低成本32通道EEG无线设备分析

这个脑电设备32通道，大概1W的样子，今天到手来学习一下设计思路，后面研发的时候用得上。

以 128 Hz 的频率传输无线数据

取样方法：顺序采样，单ADC

采样率：1024 内部下采样至 128 SPS。

分辨率：14 位，1 LSB = 0.51μV（16 位 ADC，丢弃 2 位仪器本底噪声），每个样本压缩最大压摆率为 32uV。

本底噪音就是ADC最敏感的时候可以检测到的电信号，这个电信号使得ADC的量化数不满。

带宽：0.16 – 43Hz，50Hz和60Hz数字陷波滤波器

看右边就可以看到有噪音的情况下，心电信号什么也看不见

陷波滤波器是一种削弱小范围频率信号并支持所有其他频率信号原样通过的滤波器。陷波滤波器可有效去除特定频率的干扰信号。在音频和其他信号应用中，电网产生的背景嗡嗡声（通常为 60 Hz）可以通过针对该频率设计陷波滤波器来去除。在软件无线电中，干扰性调频广播信号亦可通过陷波滤波器去除。陷波滤波器是一种带阻滤波器，由高通和低通滤波器组合而成。陷波滤波器也称为“带抑制滤波器”。

动态范围（参考输入）：8400 μV（pp）

Emotiv Epoc X便携脑电仪，这个是另外一款内置的滤波器

耦合方式：交流耦合

特别的，其实这个仪器还可以测量肌电和眼电

这个是肌电的电极位置，这个板子之后也会做出来

这个示意图展示了肌肉变化带来的电位影响

眼电也可以，但是注意是有两个参考电极的

一篇论文中更加精细的给出了眼球的转动和电压信号之间的时序关系

论文里面也给了框图，可以一看

比较有创意的是使用毛毡电极

就是这样

可以安装在后脑勺

也可以在头顶

就在这里

两种示意图

主要使用了一颗来自PIC的DSP，一点也不熟悉，无线传输是使用的BLE，上下层之间通过插针连接的，叠起来就可以让体积变小。还有一颗TI芯片负责充电。可以看到布局是非常好看的，疏密有致，中间的看样子是为DSP和BLE烧录固件留的插针口。

BLE

DSP，强大的数字信号处理器

叠层让PCB的体积更小

两面

aDataFlow-设计札记，这个文章里面也是可以看到叠层的巧妙用处。

背板的芯片丝印不好找，全靠经验

这个板子的后面的芯片丝印查不出来，然后按走线是走了等长的信号线，应该是和USB有关系。

一模一样

先查出来是这个，是IIC的

然后后缀就出现了这个

没错了就是USB的芯片

上面有五个端口，也就是说可以聚合五个设备在一个USB口传输

就是DSP芯片处理完的数据可以通过SPI给USB，USB可以直接来读取EEG数据。

然后电源是比较低的

这也就是为什么使用了这个IIC的转换器的原因

一个简单的示意图

下面完全就是放大器的天下了，但是有两个芯片没法确认只能通过猜测了。

使用的ADC是ADS1115（看参数是符合的）

这几颗ADC的区别就是这些

算了，这个ADC还是没有找对，但是大致就是这几个里面的，但是这个封装只有8个脚，我没有对应上。

正面

背面

每一个通道上面有一个微小的低成本的OP：

就这样的，我也懒得测这就几个引脚之间的关系，无非就是缓冲以及放大以及滤波。

这么大的钽电容后级应该是有个低通滤波：

还有ESD管子，来保护后级

这个噪音确实挺低的

电压很宽

1. 高输入阻抗: 为了尽可能减少对微弱脑电信号的影响，要求运放具有极高的输入阻抗，一般应大于10MΩ。
2. 低噪声: 运放的噪声直接影响信噪比，应选择低噪声的运放，如精密运算放大器。
3. 高共模抑制比(CMRR): 脑电信号中往往混有大量的共模干扰，如工频干扰。因此，运放的CMRR应足够高，以有效抑制共模干扰。
4. 宽带噪声低: 脑电信号的频带较宽，因此要求运放的宽带噪声较低。
5. 低失真: 运放的非线性失真会对信号产生畸变，应选择失真较小的运放。
6. 低漂移: 运放的输入失调电压漂移会引起基线漂移，影响信号的稳定性，应选择低漂移的运放。

应该是做缓冲+放大+滤波可以一起做了。

这个我觉得是二级放大，因为脑电信号微弱

还有两颗OPAx373

但是看布局有一颗做缓冲有点远

就是这样

然后这个是16C x 2 的32通道，就是使用电子刀来切换的

大概点评一下，学习一下。首先成本够低，只用了一颗外置的ADC，就完成了转换，然后多通道上面是使用了电子开关，这个扩展64或者更多都是可以的。

但是每一个通道上面要加足够多的运放来做调理电路，比如一开始的缓冲级，因为皮肤的阻抗很大，接着就是要加一级放大，要小一些，一般不超过20倍，然后再构成一个简单的低通滤波器来压压工频干扰。后级就是二次放大来让ADC的输入满偏，之后就是在输入ADC之前还有一个ADC的驱动OP，我不知道这种模式有没有什么要进行通道保持的事项，我还不是很懂。往上就是直接给到了DSP，与此同时还有IMU什么的，一起融合进USB的通道中输出。总的来说很有学习的价值。

感觉任老师借我仪器让我大饱眼福