¿Por qué pondrías tu amplificador de entrada frente a tu filtro para una señal de ECG?

En este artículo en eetimes.com muestran la cadena de señal para medir un ECG.

La señal sin procesar de un ECG contiene ruido y compensa al menos una magnitud mayor que la señal real. (Algunos ECG de mV, varias decenas de mV por el ruido de la línea de alimentación y el desplazamiento del electrodo y hasta varios cientos de mV se desvían debido al movimiento del seno).

Esto intuitivamente me haría filtrar la señal frente a los amplificadores, para evitar la amplificación de los componentes de señal no deseados. En este artículo, sin embargo, hacen el filtrado de la señal después del amplificador de entrada, la eliminación de ruido de alta frecuencia incluso después del segundo amplificador.

Realmente no puedo pensar en una razón por la que harían esto. Lo único que viene a la mente es la muy alta impedancia de la fuente de señal, pero el filtrado no afectaría la fuente de señal, porque ese rango de frecuencia obviamente estaría en la banda de paso.

¿Me estoy perdiendo alguna razón importante por la que harías el acondicionamiento de la señal en este orden?

¿Me estoy perdiendo alguna razón importante por la que harías el acondicionamiento de la señal en este orden?

Sí es usted...

El amplificador diferencial frontal se elegirá de modo que tenga un nivel de rechazo en modo común de muchas decenas de dB, posiblemente en la región de 80 dB.

Este amplificador diferencial convierte una señal diferencial en una señal de un solo extremo y cualquier interferencia de modo común será ignorada en gran medida.

Si tuviera que colocar filtros en ambas patas del amplificador diferencial, para evitar un desajuste de equilibrio, tendría que elegir componentes (como condensadores y resistencias) que coincidieran con al menos un nivel equivalente de -80 dB.

Podría considerar que los condensadores del 1% tienen una diferencia potencial en el valor del 2% y que, en términos de dB, podrían considerarse como -20 log (50) = -34 dB. En otras palabras, nunca obtendría un rendimiento diferencial decente de modo común con filtros en cada pata antes del amplificador diferencial.

Andy y Nick ofrecieron excelentes respuestas. Permítanme intentar reforzarlos un poco.

Primero, las matemáticas dicen que amplificar y luego filtrar es equivalente a filtrar y luego amplificar. Esto, por supuesto, se aplica a la situación ideal, así que discutamos las no idealidades.

El GRANDE aquí, OMI, es la saturación. Si el ruido es tan grande que satura su amplificador, todas las apuestas están apagadas. Pierdes señal. ¿Esto nos molesta aquí? Realmente no. Por lo general, dejamos la ganancia de esa etapa InAmp lo suficientemente baja como para tratar con una compensación de electrodos de CC de aproximadamente 100 mV, por lo que la ganancia es modesta y es poco probable que la saturemos.

La siguiente preocupación que involucra no idealidades, como ya se mencionó, es el ruido en modo común y el CMRR. Queremos que el CMRR en la banda de pase sea excelente. Si dañamos el CMRR en la banda de paso, disminuimos el SNR. No estoy totalmente con Nick en el prefiltrado en el rango de kHz, pero generalmente sigo las pautas del fabricante para el filtrado de RF, y tal vez incluso llevo una década en frecuencia por debajo de sus recomendaciones. Cuando construyo estos filtros, a menudo uso mayúsculas X2Y para tratar de mantener las mayúsculas bien combinadas.

Por último, pensemos en la ruta de la señal hasta la señal en el cuerpo. La impedancia de la interfaz electrodo / piel siemprevarían, y cada diseño debe tener eso en cuenta. Debido a la tremenda impedancia de entrada de los InAmps de hoy, esto ya no es tan importante como solía ser. De hecho, para cumplir con las normas de seguridad hospitalaria NFPA99 (cuando sé que tengo que llevar un dispositivo a través de ingeniería clínica para su inspección), a menudo pongo una gran resistencia de bocina en cada cable de electrodo para garantizar el cumplimiento (<10 microamperios) ante una falla en el voltaje del riel en las entradas de amplificador. Combino bien esas resistencias, pero probablemente no haga tanta diferencia como me gustaría pensar que hace, especialmente dada la falta de coincidencia en el electrodo, por lo que, en cierta medida, nos estamos engañando a nosotros mismos para hacer creer eso solo porque no ' t arroje un filtro antes del amplificador para que las rutas de señal de todos los cables de los electrodos coincidan bien:. Sin embargo, las variaciones aquí pueden hacer que la frecuencia de corte de un filtro que elegimos poner aquí sea un poco dudosa.

Agregue Driven-Leg a la mezcla, y probablemente tenga unos 20dB mejor. InAmps no son lo que eran en los días de John Webster . Tenemos unidades económicas con impedancias con las que solo podía soñar.

La forma en que abordo estos problemas es convertir mi señal diferencial en un solo extremo tan pronto como sea posible, tratando con la mayor cautela posible hasta el amplificador de instrumentación con una ganancia modesta, y después de eso, hago lo que sea Quiero. Con una buena selección de piezas, realmente puede obtener ruido de nivel de microvoltios con señales de nivel de milivoltios.

Como último punto, el punto de Nick sobre la protección contra ESD es bueno. Para mis cosas, no me importa particularmente, pero ¿alguna vez te has preguntado cómo las unidades clínicas de ECG no solo aparecen cuando un paciente es desfibrilado? Miles de voltios presentados a las entradas, y una unidad bien diseñada simplemente se ríe y se dedica a sus negocios.

Voy a segunda @ respuesta de Andy , y me gustaría añadir una cosa.

Se requiere un filtro pasivo de paso bajo entre los electrodos y el InAmp. Puse la frecuencia de corte en algún lugar de la región de kHz.

InAmps tiene un gran CMRR a bajas frecuencias, pero el CMRR se degrada a frecuencias más altas (por encima de 3kHz-10kHz dependiendo del chip). La rectificación a altas frecuencias es otra preocupación para InAmps. Una señal de alta frecuencia puede ser rectificada por la etapa de entrada de InAmp y luego aparecer como un desplazamiento de CC.
(Más en esta nota de la aplicación: Dispositivos analógicos MT-070. Protección RFI de entrada en amplificador ).

Dado que la señal de EKG es baja, la alta frecuencia se puede filtrar incluso con componentes pasivos algo desajustados.

El único filtrado que hace antes del primer amplificador es el relacionado con la forma de la antena / guía de onda. Y eso solo se aplica a microondas y frecuencias más altas.

Los filtros pasivos convencionales agregan ruido: desea que la señal sea lo más grande posible en comparación con ese ruido agregado. Incluso si eso significa que también está amplificando señales interferentes, no está cambiando la relación de señal a señales interferentes en banda, por lo que puede filtrar la interferencia con la misma eficacia después de la amplificación que antes. Pero no puede amplificar de manera tan efectiva después del filtrado, porque ya está mezclado en el ruido del filtro.

Luego, con frecuencia amplificará nuevamente después del filtrado, ya que ahora se puede aplicar el rango dinámico completo a las frecuencias de interés. Pero esto se suma a la preamplificación, no en su lugar.