Por que você colocaria seu amplificador de entrada na frente da sua filtragem para obter um sinal de ECG?

Neste artigo, no eetimes.com, eles mostram a cadeia de sinal para medir um ECG.

O sinal bruto de um ECG contém ruído e compensa pelo menos uma magnitude maior que o sinal real. (Alguns ECG de mV, várias dezenas de mV do ruído da linha de energia e do deslocamento do eletrodo e até várias centenas de mV da linha de base vagam devido ao movimento da mama.)

Isso me faria intuitivamente filtrar o sinal na frente dos amplificadores, para evitar a amplificação dos componentes de sinal indesejados. Neste artigo, no entanto, eles fazem a filtragem do sinal após o amplificador de entrada, a remoção do ruído em alta frequência, mesmo após o segundo amplificador.

Eu realmente não consigo pensar em uma razão pela qual eles fariam isso. A única coisa que vem à mente é a impedância muito alta da fonte de sinal, mas a filtragem não afetaria a fonte de sinal, porque essa faixa de frequência estaria obviamente na banda passante.

Estou perdendo algum motivo importante pelo qual você faria o condicionamento do sinal nessa ordem?

Estou perdendo algum motivo importante pelo qual você faria o condicionamento do sinal nessa ordem?

Sim você é...

O amplificador diferencial front-end será escolhido de modo a ter um nível de rejeição no modo comum de muitas dezenas de dB, possivelmente na região de 80 dB.

Esse amplificador diferencial converte um sinal diferencial em um sinal de extremidade única e qualquer interferência no modo comum será amplamente ignorada.

Se você colocasse filtros nas duas pernas do amplificador diferencial, para evitar uma incompatibilidade de balanceamento, teria que escolher componentes (como capacitores e resistores) que correspondessem a pelo menos um nível equivalente a -80 dB.

Você pode considerar capacitores de 1% como tendo potencialmente uma diferença no valor de 2% e que, em termos de dB, pode ser considerado -20 log (50) = -34 dB. Em outras palavras, você nunca obteria um desempenho decente diferencial no modo comum com filtros em cada perna antes do amplificador diferencial.

Andy e Nick ofereceram ótimas respostas. Deixe-me tentar reforçá-los um pouco.

Primeiro, a matemática diz que amplificar e filtrar é equivalente a filtrar e amplificar. Isso, obviamente, se aplica à situação ideal, então vamos discutir as não idealidades.

O GRANDE aqui, IMO, é a saturação. Se o ruído for tão grande que sature o seu amplificador, todas as apostas estão fora. Você perde sinal. Isso nos incomoda aqui ?? Na verdade não. Normalmente, deixamos o ganho desse estágio InAmp baixo o suficiente para lidar com 100mV ou mais do deslocamento do eletrodo DC, de modo que o ganho é modesto e é improvável que você sature.

A próxima preocupação envolvendo não-idealidades, como já mencionado, é o ruído do modo comum e a CMRR. Queremos que o CMRR na banda passante seja excelente. Se ferirmos o CMRR na banda passante, diminuiremos o SNR. Eu não estou totalmente com Nick no pré-filtro na faixa de kHz, mas geralmente sigo as diretrizes do fabricante para filtragem de RF e talvez até passe uma década em frequência abaixo das recomendações. Quando crio esses filtros, costumo usar tampas X2Y para tentar manter as tampas correspondentes.

Por fim, vamos pensar no caminho do sinal até o sinal no corpo. A impedância da interface eletrodo / pele sempre serávariam, e todo design precisa levar isso em consideração. Devido à tremenda impedância de entrada dos InAmps de hoje, isso não é tão grande como costumava ser. De fato, para atender aos padrões de segurança hospitalar NFPA99 (quando eu sei que preciso levar um dispositivo à engenharia clínica para inspeção), costumo colocar um grande resistor de buzina em cada fio do eletrodo para garantir a conformidade (<10 microamperes) devido a uma falha na tensão do trilho nas entradas do amplificador. Combino bem esses resistores, mas provavelmente não faz tanta diferença quanto eu gostaria de pensar, especialmente devido à incompatibilidade no eletrodo; portanto, até certo ponto, estamos nos enganando para acreditar que só porque não sabemos ' • atire um filtro antes do amplificador para que os caminhos do sinal de todos os fios do eletrodo sejam bem compatíveis - eles '. Variações aqui, no entanto, podem tornar a freqüência de corte de um filtro que escolhemos colocar aqui um pouco duvidosa.

Jogue a Driven-Leg na mistura e você provavelmente terá cerca de 20dB a mais. InAmps não são o que eram nos dias de John Webster . Temos unidades baratas com impedâncias com as quais ele só podia sonhar.

A maneira como abordo essas questões é converter meu sinal diferencial em terminação única o mais rápido possível, tratando o mais cuidadosamente possível até o amplificador de instrumentação com ganho modesto e, depois disso, faço o que for Eu quero. Com uma boa seleção de peças, você pode realmente obter ruído no nível de microvolt com sinais no nível de milivolt.

Como último ponto, o argumento de Nick sobre a proteção contra ESD é bom. Quanto às minhas coisas, eu particularmente não me importo, mas você já se perguntou como as unidades clínicas de ECG não surgem apenas quando um paciente é desfibrilado? Milhares de volts apresentados às entradas, e uma unidade bem projetada apenas ri e cuida dos seus negócios.

Vou responder em segundo @ Andy , e gostaria de acrescentar uma coisa.

É necessário um filtro passivo passa-baixo entre os eletrodos e o InAmp. Coloquei a frequência de corte em algum lugar na região de kHz.

Os InAmps têm um ótimo CMRR em frequências baixas, mas o CMRR se degrada em frequências mais altas (acima de 3kHz a 10kHz, dependendo do chip). A retificação em altas frequências é outra preocupação para os InAmps. Um sinal de alta frequência pode ser retificado pelo estágio de entrada do InAmp e aparecer como um deslocamento DC.
(Mais nesta nota sobre o aplicativo: Dispositivos analógicos MT-070. Proteção RFI de entrada no amplificador .)

Como o sinal do eletrocardiograma é baixo, a alta frequência pode ser filtrada, mesmo com componentes passivos um tanto incompatíveis.

A única filtragem que você faz antes do primeiro amplificador é a relacionada à forma da antena / guia de ondas. E isso só se aplica a microondas e frequências mais altas.

Os filtros passivos convencionais adicionam ruído - você deseja que o sinal seja o maior possível em comparação com o ruído adicionado. Mesmo que isso signifique que você também está amplificando sinais de interferência, não está alterando a proporção do sinal para sinais de interferência na banda, para poder filtrar a interferência com a mesma eficácia após a amplificação antes. Mas você não pode amplificar com a mesma eficácia após a filtragem, porque já está misturado ao ruído do filtro.

Depois, você amplificará novamente novamente após a filtragem, pois agora a faixa dinâmica completa pode ser aplicada às frequências de interesse. Mas isso é um acréscimo à pré-amplificação, e não.