Совет по улучшению моей схемы микрофона

Я все еще работаю над схемой, чтобы услышать свое сердцебиение. Я прошел долгий путь, но он все еще не звучит так хорошо, как некоторые примеры записей, которые я слышал. Мне было интересно, может ли кто-нибудь обнаружить что-то не так в моей входной цепи. В настоящее время я использую электретный микрофон (CUI POM-2245L-C33-R) на коротком проводе внутри трубки стетоскопа (очень близко к грудной клетке). Микрофон подключается к моему операционному усилителю OPA350 с коэффициентом усиления около 30. Извините, мой VCC обрезан на этой картинке, но это 3,3 В:введите описание изображения здесь

Это подается в фильтр нижних частот примерно на 2,5 кГц, например:

введите описание изображения здесь

Выход фильтра нижних частот поступает в небольшой DSP-кодек, где у меня есть КИХ-фильтр нижних частот с 250 отводами на частоте 220 Гц. Я пробовал разные частоты. У DSP есть некоторое аналоговое усиление, которое я могу настроить, а также цифровое усиление, которое затем выводится на пару наушников. Кажется, у них достаточно басов, чтобы услышать записи, о которых я упоминал ранее.

О, и все это на маленькой 4-слойной плате, которую я сделал, и у меня есть развязка повсюду. Я слышу биение своего сердца, но оно немного мутное. Я ищу способы улучшить свой дизайн, чтобы прояснить ситуацию, возможно, улучшив SNR. Я подумал о том, чтобы использовать полный дифференциальный сигнал на аудиотракте, поэтому выходные операционные усилители дифференцируются на дифференциальные входы на DSP. Я также пытался увеличить C4 до 10 мкФ и использовать различные FIR-фильтры. Я пробовал больше усиления, но тогда это звучит так, как будто все обрезается. Хотя может быть шум. О, и я вижу, что в некоторых профессиональных версиях этого микрофона используются контактные пьезоэлементы. Я пробовал это, но я продолжаю терпеть неудачу, не знаю почему. Я купил у диги несколько пьезодисков и подключил их через J1, а 1Meg также через J1. Я слышу звук, но едва слышу биение.

В любом случае, я решил опубликовать то, что у меня было, и посмотреть, может ли кто-нибудь с большим опытом, чем я, обнаружить проблему. Я действительно не знаю, правильно ли я сопоставляю импеданс микрофона с входным импедансом операционного усилителя.

Рассматривали ли вы возможность использования дифференциального микрофонного входного каскада? После этого он может быть односторонним. Теперь у вас есть эффективное смещение 1K для микрофона, так как у вас есть резистор MIC_BIAS и резистор AVDD. Это немного низко. Есть ли эффект, если J16 закорочен или нет? Сколько милливольт от пика до пика вы получаете от микрофонного элемента? Если пропустить фильтрацию в DSP, получится ли достаточно сильный сигнал? Если сигнал сильный без фильтрации, то очевидно нужно улучшить фильтрацию. Вы могли бы добавить некоторое усиление к фильтру нижних частот и, возможно, сделать его эллиптическим.
Я думал об этом, но не пробовал, может быть, я сделаю попытку, чтобы изменить ее не слишком сложно. Я должен был сделать схему более понятной, только J16 — это перемычка под пайку, которая не установлена. Это дает мне возможность удалить R5 и использовать dsp для создания смещения микрофона. Когда я смотрю на выход микрофона, выход операционного усилителя или выход фильтра низких частот, я не вижу сигнала сердцебиения. Мне это кажется шумом, я ясно вижу, как говорю. Только когда я пройду через dsp, я смогу что-нибудь получить.

Ответы (2)

Добавление к ответу @GeorgeHerold:

  1. Вам нужно включить частоты ниже 30 Гц. Большая часть энергии типичного сердцебиения находится в диапазоне от 30 до 40 Гц. Учитывая отсечку для верхних частот, которую вычислил @GeorgHerold, вы теряете хорошие 15 дБ на нижнем конце.
  2. Попробуйте использовать направленный микрофон вместо всенаправленного. Направленные микрофоны имеют два отверстия, одно спереди и одно сзади у контактных площадок. Я обнаружил, что получаю гораздо лучшие результаты, устанавливая направленный микрофон таким образом, чтобы передняя часть (там, где вы обычно говорите в микрофон) находилась внутри трубки, а порт на задней панели микрофона находился на открытом воздухе.

На самом деле, я не использую стетоскоп в своих экспериментах. Простая пластиковая оболочка с отверстием для микрофона работает очень хорошо. Я использовал для этого пластиковую заглушку, которую вы использовали бы, чтобы закрыть один конец пластиковой водопроводной линии. У меня валялось несколько штук диаметром около 2 дюймов, и они хорошо работают.

Я обнаружил, что направленный электретный микрофон, установленный в пластиковой крышке, как описано, работает достаточно хорошо, чтобы я мог записывать звуки сердца, используя только ПК или смартфон без дополнительной электроники — затем я мог выполнять фильтрацию, запись или другую обработку в цифровом виде.
Звуковая карта ПК имеет усиление на 20 дБ на микрофонном входе, а смартфоны — нет. Поскольку карты используют 16-битную выборку, у вас есть достаточно места для цифрового усиления сигнала даже без использования усиления. Если вы пересэмплируете с 44100 до 400 или около того, вы, вероятно, сможете получить эквивалент нескольких битов.

Ссылка на микрофон не помешала бы. Меня смущают R5 и R38. (как спросил PkP.) И ваша соединительная крышка C4 выглядит маленькой. Будет высокий проход RC, сделанный C4 и R38//R5. Это примерно ~ 1 кГц, поэтому вы теряете сигнал там. Поэтому я бы увеличил резистор смещения и C4. (и расскажите нам, что такое R5?) У вас есть генератор области действия и функций? Один из способов посмотреть на частотную характеристику вашей схемы — отключить микрофон и подать слабый сигнал на вход. (Или используйте симуляцию спайса.) Я мог бы попробовать фильтр LP более высокого порядка, возможно, на более низкой частоте. (Какие частоты вас интересуют?) ... и может быть еще один усилительный каскад. Избавьтесь от как можно большего количества «внеполосного» шума, прежде чем подавать сигнал на DSP.

Вот две ссылки на микрофон: puiaudio.com/pdf/POM-2245L-C33-R.pdf media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Projects%20Unlimited%20PDFs/… Я не подумал, что R5 был часть фильтра верхних частот. R5 я использовал в качестве резистора смещения для микрофона, R38 можно использовать, если я шунтирую J16. Это позволяет мне использовать выход смещения микрофона DSP, если я хочу. Я обязательно попробую ваше предложение по увеличению резистора смещения и C4. У меня дома нет хорошего генератора сигналов, может быть, он есть на работе, я могу одолжить, и я попробую ваше предложение.
Меня интересует частота 20-220 Гц, и я думаю, что большая часть моей энергии находится на частоте около 100 Гц. О, и у меня есть еще 4 дополнительных каскада усиления на моей плате, но они просто перегружали, когда я пробовал их раньше.
@confused, Хм, было бы неплохо, если бы они показали вам отклик ниже 50 Гц, было бы неплохо увидеть, где он упал. Re: резисторы смещения, что касается сигнала, вы должны рассматривать шины питания так же, как и землю. (Подумайте о большом колпачке для заземления на шине PS, если не о чем другом.)
Совет по улучшению моей схемы микрофона
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v