Какое максимальное усиление сигнала можно получить?

[polyakov]

Какое максимальное усиление можно получить с минимум шумов на хороших микросхемах?
Хотелось бы усилить очень слабые сигналы, типа ЕЕГ (електроенцефалограма) и ещё слабее сигналы.
В идеале чтобы усиление было как можно большим, да хоть в миллион, или даже в миллирд раз.
Ответы желательно со схемами, советами, и на каких микросхемах это реализовать, например AD620 две штуки последовательно, какие при этом могут быть проблемы.
Например при сверхвысоком усилении будут наводки 50 герц даже в чистом поле. Как решить проблемы с наводками, и внутренними шумами схемы? Примечание, шумы самих микросхем не рассматриваем, с этим ничего не поделать.

 

[Геннадий П]

Примечание, шумы самих микросхем не рассматриваем,

Как это не рассматриваем? Шумы микросхем это первое с чем придется бороться.

 

[polyakov]

В даташите на AD620 https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD620.pdf
Low noise 9 nV/√Hz @ 1 kHz, input voltage noise
0.28 μV p-p noise (0.1 Hz to 10 Hz)

@Геннадий П,

Как бороться с этим параметром, его разве можно уменьшить?

 

[Bruzzer]

@polyakov,
Про максимальное усиление я не скажу.
Если говорить конкретно про ЕЕГ, то стоит поискать готовые проекты, и посмотреть как там сделано, какие результаты, какие ограничения и т.д. Вот человек (не знаю насколько он в теме) предлагает варианты https://habr.com/ru/articles/536532/comments/#comment_22519664
Кстати сама тема, где этот комментарий, была создана автором с "около нулевыми" знаниями в схемотехнике и показательно наивно безграмотная.

 

[poty]

@polyakov, расчёты шумовых параметров довольно сложные и многофакторные. В частности, сильное влияние имеет полоса пропускания, профиль сигнала, уровень сигнала и т.п. Для начала стоит уточнить эти свойства исходного сигнала и что нужно сохранить/усилить.

@polyakov, этот параметр не зря имеет сложную размерность, есть множество ухищрений, с помощью которых можно эти параметры учитывать/улучшать.

 

[polyakov]

@poty,

Усиливать биосигналы малой амплитуды, еег сигналы, сигналы фотодиода, фоторотранзистора.
Полоса пропускания некоторых проектов от 1 до 50 герц еег, фотодиод, фототранзистор килогерцы 40 - 50 кГц.

Интересно как улучшать уровни шума?

Ещё вспомнил когда то в интернете нашёл про двойной экранированный провод, и наводки, цитата.

Когдато работал в ИКИ и достались мне две бухточки кабелей ; Две жилы провода и 8 жил в двойном экране. ПШЛ 2 э2КБиПШЛ8- Э 3КБМ.Работал на пол ставки по ремонту кардиографов. Часто приносили с пробитыми каналами.Статическое пробивало жутко.Вот я и решил модернизировать кабель. От датчиков шел тонкий кабель до коммутационного блока. Разделил общий провод от массы прибора. Через кондюк 01 мкф и сопротивление 100ком. Первый экран на общий провод, а второй на корпус прибора и общее заземление. Перестали носить кардиографы сказав что пишет четко, без шумовых дребезгов пера. Остался без работы! Но помог.

 

[poty]

@polyakov, для разных диапазонов - разные подходы, как и для сигналов. Но мне кажется у Вас намешано очень много: защита входа, борьба с наводками на передающие линии, внутренние и внешние шумы и т.п.
Общие подходы - усиливать слабые сигналы в точке измерения и передавать по линии сигналы с большей амплитудой (или с дополнительными параметрами, обеспечивающими помехозащищённость передачи: модуляцию для перемещения спектра в относительно тихий диапазон частот, передача цифровым или аналоговым сигналом с избыточностью...), использовать балансные линии и дифференциальные сигналы с соответствующей обработкой, избавляться от петель из общего провода + входы с хорошим подавлением синфазной помехи, усиливать полезные свойства сигнала статистическими методами (включая фильтрацию полезной полосы)... Универсального рецепта нет, для каждого случая нужно анализировать факторы влияния и применять самые эффективные именно для этого случая методы. Не зря Вам советовали использовать специализированные микросхемы: проверьте, для их выпуска использовались годы исследований и экспериментов.

 

[Геннадий П]

Усиливать биосигналы малой амплитуды, еег сигналы, сигналы фотодиода, фоторотранзистора.
Полоса пропускания некоторых проектов от 1 до 50 герц еег, фотодиод, фототранзистор килогерцы 40 - 50 кГц.

Вы для начала определитесь с диапазоном частот которые хотите усиливать. Потому как для 1-50 Гц - это одно, а для 40-50 кГц - совсем другое.

 

[polyakov]

Передавать усиленные сигналы можно цифровым путём по оптоволокну, есть у меня ацп и цап, можно через линейную оптопару, тоже есть пока не пробовал. Можно через полностью дифференциальный усилитель, тоже есть, пока не пробовал сравнивать шум с обычным усилителем и полностью дифференциальным. Кстати в даташитах где принимают сигналы с еег видел в блок схеме входные цепи построены на полностью дифференциальном усилителе.

Из статьи спаял схему, работает, но на шум не замерял разницу.
ADA4627 эта микросхема у меня не заработала, заменил на то что было TLC2272, и AD8475

Высокочувствительный фотодиодный усилитель с дифференциальным выходом

Высокочувствительный фотодиодный усилитель с дифференциальным выходом

18 сентября 2013 Одним из главных недостатков традиционного фотодиодного усилителя является шум земли, что приводит к ухудшению характеристик устройства. Применение фотодиодного усилителя с дифференциальным выходом позволяет увеличить помехозащищенность и динамический диапазон, а также...

elcomdesign.ru

Кстати модуль из Китая полностью дифференциальный усилител на OPA1632 не заработал, а с диджикей заказал эту же микру, работает.

И для разнообразия, вот такую самую маленькую микросхему я впаял паяльником ксгер, на жалах т12, до жала примотал ножку от диода 0.5 мм в диметре, и ею паял микросхему AD8475, размер ножки 0.3 мм, а между ножками 0.25 мм, это как две с половиной лезвии, и удачно припаял под линзой большого увеличения. Хотя когда приехала эта микросхема, я не знал что с ней делать, я обычные смд не любил паять, а эта почти в два раза меньше . Но запаял удачно и работает.

Вы для начала определитесь с диапазоном частот которые хотите усиливать. Потому как для 1-50 Гц - это одно, а для 40-50 кГц - совсем другое.

Ну для начала от 1 герца до 100 герц, или желательно от 1 герца до 1000.