Hallo, ich hoffe hier im Forum kann mir jemand weiterhelfen. Und zwar brauche ich für eine EKG-Schaltung einen Filter. Der Filter soll Frequenzen unterhalb von 10 Hz durchlassen und alles was drüber ist rausfiltern. Nun nach einiger Recherche habe ich erfahren dass ein Bessel-Filter 4. Ordnung sich gut dafür eignet als ein Tiefpass-Filter. Und da ein IC-Baustein sehr teuer ist, möchte ich einen Filter selber dimensionieren. Mein Problem aber ist, wie ich diesen Filter dimensionieren soll. http://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/#/specifications Auf dieser Seite kann man den Filter modifizieren, jedoch verstehe ich nicht ganz welchen Wert ich für Gain benutzen soll (0 dB?) Passband steht ja dafür, welche Frequenzen durchkommen dürfen (also bis 10 Hz, aber wieviel dB?). Stopband müsste ja bei einem Bessel-Filter egal sein, denke ich (ist wahrscheinlich bei einem Bandpass-Filter von Bedeutung) Und welche Ordnung sollte mein Filter haben, wonach richtet sich dieser Wert? Würde mir ein Bessel-Filter 1. Ordnung nicht ausreichen?
Der MF10 ist ein IC, sollte das schaffen. Auch für den gibt es Design Tools. Ansonsten mal in den Tietze-Schenk gucken oder ein freies Filterdesignprogramm aus dem Netz bemühen.
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MaxK schrieb: > Auf dieser Seite kann man den Filter modifizieren, jedoch verstehe ich > nicht ganz welchen Wert ich für Gain benutzen soll (0 dB?) Jo, 0db ist erstmal deine Referenz. Das Filter soll ja nicht verstärken, sondern unerwünschte Frequenzen abschwächen. MaxK schrieb: > Passband steht ja dafür, welche Frequenzen durchkommen dürfen (also bis > 10 Hz, aber wieviel dB?). Im Allgemeinen ist die Grenzfrequenz des Filters diejenige, bei der das Signal um -3db abgeschwächt wird. MaxK schrieb: > Und welche Ordnung sollte mein Filter haben, wonach richtet sich dieser > Wert? Würde mir ein Bessel-Filter 1. Ordnung nicht ausreichen? Schau dir die Grafik an. Wenn dir das Filter steil genug ist, nimm eines der 1. Ordnung, ansonsten musst du höher gehen. Bassel ist recht unkritisch in der Bauteiletoleranz, das steht aber auch bei Analog in der Beschreibung der Filtertypen.
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Mache doch deine -3dB Grenze auf deine gewünschte Frequenz von 10Hz. Dannach erreichst du bei einem Bessel 4. Ordnung ungefähr bei 180Hz -80dB. Die komplette Auslegung macht dir doch das Online Tool. Das von dir gewünschte Verhalten gleicht einem perfekten Tiefpass... Ob du wirklich einen solch starken TP brauchst musst du ja wissen. Was eben bei solchen Filterberechnungen immer ist, dass du deine Knickfrequenz bei -3dB angiebst. Heißt du verliest kurz vor diesem Punkt schon an Amplitude. Wenn du dem entgegenwirken willst, nimmst du ein Gain von +3dB und deine Knickfrequenz liegt genau bei 0dB. Ab da geht es dann steil bergab ;-)
> Wenn du dem entgegenwirken willst, nimmst du ein
Gain von +3dB und deine Knickfrequenz liegt genau bei 0dB. Ab da geht es
dann steil bergab ;-)
Dafür hat man bei tieferen Frequenzen dann +3dB. Somit gewinnt man
dadurch bezüglich Bandbreite und Dynamikumfang gar nichts. Also besser
bei Verstärkung 1 bleiben. Bei Verstärkung 1(0dB) hat man 2 Bauteile
weniger die in die Toleranz des Tiefpasses eingehen.
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Helmut S. schrieb: > Dafür hat man bei tieferen Frequenzen dann +3dB. Somit gewinnt man > dadurch bezüglich Bandbreite und Dynamikumfang gar nichts. Also ruhig > bei Verstärkung 1 bleiben. Ich dachte bei einem eher schwachen Signal (EKG?) lieber im Pass-Bereich auch wirklich durchzulassen und dafür in Kauf nehmen, dass man weiter oben dann halt keine -60 sondern vielleicht "nur" -57 hat, oder hab ich was übersehen?
Okey, erstmal vielen Dank für die Antworten. Also d.h. wenn ich keine Verstärkung bzw. eine Verstärkung von 1 möchte, so setze ich den Wert bei Gain auf 0dB. Den "Stopband" brauche ich nicht zu berücksichtigen, wenn ich das richtig verstanden habe. Und den "Passband" setze ich ja auf die 10Hz, da ich Frequenzen oberhalb von 10Hz rausfiltern möchte. Der einzige Punkt ist, was ich nicht verstanden habe, was unterscheidet -3dB von -20dB. Also klar, ich sehe das bei -20dB die Kurve steiler abfällt als bei -3dB, aber inwiefern ich das berücksichtigen muss, ist mir noch nicht ganz klar. Wenn oberhalb von 10Hz die Kurve steil abfällt z.B. mit -20dB oder ganz im Gegenteil nur mit -3dB, kann mir doch egal sein, da für mich nur Frequenzen unterhalb von 10 Hz wichtig sind, oder nicht? Habe ich da eventuell einen Denkfehler?
Filterlab von Microchip ist dein Freund. Alleine mit dem Handbuch dazu wirst du eine Menge mehr von dem Filterdesign verstehen.
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Sicher dass du einen Besselfilter brauchst? Maximalflache Gruppenlaufzeit ist relevant? Ansonsten waere eine Tschebyschef oder Cauer Filter vielleicht wegen steilerem Frequenzgang besser. Du musst deine Anforderungen genauer spazifizieren. 10Hz Grenzfrequenz und 0db Passbandgain heissen lediglich, dass bei 0Hz die Verstaerkung 1 ist und bei 10Hz 0,5. 20db entsprechen wenn ich mich recht erinnere Faktor 10 in der Amplitude, -20db Daempfung bei 100Hz heisst also, dass Signalanteile von 100Hz mit 0,1 gewichtet werden.
Du bist dir hoffentlich darüber im Klaren, dass der qrs-Komplex hinter dem Filter - mal milde ausgedrückt - 'anders' aussehen wird. Falls du nur die Pulsfrequnez brauchst oder Myo-Signale oder den 50 Hz-Brumm unterdrücken willst, ok. Ansonsten empfiehlt sich aber, das Ganze erst einmal zu simulieren. Vernünftige EKG-'Filterung' ist ein ziemlich dickes Brett.
Als erstes sollte man mal den Stand der Technik ergründen. Dazu nimmt man Google und ackert sich mal durch ein paar Dutzend Treffer durch. Google: tiefpass ekg
Ich möchte dir doch noch mal FilterLab ans Herz legen. Damit kannst du auch ohne tiefere Kenntnisse deine Filter ausprobieren. Dazu hat das Programm auch noch einen Wizard.
Sofern man das Signal nicht direkt analog darstellen will, sondern digitalisieren will, wird man die Grenze für die analoge Filterung höher (z.B. 40-100 Hz)legen, das Signal dann digitalisieren und die entscheidende Filterung digital machen. Ein analoger Notch bei 50 Hz macht ggf. noch Sinn. Je AD Wandler und Abtastrate ist das analoge Filter dann recht unkritisch.
Also das Signal gelangt von der Elektrode direkt zum Operationsverstärker, wird hier erst verstärkt, anschließend wird es gefiltert (50Hz rauschen soll rausgefiltert werden) und dann zum A/D Wandler des Mikrocontrollers.
direkt von der Elektrode? Vermutlich/hoffentlich hast du da noch einen Trennverstärker wie den guten alten AD284J mit etwas Gain dazwischen und benutzt auch driven ground. 50 Hz zu notchen ist analog zwar gangbar, aber aufwendig (gibt hässlichen Phasengang wie alle analogen Filter, Bessel ist schon das Beste hier) und wird deswegen heute nur noch digital gemacht (lässt sich z.B. durch geeignete Wahl der Abtastfrequenz recht einfach realisieren).
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