Výroba desek plošných spojů s hlavovým páskem EEG pro nízkošumové snímání biopotenciálů a nositelná neurotechnologická zařízení

Deska plošných spojů s EEG hlavovým pásem je v podstatě nízkošumový systém pro snímání biopotenciálů. Deska musí měřit signály na úrovni mikrovoltů z elektrod na hlavě nebo čele a zároveň potlačovat rušení souhlasného režimu, artefakty pohybu, rádiový šum a přepínání měniče výkonu. V závislosti na produktu může hlavový pás používat dva, čtyři, šest, osm nebo více kanálů se suchými, mokrými nebo polosuchými elektrodami a poté streamovat data přes Bluetooth nebo je ukládat lokálně.

Společnost Highleap Electronics vyrábí zákaznicky navržené vstupní desky EEG, ohebné obvody elektrod, řídicí desky a kompletní podsestavy desek plošných spojů (PCBA). Mezi priority výroby patří čistota s vysokou vstupní impedancí, analogové/digitální dělení, mapování elektrod, stínění, řízená záměna součástek a deterministické testy vstřikováním signálu. Interpretace EEG, lékařská diagnóza, hodnocení spánku a závěry výzkumu zůstávají odpovědností výrobce originálního vybavení (OEM).

Počet kanálů EEG hlavového pásu a konfigurace elektrod

Architektura kanálu by měla být stanovena před rozvržením, protože počet elektrod, referenční strategie a fyzická geometrie hlavového pásku určují analogový vstupní konec a směrování flexibilních vodičů.

• Dvoukanálový hlavový pásek pro EEG na čele: Kompaktní spotřebitelské nebo spánkové provedení s malým počtem čelních elektrod a jednoduchou nositelnou mechanikou.
• Čtyř- až šestikanálová neurofeedback hlavová páska: Přidává více prostorových informací a zároveň zůstává lehčí než plnohodnotná EEG čepice.
• Osmikanálový výzkumný čelní most: Používá hustší AFE a pečlivější mapování elektrod, často s přístupem k nezpracovaným datům.
• EEG se suchou elektrodou: Upřednostňuje opakovaně použitelné kontakty a pohodlné nastavení, ale může mít vyšší a variabilnější impedanci elektrod.
• Mokré/polosuché EEG: Může u některých provedení zlepšit kontakt, ale s sebou nese požadavky na manipulaci s gelem/solným roztokem, čištění a kompatibilitu materiálů.
• EEG + referenční/předpínací elektroda: Uspořádání reference a budiče bias by mělo být součástí analogového návrhu a nemělo by být ponecháno na interpretaci sestavy.

Nízkošumový analogový vstupní systém EEG a 24bitový sběr dat

Vícekanálový EEG často využívá integrovaný nízkošumový biopotenciální AFE s programovatelným zesílením a ADC s vysokým rozlišením pro simultánní vzorkování. Deska plošných spojů by měla zachovat vstupní prostředí předpokládané vybraným zařízením.

• Umístění AFE: Udržujte biopotenciální převodník v blízkosti konektorů elektrod nebo flexibilních přechodů, abyste zkrátili délku vysokoimpedanční stopy.
• Rozložení smíšeného signálu: Použijte návrh desek plošných spojů se smíšeným signálem principy pro řízení analogových odrazů, digitálních hodin a výkonových domén.
• Vstupní únik: Zbytky tavidla, kontaminace a složky ESD mohou na vstupech elektrod způsobovat únik nebo šum.
• Referenční/zkreslovací síť: Komponenty pro řízení předpětí, referenční a ochranné komponenty by měly přesně odpovídat topologii výrobce originálního vybavení (OEM)/dodavatele.
• Hodiny/referenční hodnota: Referenční šum oscilátoru a ADC by měl být považován za součásti signálového řetězce, nikoli za obecné podpůrné obvody.

Proč je 24bitová konverze běžná v EEG frontendech?

Signály EEG jsou velmi malé a měří se za přítomnosti mnohem větších posunů elektrod a interference. Převodníky s vysokým rozlišením a nízkošumovým programovatelným zesílením poskytují užitečný dynamický rozsah, ale skutečný šum systému stále závisí na elektrodách, uspořádání, uzemnění a celkovém analogovém provedení.

Impedance elektrod, budič předpětí a rušení souhlasného režimu

Výroba desek plošných spojů nemůže kontrolovat kontakt uživatele s kůží, ale může zachovat elektrickou cestu, kterou výrobce originálního vybavení (OEM) navrhl tak, aby tolerovala impedanci elektrod a soufázový šum.

• Kontakty elektrod: Pružinové, zacvakávací, vodivé polymerové nebo ohebné elektrody by měly být vyrobeny z kontrolovaného materiálu a pokovení.
• Předpětí: Obvody pro redukci souhlasného režimu by měly být pečlivě vedeny a odděleny od zarušených digitálních a rádiových tras.
• Kontroly odpojení svodů/impedance: Pokud AFE podporuje detekci kontaktu, může výrobní test ověřit funkci s impedancí přípravku.
• Stínění: Stínění s buzením nebo uzemněné ochranné konstrukce by měly odpovídat schválenému návrhu; přidání stínění bez pochopení zpětných cest může zhoršit vazbu.
• ESD: Ochrana elektrod by měla vyvažovat ochranu přístupu uživatele s nízkým únikem a vstupní kapacitou.

Flexibilní vedení elektrod a mechanická integrace hlavového mostu

Čelenky často rozvádějí elektrody kolem čela nebo pokožky hlavy pomocí ohebných koncovek nebo vodivých textilních kontaktů. Propojení by mělo tolerovat opakované nošení bez ohýbání vysokoimpedančních uzlů v pájených spojích.

• Flexibilní PCB: Flexibilní desky plošných spojů v lékařských zařízeních ilustrují hodnotu tenkého, přizpůsobivého propojení pro elektroniku nošenou na těle.
• Tuhý-flexibilní: Pevné a flexibilní desky plošných spojů v lékařských zařízeních lze integrovat elektrodové větve s centrální nízkošumovou deskou AFE.
• Výztuhy: Zóny elektrod a konektorů mohou vyžadovat lokální zesílení, aniž by vznikly nepříjemné okraje.
• Ohybové napětí: Dynamické ohybové zóny by měly být udržovány mimo dosah pájených spojů a pouzder AFE.
• Mapa elektrod: Pozice fyzických kontaktů by měly být označeny konzistentně s číslováním kanálů firmwaru.

Bluetooth, MCU, baterie a izolace digitálního šumu

Řídicí jednotka a rádio jsou nezbytné pro nositelný EEG systém, ale jsou také významnými zdroji hluku. Jejich umístění a stavy napájení by měly být koordinovány s harmonogramem vzorkování.

• MCU: Kompaktní deska plošných spojů mikrokontroléru může spravovat konfiguraci AFE, ukládání do vyrovnávací paměti a datové pakety.
• Bluetooth: Streamování může používat PCB Bluetooth Provádějte postupy s anténou, pokud možno co nejdále od stop elektrod.
• Síla baterie: Přenosné EEG často těží z provozu na baterie během snímání; chování nabíječky by mělo odpovídat strategii bezpečnosti a hluku výrobce.
• Správa baterie: Nabíjení/ochrana může používat PCB pro správu baterie ovládací prvky pro vybranou buňku.
• Digitální klidové periody: Firmware může naplánovat aktivitu rádia nebo displeje kolem oken snímání; tovární testy proudu/šumu by měly používat kvalifikovaný stav firmwaru.

Elektromagnetické rušení, stínění a izolace nabíječky kolem mikrovoltových EEG vstupů

Vstupní části EEG pracují v blízkosti rádií, spínacích regulátorů a uživatelsky přístupných nabíjecích obvodů. Rozhodnutí o stínění a napájecí doméně by měla být založena na naměřeném šumu, spíše než aby byla přidávána jako obecné kovové pokrytí.

• VF záblesky: Přenosy BLE se mohou propojit s uzly s vysokoimpedančními elektrodami; umístění antény a načasování akvizice by měly být koordinovány.
• Spínací regulátory: Pole induktorů a spínacích uzlů by měla být udržována mimo vstupy AFE a referenční sítě.
• Štítové plechovky: Pokud se použije zpětné připojení a geometrie otvoru, měla by být definována tak, aby stínění nevytvářelo nezamýšlené zemní smyčky.
• Stav nabíjení: Připojení USB nebo nabíječky může způsobovat šum v souhlasném režimu; mnoho provedení omezuje snímání EEG při externím napájení.
• Součásti ESD/RFI: Ochranné sítě by měly odpovídat návrhu kvalifikovaných vstupů a lze je zkontrolovat pomocí Ochrana ESD během SMT montáže kontroly procesů, kde je to relevantní.

Sestavení EEG desek plošných spojů, čistota a možnosti procesu lékařské kvality

EEG desky s vysokou vstupní impedancí vyžadují přísnější kontrolu kontaminace než běžné digitální nositelné elektronika. Vhodný výrobní proces závisí na tom, zda se jedná o zařízení pro zdraví spotřebitelů, výzkumné zařízení nebo regulované zdravotnické zařízení.

• Možnost lékařské montáže: Highleap může podporovat montáž lékařských desek plošných spojů když to vyžadují požadavky systému kvality OEM a projektu.
• Kontrolované získávání: AFE, přesné pasivní senzory, reference, elektrody a regulátory by měly používat schválené získávání komponent seznamy.
• AOI: AOI v deskách plošných spojů (PCBA) lze ověřit umístění viditelného analogového signálu a konektoru před integrací flexu/hlavového mostu.
• Čistota: Kontaminace tavidlem a ionty v okolí vstupů elektrod by měla být kontrolována definovaným procesem čištění/kontroly.
• Sledovatelnost: Záznamy o šarži AFE, šarži PCB, firmwaru a kalibraci/testech lze propojit v případech, kdy výrobce OEM požaduje historii zařízení.

Balíček pro vstřikování elektrického signálu, testování šumu a RFQ pro desky plošných spojů EEG s hlavovým pásem

Výrobní linka by se pro přijímání desek neměla spoléhat na tvar vlny lidského EEG. Zařízení může injektovat známé signály a impedance nízké úrovně, takže zisk, šum, mapování kanálů a komunikace jsou opakovatelné.

• Zisk kanálu: Přiveďte známý diferenciální signál a ověřte každý kanál AFE.
• Hlasité patro: Zkratované vstupy nebo referenční zařízení mohou v souladu s limity výrobce (OEM) způsobit abnormální šum na desce desky.
• Svod/impedance: Ověřte funkce detekce kontaktu se známou impedancí, pokud je to podporováno.
• BLE/data: Ověřte integritu paketů, sériové číslo a stav firmwaru.
• Výkon: Měření snímání, streamování a proudu s nízkou spotřebou.
• FCT: Highleap může implementovat funkční testování s nahranými výsledky kanálu.