Помощь - Поиск - Пользователи - Календарь
Полная версия этой страницы: Стоит ли усиливать сигнал?
Форум разработчиков электроники ELECTRONIX.ru > Аналоговая и цифровая техника, прикладная электроника > Метрология, датчики, измерительная техника
Anri777
Добрый день.

Новичек на этом форуме, но здешние обитатели славятся незлобливым характером и готовностью придти на помощь новичкам с дурацкими вопросами... 8-)

А вопрос такой - представим типовую задачу по снятию кардиограммы, ее оцифровке и обработке.

Стандартным подходом является метод усиления слабых биопотенциалов с миливольт(или микровольт) до больших величин (десятые вольта), которые легко цифруются распостраненными АЦП. В большинстве своем используются 8-10 разрядные АЦП.

При таком подходе мы получаем с использованием 10-ти разрядного АЦП и максимальным напряжением 5 вольт точность 0,004 В. С учетом того, что сигнал усилен, вроде бы хватит.

А если взять 24-разрядный АЦП? С ним мы можем цифровать напряжение (max 5В)с дискретностью в 3е-7, т.е. три на десять в минус 7 степени.

Следовательно вопрос - можно ли вместо того, чтобы многократно усиливать сигнал операционными усилителями (внося попутно искажения), просто взять и оцифровать его более "разрядным" АЦП?

Добавлю, 24-х разрядные АЦП сейчас довольно недороги, а упрощение схемы окупит удорожание преобразователя. К тому же при такой разрядности можно будет пренебрегать шумами в 2-3х младших разрядах.

Необходимые компоненты для защиты входных цепей и простейшие фильтры сейчас не обсуждаем - это пусть остается.


Скажите - можно ли так сделать? Если нет, то почему?

Спасибо.
Андрей.
Alex11
Ответ - нельзя. Во-первых, Вам придется смириться с шумами в 7 разрядах. Ну если очень повезет, то в 4-5. Далее, в любом случае, проще сделать усилитель, чем вытаскивать из шумов микровольты в АЦП. Ну и, кроме всего, 24-х разрядные - это дельта-сигма АЦП, а я совершенно не уверен, что они подходят для кардиограммы, т.к. рассчитаны на синусы, а кардиограмма - импульсы. Они, конечно, плавные, но частоту придется поднимать по-любому, по сравнению с АЦП прямого преобразования.
Herz
Спасибо за комплимент. Но "незлобливость" здесь существует до тех пор, пока не нарушаются Правила. biggrin.gif
Видите ли, многоразрядность АЦП и "мелкость" кванта дискретизации - ещё не "увеличительное стекло". Как разрешающая способность - ещё не точность. Задумайтесь, почему Вы не измеряете напряжение батарейки мультиметром на пределе 700В, хоть он и продолжает индицировать то же количество цифр. Погрешность измерения, в общем случае, тем меньше, чем ближе измеряемая величина к верхнему пределу измерения прибора. Конечно, усиливая сигнал, мы усиливаем и шумы. Но здесь важно найти компромисс. Ведь деля напряжение ИОН на 2^24, мы тоже теряем точность.
Anri777
Спасибо. Я понял.

Т.е. на данном этапе развития техники увеличение разрядности АЦП дает нам только возможность "более точно" измерять то, что и так меряем менее разрядными преобразователями. Универсального инструмента "микро"-"макро" мы не получили.

А какие тогда существуют современные методики в этой области? Т.е. в области кардиологии? Понимаю, что тут не медики, но вопрос именно электронный.

Я просмотрел много материала по кардиографам - все сводится к схемам с многократным прохождением сигнала через ОУ. Это единственный способ? Из современной элементной базы не появилось ничего, что может упростить задачу формирования сигнала так, чтобы его можно было подать на, например, 10-ти разрядный ЦАП, имеющийся в массе широко используемых контроллерах?

Что я имею в виду? К примеру, распостраненная схема защиты от импульсных воздействий напряжения с диодами, в комбинации с резисторами для ограничения тока и конденсаторов для фильтрации. Эта схема используется в качестве входной цепи в кардиографах. Некоторые источники рекомендуют заменить эту схему одним варистором. Соответственно возникает вопрос - можно заменить, или все-таки нельзя? А если можно, то почему мне не попалось ни одной схемы, где были бы применены варисторы? А ведь выигрыш есть - поставить один элемент вместо 4-х?

V_N
Цитата
Следовательно вопрос - можно ли вместо того, чтобы многократно усиливать сигнал операционными усилителями (внося попутно искажения), просто взять и оцифровать его более "разрядным" АЦП?


Можно и даже нужно !
Если вас интересует электрокардиография то Вам сюда http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ads1298.html
Отличная штука проверено

Да могу добавить там на сайте много информации о построении электрокардиографа
Anri777
Спасибо V_N. Вот то же самое, но на русском: http://www.ti.com/ww/ru/analog/ads1298/index.shtml

Кратко: Восьмиканальный, 24-битный ADS1298 является первым в семействе полностью интегрированных аналоговых внешних интерфейсных аппаратных средств (AFE), используемых в устройствах для мониторинга пациентов, портативных устройствах для электрокардиограмм (ECG) и электронцефалограмм (EEG).


Что скажут Гуру?
Designer56
Цитата(Anri777 @ Dec 17 2010, 05:18) *
Спасибо. Я понял.

Т.е. на данном этапе развития техники увеличение разрядности АЦП дает нам только возможность "более точно" измерять то, что и так меряем менее разрядными преобразователями. Универсального инструмента "микро"-"макро" мы не получили.
.....

Не дает. Как уже указывалось, разрешающая способность и точность- это не одно и то же. Хотя для идеального преобразователя в конечном итоге разрешающая способность будет ограничивать точность. Хотя точность для дискретных систем может быть теоретически абсолютной- но только в некоторых точках измерения. На самом деле для реальных приборов мы имеем все наоборот- точность гораздо хуже разрешения из- за того, что влияющих факторов, кроме разрешения, предостаточно. Я Вам могу сказать, что за последние 30 лет, несмотря на прогресс в области АЦП и проч. элементной базы, точность высококлассных вольметров и калибраторов не улучшилась. Габариты- да, сервис- тоже имеет место. Но точность- нет. Приборы типа анализаторы спектра, особенно аудио диапазона- у этих да, прогресс налицо.
-Mike-
Цитата(Anri777 @ Dec 17 2010, 06:18) *
Я просмотрел много материала по кардиографам - все сводится к схемам с многократным прохождением сигнала через ОУ. Это единственный способ? Из современной элементной базы не появилось ничего, что может упростить задачу формирования сигнала так, чтобы его можно было подать на, например, 10-ти разрядный ЦАП, имеющийся в массе широко используемых контроллерах?

Что я имею в виду? К примеру, распостраненная схема защиты от импульсных воздействий напряжения с диодами, в комбинации с резисторами для ограничения тока и конденсаторов для фильтрации. Эта схема используется в качестве входной цепи в кардиографах. Некоторые источники рекомендуют заменить эту схему одним варистором. Соответственно возникает вопрос - можно заменить, или все-таки нельзя? А если можно, то почему мне не попалось ни одной схемы, где были бы применены варисторы? А ведь выигрыш есть - поставить один элемент вместо 4-х?

С последнего вопроса. Рекомендация ставить только варисторы исходит, наверное, от теоретиков электроники, т.к. они, по сравнению с диодно-резисторными цепочками имеют слишком широкий разброс и для защиты от перенапряжений представляются менее надежны.
Что касается новых шагов в области обработки микронапряжений. Логично предположить, что аналоговые цепи постепенно будут вытесняться (имется ввиду именно сразу-начальное АЦП) цифровыми со всеми преимуществами последних. Но для этого должна быть определённая база, задел: создание АЦП с минимальными опорными напряжениями, улучшения отношения сигнал/шум, уменьшения дрейфа нуля, повышение скорости преобразования на микроуровне, ну и скоростная цифровая потоковая обработка от шумов.
Очень часто задачи решаются каким-либо путём не из-за невозможности, а исходя из экономической целесобразности, видения рынка фирмами-разработчиками. Наверное для этих решений время пока не пришло.
Designer56
Цитата(-Mike- @ Dec 17 2010, 21:10) *
.....
Что касается новых шагов в области обработки микронапряжений. Логично предположить, что аналоговые цепи постепенно будут вытесняться (имется ввиду именно сразу-начальное АЦП) цифровыми со всеми преимуществами последних. Но для этого должна быть определённая база, задел: создание АЦП с минимальными опорными напряжениями, улучшения отношения сигнал/шум, уменьшения дрейфа нуля, повышение скорости преобразования на микроуровне, ну и скоростная цифровая потоковая обработка от шумов.
Очень часто задачи решаются каким-либо путём не из-за невозможности, а исходя из экономической целесобразности, видения рынка фирмами-разработчиками. Наверное для этих решений время пока не пришло.

Улыбнуло...
Наворотить много разрядов в АЦП, например 24, и лет 40 назад не составляло проблем. Ну был бы ящик размером с телевизор, только и всего. Или всунуть в вольтметр мини ЭВМ. Это уже к 80-м годам была 1 плата. Или даже пропустить результаты через обработку на большой. Если бы это принципиально увеличивало точность- то это бы давно делали. Потому что метрологически высококлассный вольтметр стоил тогда и сейчас стоит намного дороже, чем вычислитель. А вот отношение С/Ш- в широком смысле, включая и долговременны и очень долговременные дрейфы и прочие и прочие наприятности, особенно заметные при малых сигналах такими методами не лечатся в общем.
Кстати, усреднение в ц. вольтметрах используется давным давно, и даже без вычислителей, как таковых.
Для просмотра полной версии этой страницы, пожалуйста, пройдите по ссылке.
Invision Power Board © 2001-2018 Invision Power Services, Inc.