Hi, ich suche derzeit nach Microcontrollern (16..32 Bit Klasse, eine Handvoll MHz, möglichst kleine Bauform) mit möglichst vielen "schnellen" Analog-Digital-Konvertern, also eben nicht einem einzelnen Konverter mit Mux davor, sondern wirklich mehreren dedizierten Konvertern, die phasensynchron jeweils einen Eingang mit etwa 10..100 kHz abtasten könnten. Mehr als zwei habe ich bisher nicht auftreiben können. Ideen? Alternativen? Ziel ist die (hobbymässige) Entwicklung eines zeitlich und elektrisch fein messenden EEG-Moduls, das auf wenigen Quadratzentimetern direkt über den Elektroden mehrere (10..16) kleine Messverstärker mit einfachen Filtern, A/D Wandler und Kommunikationslogik unterbringt... ich ahne schon, es wird eher was mit mehreren externen A/D nebst uC oder FPGA werden. Freu mich auf eure Ideen im Voraus Kolja
Warum muss ein EEG synchron wandeln? Integrierte Wandler mit 1MS/s sind nicht so selten. Manche Controller haben 2-3 davon an Bord (z.B. STM32). Und wenn dem so ist: Kämen als Alternative synchrone Sample&Holds in Frage, die nacheinander gewandelt werden?
Dafür gibt es angepasste AD-Wandler z.B. von TI: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ads1298.pdf Synchron, mit Verstärkung, hohe Auflösung etc.... hans
> Warum muss ein EEG synchron wandeln? Mich interessiert, ob man vielleicht manche Effekte räumlich (2D) verfolgen und daraus womöglich noch zusätzliche Schlüsse ableiten kann. Das ist natürlich nur so eine Idee - ich bin noch kein Spezialist und es kann durchaus sein, dass es gar nicht möglich oder die Effekte mit vertretbarem Aufwand nicht messbar sind, oder keine zusätzliche Information liefern. Das versuche ich parallel auch theoretisch zu lernen und abzuschätzen. > Und wenn dem so ist: Kämen als Alternative synchrone Sample&Holds in > Frage, die nacheinander gewandelt werden? Ja, auf jeden Fall. Vermutlich ist das auch eine Ecke einfacher und billiger als mehrere Wandler und der Grund dafür, warum man selten mehr als einen Wandler pro uC findet? Ich würde halt bloss gerne so viel wie möglich unter einem Dach bereits integriert haben...
Versuch dir mal einen vollintegrierten Controller mit 16 Kanälen à 1MSP/s vorzustellen. Sind 32MB/s Datenrate. Was soll so ein mit 50-100MHz getaktetes Teil mit dieser Datenflut anfangen?
Sorry, habe die Hälfte der Begründung für das Verlangen nach synchroner Messung vergessen niederzuschreiben: Ich denke, man könnte den Phasenversatz einer relativ niederfrequenten Welle an Punkt A und B theoretisch auch bei niedriger Samplerate gut bestimmen, wenn der zeitliche Abstand der Messungen sehr genau bekannt ist. Und bei einem grossen Netz von Messpunkten würde es am einfachsten, wenn die Messungen synchron erfolgten...
> 50-100MHz getaktetes Teil mit dieser Datenflut anfangen?
Das stimmt natürlich, die Datenflut wäre enorm, selbst wenn man dem uC
"an Board" nur das Kommunizieren an das Rechenzentrum nebenan aufträgt.
Und das Erkennen von Zusammenhängen in alle Richtunge nlässt die
Verarbeitungsaufgabe exponentiell wachsen. Wenn man allerdings die
Kommunikation doch irgendwie hinkriegen würde... an Echtzeitverarbeitung
denke ich derzeit noch gar nicht.
> Dafür gibt es angepasste AD-Wandler z.B. von TI:
Die sehen schon mal sehr gut aus, sogar inklusive Verstärker, und klein
sind sie auch - danke!
Oben wurde bereits ein STM32 erwähnt, der is zu 3 AD Wandler (die parallel arbeiten können) drin hat. Hier gibts ein Artikel zu lesen: STM32 Daran können Sie abstecken ob die CPU geeignet wäre.
Kolja Waschk schrieb: > Ideen? Alternativen? Ziel ist die (hobbymässige) Entwicklung eines > zeitlich und elektrisch fein messenden EEG-Moduls, Gehirnwellen spielen sich im Bereich bis ca. 70Hz ab. Mit achtfacher Überabtastung bist du gerade mal bei läppischen 1120 Samples/s. Wenn du das mit einem gemuxten ADC mit 1MSa/s abtastest ist das für praktische Belange eigentlich "gleichzeitig". Schau dir mal http://openeeg.sf.net/ an, die tasten da mit 256 Sa/s (pro Kanal) mit einem Uralt-AVR ab. Viel wichtiger ist der analoge Teil deiner Schaltung, insbesondere den (auch über den Körper eingefangenen!) Netzbrumm aus dem Signal rauszuhalten ist nicht ganz trivial. Dummerweise liegt der auch noch mitten im interessanten Frequenzbereich. Ausserdem solltest du auch mehr als nur einen Gedanken an die Sicherheit "verschwenden", immerhin wird hier ein elektrisches Gerät möglichst niedrigohmig direkt an den Kopf angeschlossen! Andreas
> Gehirnwellen spielen sich im Bereich bis ca. 70Hz ab
Nuja, das steht in jedem Grundlagenartikel über EEG. Wie ich bereits
schrieb, interessiert mich die Frage, ob man z.B. aus dem
Phasenunterschied einer Welle an Messpunkt A gegenüber Messpunkt B
vielleicht noch zusätzliche Information ziehen kann. Um den gut zu
messen, wäre einiges an Auflösung bei Amplitude und Zeit schon
hilfreich.
K.
Kolja Waschk schrieb: > Nuja, das steht in jedem Grundlagenartikel über EEG. Wie ich bereits > schrieb, interessiert mich die Frage, ob man z.B. aus dem > Phasenunterschied einer Welle an Messpunkt A gegenüber Messpunkt B > vielleicht noch zusätzliche Information ziehen kann. Um den gut zu > messen, wäre einiges an Auflösung bei Amplitude und Zeit schon > hilfreich. Wie genau soll es denn sein? Mit 1MSa/s bei 16 gemuxten Kanälen kannst du die relative Phasenlage von 70Hz-Signalen auf 0,006° genau bestimmen. Reicht das nicht? Mach dir lieber Gedanken über den Phasengang deines Analogteils! Andreas
Hi,
> Wie genau soll es denn sein?
Nunja, keine Ahnung - ist ja bisher nur so eine Idee. Ich versuche
einerseits herauszufinden, was für mich machbar ist, und andererseits,
was nötig wäre. Die obengestellte Frage diente eher dem ersten, die
Informationen wie die von Dir zu der Art der Signale helfen mir zum
zweiten. Die würde ich allerdings eher bei OpenEEG und mit Medizinern
weiter diskutieren wollen. Kurz gesagt, ich halte es für durchaus
möglich, dass es Phasenunterschiede gibt und dass sie tatsächlich so
fein sind.
Was die Sicherheit angeht, schwebt mir die Ausführung als
batteriebetriebene Haube mit schneller optischer Datenübertragung zur
Auswertestelle vor. Mit einem Datensammel-FPGA als Quelle für einen
100BASE-FX-Datenstrom habe ich in anderem Zusammenhang bereits gute
Erfahrungen gemacht.
Kolja
Kolja Waschk schrieb: > Kurz gesagt, ich halte es für durchaus > möglich, dass es Phasenunterschiede gibt und dass sie tatsächlich so > fein sind. Das ändert nichts daran, dass du das Pferd komplett von hinten aufzäumst. Mach dir als erstes mal Gedanken über deinen Analogteil, insbesondere im Hinblick auf die relative Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Kanälen. Dabei auch nicht z.B. die eher unexakten (Haut-)Kapazitäten an den Elektroden vergessen. Dann kannst du dir Gedanken über den Digitalteil und die Auflösung dort machen. Vorher ist das einfach nur geistige Onanie. Nochmal zur Physiologie: die Leitung der Nervensignale erfolgt nicht mit Lichtgeschwindigkeit, sondern in der Grössenordnung von 100m/s oder weniger. Schon bei nur 1cm Wegunterschied (das wirst du mit deinen 16 Elektroden aussen am Kopf aber niemals auflösen können!) hast du dann 0,036° Phasenverschiebung, das ist mal eben schon eine Grössenordnung über den genannten 0,006°. Wenn du mit Elektroden direkt invasiv an Nervenzellen im Gehirn gehen würdest, könnte man vielleicht tatsächlich über Genauigkeiten, wie du sie dir vorstellst, sprechen, wenn du aber an der Kopfhaut misst, bringen dir alle möglichen anderen Einflüsse Ungenauigkeiten rein, die um mehrere Grössenordnungen über den durch das Multiplexing eingebrachten liegen. Deshalb bringt es im Ergebnis genau garnichts, an letzterer Stelle herumzubasteln. Andreas
Hi, > Mach dir als erstes mal Gedanken über deinen Analogteil, Gut, das ist halt ncht gerade mein Spezialgebiet, daher habe ich woanders mit den Überlegungen angefangen. Danke für Deine Infos! > Schon bei nur 1cm Wegunterschied (das wirst du mit deinen 16 > Elektroden aussen am Kopf aber niemals auflösen können!) Ich denke vielmehr an einen Flickenteppich aus mehreren leichten Modulen mit jeweils(!) 10-16 Elektroden mit Messung zwischen lokalen Elektrodenpaaren(*) und Wandlung direkt in den Modulen. Um die Machbarkeit abzuschätzen, ist es, finde ich, durchaus auch sinnvoll, auch von der Seite der Baugrösse, Verarbeitung und Kommunikationsaufwand die Überlegungen zu beginnen und Grenzen festzustellen. Das kann ja auch schon entmutigen... (*) in Anlehnung zB an http://nrg.mbi.ufl.edu/publications/conference/conference%2054.pdf
Kolja Waschk schrieb: >> Mach dir als erstes mal Gedanken über deinen Analogteil, > Gut, das ist halt ncht gerade mein Spezialgebiet, daher habe ich > woanders mit den Überlegungen angefangen. Danke für Deine Infos! Ich will ein Haus bauen. Fundamente sind nicht gerade mein Spezialgebiet, deshalb fange ich lieber mit dem Dach an. Du siehst das Problem? >> Schon bei nur 1cm Wegunterschied (das wirst du mit deinen 16 >> Elektroden aussen am Kopf aber niemals auflösen können!) > Ich denke vielmehr an einen Flickenteppich aus mehreren leichten Modulen > mit jeweils(!) 10-16 Elektroden mit Messung zwischen lokalen > Elektrodenpaaren(*) Du hast das Paper aber schon gelesen? Verstanden hast du es mit Sicherheit nicht. Es geht hier um Differenzen im Nanovolt-Bereich! Das haben sie mit einem Custom-Chip (ja richtig, die haben einen speziellen IC extra dafür gebaut, vermutlich weil es anders einfach nicht ging!) so gerade hinbekommen zuverlässig zu messen, bei einem Elektrodenabstand von 3cm. Das Paper ist von 2009, also ist das wohl mehr oder weniger der aktuelle Stand des technisch überhaupt möglichen. Die Differenz messen konnten sie auch nur deswegen, weil sie es eben hinbekommen haben, das Differenzsignal direkt in der ersten Verstärkerstufe analog zu bilden. Wenn du die Signale erstmal soweit verstärken willst, dass du sie AD-wandeln kannst, um dann die Differenz digital zu bilden, dann ist die Differenz längst im Rauschen der Verstärker verschwunden. Mit anderen Worten: vergiss es. Du hast nicht die geringste Chance, das auch nur ansatzweise hinzubekommen. Andreas
Tag, > Custom-Chip (ja richtig, die haben einen speziellen IC extra dafür Was hälst Du von dem weiter oben erwähnten ADS1298? http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ads1298.pdf Kolja
Kolja Waschk schrieb: >> Custom-Chip (ja richtig, die haben einen speziellen IC extra dafür > Was hälst Du von dem weiter oben erwähnten ADS1298? Der ist primär für EKG ausgelegt, nicht EEG. Beim EKG sind die Signale im Bereich von ca. +/- 1mV Peak. Der Chip rauscht mit 5µV Peak-to-Peak (auf den Eingang bezogen), also ca. 0,3% des Vollausschlages. Beim EEG sind die Signale in der Grössenordnung von bis zu 100µV, da ist das Rauschen dann schon 5% des Vollausschlages. Für einen Patientenmonitor auf der Intensivstation wird das vermutlich ausreichen, für die Hirnforschung vermutlich eher nicht. Andreas
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