Расчёт коэффициента передачи

Коэффициент передачи всей цепи до АЦП рассчитывается по формуле:

К_п = U_out/U_in или 20*lg(U_out/U_in) (дБ)   (2.5)

Для минимального сигнала: Кп = 44.35*10^-3/2*10^-6 = 22175 или 86.92 дБ (2.6)

Для максимального сигнала: Кп = 1.42/100*10^-6 = 14200 или 83 дБ (2.7)

Расчёт отношения «сигнал/шум»

Шумы всей схемы как правило определяются шумовой характеристикой первого каскада устройства. В данном случае это шумы инструментального усилителя. Для удобства расчётов рассмотрим систему, как приёмник, где роль антенны выполняют датчики биопотенциалов. В этом случае справедливо отношение «сигнал/шум» не ниже 10-20 дБ. Воспользуемся формулой минимальной величины ЭДС в антенне приёма:

E_A = √kTΔFNr_э (2.9)

где k = 1,38*10^-23 Дж/град – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, ΔF – пропускаемая полоса частот, N – коэффициента шума линейного тракта приёмника, r_э – сопротивление эквивалента антенны. Величина Е_А будет характеризовать уровень шумов, который может оказаться в цепи.

Собственный шум ОУ OP-07, использованных в усилителе, составляет максимум 0,6 мкВ. Инструментальные усилители имеют очень малый собственный шум, поэтому примем N = 1,2 (в идеальном приёмнике N =1). В качестве r_э возьмём сопротивление 3,5 кОм.

Пропускаемая полоса частот – 100 Гц, значения поступающих сигналов возьмём по среднеквадратичному значению амплитуда А_i = 0,707*А_с.

Минимальное значение А₁ = 2*0,707 = 1,414 мкВ (2.10)

Максимальное значение А₂ = 100*0,707 = 70,7 мкВ    (2.11)

Расчитаем Е_А для обоих значений:

Е_А = √1,38*10^-23*(273+20)*100*1,2*3500 = 0,0412 мкВ (2.12)

Отношение «сигнал/шум» (SNR) рассчитаем как 20*log(А_i/Е_А) (2.13)

Для минимального сигнала SNR = 30,7 дБ

Для максимального сигнала SNR = 64,7 дБ

 

Расчёт шага квантования

Шаг квантования

Δ = (U_max-U_min)/2ⁿ     (2.14)

где n – число разрядов АЦП. Выбранный для обработки сигнала AduC812 имеет 8-ми канальный 12-разрядный АЦП. Следовательно, n = 12.

Для минимального сигнала Δ = 89.29/4096 = 0.022 мВ (2.15)

Для максимального сигнала Δ = 2.79/4096 = 0.00068 В (2.16)

Расчёт шума квантования

Средняя мощность шума квантования (дисперсионная ошибка квантования):

 σ² = Δ²/12      (2.17)

Для минимального сигнала σ² = 40*10^-12;

Для максимального сигнала σ² = 38*10^-9.

Следует учесть один факт: поскольку используемый АЦП имеет 8 каналов входа, то к нему можно подсоединить только 8 датчиков биоэлектрической активности. При таком количестве можно будет следить только за общим состоянием мозга и выявлять грубые нарушения в его работе. Для более точных и тонких исследований рекомендуется иметь 16 и более датчиков.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

Ниже представлен окончательный вариант схемы детектирования, обработки и передачи ЦС (рис. 3.8). Она может быть как 8-ми, так и 16-ти канальной в зависимости от поставленной задачи.

Рис. 3.8. Структурная схема радиосистемы передачи ЦС

Поскольку нельзя быть уверенным в том, что артефакты полностью отсутствуют, альтернативой их сведению на нет в самом начале является их обнаружение и предпринятие соответствующих мер по их устранению. Это можно сделать внедрив, например, установив до АЦП какой-либо визуализатор сигналов (небольшой монитор). Наиболее характерные признаки артефактов указаны в приложении 5 [Л. 25].

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью дипломной работы была разработка структурной схемы устройства для съёма, обработки и передачи мозговых сигналов по беспроводным линиям связи.

Данная дипломная работа построена на основе различных исследований в области анализа мозговой деятельности человека и её применении в различных устройствах, чему посвящены главы 1 и 2. Разработанная схема является упрощённой версией серьёзных медицинских приборов и подходит для анализа активности мозга человека и создания устройств, использующих сигналы мозга в качестве управлящих сигналов.

Так же было доказано, что мозговые сигналы легко поддаются тем же операциям обработки, что и сигналы от искусственных источников. Это означает, что в скором времени возможно создание средств связи, по которым можно будет передавать информацию, выделяемую из сигналов мозга, упростив схемы приёмопередающих аппаратов и уменьшив тем самым затраты на канальные ресурсы и преобразование сигналов для их передачи.