АВТОРЕФЕРАТ. Содержание работы

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и приведены основные результаты.

Первая глава посвящена анализу принципов построения, применению современных технологий ЦОС при проектировании ЦУЭЭГ.

Приведены основные требования к цифровым ЭЭГ комплексам на основании обзора отечественных и зарубежных данных. Современный регистратор ЭЭГ должен иметь параметры не хуже:

количество каналов 24
полоса пропускания сигнала 0.16-70 Гц
частота дискретизации 200 Гц
входное сопротивление 100 МОм
эффективное разрешение в полосе сигнала 1.5 мкВ
входной диапазон +100 мВ

На представлена типовая структурная схема блока АЦП ЦУЭЭГ.

Рис.1 Типовая структурная схема блока АЦП ЦУЭЭГ.

Данному подходу присущи следующие недостатки:

относительно сложные инструментальные усилители во входном каскаде для подавления синфазной помехи;
крупногабаритные прецизионные конденсаторы в фильтрах верхних частот (ФВЧ);
высокий порядок фильтров нижних частот (ФНЧ), ограничивающих спектр аналогового сигнала;
схема выборки–хранения и мультиплексор перед входом АЦП, вносящие дополнительные нелинейные искажения и фазовый межканальный сдвиг.

При построении многоканальных систем существенной задачей становится упрощение схемотехники каждого канала. Это позволяет улучшить технические параметры, надежность и технологичность производства приборов. Перспективными являются решения, позволяющие снизить, в первую очередь, требования к предварительной аналоговой фильтрации сигнала за счет применения алгоритмов ЦОС. Для этого возможно:

увеличить частоту дискретизации входного сигнала, что снизит требования к ФНЧ;
повысить разрядность АЦП, увеличив входной динамический диапазон сигнала и отказаться от построения ФВЧ.

Однако высокоточные АЦП имеют значительную стоимость. При этом их быстродействие при включении в схеме с многоканальным мультиплексором ограничено. Этих недостатков лишена новая технология ЦОС – сигма-дельта аналого-цифровое преобразование.

Основой такого рода АЦП является сигма-дельта модулятор. Сигнал квантуется с очень низким разрешением (1 бит) аналоговым компаратором, но с частотой F₀, в сотни раз превышающей верхнюю частоту входного сигнала F_А. Однобитовый поток данных проходит через цифровые фильтры и подвергается децимации (прореживанию), приобретая разрядность 16-24 двоичных бита и частоту F_S ~ 3*F_A .

Рис.2 Передискретизация, цифровая фильтрация сигнала.

Большой коэффициент передискретизации по частоте позволяет с помощью цифровой фильтрации избавится от большей части шума квантования. Цифровой фильтр подавляет шум, имеющий в общем случае равномерное распределение, в полосе частот от F_S/2 до F₀/2 (Рис.2), что улучшает соотношение сигнал/шум на величину:

M=10*lg(K), где K= F₀/F_S – коэффициент передискретизации.

Интегратор, входящий в состав сигма-дельта модулятора, формирует спектр шумов квантования неравномерным, вытесняя их в область выше F_S/2 (характер распределения зависит от порядка модулятора), что улучшает фильтрацию шума. Благодаря линейности однобитного квантователя сигма-дельта АЦП имеют малую интегральную и дифференциальную нелинейности без использования технологии высокоточной лазерной подгонки, что определяет их невысокую стоимость.

Для реализации аналого-цифрового блока ЦУЭЭГ Neurovisor40U (Рис.3) было выбрано многоканальное сигма-дельта АЦП AD7716 фирмы “Analog Devices” (США), имеющего эффективное разрешение на уровне 20 двоичных разрядов при частоте выдачи данных 250 Гц и частоте дискретизации входного сигнала 570 кГц.

Рис.3 Структурная схема блока АЦП ЦУЭЭГ на основе многоканальных сигма-дельта преобразователей.

Назад | Вперед