50Hz Notch-,Low-Passfilter

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.

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

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

Hochwertige NF-Technik aufzubauen braucht eben Erfahrung.

MfG

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).

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

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

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

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

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

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