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Universidad de Oviedo Escuela Politécnica de Ingeniería de Gijón

ENSAYO Y VERIFICACIÓN DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS EJEMPLO:

MEDIDA DE BIOPOTENCIALES  Introducción  Interferencias eléctricas  Interferencias magnéticas  Protección frente a transitorios  Minimización de interferencias de modo común  Amplificador de biopotenciales para ECG

EVEE-Ejemplo1

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1

INTRODUCIÓN

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SEÑALES BIOELECTRICAS

ECG = Electrocardiograma (registro de la señal eléctrica generada por el corazón) EEG = Electroencefalograma (registro de la señal eléctrica generada por el cerebro) EMG = Electromiograma (registro de la señal eléctrica generada por los músculos) EOG = Electrooculograma (registro de la señal eléctrica generada por los ojos)

 Nitish V. Thakor. Johns Hopkins School of Medicine. Biopotentials and Electrophysiology Measurement. EVEE-Ejemplo

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EVEE-Ejemplo

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 J. G. Webster (ed.), Medical instrumentation: application and design, 3rd ed., John Wiley & Sons, 1998.

EVEE-Ejemplo

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EVEE-Ejemplo

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INTERFERENCIAS ELÉCTRICAS

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500 

EVEE-Ejemplo

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𝒗𝑨 − 𝒗𝑩 = 𝒊𝒅𝟏 𝒁𝟏 − 𝒊𝒅𝟐 𝒁𝟐 ≅ 𝒊𝒅 𝒁𝟏 − 𝒁𝟐 ≈ 𝟔 𝒏𝑨 𝟐𝟎 𝒌𝜴 = 𝟏𝟐𝟎 𝝁𝑽

Para minimizar este tipo de interferencia:  APANTALLAR cada cable y poner la pantalla de cada cable a la masa del electrocardiógrafo.  Reducir Z1 y Z2 mejorando el contacto electrodo-piel

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vcm vcm

vcm vcm= tensión de modo común

EVEE-Ejemplo

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𝒗𝒄𝒎 = 𝒊𝒅𝒃 𝒁𝑮 = 𝟎, 𝟐 𝝁𝑨 𝟓𝟎 𝒌𝜴 = 𝟏𝟎 𝐦𝐕 𝒗𝑨 − 𝒗𝑩 = 𝒗𝒄𝒎

𝒁𝒊𝒏 𝒁𝒊𝒏 − 𝒁𝒊𝒏 + 𝒁𝟏 𝒁𝒊𝒏 + 𝒁𝟐

𝒁𝒊𝒏 ≫ 𝒁𝟏 , 𝒁𝟐 𝒗𝑨 − 𝒗𝑩 = 𝒗𝒄𝒎

𝒁𝟐 − 𝒁𝟏 𝒁𝒊𝒏

𝒗𝑨 − 𝒗𝑩 = 𝟏𝟎 𝒎𝑽

𝟐𝟎 𝒌𝛀 = 𝟒𝟎 𝝁𝑽 𝟓 𝑴𝛀

 Reducir Z1 y Z2 mejorando el contacto electrodo-piel  Amplificador con alta Zin y alta CMRR

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INTERFERENCIAS MAGNÉTICAS

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PROTECCIÓN FRENTE A TRANSISTORIOS

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DISPOSITIVOS LIMITADORES DE TENSIÓN

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MINIMIZACIÓN DE INTERFERENCIAS DE MODO COMÚN

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𝑣3 = 𝑣1 + 𝑣𝑅 𝑣4 = 𝑣2 − 𝑣𝑅 v1

𝑣3 + 𝑣4 𝑣1 + 𝑣2 𝑣𝑥 = = 2 2

vx

𝑣𝑑 𝑣1 = 𝑣𝑐𝑚 + 2 𝑣𝑑 𝑣2 = 𝑣𝑐𝑚 − 2

v2

𝒗𝒙 = 𝒗𝒄𝒎

EVEE-Ejemplo

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CIRCUITO EQUIVALENTE 𝟐𝒗𝒄𝒎 𝒗𝒐 + =𝟎 𝑹𝒂 𝑹𝒇 𝟐𝑹𝒇 𝒗𝒐 = − 𝒗 𝑹𝒂 𝒄𝒎 𝒗𝒄𝒎 = 𝑹𝑹𝑳 𝒊𝒅 + 𝒗𝒐

𝒗𝒄𝒎 =

𝑹𝑹𝑳 ∙ 𝒊𝒅 𝟏 + 𝟐𝑹𝒇 /𝑹𝒂

𝑹𝒇 = 𝑹𝒐 = 𝟓 𝑴𝜴; 𝑹𝒂 = 𝟐𝟓 𝒌𝜴; 𝑹𝑹𝑳 = 𝟏𝟎𝟎 𝒌𝜴 𝒊𝒅 = 𝟎, 𝟐 𝝁𝑨, 𝒗𝒄𝒎 = 𝟓𝟎 𝝁𝜴

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Powerline id Induced or displacement current

+ R1

LA

RA

R1 RL

vcm

RG

AI

vo

R2

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vcm

R0

-

𝑣𝑐𝑚

𝑖𝑑 ∙ 𝑅0 = 1 + 2𝑅2 /𝑅1

+

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AMPLIFICADOR DE BIOPOTENCIALES PARA ECG

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 Analog Devices Designing for Vital Sign Monitoring EVEE-Ejemplo1

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Signal Conditioning Circuit RA IA RL

Gain BPF

LA

vc REF

mC ATMEGA

Bluetooth WT12

RA= Right arm electrode LA = Left arm electrode RL = Right leg electrode

+

IA= Instrumentation amplifier BPF = Band-pass filter

Driven-Right-Leg Circuit

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2 7

R1 22K Rx2 220K

+15V -15V

+15V -15V +15V -15V

+15V Rx1 220K

High-Pass Filter (fL =0.05 Hz)

Isolation Amplifier

Instrumentation Amplifier

1

vc

R2 22K

RG 1.2K

v1

INA118

C1 1uF ISO124

6

REF

R3 3M3

5

8

OP07

4 3

-15V

Driven-Right-Leg Circuit R9 10K

C6 100nF

Low-Pass Filter (fH = 40 Hz)

Additional gain R8 2.7K

C5 150 nF +15V -15V

R10 1M +15V -15V +15V -15V Rx3 220K

vo OP07

C2 1uF -15V

R8 270

v2

OP07

R7 18K

R6 1.8K OP07 OP07

OP07 C4 330nF

EVEE-Ejemplo1

+15V

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R5 22K

R4 2.2K

C3 330nF

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v1 – raw signal

50 mV/div

50 mV/div

EVEE-Ejemplo1

50 ms/div 500 ms/div

v2 – filtered signal

50 mV/div

50 mV/div

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50 ms/div 500 ms/div

vo – amplified signal

1.00 V/div

1.00 V/div

50 ms/div 500 ms/div

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 Texas Instruments Getting the most out of your instrumentation amplifier design EVEE-Ejemplo1

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 Freescale Semiconductor Heart Rate Monitor and Electrocardiograph Fundamentals EVEE-Ejemplo1

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