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[参考译文] ADS1299：ADS1299信号噪声比

admin
Guru**** 2553450 points
Other Parts Discussed in Thread: ADS1299

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/832237/ads1299-ads1299-signal-noise-ratio

器件型号：ADS1299

您好：

  我正在使用 ADS1299设计 EEG 信号的采集、我有一些疑问、希望能得到贵公司的支持。

我设计的硬件如下：https://e2e.ti.com/support/data-converters/f/73/t/820794?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=ADS1299 

首先、我使用400mV 和50Hz 的正弦波来验证它是否正确。然后、我在  每个通道上添加了增益为2的低通滤波器和50Hz t 陷波滤波器(包括 REF 电极和偏置电极)。

但存在问题。 偏置电极是否还需要添加增益为2和50Hz t 陷波的低通滤波器？

我已经做了一个测试。 ？偏置电流仅增加增益为2的低通滤波器、而不增加 t TRAP、则信号会更好、但我不知道该 Δ I 是否有理论基础

第二个问题是输出信号的低信噪比，如何更改它以改进它？

  • 波形图如下所示：
  • EEG 产品的标准波形如下：
  • 第三个问题是偏置的硬件设置
  • openbci 设置 如下 所示：
  • ADS1299数据表设置  如下：
  •  

我想问、在 openbci 中这种设置有什么优点？或者是否有任何理由这样做？  我应该选择哪种设置？ 你能给我一些建议吗？

非常感谢   ！！

 

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好！

    很抱歉、我在上一篇帖子中没有看到这一点、但您的偏置驱动电路设置不正确。 请参阅本文档末尾的原理图 ：http://www.ti.com/lit/ug/slau443b/slau443b.pdf

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    大家好、非常感谢您的回复、我阅读了您向我推荐的参考设计文档。 我有一些问题、非常感谢您的帮助！

    Q1：关于基准电极

      如上面红线所示、基准电极(REF_ELEC)输入用于通过 ADS1299器件上的 SRB1引脚驱动通道的负输入、这会导致泄漏电流增加。 我是否必须添加该缓冲放大器？ 如果我不添加它、会产生什么影响？

    问题2：关于偏置：我认为病人偏置信号流方向： ADS11299-->病人，是这样吗？

    偏置信号用途：患者偏置信号用于偏置患者以设置 EEG 信号的共模(通常为中间电源)。( 参考设计的 P32)  

    Q3：关于偏置：单端输入设置关于偏置信号，BIAS_ELEC 短接至 REF_ELEC，在这种情况下，我是否只需要通过 JP25的2或4引脚(BIAS_ELEC)连接到病人的耳乳头？ 中间电源的这个电压值是多少？

     

       

                                                                                                                                      

    Q4：至于偏置信号、我采用了 BIAS_DRV 方案、但我对此有一些疑问。 我将 BIAS ELEC (JP25的2/4引脚)连接到了患者的耳木、将 REF ELEC (JP25的6引脚)连接到了患者的另一个耳部、单端输入设置。 对吗？

    是否有 R8和 C20的公式？

    应将带宽设置为什么值？

     

    问题5：您能否检查我的硬件配置是否正确？

     硬件修改如下：

    单端输入：

      将 MUSF1寄存器中的 SRB1位置位、将 SRB1引脚路由到通道的负输入端。

     

    Ripsigter 设置：CONFIG1：0x01 0x96：1、0、1、0、 1、1、0

    CONFIG2：0x02 0xc0：1、1、0、0、0、 0、0、0

    CONFIG3：0x03 0xec：1、1、0、1、 1、0、0

    LOFF：0x04 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    CH1SET：0x05 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH2SET：0x06 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH3SET：0x07 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH4SET：0x08 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH5SET：0x09 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH6SET：0x0a 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH7SET：0x0B 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH8SET：0x0c 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    BIAS_SENSP：0x0d 0xff：1、1、1、1、1、 1、1、1

    BIAS_SENSN：0x0E 0xff：1、1、1、1、1、 1、1、1

    LOFF_SENSP：0x0F 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    LOFF_SENSN：0x10 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    LOFF_FLIP：0x11 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    LOFF_STATP：0x12 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    LOFF_STATN：0x13 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    GPIO：0x14 0x0F：0、0、0、0、1、 1、1、1

    MIPSC1：0x15 0x20：0、0、1、0、0、 0、0、0

    MIPSC2：0x16 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    CONFIG4：0x17 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

     

    非常感谢您的支持！！！

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好！

    1：这取决于您测量的电极数量以及是否使用导联脱落检测。 如果您在多个通道上使用所有输入通道和/或导联脱落、我建议添加缓冲器。 我不确定"交叉"点的位置、因为它取决于您的应用特定的多个参数。 如果未添加缓冲器且您需要它、则电压将下降、并且噪声将无法正确消除。  

    2：正确

    3：正确、但请记住、PDK 不适用于与患者直接连接。  

    4：正确。 对于 R8和 C20、这只是偏置放大器的反馈环路。 要消除共模噪声、必须在60Hz 下提供合理的增益量、并且可能需要根据您的特定应用更改特定的值。  

    5：输入通道当前处于断电状态、我假设这只是在您获取寄存器映射时、而不是正常运行时。  

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好、Alexander Smith：

     非常感谢您的回复！我对您的回复还有一些疑问！

    1、我们的电流应用是8通道采集、未来我们将扩展到16通道、20通道、32通道甚至更多通道、所有这些都具有电极脱落检测功能！这种缓冲器对于具有电极脱落检测功能的8通道采集器件是否必需？

    3、我们的设备需要直接应用于患者。 能否满足 Q5上的硬件设计方案？ 我们还添加了哪些外设？

    、R8和 C20为4k Ω、它们的值是否有范围？

                       如何验证我修改的值是否满足要求？

    5、您能否检查我的硬件配置是否与 Q5有关？

      对于注册设置，我再次检查了它，我认为所有八个通道都已通电，请帮助我再次确认，谢谢！

      实际上、我最想知道的是我的硬件设计是否错误？

    请帮助我再次确认、谢谢！

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    TI__Guru**** 2553450 points
    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。

    您好，：

        非常感谢您的回复！

    基于上述 Q5硬件、我添加了一个预处理模块、具体设计如下：

      电极-->双 T 型50Hz 陷波滤波器-->二阶有源低通滤波器(FC=45Hz)--> ESD--->一阶无源低通滤波器--> ADS1299的 PnP

      病人耳形滤波器--> REF_ELEC->双 T 型50Hz 陷波滤波器-->二阶有源低通滤波器(FC=45Hz)--> ESD--->一阶无源低通滤波器--> ADS1299的 SRB1

      病人耳形滤波器<--bias _elec <--二阶有源低通滤波器(Fc=45Hz)<--双 T 型50Hz 陷波滤波器<-- ESD<--一阶无源低通滤波器<-- ADS1299的 BIASOUT

    问题1：此硬件拓扑是否正确？

    问题2：我要在电极后面放置一个大于100的运算放大器吗？

    Q2：如何选择运算放大器？ 可以为我指定吗？

    此致！

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好！

    您必须根据具体的电极和电缆进行测试。  

    3.它看起来不错，当然可以根据需要进行预编程。 我不确定您所说的额外外设是什么-这取决于您的应用和设计。  

    4.我在原理图上看不到 R8或 C20、但我认为您在用户指南中讨论的是 RLD 反馈环路。 如果是这样、在60Hz 下具有大量增益非常重要、如用户指南中所述、环路的稳定性取决于特定系统。 目前、坚持390kohm 和10nF 的用户指南值应该是可以接受的。  

    5、你是对的、我错过了第一个数字。

    硬件看起来正常。 只要您遵循用户指南、就不会出现问题。 当您有布局时、发布它、我可以再看一下。  

    ~~μ A

    1、输入滤波器的截止频率不会如此大。 滤波器组件(即电容器)中不可避免的容差不匹配会导致不同的截止频率、因此会根据频率产生不同的衰减水平。 当测量输入信号差分时、这会产生问题、因为噪声不会平等地抵消。   

    2.我们不建议使用额外的外部放大器。 ADS1299的内部增益应为24、这足以进行测量。 输入信号可能不使用满量程范围、但它将是一个非常低的噪声测量-这意味着高 SNR (信噪比)。 如果使用外部运算放大器、运算放大器的输入参考噪声将乘以运算放大器的增益、然后乘以 ADC 的增益。 使用运算放大器将使您能够充分利用满量程范围、但在大多数情况下、额外的噪声会导致 SNR 比不使用运算放大器的测量值降低。 如果您必须找到运算放大器、它应该具有非常低的噪声。  

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好、Alexander Smith：

     非常感谢您的回复！我对您的回复还有一些疑问！

    1、如果你不添加这个 REF_BUFFER、它会影响信号的哪个方面？

      在信号波形中、哪个部分？

    3、外设、我是指2019年9月2日3：23 AM 预调节模块

    、R8和 C20为4k Ω、R8对应于 R2、C20对应于上图中的 C2、

    我希望在50Hz 下具有大量增益。

      Q4_1： 如何选择 R8和 C20的值？ 您能向我推荐这些产品吗？

      Q4_2： 我将讨论右腿驱动反馈环路、我不理解  RLD 与测量电极和参考电极之间的关系？

      Q4_3： "患者偏置信号用于偏置患者以设置           EEG 信号的共模(通常为中间电源)。( 参考设计的 P32)"

           它是否在下面的红色圆圈中显示"共模电压"？

        反映在实际信号波形中、该基线是否位于下面的红色框中？我们的意思是激进漂移？

           

     ~~μ A

    1、我明白你的意思、但我仍然有一个小问题。

      在提到"输入滤波器的截止频率"时、这是否意味着陷波滤波器、低通滤波器或整个预处理模块？

    低通滤波器振幅频率特性图：

     

    相位频率特性图：

    如上所示、关于该低通滤波器的仿真图、相位差是否会对信号质量产生很大影响？

        您是否建议我不要在模拟端添加陷波滤波器和二阶有源低通滤波器？可以这样添加一个由电阻器和电容器(设计中的参考)构建的无源滤波器吗？ ADS1299的原始输出将产生大量50Hz 功率噪声。 如果我想将其滤除、是否最好在数字端而不是模拟端(电极)将其滤除？

     

    最棒的问候！！

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好！

    它会影响基准信号的完整性。 如果驱动强度不够、信号可能会开始下降(幅度损失)。  

    3.我仍然不知道这是什么。 预调节什么用途？

    4.1 TI.com 上有多个与运算放大器相关的文档。 目前、我建议仅使用用户指南中所示的 EVM 上的内容、或者您也可以使用此主题中的 TINA 文件： https://e2e.ti.com/support/data-converters/f/73/t/832614

    4.2 本系列的视频1.4可能有所帮助： https://training.ti.com/how-measure-ecg-introduction-what-ecg?cu=1128637 中的"BIAS"在 ECG 应用中称为"RLD"。 偏置驱动器将共模电压以及反相噪声信号推送到患者身上、以便将输入信号保持在图中所示的 PGA 共模范围内、并消除50Hz 噪声。 参考电极是"基线"测量值。 测量电极是"差值"测量。 在器件的输入端、找到正"测量电极"和负"参考电极"之间的差值。 这基本上会为您提供两个电极之间存在的信号。  

    4.3是的、它可能是漂移问题、偏移等  

    _________

    如用户指南中所示、低通 RC 滤波器。 相位无关紧要、因为两个输入通道将看到相同的移位。 最好让偏置驱动器处理50Hz 噪声。 我的签名中的 BIOFAQ 中有一个应用手册深入介绍了这一点、但对于"RLD"而不是"BIAS"。 运行原理是相同的。  

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好、Alexander Smith：

     非常感谢您的回复！我对您的回复还有一些疑问！

    Q1：我是否需要在 ADS1299的输入和测量电极之间添加陷波和有源低通滤波器(而非 RC 滤波器)、以减少对器件的外部干扰？

       如果我在测量电极和 ADS1299的输入端添加50Hz 陷波、我是否要将其添加到参考电气极限值？

    将其添加到 BIAS_OUT 侧？

    Q2：上述硬件设置、我计划添加电极脱落检测功能。根据参考设计、有两种方法：直流导联脱落和交流导联脱落

    我测量了以下两种模式：直流模式：

     

        ID：0x00 0x3e：0、0、1、1、1、 1、1、0

    CONFIG1：0x01 0x96：1、0、0、1、0、 1、1、0

    CONFIG2：0x02 0xc0：1、1、0、0、0、 0、0、0

    CONFIG3：0x03 0xec：1、1、0、1、 1、0、0

    LOFF：0x04 0x04：0、0、0、0、0、 1、0、0

    CH1SET：0x05 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH2SET：0x06 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH3SET：0x07 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH4SET：0x08 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH5SET：0x09 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH6SET：0x0a 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH7SET：0x0B 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    CH8SET：0x0c 0x50：0、1、0、1、0、 0、0、0

    BIAS_SENSP：0x0d 0xff：1、1、1、1、1、 1、1、1

    BIAS_SENSN：0x0E 0xff：1、1、1、1、1、 1、1、1

    LOFF_SENSP：0x0F 0xff：1、1、1、1、1、 1、1、1

    LOFF_SENSN：0x10 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    LOFF_FLIP：0x11 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    LOFF_STATP：0x12 0xff：1、1、1、1、1、 1、1、1

    LOFF_STATN：0x13 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    GPIO：0x14 0x0F：0、0、0、0、1、 1、1、1

    MIPSC1：0x15 0x20：0、0、1、0、0、 0、0、0

    MIPSC2：0x16 0x00：0、0、0、0、0、 0、0、0

    CONFIG4：0x17 0x02：0、0、0、0、0、 0、1、0

     

    可提供8个测试电极、但灵敏度相对较高。 轻度贴附在皮肤上即视为有效。 如何改进它？

    REF_ELEC 是如何测试的？(在硬件设计中将缓冲器功能添加到 REF_ELEC 中)

    BIAS_ELEC 是如何测试的？(根据参考设计中给出的方法、它似乎不适合我设计的硬件。)

    交流-导联脱落：

    方法：测量电极和 REF_ELEC 之间连接了精度为0.1%的电阻。 设置 AC_LEAD-OFF 模式后、测量仍然准确。 但是、如果我在所有8个通道和 REF_ELEC 之间以0.1%的精度连接电阻、测量结果将完全不正确。

    BIAS_ELEC 和 REF_ELEC 呢？

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    您好！

    不可以、只是 RC 滤波器就可以了。 其他滤波器可能存在不匹配、这会导致共模抑制问题。

    2.我不理解您所说的"高灵敏度"是指它显示导联在实际导通时已关断、但可能移动了一点点？ 在皮肤上使用湿电极和/或砂纸有助于改善连接。  

    您是否说您将全部8个通道连接到电阻器的一端、将 REF_ELEC 连接到电阻器的另一端？ 确保平衡导联脱落电流-它们不是全部为负或正、而是每个正负幅度相等。 否则、BIAS_ELEC 将必须拉/灌入额外的电流以平衡测量。  

    您可能对本文也感兴趣： https://www.planetanalogue.com/signal-chain-basics-149-how-to-accurately-measure-electrode-impedance-for-lead-off-detection-in-ecg-systems/

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    TI__Guru**** 2553450 points
    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。

    大家好、非常感谢您的回答、我还有一个问题。 我希望您能帮助我确认。

    1、EEG 采集设备(ADS1299)的工作环境是伺服电机设备。 50Hz 的电源频率干扰非常大、峰间值约为2mV。 我们希望减少硬件部分(模拟端)中的这种干扰、如何处理？

    2、我们想要实时测试电极阻抗、以指示患者皮肤是否与电极良好接触。 对于交流方形、如何使用精密电阻测试电极阻抗以仿真电极阻抗？

    3、单输入模式，如何使用参考电极测量阻抗？手册中似乎没有参考。

    4、如何使用偏置电极测量阻抗？

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    TI__Guru**** 2553450 points
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    大家好、非常感谢您的回答、我还有一个问题。 我希望您能帮助我确认。

    1、EEG 采集设备(ADS1299)的工作环境是伺服电机设备。 50Hz 的电源频率干扰非常大、峰间值约为2mV。 我们希望减少硬件部分(模拟端)中的这种干扰、如何处理？

    2、我们想要实时测试电极阻抗、以指示患者皮肤是否与电极良好接触。 对于交流方形、如何使用精密电阻测试电极阻抗以仿真电极阻抗？

    3、单输入模式，如何使用参考电极测量阻抗？手册中似乎没有参考。

    4、如何使用偏置电极测量阻抗？