Consejos para mejorar mi circuito de micrófono

Todavía estoy trabajando en un circuito para escuchar los latidos de mi corazón. He recorrido un largo camino, pero todavía no suena tan bien como algunas grabaciones de ejemplo que he escuchado. Me preguntaba si alguien podría detectar algo mal en mi circuito de entrada. Actualmente estoy usando un micrófono electret (CUI POM-2245L-C33-R) en un cable corto dentro del tubo de un estetoscopio (muy cerca de la pieza del pecho). El micrófono entra en mi amplificador operacional OPA350 con una ganancia de alrededor de 30 como esta. Lo siento, mi VCC se cortó en esta foto, pero es 3.3V:ingrese la descripción de la imagen aquí

Eso alimenta un filtro de paso bajo a aproximadamente 2.5k como este:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La salida del paso bajo va a un pequeño códec DSP donde tengo un filtro FIR de paso bajo de 250 taps a 220 Hz. He probado con diferentes frecuencias. El DSP tiene algo de ganancia analógica que puedo ajustar, así como ganancia digital, luego sale a un par de auriculares. Parecen tener suficiente respuesta de bajos para escuchar las grabaciones que mencioné antes.

Ah, y todo esto está en un pequeño tablero de 4 capas que hice, y tengo desacoplamiento por todas partes. Puedo oír los latidos de mi corazón, pero está un poco embarrado. Estoy buscando formas de mejorar mi diseño para aclarar las cosas, tal vez mejorando la SNR. He considerado utilizar un diferencial completo en la ruta de audio, por lo que los amplificadores operacionales de salida diferenciales se convierten en entradas diferenciales en dsp. También intenté aumentar C4 a 10uF y varios filtros FIR diferentes. Probé más ganancia, pero luego parece que las cosas se están recortando. Aunque podría ser ruido. Ah, y veo algunas versiones profesionales de este uso de micrófonos de contacto piezoeléctricos. Lo he intentado pero sigo fallando, no estoy seguro de por qué. Compré algunos discos piezoeléctricos de digi y los conecté a través de J1, con un 1Meg también a través de J1. Recibo sonido pero apenas escucho latidos.

De todos modos, pensé en publicar lo que tenía y ver si alguien con más experiencia que yo podría detectar un problema. Realmente no sé si estoy haciendo coincidir la impedancia del micrófono con la impedancia de entrada del opamp correctamente.

¿Ha considerado usar una etapa de entrada de micrófono diferencial? Después de eso, puede ser de un solo extremo. Ahora tiene efectivamente un sesgo de 1K para el micrófono, ya que tiene la resistencia MIC_BIAS y la resistencia AVDD. Eso es un poco bajo. ¿Hay algún efecto si J16 está en cortocircuito o no? ¿Cuántos milivoltios de pico a pico obtienes del elemento del micrófono? Si omite el filtrado en el DSP, ¿obtiene una señal lo suficientemente fuerte? Si la señal es fuerte sin el filtrado, obviamente necesita mejorar el filtrado. Podría agregar algo de ganancia al filtro de paso bajo y tal vez hacerlo elíptico.
Lo había pensado pero no lo he intentado, tal vez lo intentaré, no debería ser demasiado difícil de modificar. Debería haber dejado el esquema más claro, solo que J16 es un puente de soldadura que no está instalado. Me da la opción de eliminar R5 y usar dsp para generar un sesgo de micrófono. Cuando miro la salida del micrófono, la salida del amplificador operacional o la salida del paso bajo, no puedo ver la señal del latido del corazón. Solo me parece ruido, puedo verme claramente hablando. No es hasta que paso por el dsp que puedo conseguir algo.

Respuestas (2)

Agregando a la respuesta de @GeorgeHerold:

  1. Debe incluir frecuencias por debajo de 30 Hz. La mayor parte de la energía en un latido típico del corazón está entre 30 y 40 Hz. Dado el corte para el paso alto que calculó @GeorgHerold, está perdiendo unos buenos 15dB en el extremo inferior.
  2. Intente usar un micrófono direccional en lugar de uno omnidireccional. Los micrófonos direccionales tienen dos aberturas, una en el frente y otra en la parte posterior de las almohadillas de soldadura. Encuentro que obtengo mejores resultados al instalar un micrófono direccional de tal manera que el frente (donde normalmente hablas al micrófono) está dentro del tubo, con el puerto en la parte posterior del micrófono al aire libre.

En realidad, no uso un estetoscopio en mis experimentos. Una carcasa de plástico simple con un agujero para el micrófono funciona muy bien. Lo que he usado para esto es una tapa de plástico como la que usarías para cerrar un extremo de una línea de agua de plástico. Tenía algunos por ahí que tienen aproximadamente 2 "de diámetro, y funcionan bien.

Encuentro que un micrófono electret direccional instalado en una tapa de plástico como se describe funciona lo suficientemente bien como para capturar los sonidos del corazón usando nada más que una PC o un teléfono inteligente sin dispositivos electrónicos adicionales; luego puedo filtrar, grabar u otro procesamiento digital.
La tarjeta de sonido de la PC tiene un impulso de 20dB en la entrada del micrófono, pero los teléfonos inteligentes no. Dado que las tarjetas usan muestreo de 16 bits, tiene mucho margen para amplificar digitalmente la señal incluso sin usar el refuerzo. Si vuelve a muestrear de 44100 a 400 más o menos, probablemente podría obtener el equivalente a unos pocos bits

Un enlace al micrófono ayudaría. Estoy confundido por R5 y R38. (como preguntó PkP). Y su tapa de acoplamiento C4 parece pequeña. Habrá un paso alto RC realizado por C4 y R38//R5. Eso es aproximadamente ~ 1 kHz, por lo que está perdiendo señal allí. Así que haría que tanto la resistencia de polarización como el C4 fueran más grandes. (¿Y cuéntenos de qué se trata R5?) ¿Tiene un 'alcance y generador de funciones'? Una forma de ver la respuesta de frecuencia de su circuito es desconectar el micrófono y enviar una pequeña señal a la entrada. (O use una simulación de especias). Podría probar un filtro LP de orden superior a una frecuencia quizás más baja. (¿Qué frecuencias le interesan?) ... y tal vez incluso otra etapa de ganancia. Elimine todo el ruido "fuera de banda" que pueda antes de poner la señal en su DSP.

Aquí hay dos enlaces al micrófono: puiaudio.com/pdf/POM-2245L-C33-R.pdf media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Projects%20Unlimited%20PDFs/… No había considerado que R5 era parte del filtro de paso alto. Estaba usando R5 como mi resistencia de polarización para el micrófono, R38 es una opción si puenteo J16. Me permite usar la salida de polarización del micrófono del DSP si quiero. Definitivamente probaré su sugerencia de aumentar la resistencia de polarización y C4. No tengo un buen generador de señal en casa, tal vez lo tenga en el trabajo que pueda pedir prestado, y probaré su sugerencia al respecto.
Mi frecuencia de interés es de 20 a 220 Hz, y creo que la mayor parte de mi energía ronda los 100 Hz. Ah, y tengo 4 etapas de ganancia opcionales más en mi placa, pero estaban sobrecargadas cuando las probé antes.
@confundido, Hmm, sería bueno si te mostraran la respuesta por debajo de 50 Hz, sería bueno ver dónde se quedó. Re: resistencias de polarización, en lo que respecta a la señal, debe considerar que los rieles de la fuente de alimentación son iguales a tierra. (Piense en una gran tapa a tierra en el riel PS, si nada más).
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