Hallo! Ich soll eine Schaltung entwickeln, die die Augenstellung erfassen kann. Dazu gibt es ein Verfahren, das ein Elektrodenpaar pro Auge vorsieht (um die Horizontalbewegung zu erfassen). Das Auge arbeitet dabei wie ein Dipol, so dass über den Elektroden eine Gleichspannung abhängig von der momentanen Augenstellung abgegriffen werden kann. Die Spannung an den Elektroden ist allerdings sehr klein und befindet sich im Bereich von 0 V bis wenigen hundert µV. Selbstverständlich darf das Signal so gut wie gar nicht belastet werden. Aus diesem Grund will ich einen hochwertigen Instrumentenverstärker benutzen, einen aktiven Filter, um hochfrequente Störungen herauszufiltern und 1-2 weitere Verstärkerstufen, um das Signal in den Volt-Bereich zu verstärken. Das gleiche Prinzip wird auch bei EEG- und EKG-Signalen angewendet und von daher glaube ich, dass ich eine ähnliche Schaltung auch für meinen Fall verwenden kann. Hier auf dieser Seite gibt es einen Schaltungsentwurf für ein EEG-System: http://openeeg.sourceforge.net/doc/modeeg/modEEGamp-v1.0.png Nach der Verstärkung soll die Spannung mit einem externen 16-Bit-ADC digitalisiert und einem Mikrocontroller zur Verfügung gestellt werden. Nun zum eigentlichen Problem: Mir stehen nur 2 Spannungen für meine Schaltung zur Verfügung: 3,3 V und 12 V (asymmetrisch) Jetzt könnte ich natürlich meinen Instrumentenverstärker mit 3,3 V betreiben und den Referenzpunkt auf 1,65 V legen, so dass ich nach der Stufe einen maximalen Signalhub von 1,65 V um 1,65 V nach oben und nach unten habe. Die EEG-Schaltung arbeitet ja genau so, nur mit einer höheren Spannung. Jetzt dachte ich mir nur, dass es evtl. wegen Störungen vorteilhafter wäre, wenn ich eine größere Spannung für den Instrumentenverstärker und die darauf folgenden Stufen verwenden würde. Immerhin reden wir hier ja von Spannungen im unteren µV-Bereich. Ist die Überlegung erstmal so weit korrekt, oder haben gute Instrumentenverstärker bzw. Opamps dieselben Eigenschaften bei kleinen und bei großen Spannungen? Ich wollte jedenfalls die Spannung dann auf 12 V erhöhen, so dass ich einen Signalhub von 6 V statt 1,65 V habe. Aber problematisch wird es dann bei der AD-Wandlung. Die meisten (alle?) ADCs wollen maximal mit 5 V betrieben werden. Dementsprechend wird natürlich auch die Eingangsspannung auf 5 V begrenzt. In meinem Fall wohl auch eher auf 3,3 V, da ich 5 V gar nicht habe. Ich kann ja nun wohl schlecht mit einem Opamp-Ausgang, der im schlimmsten Fall 12 V haben kann, auf den ADC gehen, der nur mit 3,3 V betrieben wird. Das würde er wohl nicht lange überleben. ;) Ich könnte die Spannung natürlich mit einem Spannungsteiler herunterteilen, aber das erscheint mir nicht sauber. Ich würde eigentlich lieber mit nur einer Spannung arbeiten. Nur frage ich mich eben, ob die 3,3 V reichen, um das verdammt winzige Signal ausreichend zu verstärken. Im Prinzip könnte ich natürlich mit einem DC/DC-Wandler mir eine weitere Spannung generieren, aber optimal wäre es, wenn ich mit den Spannungen auskäme. Ich bedanke mich schon mal für Lesen und hoffe auf Antworten/Ideen. Grüße, André
Ja. Verstaerkung ist eine Sache und das Signal-zu-Rausch-Verhaeltnis eine andere. Wenn man das Rauschen mitverstaerkt gewinnt man nichts.
Dein Ja bezieht sich auf meine Frage, ob ich die Schaltung komplett mit 3,3 V versorgen kann? D.h. eine Spannungserhöhung auf 12 V würde mir nichts bringen? Mir ist schon klar, dass das SNR eine große Rolle spielt. Bei idealen Bauteilen würde die Versorgungsspannung ja auch keine Rolle spielen. Nur dachte ich evtl. dass die (realen) Opamps/Instrumentenverstärker bei höheren Spannungen evtl. besser arbeiten.
Hallo, > Die Spannung an den Elektroden ist allerdings sehr klein und befindet > sich im Bereich von 0 V bis wenigen hundert µV. Selbstverständlich darf > das Signal so gut wie gar nicht belastet werden. bist Du Dir sicher, daß ein normaler OPV nicht ausreicht? Oder müssen es wirklich die 10^15 Ohm des INA116 sein? Schließlich sind die Elektroden ja parallel zu Deiner Schaltung über das Gewebe miteinander elektrisch verbunden. > Aus diesem Grund will ich einen hochwertigen Instrumentenverstärker > benutzen, einen aktiven Filter, um hochfrequente Störungen > herauszufiltern und 1-2 weitere Verstärkerstufen, um das Signal in den > Volt-Bereich zu verstärken. Hier ist zu beachten, dass die Instrumentenverstärker wie der INA116 gewöhnlich nicht Rail-to-Rail arbeiten, so daß es besser wäre, eine symmetrische Versorgung des Verstärkers vorzunehmen; zumindest für einen ersten Versuch. Ich glaube, daß die DC-Offsetspannungen am Eingang des Verstärkers Dir für Deine Anwendung möglicherweise mehr Probleme bereiten könnten als der Eingangswiderstand. In diesem Zusammenhang könnte es sinnvoll sein, nach sogenannten Zero-Drift-Amplifiern Ausschau zu halten bzw. direkt den Eingang eines symmetrisch betriebenen Sigma-Delta-Wandlers zu nutzen (sofern hochohmig genug). > Nach der Verstärkung soll die Spannung mit einem externen 16-Bit-ADC > digitalisiert und einem Mikrocontroller zur Verfügung gestellt werden. Du brauchst das Signal maximal einmal zu verstärken/puffern und kannst es dann in einen rauscharmen Sigma-Delta-Wandler wie beispielsweise ADS1232 einlesen. Derartige Wandler unterdrücken sowohl die 50Hz/60Hz-Netzstörungen, was vorteilhaft sein sollte. > Mir stehen nur 2 Spannungen für meine Schaltung zur Verfügung: 3,3 V und > 12 V (asymmetrisch) Das sind doch im jetzigen Stadium Deines Wissens nachrangige Fragen. Nimm erstmal ein ordentliches stabilisiertes +/-Netzteil sowie lineare Spannungsregler auf dem Board und finde heraus, welche Verstärker Du für Deine Signale brauchst. Gruß, Michael
Naja, also der Eingangswiderstand dürfte in der Tat nicht das größte Problem sein, wohl aber die Gleichtaktstörungen, die von den Elektroden bzw. den Zuleitungen ausgehen. Integrierte Instrumentenverstärker haben normalerweise ein wesentlich besseres CMRR, geringere Offset-Spannungen und ein besseres Rauschverhalten, so dass eine integrierte Variante sicherlich besser ist. Als Instrumentenverstärker wollte ich eigentlich auch gar nicht den INA114 nehmen wie in dem EEG-Beispiel, sondern ich dachte da eher an den AD627B oder an den AD8220. Das sind auch Rail-To-Rail-Typen. Nach Zero-Drift-Verstärkern halte ich mal Ausschau. Spontan habe ich den OPA333 gefunden, der sich für die Weiterverarbeitung des Signals (Filterung, weitere Verstärkung) sicherlich gut eignet. Aber mal grundsätzlich: Der von dir vorgeschlagene ADC wird ja auch nur mit einer relativ geringen Versorgungsspannung von max. 5,3 V betrieben. Also wäre es doch sinnlos, von vornherein die Verstärkerstufen mit 12 V zu betreiben, da ich wegen des ADCs ja gar nicht in den Spannungsbereich kommen darf. D.h. wenn ich den ADC mit 5 V betreiben sollte, kann ich die Verstärkerstufen davor auch max. mit 5 V betreiben, oder? Alles andere wäre meines Erachtens sinnlos. Grüße, André
Hallo André, > Aber mal grundsätzlich: > Der von dir vorgeschlagene ADC wird ja auch nur mit einer relativ > geringen Versorgungsspannung von max. 5,3 V betrieben. Also wäre es doch > sinnlos, von vornherein die Verstärkerstufen mit 12 V zu betreiben, da > ich wegen des ADCs ja gar nicht in den Spannungsbereich kommen darf. > D.h. wenn ich den ADC mit 5 V betreiben sollte, kann ich die > Verstärkerstufen davor auch max. mit 5 V betreiben, oder? Alles andere > wäre meines Erachtens sinnlos. der ADS1232 hat beispielsweise einen Vorverstärker v=128 integriert. und erreicht sehr große Meßgenauigkeiten. Das Eigenrauschen liegt beispielsweise bei 250nVpp bei der maximalen Abtastung von 80 Samples pro Sekunde. Ich denke, er könnte alleine schon zur Detektion reichen; das kannst Du aber besser abschätzen anhand von: - Eingangsstrom (unterer nA-Bereich) - Common Mode Rejection (was hier ja auch nicht schlecht ist) - Nichtlinearität - Rauschen Das Ding dabei ist jedoch: Der Wandler arbeitet nur ordentlich, wenn beide Eingangsspannungen sich etwa im Bereich (VCC-VDD)/2 bewegen. Also wäre die Überlegung, daß Du diesen Wandler mit +/-2.5V betreibst. Zu Deiner ganz allgemeinen Frage: Nein, ein OPV rauscht nicht grundsätzlich weniger, wenn Du ihn mit 12 V statt mit 3.3V betreibst. Das ist relativ egal. Die Frage der Aussteuerung an Ein- und Ausgang ist wichtiger. In Deinem Fall ist die wichtigste Frage: Arbeitet der Verstärker noch ordentlich, wenn Du die Differenz aus U1=10µV und U2=0 detektieren willst, Du als unterste Versorgungsspannung aber 0V hast. Wenn Du so extrem nah an den Rails bist und nur sehr kleine Signale hast, kann die Frage schon entscheidend werden. Ich würde dem Verstärker in einem solchen Fall im ersten Anlauf +/-2.5V geben. Gruß, Michael
Gut, danke für die Tipps. Ich werde mal schauen, was sich realisieren lässt. Grüße, André
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschalten
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.