Eine Frage, die sich aus der Optimierung von Anzahl der Komponenten und Platz ergibt: Wenn ich ein Instrumentenverstärker statt mit +-2.5V mit +2.7 -2.5V betreibe - kann sich das negativ auf das Signal auswirken? Außer positiv, dass ich nach oben hin ggf. die Schwelle für die Saturierung um 0.2V verschiebe? Der Grund für die Frage: Es gibt noch ein Bauteil mit ähnlichen Anforderungen, das braucht aber einseitige >=2,7V. Ich würde gerne beide vom selben supply betreiben um mir ein zusätzliches sparen zu können. Als Referenz bei der Messung mit Instrumentenverstärker gibt es ein AGND bei 0V. Spricht irgendwas dagegen? Erfahrung?
OPVs haben eine sehr hohe CMRR. Man kann sie ohne Probleme unsymmetrisch betreiben.
Peter Dannegger schrieb: > OPVs haben eine sehr hohe CMRR. Man kann sie ohne Probleme unsymmetrisch > betreiben. Verstehe ich dich richtig: Die CMRR degradiert in einem solchen Fall - aber da die heutzutage ohnehin so hoch sind macht das nicht viel? Auch nicht bei EEG Instrumentenverstärkung (also µV Signal gegenüber dominantem 50Hz Brummen)?
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Kann man machen. +12 V und -3 V gehen auch, habe ich schon durch.
Kann man machen = läuft schon oder kann man machen = macht keinen spürbaren high performance unterschied?
Alex v. L. schrieb: > macht keinen spürbaren high performance unterschied? Was ist die genaue Anforderung? Was hat der von dir ausgesuchte Instrumentenverstärker konkret für ein CMRR. Nimm deine Anforderungen und das Datenblatt und rechne. Allgemein kann man nur sagen: geht in der Regel. Es gibt schliesslich mehr als ein Instrumentenverstärker auf der Welt.
kann man machen = macht keinen spürbaren high performance unterschied? %
Udo Schmitt schrieb: > Was ist die genaue Anforderung? Für typische EEG-Verstärkung, d.h. low noise 1-500 µV mit überlagertem 50Hz Brummen und Bias Drive Gegenkopplung (Driven Right Leg) > Was hat der von dir ausgesuchte Instrumentenverstärker konkret für ein > CMRR. 120dB Udo Schmitt schrieb: > Nimm deine Anforderungen und das Datenblatt und rechne. Ich weiß ehrlich gesagt nicht genau wie (ich die supply voltages mit einbeziehe)- würde es aber gerne! Einfach als Faktor zum Gain?
Alex v. L. schrieb: > Einfach als Faktor zum Gain? Nein, sondern als additiver Anteil des Ausgangsssignals. Durch die unsymmetrische Spannung liegt der Bezugspunkt nicht mehr genau in der Mitte der Versorgungsspannungen, sondern um 100mV verschoben an. Der Unterschied bei dem Bezugspunkt zwischen +-2,5V und +2,7V/-2,5V verhält sich genauso, als würdest du deinen eigentlichen Signalen gleichermaßen einen Offset verpassen. Dieser Offset erscheint nun mit dem Verhältnis des CMRR verringert am Ausgang des Instrumentenverstärkers. Bei einem Offset von 100mV und einem CMRR von 120dB ergibt sich ein Offset am Ausgang von 100pV und ist somit vernachlässigbar klein.
Gerade mal um ein Gefühl zu kriegen in TINA/LTSpice mit einem Makro von einem anderen Instrumentenverstärker (INA114, CRMMmin= 90 @ G=10) mit aber ähnlichen specs getestet: Supply 1) +-2.5 2) +2.7 und -2.55 +/- Eingänge beide Gleichtakt 50Hz mit a) 200mV (141,42 mVrms) b) 2V Amplitude (1,41 Vrms) Ergebnise der Simulation (INA Ausgang): 1.a) 5,10 µVrms 2.a) 5,14 µVrms 1.b) 49,55 µVrms 2.b) 49,55 µVrms Dämpfung Uout/Uin (ja ich weiß, das ist nicht die richtige CMRR definition): 1.a) -88,86 dB 2.a) -88,79 dB 1.b) = 2.b) = -89,08 dB Die Simulation behauptet also, dass beim INA114 Makro eine Supply-Asymmetrie von 150mV nicht wirklich bemerkbar ist. Wie ich das aber direkt berechnen würde ist mir noch nicht klar (Ich traue meinen simulationen idR nicht so ;-) )
Christian L. schrieb: > Nein, sondern als additiver Anteil des Ausgangsssignals. Durch die > unsymmetrische Spannung liegt der Bezugspunkt nicht mehr genau in der > Mitte der Versorgungsspannungen, sondern um 100mV verschoben an. Der > Unterschied bei dem Bezugspunkt zwischen +-2,5V und +2,7V/-2,5V verhält > sich genauso, als würdest du deinen eigentlichen Signalen gleichermaßen > einen Offset verpassen. Dieser Offset erscheint nun mit dem Verhältnis > des CMRR verringert am Ausgang des Instrumentenverstärkers. Bei einem > Offset von 100mV und einem CMRR von 120dB ergibt sich ein Offset am > Ausgang von 100pV und ist somit vernachlässigbar klein. Danke! Allerdings Rückfrage: Kleine DC-Offsets am Ausgang wären mir ja relativ schnuppe - die Sorge war ja, dass die 50Hz Unterdrückung nicht stark genug ist. Wenn dieses 50Hz Brummen, sagen wir mal im aller schlimmsten Fall einige 100mV, nun auf dem durch das supply erzeugten Offset in den InstrAmp kommt ist mir noch nicht klar, wie sich deine Rechnung auf AC signale übertragen lässt!
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Die meisten INAs haben gar keinen GND-Anschluss, sondern nur einen Anschluss für die Ref. Spannung auf die sich das Ausgangssignal bezieht. Der INA merkt also nicht ob man -2,5 V und +2,7 V oder 0 und 5,2 V oder +-2,6 V hat. Die Lage der Ref. Spannung hat oft einen Einfluss auf den Gleichtaktbereich - auf genau die Mitte muss man da aber nicht gehen. Nur ganz am Rand ist ggf. nicht gut und erhöht die Fehler. Wenn man die Ausgangs Ref. auf GND legt, gibt es ggf. einen Minimalen Unterschied, aber -100 dB von 0,1 V sind 1µV und damit gegen den Offset zu vernachlässigen. Es wird auch das PSRR davon nicht besser oder schlechter - jedenfalls nur so wenig dass man nicht sagen kann ob besser oder schlechter.
>Allerdings Rückfrage: Kleine DC-Offsets am Ausgang wären mir ja relativ >schnuppe - die Sorge war ja, dass die 50Hz Unterdrückung nicht stark >genug ist. Was hat denn der DC-Offset mit der 50Hz Unterdrückung zu tun?? >Wenn dieses 50Hz Brummen, sagen wir mal im aller schlimmsten Fall einige >100mV, nun auf dem durch das supply erzeugten Offset in den InstrAmp >kommt ist mir noch nicht klar, wie sich deine Rechnung auf AC signale >übertragen lässt! Mann, was für einen Mist du da schreibst! Da wird einem ja ganz schwindelig. Versuche doch erst mal etwas über OPamps zu lernen. TI hat prima "application note", in denen diese Details bis zum Erbrechen diskutiert werden.
Kai Klaas schrieb: > Mann, was für einen Mist du da schreibst! In diesem Fall muss ich dir recht geben, DC-Offsets am Ausgang haben damit nichts zu tun und das war Mist - Die formulierung kam zustande, weil ich versucht habe Christian L. schrieb: > Dieser Offset erscheint nun mit dem Verhältnis > des CMRR verringert am Ausgang des Instrumentenverstärkers. Bei einem > Offset von 100mV und einem CMRR von 120dB ergibt sich ein Offset am > Ausgang von 100pV und ist somit vernachlässigbar klein. nachzuvollziehen. Und genau um die Unklarheit zu beseitigen noch eine Frage gestellt, vielleicht mistig formuliert - Und zwar genau "> Was hat denn der DC-Offset mit der 50Hz Unterdrückung zu tun??". Die Erklärung von Christian, die ich offensichtlich noch nicht richtig verstanden habe, betrachtet ja nicht die amplitude meines Gleichtakt 50-Hz Störsignals, von dem ich wissen will, wie viel weniger die gedämpft wird (und damit CMRR degradiert), wenn der Bezugspunkt eben durch das asymmetrische supply einen Offset hat. Kai Klaas schrieb: > Versuche doch erst mal etwas über OPamps zu lernen. Genau das versuche ich hier - allerdings die Fragen, die im Studium an der Uni meist keine Rolle gespielt haben. CMRR wird aus dem Verhältnis von Differenz zu Gleichtaktverstärkung angegeben. Wie sich die Gleichtaktverstärkung aber mit asymmetrischer Versorgung verhält, das steht nirgends im Datenblatt. Der INA den ich nutze würde mit +2.7V, -2.55V versorgt, der + Eingang bekommt das Biosignal, der - Eingang ein Referenzsignal vom Körper Der Körper aber wird per Driven Right Leg (andere Elektrode) auf einen Bias von ca Vdd+Vss/2 gelegt- also ca. bei 75mV über AGND. Ulrich H. schrieb: > Die Lage der Ref. Spannung hat oft einen Einfluss auf den > Gleichtaktbereich Danke für deine Einschätzung.
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>In diesem Fall muss ich dir recht geben...
Wollte dich nicht beleidigen. Aber wenn alles in einen Topf geschmissen
wird, entsteht völliges Chaos.
Mein Tipp: Zeichne doch erst mal einen vollständigen Schaltplan der
Schaltung, so wie du dir das vorstellst. Dann können wir wirklich
konkret diskutieren und der Nebel lichtet sich endlich.
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Den hätte ich schon gepostet - weil ich ein integriertes Analog-Frontend nehme und die Schaltung ziemlich umfangreich ist, ist das ganze aber leider nicht so Einfach. Den Grundaufbau mit dem selben Prinzip habe ich aber jetzt mal in Eagle zusammengeklickt (s. Anhang) Wie gesagt: INA wird leicht asymmetrisch betrieben. Das gemessene Differenzsignal kommt vom Körper (Biosignal). Der wird durch den DRL Circuit (unten angedeutet) gebiased. GND in der Schaltung liegt bei ECHTEN 0V. Im Beispiel gibt es zwei Channel, die das BIAS signal erzeugen. Ch2 ist nicht abgebildet aber wäre identisch wie Ch1.
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Stimmt die Gegenkopplung von IC2a? Ist das ein OPamp?
Und was ist das für ein komischer Bias zwischen R1 und R4?
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Kai Klaas schrieb: > Stimmt die Gegenkopplung von IC2a? Ist das ein OPamp? Ist ein Opamp, ja. Gegenkopplung sollte Stimmen! Wie gesagt, es ist ein Driven Right Leg circuit, der Ausgang geht auf den Körper zurück. Allerdings ein Flüchtigkeitsfehler: das Signal Ch1_BIAS /Ch2_BIAS wäre natürlich jeweils durch einen spannungsfolger entkoppelt. Die Bezeichnung CH1_Bias CH2_Bias sollen verdeutlichen, dass an stelle CH2 noch einmal so eine Schaltung am Eingang steht wie an CH1. Ch1_Bias ist also nur ein Name, kein Input. Doof, sorry. Hier nochmal die korrektur
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>Allerdings ein Flüchtigkeitsfehler: das Signal Ch1_BIAS /Ch2_BIAS wäre >natürlich jeweils durch einen spannungsfolger entkoppelt. Ok, das macht Sinn. >Gegenkopplung sollte Stimmen! Wie gesagt, es ist ein Driven Right Leg >circuit, der Ausgang geht auf den Körper zurück. Ja, ich weiß was das ist. Aber sollte in der Gegenkopplung von IC2a nicht ein Gleichstrompfad zwischen "-" Eingang und Ausgang existieren?
Kai Klaas schrieb: > Ja, ich weiß was das ist. Aber sollte in der Gegenkopplung von IC2a > nicht ein Gleichstrompfad zwischen "-" Eingang und Ausgang existieren? Ich glaube da gehen die Meinungen auseinander. Bei "Open (DC) Loop" wird teilweise von höherem effektiven CMRR berichtet. Dieser DRL-Circuit funktioniert so aber definitiv (und ich habe ihn ohnehin aus dem openeeg projekt geklaut).
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>Ich glaube da gehen die Meinungen auseinander. Bei "Open (DC) Loop" wird >teilweise von höherem effektiven CMRR berichtet. Aha, "open loop". Dann soll IC2a ein DC-Servo sein? >Dieser DRL-Circuit funktioniert so aber definitiv (und ich habe ihn >ohnehin aus dem openeeg projekt geklaut). Vorsicht, einige dieser "openeeg projekt" Schaltungen sind Murks. Hast du eine belastbare Referenz für die "open loop" Methode?
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Kai Klaas schrieb: > Aha, "open loop". Dann soll IC2a ein DC-Servo sein? Nein, stinknormaler OPA! Kai Klaas schrieb: > Vorsicht, einige dieser "openeeg projekt" Schaltungen sind Murks. Hast > du eine belastbare Referenz für die "open loop" Methode? Ja stimmt, die unter openeeg.sourceforge.net hat aber bislang einen ganz guten Ruf- das EEG habe ich mir auch vor jahren mal nachgebaut und das hat mit DRL gut funktioniert. Auch in einem weiteren DRL Circuit für kapazitives EMG das ich mal aufgebaut hat schien es OK! Allerdings habe ich nie einen Vergleich zu "closed loop" gemacht. Tatsächlich belastbare Referenzen bis auf eigene positive Erfahrung und bislang und hier und da Leute, die in Foren meinen bei ihnen funktioniert es besser, habe ich sonst aber nicht. Wie würdest du es denn anders umsetzen? Ich lasse mich gerne eines besseren belehren! Im Anhang habe ich noch eine andere Umsetzung aus einem DRL reference design mit DC pfad (hoffe auf die schnelle alles richtig). Das hatte ich stehen, bevor ich auf die openeeg-lösung umgestiegen bin.
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Die DC mäßige Rückkopplung ergibt sich über den INA oben. Das sollte also auch ohne die DC Rückkopplung direkt an IC2a gehen. Mit der zusätzlichen DC Rückkopplung wird halt der Gleichspannungsmäßig (und LF) auch die Bias Elektrode berücksichtigt und im Mittel zwischen den Elektroden ein DC Wert von 0 angestrebt. Der Übergang ist ggf. auch fließen, je nach Werten von R7, R8 und R10. In der Schaltung oben ohne DC Rückkopplung ist der Widerstand am OP Ausgang irgendwie komisch und nicht unbedingt passend. Der Teil sieht unten besser aus.
>Nein, stinknormaler OPA! Ja natürlich ein "stinknormaler" OPamp, aber eben als DC-Servo beschaltet. Wenn du die Gegenkopplung für DC aufmachst und da nur noch einen Cap hast, wirkt das wie ein Integrierer. In Kombination mit dem Rest der Schaltung IST das ein DC-Servo. Andernfalls würden C3 und C4 stetig weiter aufgeladen, bis der Ausgang von IC2a in der Begrenzung landet. Wohin sollen denn die Ströme durch R7 und R8 weiterfließen, wenn du die Gegenkopplung für DC aufmachst??? Also, entweder du hast da einen DC-Servo oder schlichtweg einen Schaltungfehler. So einfach ist das! >Wie würdest du es denn anders umsetzen? Ich würde zu Beginn auf jeden Fall erst mal auf eine von einem Chip-Hersteller empfohlene Schaltung zurückgreifen. Da gibt es ja etliche Datenblätter von Instrumentationsverstärkern die du durchstöbern kannst.
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In ordnung, dann teste ich erstmal das zweite design, das ist aus nem Herstellerdatenblatt. Danke für eure Hilfe! P.S. ich habe auch im Herstellerforum bezüglich des INA Frontends inzwischen auf meine CMRR Frage eure Beiträge bestätigt bekommen, dass die angegebenen specs auch für supply-asymmetrien gelten. "...the CMRR specification is valid for both unipolar and bipolar supplies, including asymmetric supplies, ranging from 4.75V to 5.25V."
>P.S. ich habe auch im Herstellerforum bezüglich des INA Frontends >inzwischen auf meine CMRR Frage eure Beiträge bestätigt bekommen, dass >die angegebenen specs auch für supply-asymmetrien gelten. Ob dein µV-Nutzsignal und ein dominierender, überlagerter Brumm sich gegenseitig so stören, daß dein Nutzsignal davon beeinflußt wird, ist in erster Linie eine Frage der Linearität des Instrumentationsverstärkers. Dabei würden durch Intermodulationsverzerrungen um den 50Hz Brumm herum Seitenbänder entstehen. Wenn Nutzsignal und Brumm frequenzmäßig ausreichend weit auseinanderliegen, kann dann Filtern helfen. Ein Antialiasingfilter brauchst du ja sowieso, wenn da noch ein µC mit seinem ADC hintendran ist. Eventuell auch lesenswert: Beitrag "Notch-Filterbaustein gegen 50 Hz Brummen"
Danke Kai! Den Beitrag kenne ich, weil ich ihn gestartet habe - den, den mit den doofen Fragen habe ich damals schon gespielt (allerdings mit Alex als Gastaccount) ;) In meinem Fall liegt das 50Hz brummen grade noch so im EEG spektrum, deshalb macht nichtideales (analoges notch-)filtern hier für mich keinen großen Sinn. Deshalb auch das Versteifen auf eine gute CMRR und DRL. RC-Anti-Alias Filter sind drin! :) P.S. die kapazitiven EMG Elektroden aus dem von dir verlinkten Beitrag habe ich übrigens mit ebendem DRL-Circuit betrieben, der keinen DC-Pfad aufweist. Ich teste jetzt trotzdem erstmal V2.
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>Danke Kai! >Den Beitrag kenne ich, weil ich ihn gestartet habe - den, den mit den >doofen Fragen habe ich damals schon gespielt (allerdings mit Alex als >Gastaccount) ;) Ich war auch da, aber unter anderem Namen... >In meinem Fall liegt das 50Hz brummen grade noch so im EEG spektrum, >deshalb macht nichtideales (analoges notch-)filtern hier für mich keinen >großen Sinn. Deshalb auch das Versteifen auf eine gute CMRR und DRL. >RC-Anti-Alias Filter sind drin! :) Ich würde eine hohe Abtastfrequenz empfehlen und digital filtern, wenn das Nutzsignal so nahe am Brumm liegt. Eventuell mit einem DSP. Ist ja heute kein Problem mehr.
Das Analogfrontend hat einen 24Bit Sigma-Delta wandler mit fclk 2.048Mhz und einer Datenrate bis zu 16ksps (dann aber weniger ENOBs). Sollte kein Problem sein!
Bei Kapazitiven Elektroden (ohne DC Pfad) sollte man am Eingang noch Widerstände parallel zu C1,C2 haben. Auch sollte dann der DC Pfad natürlich so wie in der 2. Version von der Ref. Elektrode kommen. Bei einem 24 Bit ADC braucht man eher nicht viel Verstärkung, weil der ADC schon bis nahe an die Rauschgrenze nach unten geht. Entsprechend muss man bei INA auf die Gleichtaktunterdrückung bei der relativ niedrigen Verstärkung achten. Auf Kosten des kleineren Messbereichs kann man ggf. eine höhere Verstärkung wählen als eigentlich vom Rauschen nötig wäre. Übertreiben darf man es dabei aber auch nicht.
In der Schaltung würde ich mir am ehesten Sorgen um PIN 5 machen. Wenn das der Ref-Anschluss sein soll, muss der niederohmig mit definiertem Potential verbunden werden! Das DC-Servo ist übrigens öfter Grund für Probleme als Lösung selbiger. Auch muss man bedenken, dass verbleibende 50 Hz Reste im Signal oftmals durch ungleiche Einkopplung in die Elektroden kommen. Da nützt es nichts die CMRR hochzudrehen, weil es eben KEIN Common Mode Signal ist! Da hilft nur Kabel schirmen und Impedanz anpassen aufs kleinste was eben grad so geht. Bevor man also über 200 mW Supply Offset nachdenkt, sollte man vermutlich erstmal diese Probleme angehen.
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