Производство печатных плат для ЭЭГ-повязок на голову для малошумной регистрации биопотенциалов и нейротехнологических носимых устройств.

Плата ЭЭГ-оголовья по сути представляет собой систему регистрации биопотенциалов с низким уровнем шума. Плата должна измерять сигналы микровольтного уровня с электродов на коже головы или лба, подавляя при этом синфазные помехи, артефакты движения, радиошум и переключения преобразователей питания. В зависимости от продукта, оголовье может использовать два, четыре, шесть, восемь или более каналов с сухими, влажными или полусухими электродами, а затем передавать данные по Bluetooth или сохранять их локально.

Компания Highleap Electronics производит разработанные заказчиком платы ЭЭГ-интерфейса, гибкие схемы электродов, платы контроллеров и комплектные печатные платы. Приоритеты производства включают обеспечение чистоты входного импеданса, разделение аналоговых и цифровых сигналов, картирование электродов, экранирование, контролируемую замену компонентов и детерминированные тесты с подачей сигнала. Интерпретация ЭЭГ, медицинская диагностика, оценка качества сна и выводы исследований остаются ответственностью производителя оборудования.

Количество каналов и конфигурация электродов на головной повязке для ЭЭГ

Архитектуру каналов следует определить до начала компоновки, поскольку количество электродов, стратегия опорного сигнала и физическая геометрия оголовья определяют аналоговый интерфейс и гибкую трассировку.

• Двухканальная налобная ЭЭГ-повязка: Компактный потребительский или предназначенный для использования во время сна дизайн с небольшим количеством фронтальных электродов и простым носимым механизмом.
• Оголовье с четырех-шестиканальной нейрофидбек-системой: Добавляет больше пространственной информации, оставаясь при этом легче, чем полноразмерная шапочка для ЭЭГ.
• Восьмиканальная исследовательская повязка на голову: Используется более плотная AFE и более тщательное картирование электродов, часто с доступом к необработанным данным.
• ЭЭГ с сухими электродами: Приоритет отдается многоразовым контактам и удобной настройке, но при этом может наблюдаться более высокое и изменчивое сопротивление электродов.
• Влажная/полусухая ЭЭГ: В некоторых конструкциях это может улучшить контакт, но добавляет требования к работе с гелями/солевыми растворами, очистке и совместимости материалов.
• ЭЭГ + референтный/смещающий электрод: Схема опорного сигнала и управления смещением должна быть включена в аналоговую схему, а не оставлена ​​на усмотрение разработчиков.

Малошумящий аналоговый входной каскад ЭЭГ и 24-битная система сбора данных.

В многоканальной ЭЭГ часто используется интегрированный малошумящий аналоговый интерфейсный модуль для регистрации биопотенциалов с программируемым коэффициентом усиления и высокоразрешающими АЦП с одновременной выборкой. Печатная плата должна сохранять входные параметры, принимаемые выбранным устройством.

• Стажировка в AFE: Размещайте преобразователь биопотенциалов вблизи разъемов электродов или гибких переходников, чтобы уменьшить длину проводников с высоким импедансом.
• Схема со смешанными сигналами: Используйте проектирование печатной платы со смешанными сигналами принципы управления аналоговыми обратными сигналами, цифровыми часами и областями питания.
• Утечка входных данных: Остатки флюса, загрязнения и компоненты, вызывающие электростатический разряд, могут приводить к утечкам или шуму на входах электродов.
• Сеть ссылок/предвзятости: Компоненты, отвечающие за управление смещением, опорное напряжение и защиту, должны точно соответствовать топологии, используемой производителем оборудования/поставщиком.
• Часы/ориентир: Шум опорного сигнала генератора и АЦП следует рассматривать как компоненты сигнальной цепи, а не как универсальную вспомогательную схему.

Почему в интерфейсных модулях ЭЭГ широко используется 24-битное преобразование?

ЭЭГ-сигналы очень слабые и измеряются при наличии гораздо больших смещений электродов и помех. Высокоразрешающие преобразователи с малошумящим программируемым коэффициентом усиления обеспечивают полезный динамический диапазон, но фактический уровень шума системы все еще зависит от электродов, компоновки, заземления и всей аналоговой схемы.

Импеданс электрода, управление смещением и синфазные помехи

Производство печатных плат не может контролировать контакт пользователя с кожей, но оно может сохранять электрический путь, разработанный производителем оборудования, с учетом допустимого импеданса электродов и синфазных помех.

• Контакты электродов: Для пружинных, защелкивающихся, проводящих полимерных или гибких электродов следует использовать материалы и покрытия контролируемого качества.
• Склонность к предвзятости: Схемы подавления синфазных помех следует прокладывать тщательно и отдельно от зашумленных цифровых и радиоканалов.
• Проверка сопротивления/импеданса: Если AFE поддерживает обнаружение контакта, то при производственном тестировании можно проверить работоспособность устройства с помощью измерения импеданса измерительных приспособлений.
• Экранирование: Экранирующие или заземленные защитные конструкции должны соответствовать утвержденному проекту; добавление экранирования без понимания путей возврата может ухудшить связь.
• Электростатический разряд: Электродная защита должна обеспечивать баланс между защитой от доступа пользователя и низким уровнем утечки и входной емкостью.

Гибкая система прокладки электродов и механическая интеграция оголовья.

В головных повязках электроды часто располагаются на лбу или коже головы с помощью гибких проводников или проводящих текстильных контактов. Соединение должно выдерживать многократное ношение без изгиба высокоимпедансных узлов в местах пайки.

• Гибкая печатная плата: Гибкие печатные платы в медицинских устройствах проиллюстрировать преимущества тонких, гибких межсоединений для носимой электроники.
• Жестко-гибкий: Жестко-гибкие печатные платы в медицинских устройствах может интегрировать ответвления электродов с центральной малошумящей платой AFE.
• Ребра жесткости: Зоны электродов и соединителей могут потребовать локального усиления без образования неудобных кромок.
• Гибкое напряжение: Зоны динамического изгиба следует располагать вдали от паяных соединений и корпусов аналоговых интерфейсных модулей.
• Схема расположения электродов: Места расположения физических контактов должны быть обозначены в соответствии с нумерацией каналов встроенного программного обеспечения.

Bluetooth, микроконтроллер, батарея и изоляция цифрового шума

Контроллер и радиомодуль необходимы для носимой системы ЭЭГ, но они также являются основными источниками шума. Их расположение и состояние питания должны быть согласованы с графиком выборки.

• КВМ: Компактный плата микроконтроллера Может управлять конфигурацией AFE, буферизацией и пакетами данных.
• Bluetooth: Стриминг может использовать Печатная плата Bluetooth По возможности, тренируйтесь, располагая антенну вдали от дорожек электродов.
• Заряд батареи: Портативные ЭЭГ-устройства часто выигрывают от работы от батареи во время регистрации данных; режим работы зарядного устройства должен соответствовать стратегии производителя по обеспечению безопасности и снижению уровня шума.
• Управление батареей: Зарядка/защита может использоваться печатная плата управления аккумулятором элементы управления для выбранной ячейки.
• Периоды затишья в цифровом пространстве: Встроенная прошивка может планировать работу радио или дисплея в зависимости от временных окон сбора данных; для заводских тестов тока/шума следует использовать проверенное состояние встроенной прошивки.

Электромагнитные помехи, экранирование и изоляция зарядного устройства вблизи микровольтных входов ЭЭГ.

Входные каскады ЭЭГ работают вблизи радиомодулей, импульсных стабилизаторов и доступных пользователю цепей зарядки. Решения по экранированию и выбору режима питания должны основываться на измеренном уровне шума, а не на стандартном покрытии металлических поверхностей.

• ВЧ-импульсы: Передача данных по технологии BLE может взаимодействовать с высокоимпедансными электродными узлами; размещение антенн и время захвата сигнала должны быть скоординированы.
• Импульсные стабилизаторы: Поля индукторов и узлов переключателей следует располагать вдали от входов аналоговых интерфейсных элементов и опорных цепей.
• Защитные боксы: При использовании следует определить геометрию обратного соединения и отверстия таким образом, чтобы экран не создавал непреднамеренных контуров заземления.
• Состояние зарядки: Подключение через USB или зарядное устройство может создавать синфазные помехи; во многих конструкциях ограничена возможность регистрации ЭЭГ при внешнем питании.
• Компоненты ESD/RFI: Защитные сети должны соответствовать проектным требованиям и могут быть проверены с использованием... Защита от электростатического разряда во время поверхностного монтажа. там, где это применимо, осуществляется контроль технологических процессов.

Сборка печатных плат для ЭЭГ, чистота и варианты технологических процессов медицинского класса.

Для плат ЭЭГ с высоким входным сопротивлением требуется более строгий контроль загрязнения, чем для обычных цифровых носимых устройств. Соответствующий производственный процесс зависит от того, предназначен ли продукт для здоровья потребителей, научных исследований или является регулируемым медицинским оборудованием.

• Вариант медицинской сборки: Highleap может поддерживать медицинская сборка печатной платы когда этого требуют система качества OEM-производителя и требования проекта.
• Контролируемый выбор поставщиков: Для аналоговых интерфейсных элементов, прецизионных пассивных компонентов, эталонных элементов, электродов и регуляторов следует использовать сертифицированные компоненты. компонентный источник списки.
• АОИ: АОИ в PCBA Можно проверить видимое расположение аналоговых цепей и разъемов перед интеграцией гибкого кабеля/оголовья.
• Чистота: Поток и ионное загрязнение вокруг входных электродов должны контролироваться с помощью определенного процесса очистки/проверки.
• прослеживаемости: Партии аналоговых интерфейсных модулей (AFE), партии печатных плат, микропрограммное обеспечение и записи о калибровке/тестировании могут быть связаны в тех случаях, когда OEM-производитель требует наличия истории устройства.

Ввод электрического сигнала, тестирование шума и RFQ-пакет для печатных плат ЭЭГ-повязки на голову

Производственная линия не должна полагаться на ЭЭГ-сигнал человека для приемки плат. Специальное приспособление может подавать известные сигналы низкого уровня и импедансы, что обеспечивает воспроизводимость усиления, шума, отображения каналов и связи.

• Усиление канала: Подайте известный дифференциальный сигнал и проверьте каждый канал аналогового интерфейса.
• Шумный этаж: Закороченные входные или опорные измерительные приборы могут экранировать аномальные шумы на плате в соответствии с ограничениями производителя.
• Отвод/импеданс: Проверьте работу функций обнаружения контакта с использованием известных импедансов, если это поддерживается.
• BLE/данные: Подтвердите целостность пакетов, идентификатор последовательного порта и состояние микропрограммы.
• Мощность: Измерение параметров датчиков, потоковой передачи и тока малой мощности.
• ПКТ: Highleap может реализовать функциональное тестирование с записанными результатами канала.