RnD auf einem EEG, Hilfe benötigt, welcher Operationsverstärker?

14

Dies ist mein erster Beitrag, und ich benötige Hilfe / Ratschläge, um die richtigen integrierten Schaltkreise zu finden. Ich beginne mit einer kurzen Beschreibung des Projekthintergrunds. Ich habe ein Stipendium für die Entwicklung eines Open-Source-Elektroenzephalographen erhalten. Die fertige Hardware bietet eine Plattform für die Entwicklung verschiedener kreativer und therapeutischer Anwendungen für ein EEG-System, z. B. Musikcontroller, Gamecontroller oder Gehirntrainingsprogramme. Ich möchte eine Atmel-MCU für die Analog-Digital-Umwandlung verwenden, möchte, dass sie über USB mit einem Computer verbunden wird, und möchte, dass das Gerät über den USB-Anschluss mit Strom versorgt wird. Ich brauche Hilfe bei der Suche nach einem geeigneten Operationsverstärker-IC, um die Signale von den Elektroden vor der MCU zu verstärken. Das fertige Gerät wird 16 Kanäle haben, daher würde ich gerne einen IC mit mehreren Operationsverstärkern finden. Die von den Elektroden aufgenommene elektrische Aktivität wird im Bereich von 200 mV und weniger liegen, daher werde ich viel Verstärkung benötigen. Ist es möglich, die Verstärkung einer Operationsverstärkerschaltung mit einer MCU unter Verwendung eines digitalen Widerstandsprogramms einzustellen? Es wäre schön, wenn die Hardware so umprogrammiert werden könnte, dass sie mit verschiedenen Audio- und Sensoreingängen funktioniert. Jede Hilfe oder Beratung wäre fantastisch.

Jim.

— Jim
quelle

3

Was ist los mit dem OpenEEG? Es ist Open Source und macht all das Zeug.

— Endolith

@ Endolith - Es ist teuer

— Connor Wolf

Bei Open Circuits wird

— davidcary

1

Related: electronics.stackexchange.com/questions/25198/…

— Davidcary

9

Ihr durchschnittlicher Instrumentenverstärker kann problemlos eine Bandbreite von 1 MHz erreichen. und Ihr EEG sollte nicht mehr als 2kSPS betragen. Ein Multiplexer / Sample and Hold vor dem Instrumentenverstärker sollte Sie also dort retten.

Aber denken Sie daran, dass der Amp nur ein paar Dollar kosten sollte. Lohnt sich das Multiplexen? Wenn Sie die Oberflächenmontage durchführen, ist die Größe recht gering.

Das Arduino kann nicht schneller als etwa 10kSPS digitalisieren, sodass Sie für 16 Kanäle einen schnelleren A / D benötigen würden. Etwas, das 12 Bit bei 100kSPS kann, wäre schön. Sie sind auch ziemlich billig.

Beachten Sie, dass Sie aus Gründen der Patientensicherheit eine optische Trennung der Signale und eine gute isolierte Versorgung (Batterie oder ähnliches) benötigen. Machen Sie sich in diesem Bereich keine Sorgen um die Sicherheit - wenn Sie einen Hochgeschwindigkeitsdatenstrom benötigen, bauen Sie Ihre eigenen Isolatoren oder verwenden Sie Glasfasern, um das Signal zu übertragen.

— Tony Barry
quelle

Prost, das klingt nach dem besten Ansatz. Ich denke, ich werde mir wahrscheinlich Design und Arduino-Klon ansehen, der über eingebaute Instrumentenverstärker und einen kräftigen Atmel-Chip verfügt. Wenn ich das Gerät über USB versorge, muss ich dann wirklich Optokoppler verwenden? Ich dachte, die Schutzschaltungen auf den meisten USB-Geräten wären mehr als ausreichend

— Jim,

Ich möchte diesen Atmel-Chip verwenden -> search.digikey.com/scripts/DkSearch/… Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich denke, er wird den Job erledigen und es sieht so aus, als würde kein separater Chip für die Kommunikation mit USB benötigt

— Jim

2

An den USB-Anschlüssen befinden sich keine "Schutzschaltungen". Wenn Sie einen USB-Anschluss berühren, berühren Sie die Erdung. Es gibt keine Isolation. Das einzige Mal, dass es in Ordnung ist, ohne Isolation im EEG-Kreis zu laufen, ist, wenn es schwimmt (wenn Sie an einen Laptop angeschlossen sind und der Laptop an nichts anderes angeschlossen ist). Bauen Sie einfach eine echte Isolation ein, damit Sie sich darüber keine Sorgen machen müssen.

— Endolith

6

Hallo Jim, Wie Endolith kommentiert hat, hat USB keinen Schutz. Die Erde, auf die Bezug genommen wird, könnte das lokale "Masse" -Potential sein oder nicht. Wenn Ihr Laptop an einen 2-poligen Adapter angeschlossen ist, liegt die Erdung des Laptops bei etwa 120 VAC (in Australien), was Ihnen zumindest eine Menge Gleichtaktstörungen bereitet, mit denen Sie möglicherweise konfrontiert werden, wenn Ihr Patient "kribbelt" "von ihren an den kopf angeschlossenen leitungen (!) oder im schlimmsten fall (von einem fehler in der stromversorgung) eine tote leiche und eine tötungsanklage.

— Tony Barry

Für Ihren Instrumentenverstärker könnte ein INA129 von Burr Brown (Texas) gut sein. Sie sind sowohl für Oberflächenmontage (SMT, klein, SOIC) als auch für Durchgangsbohrungen (TH, groß, DIL) erhältlich. Sie könnten am Ende nur 16 davon auf die Platine legen, um mit der lokalen Polarisation um Ihre Elektroden herum zu kämpfen (was Ihnen die größten DC-Offsets gibt, mit denen Sie fertig werden müssen). Mit 16 Ampere kann sich jeder Verstärker einstellen, und Sie können dann über einen Multiplexer und A / D Daten erfassen. Ihr A / D könnte ein AD7940 sein, den Farnell für nur 12 Dollar verkauft - 100kSPS bei 14 Bit, single ended 0-5V. Nett.

— Tony Barry

6

Ich denke, dass Sie in solchen Situationen im Allgemeinen einen Operationsverstärker mit Instrumentenverstärker verwenden möchten . Sie sind für Differenzsignale ausgelegt, sodass Sie das Rauschen leicht herausfiltern können. Sie haben eine sehr hohe Verstärkung, Sie können die schwachen Signale verstärken und sie haben eine sehr hohe Impedanz, sodass sie empfindliche Signale erfassen können.

Nach einer kurzen Durchsicht der OpenEEG- Site, wie Davr vorschlägt, sieht es so aus, als ob sie einen TI INA114AP- Instrumentenverstärker als Hauptverstärker verwenden.

— todbot
quelle

Cheers Dude, sie klingen wie der perfekte kleine Verstärker. Gibt es einen äquivalenten IC, der mehrere Kanäle verarbeiten kann? Ich würde gerne ein 16-Kanal-EEG machen, aber ich möchte keine 16 separaten ICs für den Job haben.

— Jim

Ich habe gerade meine Elektroden angeschaut, sie sind 1-polige Mini-DIN-Einzelanschlüsse. Wenn ich einen Instrumentenverstärker mit + und - Eingängen verwende, bedeutet dies, dass die Differenz zwischen zwei Elektroden ausgegeben wird? Ich bin ein bisschen verwirrt, wie die Elektroden verdrahten. Ich habe ein Elektrodenarray namens montreal 10/20 erforscht, bei dem der Eingang aller Elektroden summiert und zum Auslöschen von Rauschen verwendet wird. Wie würde dies in die Instrumentenverstärkerschaltung passen? Cheers again Todbot

— Jim

Ja, keine Ahnung. Ich habe seit 15 Jahren nicht mehr mit Instrumentenverstärkern gespielt und noch nie etwas mit EEG gemacht. Ich würde über OpenEEG gießen. Es sieht so aus, als ob dort mehrere verschiedene Elektrodensysteme beschrieben sind. Vielleicht finden Sie einige Schaltkreise, die das tun, was Sie wollen.

— Todbot

Cheers for the help todbot

— Jim

Ja, es macht den Unterschied zwischen zwei Elektroden, wobei Gleichtaktsignale vom DRL-Verstärker gelöscht werden.

— Endolith

5

Haben Sie einen Grund, warum Sie OpenEEG , ein kostengünstiges Open-Source-EEG-System, nicht verwenden? Sie sind schon eine Weile da und haben viele nützliche Informationen auf ihrer Website.

— davr
quelle

Ich habe gesehen, dass es in Ordnung ist, aber es ist ein ziemlich einfaches Setup, geringe Bittiefe und begrenzte Kanäle, es ist auch ein ziemlich großes Stück Hardware. Ich möchte ein viel kompakteres und umfassenderes System. Ein Kanal mit einer Bittiefe von 10 ist wie ein Minimum, um eine anständige Darstellung eines Gehirnsignals zu erhalten. Ich möchte definitiv mehr als das

— Jim

5

TI verfügt über das ADS1298 für EEG- und EKG-Frontends. Es handelt sich um einen 8-Kanal-24-Bit-Analog-Digital-Wandler mit integriertem EKG-Frontend.

— Leon Heller
quelle

cheers dude - Ich habe letzte Woche eine Promo-E-Mail von TI bekommen und dieser Chip war auf der Titelseite - verrückt!

— Jim

Ich kann diesen Chip noch nicht bekommen - verdammt, sie sagten, er würde irgendwann von Mai bis Mitte Sommer erhältlich sein! - Sprechen Sie über Trommeln Interesse

— Jim

Anstatt den Rohchip direkt zu verwenden, sollten Sie in Ihrem ersten Prototyp die auf offener Hardware basierende ADS1298-basierte Biopotenzialsensorplattform verwenden, die auf diesem Chip basiert.

— Davidcary

4

Der Operationsverstärker AD620 enthält im Datenblatt einen Schaltplan für eine EKG-Schaltung. Hier finden Sie auch Klassenblätter, in denen mit dem AD620 ein EKG erstellt wird ( 1 , 2 , 3 , 4 ). Ähnlich wie beim Schaltplan im Datenblatt nur viel ausführlicher. Es ist nur ein Kanal. Ich kann den Rest Ihrer Frage nicht schnell beantworten, hoffe aber, dass dies hilft.

— Cyphunk
quelle

Leider sind die Signale, die ein EKG verarbeitet, erheblich stärker als die von einem EEG verarbeiteten Signale, aber ich würde mir vorstellen, dass sie viel zu schwach sind, um ein Signal über den Schädel zu erfassen.

— Jim

1

Eigentlich Jim, die Hardware, die Cyphunk vorgeschlagen hat, sollte genau richtig für Ihre Zwecke sein. Die Hautpotentiale, die ein EKG aufnimmt, sind mit denen eines EEG vergleichbar (beide messen den Nervenimpuls). Der AD620, AD624 oder AD625 sollte Ihren Zwecken in hervorragender Weise gerecht werden, je nachdem, welche Funktionen und Schaltungseinstellungsmerkmale Sie bevorzugen.

— Sketchy Fletchy

Cheers Sketchy, ich hatte gehofft, etwas mit 16 Kanälen zu machen, also habe ich nach einem Chip gesucht, der mehrere Instrumentenverstärker hat. Kennen Sie welche, die Sie empfehlen können?

— Jim

1

Es gibt einen Grund, warum nur ein Instrumentenverstärker in einem Paket enthalten ist. Das elektrische Layout ist mit einem einzelnen Verstärker pro Paket viel besser und es gibt keine Wechselwirkung zwischen den Kanälen.

— Connor Wolf

2

In den 70er Jahren haben wir 8 und 16 Chan-EEG-Telemetriegeräte für Krankenhäuser entwickelt. Die Eingangsleitungen müssen verdrillt, abgeschirmt und von der Sendeantenne entfernt sein. Aus Sicherheitsgründen haben wir die allerersten Lithiumzellen für die Versorgung mit isoliertem Strom verwendet. Verwendete L113 Micro-Power-Flatpack-Operationsverstärker zur Signalverstärkung. Die Ausgänge wurden auf den Sendereingang gemultiplext. Der unterhaltsame Teil dieses Entwurfs war die Methode des Demultiplexens, die zum Trennen der 8/16-EEG-Signale erforderlich ist. Viel Spaß - das ist ein ordentliches Projekt!

— Steve
quelle

2

Ich habe als Masterarbeit einen EMG-Verstärker gebaut. Es verwendet zumeist Standardteile (keine teuren INAs) und verfügt über die für die medizinische Elektronik erforderlichen Sicherheitsmerkmale. Die Anforderungen sind ähnlich wie bei EEG-Verstärkern, denke ich. Das Tiefpassfilter und die Verstärkungsstufe können über 2-Bit-Schnittstellen (00,01,10,11) programmiert werden, was cool ist, wenn Sie es an einen Mikrocontroller anschließen möchten.

Bei einem ADC ist es möglicherweise besser, die Isolierung auf der digitalen Seite vorzunehmen, aber Sie können möglicherweise trotzdem einige Ideen vom Verstärker verwenden. Eine nette Eigenschaft ist die aktive Abschirmung an den Differenzeingangskabeln, die Kabellängen von <3 m zwischen den Elektroden und dem Vorverstärker ermöglicht, dh keine kleine Vorverstärkerbox außerhalb des Hauptgehäuses des Verstärkers.

Die Arbeit selbst ist nicht online verfügbar, aber Sie finden das Schlüsselkapitel in einer Doktorarbeit, die teilweise auf meiner Arbeit basiert. Hier können Sie nachschauen (vgl. Kapitel 8) . Entschuldigung, die Dokumentation ist in Deutsch, aber die Schaltpläne sind ziemlich international, denke ich.

Außerdem sind mir Mehrkanal-InAmps nicht bekannt.

— Zebonaut
quelle

Cool - danke für das PDF .... Ich lese es jetzt gut durch, es sieht wirklich umfangreich aus! Ich habe den ASD1298 von Texas Instruments verwendet (mit 8 Instrumentenverstärkern), er scheint der beste Kandidat für mein Projekt zu sein. Gerade so beschäftigt mit anderen Projekten! Muss bald mit dem EEG anfangen. Vielen Dank für die Informationen und Hilfe :)

— Jim

1

ModularEEG verwendet INA114 .

Das Soundkarten-EEG verwendet den Instrumentenverstärker AD8221 . Ja, Sie können die Verstärkung mit einem digitalen Pot einstellen, aber warum sollten Sie das wollen?

Alternativtext http://www.analog.com/static/imported-files/images/verified_circuits/CN0114_00_0415.gif

Außerdem eine Suche: http://www.google.com/search?q=site%3Ati.com+PHYSIOLOGICAL+AMPLIFIERS%3A+EEG

— Endolith
quelle

Ich möchte eine Mehrzweckplatine herstellen, die für die Verwendung mit verschiedenen Audio- und Sensoreingängen umprogrammiert werden kann. Es ist ein bisschen wie ein Arduino, aber für Leute, die ernsthafteres DSP machen wollen. Ein Hoch auf die Hilfe

— Jim

Ich habe einige dieser Texas Instrument Instrumentation Amps gekauft. Sie sehen aus wie das Geschäft, ich versuche nur, einen Weg zu finden, um Multi-Channel zu machen. Es wäre gut, wenn alle Signale die MCU-ADCs passieren könnten und ich sie anschließend mit dem Computer vergleichen könnte. Ich dachte, es wäre gut, wenn der Benutzer einfach (in der Software-Benutzeroberfläche) einen beliebigen Kanal auswählen könnte, den der Computer dann als allgemeinen Modus behandeln würde, zum Beispiel

— Jim

Das Software-Ende sollte für mich einfach genug sein, es wird wahrscheinlich viel länger dauern, bis ich herausgefunden habe, wie die Hardware funktionieren wird!

— Jim