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Entwurf und Aufbau eines miniaturisierten Präzisionsverstärkers zur Ableitung neuronaler Signale

Schäck, Marco (2008):
Entwurf und Aufbau eines miniaturisierten Präzisionsverstärkers zur Ableitung neuronaler Signale.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK) der Technischen Universität Darmstadt (TUD) wird in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Primatenzentrum (DPZ) in Göttingen eine Telemetrieeinheit zur Ableitung neuronaler Signale entwickelt. Neuronale Signale sind die Aktivitäten von Gehirnzellen. Diese Signale können mit Hilfe von Elektroden abgeleitet und als elektrische Spannungen gemessen werden.

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einen miniaturisierten Präzisionsverstärker zur Ableitung sechs paralleler neuronaler Signale zu entwickeln und als Muster aufzubauen.

Aus den am Markt verfügbaren Produkten und Angaben des Deutschen Primatenzentrums werden Anforderungen für einen solchen Verstärker abgeleitet. Die zentralen Herausforderungen sind die geforderte maximale Platinengröße von 1,8cm x 2,8cm und der minimale Eingangspegel von 50µV. Dieser erfordert einen sehr rauscharmen Verstärker. Es wird detailliert untersucht, wie sich der Eingangswiderstand des Präzisionsverstärkers auf die Signalqualität auswirkt. Eine weitere Analyse betrachtet das Quantisierungsrauschen bei einer anschließenden AD-Wandlung.

Es zeigt sich, dass aufgrund des großen Messbereichs über drei Dekaden das relative Quantisierungsrauschen bei Verwendung eines variablen Verstärkers auf unter 0,4 Prozent verringert werden kann.

Im Anschluss an die theoretische Entwicklung folgt der Aufbau eines Musters. Hierzu wird mit einer neuen Fertigungsmethode am Institut eine Platine gefertigt. Eine Charakterisierung des Verstärkers bildet den Abschluss der Arbeit. Mit Hilfe des realisierten Präzisionsverstärkers ist es möglich, sechs Kanäle gleichzeitig mit jeweils einer Abtastrate von 46,3kHz abzutasten. Für jeden einzelnen Kanal kann ein Verstärkungsfaktor von 100 bis 102.400 eingestellt werden.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2008
Creators: Schäck, Marco
Title: Entwurf und Aufbau eines miniaturisierten Präzisionsverstärkers zur Ableitung neuronaler Signale
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK) der Technischen Universität Darmstadt (TUD) wird in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Primatenzentrum (DPZ) in Göttingen eine Telemetrieeinheit zur Ableitung neuronaler Signale entwickelt. Neuronale Signale sind die Aktivitäten von Gehirnzellen. Diese Signale können mit Hilfe von Elektroden abgeleitet und als elektrische Spannungen gemessen werden.

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, einen miniaturisierten Präzisionsverstärker zur Ableitung sechs paralleler neuronaler Signale zu entwickeln und als Muster aufzubauen.

Aus den am Markt verfügbaren Produkten und Angaben des Deutschen Primatenzentrums werden Anforderungen für einen solchen Verstärker abgeleitet. Die zentralen Herausforderungen sind die geforderte maximale Platinengröße von 1,8cm x 2,8cm und der minimale Eingangspegel von 50µV. Dieser erfordert einen sehr rauscharmen Verstärker. Es wird detailliert untersucht, wie sich der Eingangswiderstand des Präzisionsverstärkers auf die Signalqualität auswirkt. Eine weitere Analyse betrachtet das Quantisierungsrauschen bei einer anschließenden AD-Wandlung.

Es zeigt sich, dass aufgrund des großen Messbereichs über drei Dekaden das relative Quantisierungsrauschen bei Verwendung eines variablen Verstärkers auf unter 0,4 Prozent verringert werden kann.

Im Anschluss an die theoretische Entwicklung folgt der Aufbau eines Musters. Hierzu wird mit einer neuen Fertigungsmethode am Institut eine Platine gefertigt. Eine Charakterisierung des Verstärkers bildet den Abschluss der Arbeit. Mit Hilfe des realisierten Präzisionsverstärkers ist es möglich, sechs Kanäle gleichzeitig mit jeweils einer Abtastrate von 46,3kHz abzutasten. Für jeden einzelnen Kanal kann ein Verstärkungsfaktor von 100 bis 102.400 eingestellt werden.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, DC-Präzisionsverstärker, Neuronale Signale, Quantisierungsfehler, Rauschen, Übersprechen, Verstärkung variabel
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 06 Sep 2011 15:41
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1659

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 25-06-2007

Ende Datum: 07-01-2008

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Nachrichtentechnik (NT)

Abschluss: Diplom (NT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1659
Referees: Rafflenbeul, Dipl.-Ing. Lutz and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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