波。 偏置放大器的输出连接到什么? 我想您将一个通道的 INxP、INxN 和 BIASOUT 短接在一起?

    此致、

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    您好、Ryan、  

    感谢您的回答。 请查找随附的寄存器映射设置。 我在开发环境中将其连接到一个主题,具有许多不同的电极配置,但无法获得低于10uV (pk - pk)的信号。 是否需要对 INxN、INxP 的 RC 滤波器进行任何修改?   

    我不熟悉此 EMG 运动场、非常感谢您为开始使用此低噪声放大器提供的支持。  

    此致、

    SABA

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    您好 Saba、

    有多个因素会导致信号链产生噪声。 在500SPS、增益= 24V/V 时、ADS1299本身产生1.39uVpp 噪声(典型值)、但这不是限制因素。 噪声也会耦合到人体、电极导线和 PCB 上。 输入 RC 滤波器不用于滤除此噪声-它们用于防止更高频率的噪声出现混叠。

    有源偏置电极将有助于抑制身体上的一些共模噪声、但由于 INxP 和 INxN 信号路径不匹配、其中一些噪声仍可能转换为差分噪声。 这包括来自电极的接触阻抗、电极的接触阻抗可能会有很大的差异。 您可以做的最好是使用容差极低的组件尽可能地匹配组件。 大多数 EEG 应用仍然需要额外的平均和其他后处理算法来进一步降低噪声。 我想、在10uVpp 下、您已经非常接近了!

    此致、

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    谢谢 Ryan、

    很抱歉您的回复较晚、并感谢您的详细回复。 请帮助我回答以下问题。

    1)如果目标带宽为300Hz、将这些抗混叠滤波器的带宽降低到800Hz 左右是否有帮助(不影响 Fmod)? 我想尽量减少模拟路径中的组件以增加 CMRR。

    2) 2) 2)您能否推荐偏置屏蔽电路所需的组件或建议如何选择它们?

    此致、

    SABA

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    您好 Saba、

    数字滤波器的-3dB 带宽约为0.262 * f_data。 在500SPS 时、这将为您提供大约131Hz 的-3dB 带宽。 我认为降低抗混叠滤波器的截止频率没有好处。  

    屏蔽驱动电路可以像具有有限滤波的单位增益电压跟随器一样简单。 TLV6741等通用放大器工作正常。

    此致、

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    您好、Ryan、

    感谢您的回答。  

    这是否意味着放大器能够在信号低于131Hz 时可靠地转换信号?  

    0.262是如何计算的? 该放大器是特定的吗?   

    感谢您推荐用于屏蔽驱动的放大器。

    此致、

    SABA  

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    您好 Saba、

    ADS1299是一款 Δ-Σ 模数转换器(ADC)。 包含一些外设放大器、但它主要是一个8通道 ADC。

    ADC 后面是一个数字滤波器、用于抽取输出并包含低通滤波器响应。 该响应随 ADC 输出数据速率而变化、如图27 - 31所示。

    此致、

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    您好、Ryan、

    感谢您的回答、这确实有助于澄清许多疑问。 目前、我们正处于开发原型的阶段。  

    1:我看到了数据表、想知道如果500Hz 时的带宽 为131Hz、为什么我们需要抗混叠滤波器。  在使用更高的数据速率时、它是否应该处于活动状态?

    2:如果我感兴趣的带宽与放大器的-3dB bw (131Hz)完全相同。 我是否仍然需要为输入设置抗混叠滤波器?  

    3.在使用110K 左右的患者保护电阻器时、该放大器测量的生物电势信号是否会受到任何影响?

    感谢您的快速响应。

    此致、

    SABA

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    您好 Saba、

    我很高兴提供一些帮助。

    抗混叠滤波器有助于消除输出中的更高频率噪声。 该噪声可能不会直接存在于目标带宽中、但可能会在 ADS1299内部混叠。 数字滤波器响应向您展示了它传递较高频率的位置、使其容易出现混叠。 建议将抗混叠滤波器带宽设计为所需带宽的10倍、以便不干扰正在测量的信号。 如需更多信息、我建议查看我们在 TI 高精度实验室- ADC 中记录的一些频率分析培训材料。

    我认为、与电极输入串联的大型保护电阻器很常见。 电极的阻抗无论如何都可能很大。 需要注意的此组件的主要问题包括:

    1. 输入偏置电流将在保护电阻器上产生压降。 这可能会增加直流失调电压。
    2. 通道间的不匹配取决于组件容差。 保持容差小于1%以保持良好的 CMRR。

    此致、

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    您好、Ryan、

    感谢您的回答。 培训非常有用。  

    请问抗混叠滤波器需要宽10倍的原因是什么? 如果我们选择它接近利益的体重,会产生什么负面影响?

    您是否会建议为患者保护电阻使用较高值的抗浪涌电阻器、而不是使用 TVS 二极管来钳制电压?  

    此致、

    SABA

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    您好、Ryan、

    感谢您对此作出的答复。

    此致、

    SABA

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    您好 Saba、

    抗混叠滤波器的10倍宽带宽只是一个建议的"经验法则"。 即使您的-3dB 截止频率等于您所需的带宽、您甚至可以在十年前的频率下观察到一些小衰减。 您不希望 ADC 输入端的无源滤波器衰减您的相关信号。

    我在患者保护方面没有太多的专业知识、但大多数应用都需要同时使用这两种技术。 需要有一些串联阻抗来限制直流电流流向患者。 TVS 二极管用于对电子器件(即 ADC 本身)进行投影。 最小/最大电压需要钳位在器件的绝对最大额定值表中。 二极管连接和 ADC 输入引脚之间有时会使用额外的电阻、以便在 TVS 二极管和内部 ESD 二极管钳制到不同电压时限制电流。 许多输入保护组件的选择取决于您尝试满足的确切标准。

    我们的精密实验室- ADC 培训门户提供 了一些有关电气过载的演示、您可能会发现这些演示适用于您的设计。

    此致、