Hallo! Ich muss für ein Schulprojekt einen Filter erstellen, welcher den unbeliebten Netzbrumm (50Hz+-1%) rausfiltert.Wir arbeiten mit Biosignalen. Ich habe mich überall umgeschaut, verschiedenste Filter verwendet (Aktive Tiefpässe bis zur 5. Ordnung, High Q-Notchfilter etc.) aber nichts funktioniert. Mir stehen verschiedene OpAmp's zu verfügung (hauptsächlich "LM324 und TL071") Ebenfalls arbeiten wir hauptsächlich mit der "E12-Reihe". Biosignal-Verstärkung 10 - 50Hz Filter - Verstärkung 100 - ADC So ist die analoge Schaltung gedacht. Bandpässe werden über verschiedene Filterbänke in MATLAB gemacht. Ich hoffe einige von euch können mir weiter helfen, da ich wirklich am verzweifeln bin und gefühlt den 15. Filter aufgebaut habe... LG Matthias
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Ein Filter ist immer die schlechteste Lösung. Besser wäre, den Fehler zu finden. Entweder Masseschleife, schlechtes Netzteil oder schlechte Abschirmung?
Danke für deine Antwort! Wie vorhin erwähnt arbeiten wir mit sehr sehr kleinen Biosignalen, wo eine uns der Netzbrumm zu schaffen macht und uns wurde von mehreren Quellen zu einem Filter geraten. MFG
Zuschaltbare 50Hz Filter sind durchaus im EEG Verstärker üblich. Aber was heisst hier 'funktioniert nicht'? Es gibt natürlich Notch Filter für 50Hz, die funktionieren. Daß analoge Filter an der Phase rummurksen, muss man dann aber akzeptieren. Hier ist z.B. eine Schaltung, die aussieht, als käme sie aus einem Datenbuch von National Semiconductor: https://electronics.stackexchange.com/questions/36005/50hz-noise-removal-from-ecg-power-supply Hier eine komplett passive Konstruktion: https://www.researchgate.net/figure/50-Hz-twin-T-passive-notch-filter-circuit_fig8_282404009 usw. Heute sind diese Filter aber meistens im DSP realisiert, der die Analogkanäle verarbeitet.
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Matthias N. schrieb: > Ich muss für ein Schulprojekt einen Filter erstellen, welcher den > unbeliebten Netzbrumm (50Hz+-1%) rausfiltert. Ist das Filter das Ziel oder liegt dir an unverbrummten Signalen? Was hast du insgesamt vor? Auf Grund der Tatsache, dass du deine Frage hier im Unterforum Mikrocontroller und Digitale Elektronik postest, vermute ich, dass dein Analogsignal letztendlich auf einen irgendwie geartete ADC geht.
Vielen Dank für die ausführliche Antwort! Es geht um ein EEG, das stimmt. Mit funktioniert nicht meine ich, dass wir nicht auf unsere gewünschten Ergebnisse kommen (zB sperrt zu früh/ zu spät, sperrt zu schwach ) solche Probleme. LG
Hast Du die nicht funktioniere den Filter real mit Bauteilen aufgebaut oder nur simuliert? Ein Doppel-T-Filter genügt doch in der Regel. https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/scnf1.htm MfG
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Die genausten Bauteile rausgesucht (mit einem LCR-Messgerät nachgeprüft). In den Simulation alles 1A aber analog aufgebaut eine Niete. Leitungen, Steckbretter, Oszilloskope, Netzteile etc. alles doppelt und dreifach ausgetauscht. MFG
Matthias N. schrieb: > In den Simulation alles 1A Herr Doktor, der Simulant von Zimmer 312 ist tot. Jetzt übertreibt er aber! Matthias N. schrieb: > Netzteile etc. alles doppelt und > dreifach ausgetauscht. 1.Gegenprobe mit Speisung aus Batterie? 2.Störquelle gesucht? z.B. Leuchtstofflampen?? Trafos?? Masse?
Schon genannt:Doppel-T Filter https://www.electronicdeveloper.de/FilterAktiv_Doppel_T.aspx Hillf natürlich nur, wenn das Filter dort eingebaut wird, wo die Störung auch her kommt
50 Hz kann man mit einem Doppel-T-Filter gut unterdrücken. Beim EEG wird aber ein Filter nicht reichen - wieviele Kanäle? Extrem genau müssen die Bauteile nicht mal sein: Besser 60 dB Dämpfung bei 49,7...50,7 Hz, als 100 dB Dämpfung bei 50,1...50,3 Hz. ;-) Dummerweise stören Oberwellen der Netzfrequenz auch noch ganz prächtig. Also noch je ein Doppel-T-Filter für 100 Hz und 150 Hz, darüber reicht ein Tiefpass... Beim EEG sind es aber etlich Kanäle - da steckt man den Aufwand dann doch lieber in 1 - Brummvermeidung und 2 - Brummkompensation (in der Aufbereitung).
> Ich hoffe einige von euch können mir weiter helfen, da ich wirklich am > verzweifeln bin und gefühlt den 15. Filter aufgebaut habe... Mach dir nix draus. Hardwareentwicklung, besonders Analogtechnik ist etwas wofuer man Erfahrung braucht. Das bekommen auch Ingenieure frisch von der Uni nicht sofort hin. :) 1. Tip Besorg dir Filter pro von TI. Das ist die Programmversion die auf dem PC laeuft. Damit laesst du dir ein Filter dimensionieren. Am Ende des Design kannst du die Genauigkeit der Werte angeben. Dort traegst du mal E6 fuer Kondensatoren und E12 fuer die Widerstaende ein. Das Programm sagst dir auch was die minimale GBW deines OP sein muss! 2. Die Schaltung die da rausfaellt gibt du als naechstes in LT-Spice ein und simulierst sie. Rechne mal aus welche Wertebereich bei den Kondensatoren du dann in der Praxis erwarten kannst. Mit diesen Werten gehst du wieder in die Simulation und pruefst ob dein Filter noch das macht was es soll. 3. Aufbauen und testen. Fuer die Kondensatoren nimmst du nicht irgendein billiges Keramikzeug sondern etwas in Folie und besserer Genauigkeit. Olaf
Naja die Dimensionierung ist eine Sache, und sollte natürlich stimmen. Aber die korrekte räumliche Anordnung der Bauteile des Notchfilters und ein Leiterplattenlayout, welche Verkopplungen zwischen Ein und Ausgang verhindert, ist mindestens eben so wichtig. Auch darf sich über Masse und Betriebsspannung nichts zurückwirken. Abschirmgehäuse mit Trennblechen an den richtigen Stellen kann ebenfalls sehr hilfreich sein. Vielleicht kann es hilfreich sein die erste Verstärkerstufe ( mit Tiefpass ) schon direkt an der abnehmende Elektrode zu plazieren. Man kann ja heute sehr miniaturisiert aufbauen. Bei Nutzspannungen im unteren Mikrovoltbereich ( wie es bei EEG üblich ist ) und Störspannungen gerne im Voltbereich, ist ein Steckbrettaufbau eigentlich zum Scheitern verurteilt. Wie heist es so schön. Erfahrungen schaden, wenn man sie nicht hat. Ralph Berres
Das 50Hz Filter wird Dir die Gamma-Wellen (38-70Hz) völlig versauen. Daher nimmt man galvanisch isolierte Differenzverstärker zur Unterdrückung von Netzeinkopplungen. Die galvanische Trennung ist eh notwendig für Medizingeräte (Patientensicherheit).
> Abschirmgehäuse mit Trennblechen an den richtigen Stellen kann ebenfalls > sehr hilfreich sein. Naja, im Frequenzbereich von 0 bis ein paar khz? Da finde ich den Einwand der Potentialtrennung schon besser. Wenn man eine riesen Stoerung mit 50Hz und ein paar mV Nutzsignal dann sollte man natuerlich sein Konzept ueberdenken und nicht filtern. Olaf
Olaf schrieb: > Da finde ich den Einwand der Potentialtrennung schon besser. Wenn man > eine riesen Stoerung mit 50Hz und ein paar mV Nutzsignal dann sollte man > natuerlich sein Konzept ueberdenken und nicht filtern. Dies hilft aber nur bei der Vermeidung von Erdschleifen, welches aber auch schon massiv zu Netzbrummen beitragen kann, und deswegen ist deine Anmerkung im Prinzip richtig. Olaf schrieb: >> Abschirmgehäuse mit Trennblechen an den richtigen Stellen kann ebenfalls >> sehr hilfreich sein. > > Naja, im Frequenzbereich von 0 bis ein paar khz? es gibt auch elektrische 50Hz Felder. Nach deiner Aussage müste man auch keine abgeschirmten Mikrofonleitungen verwenden. Trotz symetrischer Mikrofoneingänge muss man die Kabel abschirmen, weil jeder Eingangszweig wegen der hohen Verstärkung auch nicht unendlich aussteuerbar ist. Bei EEG hat man nicht mal symetrische Signale, und liegt noch ein bis zwei Größenordnungen niedriger mit seinen Signalen. Allerdings kann man den Frequenzbereich auch einige hundert Hertz einengen. Ralph Berres
Ja,ja, der Brumm im EEG... ein altbekanntes Thema. Bei meinen ersten Geräten in den 90er Jahren hab ich ein analoges, aktives T-Sperr-Filter verwendet, so wie im Tietze-Schenk aufgemalen.Hat ganz gut funktioniert und den Brumm zumindest um den Faktor 5 reduziert, allerdings mit Präzisions Kondensatoren mit 1% und Bandbreite 45-55Hz. Es ist nicht sinnvoll, die Bandbreite zu verkleinern, weil die Impusantwort des Filters dann immer schlechter wird, bis das Ding dann überhaupt zu schwingen beginnt. Seit Jahrtausendwende hab ich die Filter im DSP und brauch keine Präzisions Kondensatoren mehr. Grüsse
Hallo, http://www.ti.com/product/ADS1299 TI bietet de ADS1299 an. Low-Noise, 8-Channel, 24-Bit Analog-to-Digital Converter for Biopotential Measurements In der 4-Kanal Version kann man den von Mouser für 26 € kaufen. mfg Klaus
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Will man nur das Netzbrummen rausbringen und ändert sich das Stromnetz in der Nähe kaum, so kann man auch die Netzfrequenz über einen Trafo auskoppeln und dann, ggf. phasenverschoben vom Nutzsignal subtrahieren. Der Nutzer hätte dann 2 Regler (Amplitude und Phase) die der Nutzer auf geringstes Netzbrummen abgleichen muss. Der große Vorteil ist, dass das das Signal selbst nicht beinflusst.
Es würde ja schon angedeutet...direkt am Sensor eine Differenzstufe, die auf Gleichtaktunterdrückung optimiert ist. Dann vielleicht auch noch differenzielle Leitungstreiber zum Gerät. Dort kannst du dann entscheiden, was weiter mit dem Signal zu passieren hat. Der vorgeschlagene ADS1299 bringt tatsächlich allerhand Gutes mit. Er sollte zumindest eine Option sein! Gruß Rainer
Christian S. schrieb: > Hast Du die nicht funktioniere den Filter real mit Bauteilen aufgebaut > oder nur simuliert? > > Ein Doppel-T-Filter genügt doch in der Regel. > https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/scnf1.htm > MfG Hallo Christian und auch gleich hallo Matthias N., Dieser Link ist Teil meiner Elektronik-Minikurse. Ich kann Dir empfehlen den Inhalt zunächst zu lesen. Es geht um ein 50-Hz-Notchfilter in der Technik von Switched-Capacitor (SC-Filter-Technik). Die Notchfrequenz ist mit dem 50-Hz-Signal des 230VAC-Netzes synchronisiert mittels einer PLL-Schaltung. Ich bin (war) im Bereich der Elektromyographie (EMG), auch intramuskuläre Messungen, im Elektronik-Bereich tätig. Nun, mit den Jahrzehnten entstand das Problem, dass die 230VAC-Spannung als wie mehr Oberwellenanteile bekam. Eine bedeutende Ursache haben viele Schaltregler im Umfeld. Der Sinus hat einen leichten Dachschaden. Diese Oberwellen werden nicht gefiltert. Also auch daran denken. Dann kommt noch ein anderes Problem. Ein Handy hat im Messraum nichts verloren. Die niederfrequent gepulste Mikrowelle stört enorm. Der langen Rede kurzer Sinn, es kam soweit, dass wir damals in einen Farady-Raum zügeln mussten, um vernünftige Signale zu messen. Natürlich stören auch Handy-Stationen in relativer Nähe. Die ganze EMG-Geschichte bestanden aus Forschungsobjekten mit zeitlichen Unterbrüchen während gut 25 Jahren an einem ETH-Institut. Was sind das für Biosignale die Du misst? Sind es Hautoberflächenmessungen oder/und auch intramuskulär/-zellulär? Falls Du an mehr Details interessiert bist, kann ich Dir ein ZIP-Päckchen schicken die einiges an Information bietet. Sende mir einfach eine kurze Mail. Ahh, und nicht vergessen, ganz wichtig, auf gute Gleichtaktunterdrückung (symmetrische Spannungsmessung ist selbstverständlich) achten. Trotzdem es reicht nicht, weil der menschliche Körper (Empdangsantenne) sorgt, wenn die die Mess-Elektroden relativ weit von einander entfernt sind für Asymmetrien. Gruss Thomas
Angehängte Dateien:
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RIAA_PhonoVST_81b_brd.jpg
390 KB -
RIAA_PhonoVST_81b_sch.jpg
170 KB -
Gegenkopplung3a.jpg
230 KB
Matthias N. schrieb: > Ich muss für ein Schulprojekt einen Filter erstellen, welcher den > unbeliebten Netzbrumm (50Hz+-1%) rausfiltert.Wir arbeiten mit > Biosignalen. Ich habe mich überall umgeschaut, verschiedenste Filter > verwendet (Aktive Tiefpässe bis zur 5. Ordnung, High Q-Notchfilter etc.) > aber nichts funktioniert. > > Mir stehen verschiedene OpAmp's zu verfügung (hauptsächlich "LM324 und > TL071") > Ebenfalls arbeiten wir hauptsächlich mit der "E12-Reihe". > > Biosignal-Verstärkung 10 - 50Hz Filter - Verstärkung 100 - ADC Eigentlich sollten die 40 dB Verstärkung locker ohne großes Brummen möglich sein. Ich stand vor 3 Jahren auch vor einem ähnlichen Problem. Ich wollte einen RIAA-Vorverstärker für Schallplatten bauen. Meinen letzten hatte ich 1982 gebaut und in der Tat immer mit dem Brummen gewisse Probleme gehabt. Beitrag "Re: SNR mit Hobbyausstattung messen" Beim Aufbau ist einiges zu beachten, man kann da einiges falsch machen. Das Netzteil kann sich ja Matthias sparen. Batterien sind brummfrei und vermeiden so einige Probleme. Eine Kleinigkeit hätte ich auch noch besser machen können, da ich ja nur ein MM-System mit Nennpegeln 1 mV - 5 mV unterstützen wollte, der Verstärker aber auch für MC-System mit Nennpegeln von 0,1 mV bis 0,5 mV gedacht war, hätte ich die Gegenkopplung um den Faktor 10 (20 dB) niederohmiger auslegen können. Es stellte sich heraus, daß gerade der relativ hochohmige Gegenkopplungszweig brummempfindlich war. Siehe Bild "Gegenkopplung3a.jpg", oranger Rahmen. Das war aber kein richtiges Problem. Ich hatte so wie so eine Abschirmung mit Weißblech vorgesehen gehabt. Man achte auf die Langlöcher der Boardfiles. Ich habe die Gehäuse doppelt beschafft, denn ein Deckel wird unterhalb der Platine aufgelötet. https://www.reichelt.de/stahlblechgehaeuse-54-x-29-x-16-mm-silber-teko-4020-p34043.html?r=1 Wichtig ist die Masseführung. Der zentrale Massepunkt wird direkt am Eingang platziert. Vor dort aus geht es sternförmig weiter. Den Vorverstärker habe ich mit Netzteil in ein Profilgehäuse untergebracht. https://www.reichelt.de/alu-gehaeusehalbschale-160-x-105-x-32-1-mm-koh-4160-p58248.html?r=1 Da ich innerhalb des Gehäuses einen Trafo untergebracht hatte, waren noch weitere Abschirmungen erforderlich. Um Meßwerte zu erhalten habe ich beide Kanäle in Reihe geschaltet. Bei 50 Hz standen so ca. 2 x 60 dB = 120 dB Verstärkung zur Verfügung. Wer mag, der kann sich "Brumm-Messungen.txt" ansehen. Letztlich stellte ich nur noch sehr niederfrequentes "Rumpeln" fest. Zwei Wochen später kam ich darauf, das dieses niederfrequente "Rumpeln" Rauschen war. Die Simulation mit LTspice hatte mir zuvor ca. 35 µV RMS vorausgesagt. Eigentlich hätte ich für diese Schaltung SMD OPV eingesetzt, jedoch standen mir diese OPV schon seit einiger Zeit zur Verfügung. Ein LM324 oder TL071 ist eigentlich für EEG - Messungen allein wegen dem Offset und vorallem der Drift nicht wirklich brauchbar. Ich selber habe in meiner Schaltung einen Servo mit dem LT1007 vorgesehen. Zum Lernen sind LM324 oder TL071 aber geeignet. So lernt man dann gewisse Grenzen kennen. mfg Klaus
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Thomas S. schrieb: > Was sind das für Biosignale die Du misst? Sind es > Hautoberflächenmessungen oder/und auch intramuskulär/-zellulär? Um welche Pegel geht es bei den Messungen eigentlich? Welche Impedanzen? mfg Klaus
Hallo Klaus, Klaus R. schrieb: > Thomas S. schrieb: >> Was sind das für Biosignale die Du misst? Sind es >> Hautoberflächenmessungen oder/und auch intramuskulär/-zellulär? > > Um welche Pegel geht es bei den Messungen eigentlich? > Welche Impedanzen? > mfg Klaus Wie so alles Messbare im Bereich der Biologie ist die Unpräzision der stete Begleiter. :-) EMG-Oberflächenmessung: Impedanz/Widerstand: Je nach Elektrodenfläche und Kontaktqualität mit dem leitenden Gel liegt dies im Bereich von weniger als 10 k-Ohm bis knapp 100 k-Ohm. Die Spannung, je nach Muskelanspannung, so etwa zwischen wenigen µV bis knapp 100 µV. Bei mir liegt die Ruhespannung bei etwa 5 µV. Bei Kraftanstrengung, weiss ich grad nicht mehr. Müsste ich wieder mal testen. An einem "Tag der offenen Tür" in den 1980er-Jahren mit vielen Leuten habe ich festgestellt, je älter jemand ist um so höher ist die gemessene Oberflächenspannung bei entspanntem Muskel. EMG intramuskuläre Messung: Dabei werden sehr feine Drähtchen-Elektroden aus rostfreiem Stahl mit Teflon isoliert, mittels Injektionsnadal im Muskel so plaziert, dass das Ende des Drähtchens (nur diese winzige Kante ist nicht isoliert!) in die Nähe eines Neurons gelangt, von dem man etwas erfahren möchte. So bekommt man ein Signal, dass dem Aktionspotential (das ist ein Impuls) so gut wie möglich entspricht. Damit kann man gewisse Myopathien erkennen. Bitte dazu nichts fragen, da kenne ich mich in den Details überhaupt nicht aus. Zu den Daten. Die Spannungswerte, die man ableitet, sind nicht deutlich grösser, obwohl man dies, weil zur Nähe des Neurons meinen könnte. Es liegt so etwa im 100-µV-Bereich. Dafür sieht man Impulse auf dem Oszi und nicht nur ein Pseudorauschsignal wie bei Oberflächenmessungen, wo einem nur die Mittelwertspannung interessiert (z.B. beim EMG-Biofeedback). Die Impedanz liegt etwa im mittleren 100-kOhm-Bereich. Eine verständlicherweise hochempfindliche Angelegenheit betreffs Störspannungsquellen. Trotz abgeschirmter symmetrischen Leitung, der Patient oder Proband wirkt da trotzdem als sehr gute Empfangsantenne, wie bereits angedeutet. Ich hoffe, das hilft Dir etwas weiter. Ich habe hier noch einen kleinen Einführungs-Elektronik-Minikurs zu diesem Thema: "Elektro-Myographie (EMG) eine kleine Einführung" http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/emg1.htm Gruss Thomas
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Hallo Thomas, das ist für Matthias mit seinen LM324 oder TL071 praktisch nicht machbar. Ich denke da nur an die Drift. Allerdings gibt es für ein paar € schon ziemlich gute OPV von TI wie den OPA388 oder OPA189. Damit kommt man schon etwas weiter. Messungen unter 100 µV werden anspruchsvoll. Zu 1 µV kann ich nichts mehr sagen. Um die aufzulösen muß man ja noch tiefer heruntergehen können. Und das bei 10 KOhm bis 100 KOhm. Ich denke, vor 20 Jahren war dies nur wenigen Personen möglich. Der Farady-Raum war bestimmt sehr hilfreich. Ich hatte mir vor ca. 10 Jahren den INA333 für Themperaturmessungen gekauft. Er ist ist immer noch aktuell das Datenblatt zeigt einige, auch einfache Schaltungen, zur EEG Messung. Das wäre etwas für Matthias. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina333.pdf Allerdings muß ich auch sagen, zeitgemäß wäre der ADS1299. Ich hatte mich vor ein paar Monaten mit einem anderen AD-Wandler dieses Kalibers befasst. Ich staunte nur was heute alles so möglich ist. Z.B. hatten die integrierten OPV ein Input Referred Noise bis hinunter zu 0.63-nV/rtHz. mfg Klaus
"Hallo Christian und auch gleich hallo Matthias N.," Hallo Thomas! Mit freundlichem Gruß
Christian S. schrieb: > "Hallo Christian und auch gleich hallo Matthias N.," > > Hallo Thomas! > <----------------------------- > Mit freundlichem Gruß | | Was wolltest Du mitteilen? >----- Gruss Thomas
Thomas S. schrieb: > Was wolltest Du mitteilen? https://genius.com/Die-fantastischen-vier-die-da-lyrics https://www.youtube.com/watch?v=VUosAGDM8Sg Oder kurz: "Hallo Thomas!" - nicht mehr, nicht weniger.
Hallo Matthias, eine Ergänzung zu Deinem Thema. Hier geht es letztlich auch um Dein Thema, speziell um Electrocardiography (ECG). Beitrag "Re: Instrumentenverstärker Schaltung Frage" Ein Link zu einer analogen Signalaufbereitung, mit gut bezahlbaren Mitteln. TI hat sich hier wieder einmal ausführlich mit reichlich Hintergrundinformationen ausgelassen. Man kann da einiges lernen. http://www.ti.com/lit/ug/slau516/slau516.pdf mfg Klaus
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