KR102194232B1 - Method and device to measure bio-signal with reduced common mode noise - Google Patents

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Abstract

생체 신호를 측정하는 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 생체 신호를 측정하는 장치는 용량성 결합을 통해 공통모드 신호를 신호선으로 직접 피드백함으로써, 감지된 생체 신호로부터 공통모드 노이즈를 제거할 수 있다.An apparatus and method for measuring a vital signal are disclosed. The apparatus for measuring a bio-signal according to an embodiment may remove common-mode noise from the detected bio-signal by directly feeding back a common-mode signal to a signal line through capacitive coupling.

Description

공통모드 노이즈를 감소시키는 생체 신호 측정 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE TO MEASURE BIO-SIGNAL WITH REDUCED COMMON MODE NOISE}Bio-signal measurement device and method to reduce common mode noise {METHOD AND DEVICE TO MEASURE BIO-SIGNAL WITH REDUCED COMMON MODE NOISE}

생체 신호를 측정하는 기술이 제공된다.Techniques for measuring vital signs are provided.

신체는 일종의 도체로서, 신체 내에는 많은 미량의 전류가 발생한다. 신체에 부착된 전극을 이용하여 미량의 전류를 감지하거나, 또는 외부 자극에 대한 전류의 변화량을 감지하여, 신체 내부의 특성을 나타내는 생체신호를 측정할 수 있다.The body is a kind of conductor, and a large amount of current is generated in the body. A small amount of current may be sensed using an electrode attached to the body, or a change amount of current due to an external stimulus may be sensed to measure a biosignal representing a characteristic inside the body.

일반적으로 이러한 원리를 이용하여 심전도(ECG, electrocardiogram), 근전도(EMG, electromyogram), 뇌전도(EEG, electroencephalogram), 피부저항(GSR, Galvanic Skin Resistance), 안구운동(EOG, Electrooculography), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 측정할 수 있으며, 이러한 생체신호의 변화를 감지하기 위해 생체용 전극이 사용된다.In general, using these principles, ECG (electrocardiogram), electromyogram (EMG, electromyogram), electroencephalogram (EEG), skin resistance (GSR), eye movement (EOG, Electrooculography), body temperature, pulse rate. , Blood pressure and body movements can be measured, and a biometric electrode is used to detect changes in such biometric signals.

생체용 전극은 사용자의 피부에 부착되며 동시에 측정시스템과 연결시키는 매개체로 측정되는 생체신호의 품질과 사용자 편의성에 영향을 준다. 일상 생활에서 사용자의 몸에 항상 붙어 있으면서 생체신호를 측정하기 위해서는 측정정확도, 통신, 전력 등의 기술적 문제 해결이 필요함과 동시에 사용 편의성이 요구된다.The biometric electrode is attached to the user's skin and at the same time affects the quality and user convenience of the biosignal measured as a medium that connects to the measurement system. In order to measure a bio-signal while always being attached to the user's body in daily life, it is necessary to solve technical problems such as measurement accuracy, communication, power, etc., and convenience of use is required.

일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 장치에 있어서, 전극부에 의해 감지된 생체 신호(bio-signal)를 전달하는 신호선(signal line), 및 생체 신호로부터 추출된 공통모드 신호(common mode signal)를, 신호선으로 직접 인가하는 공통모드 신호 인가부, 를 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment, in the biosignal measuring apparatus, a signal line for transmitting a bio-signal detected by the electrode unit and a common mode signal extracted from the biosignal are used. , A common mode signal applying unit directly applied to a signal line, and a bio-signal measuring apparatus may be provided.

다른 일 실시예에 따르면 공통모드 신호 인가부는, 신호선과 용량성 결합(capacitive coupling)을 형성하고, 용량성 결합을 통해 신호선으로 공통모드 신호를 인가하는 결합부를 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment, the common mode signal applying unit may provide a biosignal measuring apparatus including a coupling unit that forms a capacitive coupling with a signal line and applies a common mode signal to the signal line through capacitive coupling. have.

또 다른 일 실시예에 따르면 공통모드 신호 인가부는, 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 미리 정한 길이만큼 신호선을 따라 신호선에 인접하여 배치되는 결합부를 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment, the common mode signal applying unit may provide a biosignal measuring apparatus including a coupling unit disposed adjacent to the signal line along the signal line by a predetermined length to form a capacitive coupling with the signal line.

또 다른 일 실시예에 따르면 신호선은, 제1 신호선 및 제2 신호선을 포함하고, 공통모드 신호 인가부는, 제1 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 제1 신호선을 따라 제1 신호선에 인접하여 배치되는 제1 결합부, 및 제2 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 제2 신호선을 따라 제2 신호선에 인접하여 배치되는 제2 결합부를 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment, the signal line includes a first signal line and a second signal line, and the common mode signal applying unit is adjacent to the first signal line along the first signal line in order to form a capacitive coupling with the first signal line. A biosignal measuring apparatus including a first coupling part disposed and a second coupling part disposed adjacent to the second signal line along the second signal line to form a capacitive coupling with the second signal line may be provided.

또 다른 일 실시예에 따르면 제1항에 있어서, 공통모드 신호 인가부는, 신호선을 코일형으로 감싸는 형태를 통해 신호선과 용량성 결합을 형성하는 결합부를 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the common mode signal applying unit may be provided with a biosignal measuring apparatus including a coupling unit that forms a capacitive coupling with the signal line by wrapping the signal line in a coil shape.

또 다른 일 실시예에 따르면 공통모드 신호 인가부는, 공통모드 신호를 미리 정한 이득으로 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment, the common mode signal applying unit may provide a biosignal measuring apparatus further comprising an amplifying unit for amplifying the common mode signal with a predetermined gain.

또 다른 일 실시예에 따르면 전극부는, 용량성 결합 능동 전극(CCE, capacitive coupling electrode)을 포함하는 생체 신호 측정 장치가 제공될 수 있다.According to another embodiment, the electrode unit may be provided with a biosignal measuring apparatus including a capacitive coupling electrode (CCE).

일 실시예에 따르면 생체 신호 측정 시스템에 있어서, 생체 신호를 감지하는 전극부, 생체 신호로부터 공통모드 신호를 추출하는 차동증폭부, 및 전극부와 차동증폭부를 연결하는 신호선으로, 공통모드 신호를 직접 인가하는 공통모드 신호 인가부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템이 제공될 수 있다.According to an embodiment, in the biosignal measurement system, an electrode unit for detecting a biosignal, a differential amplifying unit for extracting a common mode signal from the biosignal, and a signal line connecting the electrode unit and the differential amplifying unit are used to directly transmit a common mode signal. A biosignal measurement system including a common mode signal applying unit to be applied may be provided.

다른 일 실시예에 따르면 차동증폭부는, 생체 신호 중 차동모드 신호(differential mode signal)를 증폭하고, 증폭된 차동모드 신호에 기초하여 생체 신호를 처리하는 신호처리부를 포함하는 생체 신호 측정 시스템이 제공될 수 있다.According to another embodiment, the differential amplification unit amplifies a differential mode signal among bio signals, and a biosignal measurement system including a signal processor for processing a biosignal based on the amplified differential mode signal. I can.

일 실시예에 따르면 생체 신호 측정 방법에 있어서, 전극부가 생체 신호를 감지하는 단계, 전극부로부터 차동증폭부로 생체 신호를 전달하는 신호선으로, 생체 신호로부터 추출된 공통모드 신호를 직접 인가하는 단계를 포함하는 생체 신호 측정 방법이 제공될 수 있다.According to an embodiment, in the biosignal measurement method, the electrode unit detects the biosignal, and a signal line for transmitting the biosignal from the electrode unit to the differential amplification unit, comprising the step of directly applying a common mode signal extracted from the biosignal. A method of measuring a biological signal may be provided.

다른 일 실시예에 따르면 공통모드 신호가 인가된 생체 신호로부터 차동모드 신호를 추출하는 단계를 포함하는 생체 신호 측정 방법이 제공될 수 있다.According to another embodiment, a biosignal measuring method including extracting a differential mode signal from a biosignal to which a common mode signal is applied may be provided.

도 1은 전극을 이용한 생체 신호 측정을 나타낸 도면이다.
도 2는 용량성 결합 능동전극(CCE, capacitive coupled active electrode)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 용량성 결합 능동전극을 이용한 생체 신호 측정 시스템의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 용량성 결합 능동전극을 이용한 생체 신호 측정 시스템의 접지(ground) 방식을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 방식을 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 접지 방식을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 결합 접지 방식을 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 개괄적인 구성을 도시한 도면이다.
도 10 내지 13은 일 실시예에 따른 공통모드 신호 인가부의 예를 도시한 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 접지 없는 신호 처리 시스템이 생체 신호를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 15a 및 도 15b는 인체에 결합 접지를 부착한 신호 처리 시스템이 생체 신호를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 일 실시예에 따른 신호 처리 시스템이 생체 신호를 측정한 결과를 도시한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
1 is a diagram showing a measurement of a living body signal using an electrode.
2 is a diagram showing the configuration of a capacitive coupled active electrode (CCE).
3 is a diagram showing a detailed configuration of a system for measuring a living body signal using a capacitively coupled active electrode.
4 is a diagram showing a grounding method of a biosignal measurement system using a capacitively coupled active electrode.
5 is a diagram illustrating a method of a bio-signal measuring system according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating a detailed configuration of a system for measuring a biometric signal according to an exemplary embodiment.
7 is a diagram showing a grounding method.
8 is a diagram illustrating a combined grounding method according to an embodiment.
9 is a diagram illustrating a schematic configuration of a system for measuring a biometric signal according to an exemplary embodiment.
10 to 13 are diagrams illustrating examples of a common mode signal applying unit according to an embodiment.
14A and 14B are diagrams showing a result of measuring a biosignal by a signal processing system without a ground.
15A and 15B are diagrams illustrating a result of measuring a biological signal by a signal processing system having a bonded ground attached to a human body.
16A and 16B are diagrams illustrating a result of measuring a biosignal by a signal processing system according to an exemplary embodiment.
17 is a flowchart illustrating a method of measuring a biosignal according to an embodiment.

도 1은 전극을 이용한 생체 신호 측정을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a measurement of a living body signal using an electrode.

이하, 생체 신호는 심전도(ECG, electrocardiogram), 근전도(EMG, electromyogram), 뇌전도(EEG, electroencephalogram), 피부저항(GSR, Galvanic Skin Resistance), 안구운동(EOG, Electrooculography), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 포함할 수 있다.Hereinafter, the biological signals are electrocardiogram (ECG), electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), galvanic skin resistance (GSR), eye movement (EOG, Electrooculography), body temperature, pulse, blood pressure. And body movements.

이러한 생체 신호는 도 1에 도시된 전극(110)에 의해 2 개의 경로로 측정될 수 있다. 예를 들면, 직접 접촉 전극(direct contact electrode) 또는 간접 접촉 전극(indirect contact electrode)을 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 직접 접촉 전극은 저항 경로(resistance path)(111)를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 간접 접촉 전극은 용량성 경로(capacitance path)(112)를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다.Such a biosignal may be measured in two paths by the electrode 110 shown in FIG. 1. For example, a biosignal may be measured using a direct contact electrode or an indirect contact electrode. The direct contact electrode may measure a biosignal using a resistance path 111. The indirect contact electrode may measure a biosignal using a capacitive path 112.

우선, 생체 신호는 피부(190)와 전극(110) 간의 RC 모델에 따른 저항 경로(111)를 통해 측정될 수 있다. 이 경우, 전극(110)과 피부(190) 간의 저항 R을 줄이기 위하여, 예를 들면 샌드페이퍼로 피부(190)를 문지르고, 알코올로 이물질을 제거한 후 전도도가 좋은 일렉트로라이트(Eletrolyte) 등을 통해 생체 신호를 검출할 수 있다.First, the biosignal may be measured through the resistance path 111 according to the RC model between the skin 190 and the electrode 110. In this case, in order to reduce the resistance R between the electrode 110 and the skin 190, for example, the skin 190 is rubbed with sand paper, foreign substances are removed with alcohol, and then the biometric signal through an electrolyte having good conductivity, etc. Can be detected.

그리고 생체 신호는 인체의 피부(190)와 전극(110) 간에 형성되는 용량성 결합(capacitive coupling)에 따른 용량성 경로(capacitance path)(112)를 통해 측정될 수 있다. 이 경우, 용량성 경로를 이용하므로, 피부(190)와 전극(110) 간에 절연체(insulator)가 존재하더라도 생체 신호가 측정될 수 있다. 용량성 경로에 사용되는 전극(110)은, 예를 들면, 용량성 결합 능동전극(CCE, Capacitive Coupled active Electrode)을 포함할 수 있다. 용량성 결합 능동전극은 하기 도 2에서 상세히 설명한다.In addition, the biosignal may be measured through a capacitance path 112 according to a capacitive coupling formed between the skin 190 and the electrode 110 of the human body. In this case, since the capacitive path is used, even if an insulator exists between the skin 190 and the electrode 110, a biosignal can be measured. The electrode 110 used in the capacitive path may include, for example, a capacitive coupled active electrode (CCE). The capacitive coupling active electrode will be described in detail in FIG. 2 below.

도 2는 용량성 결합 능동전극(CCE, capacitive coupled active electrode)의 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram showing the configuration of a capacitive coupled active electrode (CCE).

용량성 결합 능동전극은 도 2에 도시된 바와 같이, 금속판으로 된 전극면(211), 전극면(211) 뒤에 설치된 초단 증폭기(pre-amplifier)(213) 및 전극면(211)과 전극면(211)의 뒷면을 둘러싼 금속 차폐(shield)(212)를 포함할 수 있다. 여기서 전극면(211)과 인체(290) 사이에 의복(291)이 있는 경우, 도 2에 도시된

Figure 112013105226701-pat00001
와 같은 용량성 결합이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the capacitive coupling active electrode includes an electrode surface 211 made of a metal plate, a pre-amplifier 213 installed behind the electrode surface 211, and the electrode surface 211 and the electrode surface ( It may include a metal shield (shield) 212 surrounding the back side of 211). Here, when there is a clothing 291 between the electrode surface 211 and the human body 290, as shown in FIG.
Figure 112013105226701-pat00001
Capacitive bonds such as can be formed.

일 실시예에 따르면 초단 증폭기(213)의 증폭기 소자(예를 들면, 트랜지스터 또는 연산 증폭기)에, 바이어스(bias) 전류를 흘려주어 증폭기 소자를 안정화하기 위해서, 초단 증폭기(213)의 입력 단자와 접지 사이에 저항(

Figure 112013105226701-pat00002
)을 연결할 수 있다. 간접 접촉 생체 신호 측정에서는 증폭기 입력 임피던스를 크게 하기 위해 높은 저항(예를 들면
Figure 112013105226701-pat00003
이상의 저항)을 사용할 수 있다. 여기서, 전극면(211)과 접지간에는 표유정전용량(stray capacitance)
Figure 112013105226701-pat00004
가 존재할 수 있다.According to an embodiment, in order to stabilize the amplifier element by passing a bias current to an amplifier element (for example, a transistor or an operational amplifier) of the first amplifier 213, the input terminal and the ground of the first amplifier 213 Between resistance(
Figure 112013105226701-pat00002
) Can be connected. In indirect contact bio-signal measurements, high resistance (e.g.,
Figure 112013105226701-pat00003
Above resistance) can be used. Here, stray capacitance between the electrode surface 211 and the ground
Figure 112013105226701-pat00004
May exist.

도 3은 용량성 결합 능동전극(310)을 이용한 생체 신호 측정 시스템의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing a detailed configuration of a system for measuring a physiological signal using a capacitively coupled active electrode 310.

여기서, 생체 신호 측정 시스템은 용량성 결합 능동전극(310), 필터 및 증폭기(320), 신호처리부(330), 및 접지면(Ground Plane)(340)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 접지면은 GND로 나타낼 수 있다.Here, the bio-signal measurement system may include a capacitive coupling active electrode 310, a filter and an amplifier 320, a signal processing unit 330, and a ground plane 340. For example, the ground plane can be represented by GND.

용량성 결합 능동전극(310)은 도 3에 도시된 바와 같이 전극면(311), 차폐(312), 초단 증폭기(313)를 포함할 수 있다. 전극면(311), 차폐(312), 초단 증폭기(313)는 상술한 도 2의 전극면(211), 차폐(212), 초단 증폭기(213)와 유사할 수 있다.The capacitive coupling active electrode 310 may include an electrode surface 311, a shield 312, and an ultra-short amplifier 313 as shown in FIG. 3. The electrode surface 311, the shield 312, and the ultra-short amplifier 313 may be similar to the electrode surface 211, the shield 212, and the ultra-short amplifier 213 of FIG. 2 described above.

필터 및 증폭기(320)는 용량성 결합 능동전극(310)에 의해 감지된 생체 신호를 필터링하고 증폭하여 신호처리부(330)로 전달할 수 있다.The filter and amplifier 320 may filter and amplify the bio-signal detected by the capacitive coupling active electrode 310 and transmit it to the signal processing unit 330.

신호처리부(330)는 생체 신호를 처리하여 생체 신호의 파형을 추출할 수 있다. 예를 들면, 생체 신호가 심전도인 경우, 신호처리부(330)는 심전도의 QPRST 파의 각 특징점들을 추출할 수 있다.The signal processing unit 330 may process the bio-signal to extract a waveform of the bio-signal. For example, when the biological signal is an electrocardiogram, the signal processing unit 330 may extract each feature point of the QPRST wave of the electrocardiogram.

접지면(340)은 상술한 용량성 결합 능동전극(310)의 차폐(312)를 접지시킬 수 있다. 용량성 결합 능동전극(310)은 접촉면의 캐퍼시턴스를 최대로 높이기 위하여 입력 임피던스가 높은 증폭 소자를 초단 증폭기(313)로 사용하여 생체 신호를 검출할 수 있다. 이때, 의복(391)으로 인해 외부의 60Hz 노이즈가, 감지된 생체 신호에 쉽게 포함되므로, 차폐(312)를 통해 해당 노이즈를 차단할 수 있다. 이를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이 넓은 면적의 접지면(340)이 필요할 수 있다. 예를 들면, 생체 신호 측정 장치가 의자 형태인 경우, 인체(390)가 의자에 접촉하는 면적이 접지면(340)으로 사용될 수 있다.The ground plane 340 may ground the shield 312 of the capacitive coupling active electrode 310 described above. The capacitive coupling active electrode 310 may detect a biosignal by using an amplifying element having a high input impedance as the first-stage amplifier 313 in order to maximize the capacitance of the contact surface. At this time, external 60Hz noise due to the clothing 391 is easily included in the detected biosignal, and thus the corresponding noise can be blocked through the shielding 312. To this end, as shown in FIG. 3, a ground plane 340 having a large area may be required. For example, when the biosignal measuring device is in the form of a chair, an area in which the human body 390 contacts the chair may be used as the ground plane 340.

도 4는 용량성 결합 능동전극을 이용한 생체 신호 측정 시스템의 접지(ground) 방식을 도시한 도면이다.4 is a diagram showing a grounding method of a biosignal measurement system using a capacitively coupled active electrode.

생체 신호(예를 들면, 심전도)를 측정할 때, 오른다리 구동회로(Right-leg driven circuit)는 공통모드 노이즈(Common mode noise)를 인체(490)에 피드백(feedback)할 수 있다. 예를 들면, 공통모드 노이즈는 도 4에 도시된 바와 같이, 인체(490)와 용량성 결합을 형성하는 결합 접지(Coupling Ground)(420)를 통해 인체(490)로 피드백될 수 있다. 여기서 결합 접지(420)는 RLD 접지(Right-leg driven ground)로 나타낼 수 있다. 구체적으로 공통모드 노이즈는 하기와 같이 인체(490)에 피드백될 수 있다. 이하에서, 공통모드 노이즈는 공통모드 신호(common mode signal) CM 내지 공통모드 성분으로 나타낼 수 있다.When measuring a living body signal (eg, an electrocardiogram), a right-leg driven circuit may feedback common mode noise to the human body 490. For example, the common mode noise may be fed back to the human body 490 through a coupling ground 420 that forms a capacitive coupling with the human body 490 as shown in FIG. 4. Here, the coupled ground 420 may be represented as a RLD ground (Right-leg driven ground). Specifically, the common mode noise may be fed back to the human body 490 as follows. Hereinafter, the common mode noise may be represented by a common mode signal CM or a common mode component.

예를 들면, 감지된 생체 신호는 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호를 포함할 수 있다. 제1 생체 신호는 제1 신호 S1 및 공통모드 신호 CM을 포함할 수 있고, 제2 생체 신호는 제2 신호 S2 및 공통모드 신호 CM을 포함할 수 있다. 제1 전극(411)은 제1 생체 신호, 제2 전극(412)은 제2 생체 신호를 감지할 수 있다. 이 때, 제1 전극(411) 및 제2 전극(412)은 용량성 결합 능동전극일 수 있다.For example, the detected biosignal may include a first biosignal and a second biosignal. The first biosignal may include a first signal S1 and a common mode signal CM, and the second biosignal may include a second signal S2 and a common mode signal CM. The first electrode 411 may sense a first bio signal, and the second electrode 412 may sense a second bio signal. In this case, the first electrode 411 and the second electrode 412 may be capacitive coupling active electrodes.

여기서, 공통모드 신호 CM은 제1 전극(411) 및 제2 전극(412)에 의해 감지된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호에 공통적으로 포함된 공통모드 성분으로서, 예를 들면 60Hz 전원 노이즈를 포함할 수 있다. 또한, 공통모드 신호 CM은 차동증폭부(430)에 의해 공통모드 신호 CM이 포함된 각 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호로부터 도 4에 도시된 바와 같은 회로를 통해 추출될 수 있다. 이러한 공통모드 신호 CM은 증폭부(421)에 의해 증폭되어, 결합 접지(420)를 통해 의복(491) 너머로 인체에 피드백될 수 있다. Here, the common mode signal CM is a common mode component commonly included in the first and second bio signals sensed by the first electrode 411 and the second electrode 412, for example, 60Hz power supply noise. Can include. In addition, the common mode signal CM may be extracted by the differential amplification unit 430 from each of the first and second bio signals including the common mode signal CM through a circuit as shown in FIG. 4. The common mode signal CM may be amplified by the amplifying unit 421 and fed back to the human body over the clothing 491 through the coupling ground 420.

여기서, 증폭부의 이득(gain)을, 예를 들면 100배 이상으로 설정하여, 증폭된 공통모드 노이즈를 인체(490)에 피드백하면, 도 3에 도시된 접지면보다 적은 면적의 결합 접지(420)로 60Hz 전원 노이즈를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 결합 접지(420)를 간접적으로 인체(490)의 피부에 접촉시켜야 할 수 있다.Here, when the gain of the amplification unit is set to, for example, 100 times or more and the amplified common mode noise is fed back to the human body 490, the combined ground 420 having a smaller area than the ground plane shown in FIG. 60Hz power supply noise can be reduced. In this case, it may be necessary to indirectly contact the bonding ground 420 with the skin of the human body 490.

상술한 바와 같이, 용량성 결합 능동전극은, 피부에 직접 부착되지 않고, 의복(491) 위에서도 생체 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 용량성 결합 능동전극뿐만 아니라, 공통모드 노이즈를 제거하기 위한 결합 접지(420)도 용량성 결합을 통해 인체(490)의 피부에 인가될 수 있다. 예를 들면, 결합 접지(420)가 노이즈를 제거하는 효과를 극대화하기 위하여, 결합 접지(420)의 면적을 넓게 하여 인체(490)에 간접 접촉(indirect contact)하는 면적을 극대화해야할 수 있다.As described above, the capacitively coupled active electrode is not directly attached to the skin and can measure a biosignal even on the garment 491. In this case, not only the capacitive coupling active electrode but also the coupling ground 420 for removing common mode noise may be applied to the skin of the human body 490 through capacitive coupling. For example, in order to maximize the effect of the combined ground 420 removing noise, the area of the combined ground 420 may be increased to maximize an area of indirect contact with the human body 490.

이 때, 생체 신호(예를 들면, 심전도) 측정시, 오른다리 구동회로가 공통모드 노이즈를, 예를 들면 100배 이상으로 증폭하여, 결합 접지(420)를 통해 인체(490)로 피드백할 수 있다. 이 경우, 결합 접지(420)의 면적을 비교적 작게 하여도 공통모드 노이즈(예를 들면, 60Hz 전원 노이즈)가 효과적으로 감소될 수 있다. 다만, 결합 접지(420)를 간접적으로 인체(490)의 피부에 접촉시켜야 하므로, 생체 신호 측정 장치의 크기가 최소화되는데 제약이 있을 수 있다. 생체 신호 측정 장치의 크기를 보다 소형화하기 위한 기술을 하기에서 상세히 설명한다.At this time, when measuring a living body signal (e.g., electrocardiogram), the right leg drive circuit amplifies the common mode noise by, for example, 100 times or more, and feeds it back to the human body 490 through the coupling ground 420. have. In this case, even if the area of the coupling ground 420 is relatively small, common mode noise (eg, 60 Hz power supply noise) can be effectively reduced. However, since the bonding ground 420 must be indirectly contacted with the skin of the human body 490, there may be limitations in minimizing the size of the biosignal measuring device. A technique for reducing the size of the biosignal measuring device will be described in detail below.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 방식을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a method of a bio-signal measuring system according to an exemplary embodiment.

일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템은 제1 전극(511), 제2 전극(512), 공통모드 신호 인가부(520), 증폭부(521), 차동증폭부(530)를 포함할 수 있다. 제1 전극(511), 제2 전극(512), 증폭부(521), 차동증폭부(530)는 상술한 도 4의 제1 전극(411), 제2 전극(412), 증폭부(421) 및 차동증폭부(430)와 각각 유사할 수 있다.The biosignal measurement system according to an embodiment may include a first electrode 511, a second electrode 512, a common mode signal applying unit 520, an amplifying unit 521, and a differential amplifying unit 530. . The first electrode 511, the second electrode 512, the amplifying part 521, and the differential amplifying part 530 are the first electrode 411, the second electrode 412, and the amplifying part 421 of FIG. 4 described above. ) And the differential amplification unit 430, respectively.

일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 공통모드 신호 인가부(520)를 통해 증폭된 공통모드 신호 CM을 신호선(signal line)에 직접 인가할 수 있다. 구체적으로는 공통모드 신호 인가부(520)는 신호선과 용량성 결합을 형성하여 공통모드 신호 CM을 신호선에 인가할 수 있다.According to an embodiment, as shown in FIG. 5, the amplified common mode signal CM through the common mode signal applying unit 520 may be directly applied to a signal line. Specifically, the common mode signal applying unit 520 may form a capacitive coupling with the signal line to apply the common mode signal CM to the signal line.

여기서, 도 4에서 공통모드 신호 CM을 용량성 결합을 통해 직접 인체(590)로 인가하는 것과 달리, 도 5에서는 공통모드 신호 CM을 용량성 결합을 통해 신호선으로 인가함으로써, 차동증폭부(530)의 입력으로 공통모드 신호 CM이 피드백될 수 있다. 이에 따라, 도 5에 도시된 생체 신호 측정 시스템은, 도 4와 달리 공통모드 신호 CM을 인가하는 위치를 인체(590)로 하지 않고, 신호선에 인가함으로써, 의복(591) 너머로 인체(590)와 간접 접촉하는 생체 신호 측정 장치의 면적을 감소시킬 수 있다.Here, unlike in FIG. 4 in which the common mode signal CM is directly applied to the human body 590 through capacitive coupling, in FIG. 5, the common mode signal CM is applied to the signal line through capacitive coupling, so that the differential amplifier 530 The common mode signal CM can be fed back through the input of. Accordingly, the biosignal measurement system shown in FIG. 5 does not set the position where the common mode signal CM is applied to the human body 590, but is applied to the signal line, unlike FIG. 4, so that the body 590 and the human body 590 over the clothing 591 It is possible to reduce the area of the bio-signal measuring device in indirect contact.

예를 들면, 도 5에서는 제1 전극(511) 및 제2 전극(512)만 인체(590)와 간접 접촉하고, 도 4에서처럼 인체(590)와 간접 접촉하는 결합 접지가 필요하지 않으므로, 제1 전극(511) 및 제2 전극(512)을 포함하는 전극부의 크기가 보다 최소화될 수 있다.For example, in FIG. 5, only the first electrode 511 and the second electrode 512 indirectly contact the human body 590, and as in FIG. 4, a combined grounding indirect contact with the human body 590 is not required. The size of the electrode portion including the electrode 511 and the second electrode 512 may be further minimized.

도 6은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템(600)의 세부적인 구성을 도시한 도면이다.6 is a diagram showing a detailed configuration of a bio-signal measuring system 600 according to an embodiment.

일 실시예에 따르면, 생체 신호 측정 시스템(600)은 생체 신호 측정 장치(650), 차동증폭부(630) 및 신호처리부(660)를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 생체 신호 측정 장치(650)가 차동증폭부(630) 및 신호처리부(660) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 여기서 생체 신호 측정 장치(650)는 전극부(610), 신호선(640) 및 공통모드 신호 인가부(620)를 포함할 수 있다. 이 때, 신호선(640)의 개수는 전극부(610)에 포함되는 전극의 개수에 대응할 수 있고, 전극 및 신호선(640)이 2n 개(예를 들면, n은 1 이상의 정수)인 경우 차동증폭부(630)는 n개일 수 있다.According to an embodiment, the biosignal measurement system 600 may include a biosignal measurement device 650, a differential amplification unit 630, and a signal processing unit 660. However, the present invention is not limited thereto, and the biosignal measuring apparatus 650 may further include at least one of a differential amplifying unit 630 and a signal processing unit 660. Here, the biosignal measuring apparatus 650 may include an electrode unit 610, a signal line 640, and a common mode signal applying unit 620. In this case, the number of signal lines 640 may correspond to the number of electrodes included in the electrode unit 610, and when the number of electrodes and signal lines 640 is 2n (for example, n is an integer greater than or equal to 1), differential amplification There may be n parts 630.

전극부(610)는 생체 신호를 감지할 수 있다. 생체 신호는 예를 들면, 심전도(ECG, electrocardiogram), 근전도(EMG, electromyogram), 뇌전도(EEG, electroencephalogram), 피부저항(GSR, Galvanic Skin Resistance), 안구운동(EOG, Electrooculography), 신체온도, 맥박, 혈압 및 신체 움직임 등을 포함할 수 있다.The electrode unit 610 may detect a biosignal. Vital signals include, for example, electrocardiogram (ECG), electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), galvanic skin resistance (GSR), eye movement (EOG, Electrooculography), body temperature, pulse rate. , Blood pressure, and body movements.

여기서, 전극부(610)는 적어도 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들면, 감지된 생체 신호의 차동모드 신호(differential mode signal) 및 공통모드 신호(common mode signal)를 추출하기 위해 짝수 개의 전극을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 이 때, 전극부(610)는 용량성 결합 능동전극을 포함할 수 있다.Here, the electrode unit 610 may include at least one electrode. For example, an even number of electrodes may be included to extract a differential mode signal and a common mode signal of the sensed bio-signal. According to an embodiment, a first electrode and a second electrode may be included. In this case, the electrode unit 610 may include a capacitive coupling active electrode.

공통모드 신호 인가부(620)는 생체 신호로부터 추출된 공통모드 신호를, 신호선(640)으로 직접 인가할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 공통모드 신호 인가부(620)는 신호선(640)과 용량성 결합을 형성하고, 형성된 용량성 결합을 통해 신호선(640)으로 공통모드 신호를 인가하는 결합부(미도시)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 공통모드 신호 인가부(620)는 공통모드 신호를 미리 정한 이득으로 증폭하는 증폭부(미도시)를 포함할 수 있다.The common mode signal applying unit 620 may directly apply the common mode signal extracted from the biosignal to the signal line 640. According to an embodiment, the common mode signal applying unit 620 forms a capacitive coupling with the signal line 640 and applies a common mode signal to the signal line 640 through the formed capacitive coupling (not shown). It may include. According to an embodiment, the common mode signal applying unit 620 may include an amplifying unit (not shown) that amplifies the common mode signal with a predetermined gain.

구체적으로, 공통모드 신호 인가부(620)는 신호선(640)과 용량성 결합을 형성하기 위해, 미리 정한 길이만큼 신호선(640)을 따라 신호선(640)에 인접하여 배치되는 결합부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 미리 정한 길이는 전극부(610)와 차동증폭부(630)를 연결하는 신호선(640)의 길이와 같거나 짧을 수 있다.Specifically, the common mode signal applying unit 620 is a coupling unit (not shown) disposed adjacent to the signal line 640 along the signal line 640 by a predetermined length to form a capacitive coupling with the signal line 640 It may include. For example, the predetermined length may be equal to or shorter than the length of the signal line 640 connecting the electrode unit 610 and the differential amplification unit 630.

일 실시예에 따르면, 신호선(640)이 제1 신호선 및 제2 신호선을 포함하는 경우, 공통모드 신호 인가부(620)는 제1 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 제1 신호선을 따라 제1 신호선에 인접하여 배치되는 제1 결합부(미도시) 및 제2 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 제2 신호선을 따라 제2 신호선에 인접하여 배치되는 제2 결합부(미도시)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 신호선 및 제2 신호선은 하기 도 10에 도시된 바와 같이 일정 거리 이상 이격되어 배치되거나, 하기 도 11에 도시된 바와 같이 서로 인접하여 배치될 수 있다.According to an embodiment, when the signal line 640 includes a first signal line and a second signal line, the common mode signal applying unit 620 is configured to form a capacitive coupling with the first signal line. 1 In order to form a capacitive coupling with a first coupling portion (not shown) and a second signal line disposed adjacent to the signal line, a second coupling portion (not shown) disposed adjacent to the second signal line was provided along the second signal line. Can include. Here, the first signal line and the second signal line may be spaced apart from each other by a predetermined distance or more as shown in FIG. 10 below, or may be disposed adjacent to each other as shown in FIG. 11 below.

다만, 신호선(640) 및 결합부(미도시)의 개수가 한정되는 것은 아니고, 신호선(640)이 2n 개인 경우, 각 신호선(640)과 용량성 결합을 형성하는 2n 개의 결합부(미도시)가 각 신호선(640)에 인접하여 배치될 수 있다.However, the number of the signal lines 640 and the coupler (not shown) is not limited, and when the signal line 640 is 2n, 2n couplers (not shown) forming a capacitive coupling with each signal line 640 May be disposed adjacent to each signal line 640.

다른 일 실시예에 따르면 공통모드 신호 인가부(620)는 신호선(640)을 감싸는 형태를 통해 신호선(640)과 용량성 결합을 형성할 수 있다. 예를 들면, 공통모드 신호 인가부(620)는 적어도 하나 이상의 신호선(640)을 감쌀 수 있고, 다른 예를 들면 모든 신호선(640)을 감쌀 수 있다. 구체적으로는 하기 도 12 및 도 13에서 상세히 설명한다.According to another embodiment, the common mode signal applying unit 620 may form a capacitive coupling with the signal line 640 by surrounding the signal line 640. For example, the common mode signal applying unit 620 may wrap at least one or more signal lines 640, for example, all signal lines 640. Specifically, it will be described in detail in FIGS. 12 and 13 below.

차동증폭부(630)는 감지된 생체 신호로부터 공통모드 신호를 추출할 수 있다. 추출된 공통모드 신호는 공통모드 신호 인가부(620)를 통해 생체 신호로 피드백될 수 있다. 또한, 차동증폭부(630)는 공통모드 신호가 인가된 생체 신호로부터 차동모드 신호를 추출하고 증폭할 수 있다.The differential amplification unit 630 may extract a common mode signal from the detected biosignal. The extracted common mode signal may be fed back as a biosignal through the common mode signal applying unit 620. In addition, the differential amplification unit 630 may extract and amplify the differential mode signal from the biosignal to which the common mode signal is applied.

신호선(640)은 상술한 전극부(610) 및 차동증폭부(630)와 연결되어, 전극부(610)로부터 차동증폭부(630)로 감지된 생체 신호를 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면 신호선(640)은 제1 생체 신호를 전달하는 제1 신호선, 제2 생체 신호를 전달하는 제2 신호선을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호는 각각 제1 신호, 제2 신호와 함께 공통모드 신호를 포함할 수 있다.The signal line 640 is connected to the electrode unit 610 and the differential amplification unit 630 described above, and may transmit a biosignal sensed from the electrode unit 610 to the differential amplification unit 630. According to an embodiment, the signal line 640 may include a first signal line for transmitting a first bio-signal and a second signal line for transmitting a second bio-signal. Here, the first bio-signal and the second bio-signal may include a common mode signal together with a first signal and a second signal, respectively.

신호처리부(660)는 생체 신호를 처리하여 생체 신호의 파형을 추출할 수 있다. 여기서, 신호처리부(660)는 차동증폭부(630)에 의해 증폭된 차동모드 신호에 기초하여 감지된 생체 신호를 처리할 수 있다. 예를 들면, 생체 신호가 심전도인 경우, 신호처리부(660)는 차동모드 신호에 기초하여 심전도의 QPRST 파의 각 특징점들을 추출할 수 있다.The signal processing unit 660 may process the biosignal to extract a waveform of the biosignal. Here, the signal processing unit 660 may process the detected biosignal based on the differential mode signal amplified by the differential amplification unit 630. For example, when the biosignal is an electrocardiogram, the signal processing unit 660 may extract each feature point of the QPRST wave of the electrocardiogram based on the differential mode signal.

도 7은 접지 방식을 도시한 도면이다.7 is a diagram showing a grounding method.

신호선(740)의 노이즈를 차단하기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이, 신호선(740)을 접지로 차폐할 수 있다. 구체적으로는 차폐를 접지면(720)과 연결할 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 넓은 면적의 접지면(720)이 필요할 수 있다.In order to block noise from the signal line 740, as shown in FIG. 7, the signal line 740 may be shielded with a ground. Specifically, the shielding may be connected to the ground plane 720. In this case, as described above, a ground plane 720 having a large area may be required.

도 8은 일 실시예에 따른 결합 접지(820) 방식을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a combined grounding 820 method according to an embodiment.

일 실시예에 따르면, 신호선(840)의 노이즈를 차단하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이 신호선(840)을 공통모드 신호 인가부로 감쌀 수 있다. 여기서 공통모드 신호 인가부는 신호선(840)과 용량성 결합을 형성하는 결합부를 포함할 수 있고, 결합부는 결합 접지(820)일 수 있다. 예를 들면, 공통모드 신호 인가부는 증폭부(821)에 의해 증폭된 공통모드 신호를 신호선(840)으로 직접 인가할 수 있다. 상술한 바와 같이, 신호선(840)에 직접 공통모드 신호를 인가함으로써, 감지된 생체 신호에 포함된 외부 노이즈(예를 들면, 전원 노이즈)를 제거할 수 있다.According to an embodiment, in order to block noise of the signal line 840, the signal line 840 may be wrapped with a common mode signal applying unit as illustrated in FIG. 8. Here, the common mode signal applying unit may include a coupling portion forming a capacitive coupling with the signal line 840, and the coupling portion may be a coupling ground 820. For example, the common mode signal applying unit may directly apply the common mode signal amplified by the amplifying unit 821 to the signal line 840. As described above, by directly applying the common mode signal to the signal line 840, external noise (eg, power supply noise) included in the detected biosignal may be removed.

다만, 결합부의 형태를 신호선(840)을 모두 감싸는 형태로 한정하는 것은 아니고, 신호선(840)과 공통모드 신호 인가부가 용량성 결합을 형성할 수 있도록 하는 다양한 형태를 포함할 수 있다. 구체적으로는 하기 도 9 내지 도 13에서 상세히 설명한다.However, the shape of the coupling portion is not limited to a shape that completely surrounds the signal line 840, and may include various shapes in which the signal line 840 and the common mode signal applying portion can form a capacitive coupling. Specifically, it will be described in detail in FIGS. 9 to 13 below.

도 9는 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 시스템의 개괄적인 구성을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating a schematic configuration of a system for measuring a biometric signal according to an exemplary embodiment.

상술한 바와 같이, 차동증폭부(960)에서 추출된 공통모드 신호가 증폭부(921)에 의해 미리 정한 이득(예를 들면, 100)으로 증폭되어, 공통모드 신호 인가부(920)를 통해 신호선으로 인가될 수 있다. 공통모드 신호 인가부(920)는 신호선과 용량성 결합을 형성하는 결합부를 통해 공통모드 신호를 인가할 수 있다. 예를 들면, 신호선은 제1 신호선(941) 및 제2 신호선(942)을 포함할 수 있다.As described above, the common mode signal extracted from the differential amplification unit 960 is amplified by a predetermined gain (for example, 100) by the amplification unit 921, and the signal line is transmitted through the common mode signal applying unit 920. Can be applied as. The common mode signal applying unit 920 may apply a common mode signal through a coupling unit forming a capacitive coupling with the signal line. For example, the signal line may include a first signal line 941 and a second signal line 942.

여기서 공통모드 신호 인가부(920)는 다양한 형태의 결합부를 통해 제1 신호선(941) 및 제2 신호선(942)과 용량성 결합을 형성할 수 있다. 구체적으로는 하기 도 10 내지 도 13에서 상세히 설명한다.Here, the common mode signal applying unit 920 may form a capacitive coupling with the first signal line 941 and the second signal line 942 through various types of coupling portions. Specifically, it will be described in detail in FIGS. 10 to 13 below.

도 10 내지 13은 일 실시예에 따른 공통모드 신호 인가부의 예를 도시한 도면이다.10 to 13 are diagrams illustrating examples of a common mode signal applying unit according to an embodiment.

일 실시예에 따르면, 공통모드 신호 인가부는 도 10 내지 도 13에 도시된 형태를 포함하는 다양한 형태의 결합부를 통해, 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들면, 도 10 내지 도 13은 신호선으로 공통모드 신호를 피드백하는 결합부(예를 들면, 결합 접지)를 도시할 수 있다.According to an embodiment, the common mode signal applying unit may remove noise through various types of coupling units including the shapes shown in FIGS. 10 to 13. For example, FIGS. 10 to 13 may show a coupling unit (eg, a coupling ground) that feeds back a common mode signal through a signal line.

일 실시예에 따르면, 감지된 제1 생체 신호 및 제2 생체 신호에서 발생되는 공통모드 노이즈를 미리 정한 이득(예를 들면, 100)으로 증폭한 후, 용량성 결합을 통해 신호선에 인가하여 노이즈를 제거할 수 있다. 예를 들면, 신호선을 둘러싸서 외부노출이 없도록 차폐하지 않더라도 공통모드 노이즈를 제거할 수 있다.According to an embodiment, the common mode noise generated from the detected first and second biological signals is amplified with a predetermined gain (for example, 100), and then applied to the signal line through capacitive coupling to reduce noise. Can be removed. For example, common mode noise can be removed even if the signal line is surrounded and shielded so that there is no external exposure.

일 실시예에 따르면, 공통모드 신호 인가부는 상기 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 미리 정한 길이만큼 상기 신호선을 따라 상기 신호선에 인접하여 배치되는 결합부를 포함할 수 있다. 이하에서는 신호선이 제1 신호선(1041, 1141, 1241, 1341) 및 제2 신호선(1042, 1142, 1242, 1342)을 포함한다고 가정할 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니고, 신호선은 2n 개일 수 있다.According to an embodiment, the common mode signal applying unit may include a coupling unit disposed adjacent to the signal line along the signal line by a predetermined length to form a capacitive coupling with the signal line. Hereinafter, it may be assumed that the signal lines include first signal lines 1041, 1141, 1241, and 1341 and second signal lines 1042, 1142, 1242, and 1342. However, the present invention is not limited thereto, and the number of signal lines may be 2n.

예를 들면, 공통모드 신호 인가부는, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 제1 신호선(1041, 1141)과 용량성 결합을 형성하기 위해, 제1 신호선(1041, 1141)을 따라 제1 신호선(1041, 1141)에 인접하여 배치되는 제1 결합부(1021, 1121), 및 제2 신호선(1042, 1142)과 용량성 결합을 형성하기 위해, 제2 신호선(1042, 1142)을 따라 제2 신호선(1042, 1142)에 인접하여 배치되는 제2 결합부(1022, 1122)를 포함할 수 있다.For example, as shown in FIGS. 10 and 11, the common mode signal applying unit is provided with a first signal line along the first signal lines 1041 and 1141 in order to form a capacitive coupling with the first signal lines 1041 and 1141. In order to form a capacitive coupling with the first coupling portions 1021 and 1121 disposed adjacent to the (1041, 1141), and the second signal lines 1042, 1142, the second signal lines 1042 and 1142 It may include second coupling units 1022 and 1122 disposed adjacent to the signal lines 1042 and 1142.

여기서, 제1 신호선(1041, 1141) 및 제2 신호선(1042, 1142)을 도 10에 도시된 바와 같이 일정 거리로 이격될 수 있고, 제1 결합부(1021, 1121)는 제1 신호선(1041, 1141), 제2 결합부(1022, 1122)는 제2 신호선(1042, 1142)과 용량성 결합을 형성할 수 있다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 신호선(1041, 1141) 및 제2 신호선(1042, 1142)은 서로 인접할 수 있고, 이 경우에도 제1 결합부(1021, 1121)는 제1 신호선(1041, 1141), 제2 결합부(1022, 1122)는 제2 신호선(1042, 1142)과 용량성 결합을 형성할 수 있다.Here, the first signal lines 1041 and 1141 and the second signal lines 1042 and 1142 may be spaced apart by a predetermined distance as shown in FIG. 10, and the first coupler 1021 and 1121 may be a first signal line 1041. , 1141), and the second coupling portions 1022 and 1122 may form a capacitive coupling with the second signal lines 1042 and 1142. In addition, as shown in FIG. 11, the first signal lines 1041 and 1141 and the second signal lines 1042 and 1142 may be adjacent to each other, and even in this case, the first coupler 1021 and 1121 may be a first signal line. (1041, 1141), the second coupling portions (1022, 1122) may form a capacitive coupling with the second signal lines (1042, 1142).

다른 예를 들면, 상기 공통모드 신호 인가부는, 도 12에 도시된 바와 같이 신호선을 원통형으로 감싸는 형태를 통해 상기 신호선과 용량성 결합을 형성하는 결합부(1220)를 포함할 수 있다. 이 때, 신호선은 제1 신호선(1241) 및 제2 신호선(1242)을 포함할 수 있고, 결합부(1220)는 제1 신호선(1241) 및 제2 신호선(1242)과 용량성 결합을 형성할 수 있다. 여기서, 결합부(1220)는 신호선 전체를 감싸거나, 일부를 미리 정한 길이만큼 감쌀 수 있다.For another example, the common mode signal applying unit may include a coupling unit 1220 forming a capacitive coupling with the signal line by enclosing the signal line in a cylindrical shape as shown in FIG. 12. In this case, the signal line may include a first signal line 1241 and a second signal line 1242, and the coupling unit 1220 may form a capacitive coupling with the first signal line 1241 and the second signal line 1242. I can. Here, the coupling part 1220 may surround the entire signal line or a part of the signal line by a predetermined length.

또 다른 예를 들면, 공통모드 신호 인가부는, 도 13에 도시된 바와 같이 신호선을 코일형으로 감싸는 형태를 통해 신호선과 용량성 결합을 형성하는 결합부(1320)를 포함할 수 있다. 여기서, 신호선은 제1 신호선(1341) 및 제2 신호선(1342)을 포함할 수 있고, 결합부(1320)는 코일형 내지 코일과 유사한 형태를 통해 제1 신호선(1341) 및 제2 신호선(1342)과 용량성 결합을 형성할 수 있다.As another example, the common mode signal applying unit may include a coupling unit 1320 forming a capacitive coupling with the signal line by wrapping the signal line in a coil shape as shown in FIG. 13. Here, the signal line may include a first signal line 1341 and a second signal line 1342, and the coupling unit 1320 is a first signal line 1341 and a second signal line 1342 through a coil type or a coil-like shape. ) And can form a capacitive bond.

다만, 결합부의 형태는 상술한 도 10 내지 도 13의 형태로 한정되는 것이 아니고, 신호선과 용량성 결합을 형성할 수 있는 모든 형태를 포함할 수 있다.However, the shape of the coupling portion is not limited to the shape of FIGS. 10 to 13 described above, and may include any shape capable of forming a capacitive coupling with a signal line.

도 14a 및 도 14b는 접지 없는 신호 처리 시스템(1460)이 생체 신호를 측정한 결과를 도시한 도면이다.14A and 14B are diagrams illustrating a result of measuring a biosignal by the signal processing system 1460 without ground.

예를 들면, 접지 없는 신호 처리 시스템(1460)이 의복(1491) 너머로 인체(1490)의 생체 신호를 측정할 수 있다. 도 14b에 도시된 바와 같이, 공통모드 노이즈가 제거되지 않아, 생체 신호가 식별되기 어려울 수 있다.For example, the groundless signal processing system 1460 may measure a biosignal of the human body 1490 over the garment 1491. As shown in FIG. 14B, since common mode noise is not removed, it may be difficult to identify a biosignal.

도 15a 및 도 15b는 인체(1590)에 결합 접지를 부착한 신호 처리 시스템(1560)이 생체 신호를 측정한 결과를 도시한 도면이다.15A and 15B are diagrams illustrating a result of measuring a biological signal by a signal processing system 1560 having a bonded ground attached to the human body 1590.

예를 들면, 인체(1590)에 간접적으로 결합 접지를 부착한 신호 처리 시스템이 의복(1591) 너머로 인체(1590)의 생체 신호를 측정할 수 있다. 상술한 도 14b와 달리, 공통모드 노이즈가 제거되어, 생체 신호의 식별이 용이할 수 있다. 구체적으로, 생체 신호가 예를 들면 심전도인 경우, 심전도의 PQRST 파의 각 특징점들이 용이하게 식별될 수 있다.For example, a signal processing system that indirectly attaches a bonding ground to the human body 1590 may measure a biosignal of the human body 1590 over the clothing 1591. Unlike FIG. 14B described above, since common mode noise is removed, it is possible to easily identify a biosignal. Specifically, when the biosignal is an electrocardiogram, for example, each feature point of the PQRST wave of the electrocardiogram can be easily identified.

도 16a 및 도 16b는 일 실시예에 따른 신호 처리 시스템(1660)이 생체 신호를 측정한 결과를 도시한 도면이다. 여기서 신호 처리 시스템(1660)은 도 6에 도시된 차동증폭부(630) 및 신호처리부(660)를 포함할 수 있다.16A and 16B are diagrams illustrating a result of measuring a biosignal by the signal processing system 1660 according to an exemplary embodiment. Here, the signal processing system 1660 may include a differential amplifying unit 630 and a signal processing unit 660 shown in FIG. 6.

예를 들면, 일 실시예에 따른 신호 처리 시스템(1660)이 의복(1691) 너머로 인체(1690)의 생체 신호를 측정할 수 있다. 상술한 도 15a와 달리, 일 실시예에 따른 신호 처리 시스템(1660)은 인체(1690)에 간접적으로 접촉되는 결합 접지 없이, 신호선과 용량성 결합을 형성하는 공통모드 신호 연동부를 통해 공통모드 노이즈를 제거할 수 있다.For example, the signal processing system 1660 according to an embodiment may measure a biosignal of the human body 1690 over the clothing 1691. Unlike FIG. 15A described above, the signal processing system 1660 according to an exemplary embodiment reduces common mode noise through a common mode signal linking unit that forms a capacitive coupling with a signal line without a coupling ground contacting the human body 1690 indirectly. Can be removed.

도 16b에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 신호 처리 시스템(1660)은 결합 접지 없이도, 생체 신호가 용이하게 식별될 수 있다. 예를 들면, SNR (Signal-to-Noise Ratio)이 도 15b와 유사한 바, 결합 접지를 인체(1690)에 접합하지 않고도 충분히 SNR을 높일 수 있다.As shown in FIG. 16B, in the signal processing system 1660 according to an exemplary embodiment, a biosignal can be easily identified without a bonding ground. For example, since the signal-to-noise ratio (SNR) is similar to that of FIG. 15B, it is possible to sufficiently increase the SNR without bonding the coupling ground to the human body 1690.

도 17은 일 실시예에 따른 생체 신호 측정 방법을 도시한 흐름도이다.17 is a flowchart illustrating a method of measuring a biosignal according to an embodiment.

단계(1710)에서는 전극부가 생체 신호를 감지할 수 있다. 전극부는 용량성 결합 능동전극을 포함할 수 있다. 여기서 감지된 생체 신호는 인체의 고유한 전기 신호 외에 공통모드 노이즈(예를 들면, 60Hz 전원 노이즈)를 포함할 수 있다.In step 1710, the electrode unit may detect the biosignal. The electrode portion may include a capacitive coupling active electrode. The biosignal detected here may include common mode noise (eg, 60Hz power supply noise) in addition to an electrical signal inherent to the human body.

그리고 단계(1720)에서는 공통모드 신호 인가부가 신호선에 공통모드 신호를 인가할 수 있다. 공통모드 신호 인가부는 상술한 도 9 내지 도 13과 유사하게 공통모드 신호를 신호선으로 직접 인가할 수 있다.In step 1720, the common mode signal applying unit may apply the common mode signal to the signal line. The common mode signal applying unit may directly apply the common mode signal to the signal line similar to the above-described FIGS. 9 to 13.

여기서, 신호선은 전극부 및 차동증폭부 사이를 연결하며, 감지된 생체 신호를 차동증폭부로 전달할 수 있다. 또한, 공통모드 신호는 생체 신호로부터 차동증폭부에 의해 추출될 수 있다.Here, the signal line connects between the electrode unit and the differential amplification unit, and may transmit the detected biosignal to the differential amplification unit. In addition, the common mode signal may be extracted from the biosignal by the differential amplifier.

이어서 단계(1730)에서는 차동증폭부가 공통모드 신호가 인가된 생체 신호로부터 차동모드 신호를 추출할 수 있다. 추출된 차동모드 신호는 상술한 단계(1720)에서 공통모드 노이즈가 제거된 것으로서, 신호처리부가 생체 신호를 처리하는데 사용될 수 있다.Subsequently, in step 1730, the differential amplification unit may extract the differential mode signal from the biosignal to which the common mode signal is applied. The extracted differential mode signal is obtained by removing the common mode noise in step 1720 described above, and may be used by the signal processor to process the biosignal.

일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 웨어러블 센서(Wearable sensor)와 같이 작은 접촉면에서 생체 신호를 간접 접촉을 통해 측정해야 하는 경우, 결합 접지의 면적을 줄이거나, 결합 접지를 제거할 수 있다. 이를 통해, 생체 신호 측정 장치의 제한된 폼 팩터(form factor) 내에서, 상대적으로 전극의 크기를 증가시킬 수 있다. The biosignal measuring apparatus according to an embodiment may reduce the area of the bonded ground or remove the bonded ground when it is necessary to measure the biosignal through indirect contact on a small contact surface such as a wearable sensor. Through this, it is possible to relatively increase the size of the electrode within a limited form factor of the biosignal measuring apparatus.

예를 들면, 생체 신호 측정 장치의 폼 팩터에서, 접지면을 제거한 공간만큼 용량성 결합 능동전극의 크기가 확보될 수 있다. 또는, 접지면을 제거한 공간만큼 생체 신호 측정 장치의 크기가 최소화될 수 있다.For example, in the form factor of the biosignal measuring apparatus, the size of the capacitive coupling active electrode can be secured as much as the space from which the ground plane is removed. Alternatively, the size of the biosignal measuring apparatus may be minimized as much as the space where the ground plane is removed.

일 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는 인체 등에서 센싱이 허용되는 공간이 협소한 경우, 효과적으로 용량성 결합 능동전극을 이용하여 생체 신호를 감지할 수 있다.The biosignal measuring apparatus according to an embodiment may effectively detect a biosignal using a capacitive coupling active electrode when a space in which sensing is allowed in a human body is narrow.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

600: 생체 신호 측정 시스템
610: 전극부
620: 공통모드 신호 인가부
630: 차동증폭부
640: 신호선
650: 생체 신호 측정 장치
660: 신호처리부
600: vital signal measurement system
610: electrode part
620: common mode signal applying unit
630: differential amplifier
640: signal line
650: biological signal measuring device
660: signal processing unit

Claims (19)

생체 신호 측정 장치에 있어서,
전극부에 의해 감지된 생체 신호(bio-signal)를 전달하는 신호선(signal line); 및
상기 생체 신호로부터 추출된 공통모드 신호(common mode signal)를, 상기 신호선으로 직접 인가하는 공통모드 신호 인가부;
를 포함하고,
상기 공통모드 신호 인가부는,
상기 신호선을 코일형으로 감싸는 형태를 통해 상기 신호선과 용량성 결합을 형성하는 결합부를 포함하는,
생체 신호 측정 장치.
In the biological signal measuring device,
A signal line for transmitting a bio-signal detected by the electrode unit; And
A common mode signal applying unit for directly applying a common mode signal extracted from the biological signal to the signal line;
Including,
The common mode signal applying unit,
Comprising a coupling portion forming a capacitive coupling with the signal line through a form surrounding the signal line in a coil shape,
Bio-signal measurement device.
제1항에 있어서,
상기 결합부는,
상기 용량성 결합을 통해 상기 신호선으로 상기 공통모드 신호를 인가하는,
생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1,
The coupling part,
Applying the common mode signal to the signal line through the capacitive coupling,
Bio-signal measurement device.
제1항에 있어서,
상기 결합부는,
상기 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 미리 정한 길이만큼 상기 신호선을 따라 상기 신호선에 인접하여 배치되는,
생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1,
The coupling part,
Arranged adjacent to the signal line along the signal line by a predetermined length to form a capacitive coupling with the signal line,
Bio-signal measurement device.
제1항에 있어서,
상기 신호선은,
제1 신호선 및 제2 신호선
을 포함하고,
상기 결합부는,
상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선을 따라 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선을 코일형으로 감싸면서 인접하여 배치되어, 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선과 용량성 결합을 형성하는,
생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1,
The signal line,
1st signal line and 2nd signal line
Including,
The coupling part,
The first signal line and the second signal line are disposed adjacent to each other while surrounding the first signal line and the second signal line in a coil shape to form a capacitive coupling with the first signal line and the second signal line,
Bio-signal measurement device.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 공통모드 신호 인가부는,
상기 공통모드 신호를 미리 정한 이득으로 증폭하는 증폭부
를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1,
The common mode signal applying unit,
An amplification unit that amplifies the common mode signal with a predetermined gain
Bio-signal measurement device further comprising a.
제1항에 있어서,
상기 전극부는,
용량성 결합 능동 전극(CCE, capacitive coupling electrode)
을 포함하는 생체 신호 측정 장치.
The method of claim 1,
The electrode part,
Capacitive coupling electrode (CCE)
Bio-signal measuring device comprising a.
생체 신호 측정 시스템에 있어서,
생체 신호를 감지하는 전극부;
상기 생체 신호로부터 공통모드 신호를 추출하는 차동증폭부; 및
상기 전극부와 상기 차동증폭부를 연결하는 신호선으로, 상기 공통모드 신호를 직접 인가하는 공통모드 신호 인가부
를 포함하고,
상기 공통모드 신호 인가부는,
상기 신호선을 코일형으로 감싸는 형태를 통해 상기 신호선과 용량성 결합을 형성하는 결합부를 포함하는,
생체 신호 측정 시스템.
In the biological signal measurement system,
An electrode unit for sensing a living body signal;
A differential amplifier for extracting a common mode signal from the biosignal; And
A signal line connecting the electrode unit and the differential amplification unit, and a common mode signal applying unit for directly applying the common mode signal
Including,
The common mode signal applying unit,
Comprising a coupling portion forming a capacitive coupling with the signal line through a form surrounding the signal line in a coil shape,
Vital signal measurement system.
제9항에 있어서,
상기 결합부는,
상기 용량성 결합을 통해 상기 신호선으로 상기 공통모드 신호를 인가하는,
생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 9,
The coupling part,
Applying the common mode signal to the signal line through the capacitive coupling,
Bio-signal measurement system.
제9항에 있어서,
상기 결합부는,
상기 신호선과 용량성 결합을 형성하기 위해, 미리 정한 길이만큼 상기 신호선을 따라 상기 신호선에 인접하여 배치되는,
생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 9,
The coupling part,
Arranged adjacent to the signal line along the signal line by a predetermined length to form a capacitive coupling with the signal line,
Bio-signal measurement system.
제9항에 있어서,
상기 신호선은,
제1 신호선 및 제2 신호선
을 포함하고,
상기 결합부는,
상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선을 따라 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선을 코일형으로 감싸면서 인접하여 배치되어, 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선과 용량성 결합을 형성하는,
생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 9,
The signal line,
1st signal line and 2nd signal line
Including,
The coupling part,
The first signal line and the second signal line are disposed adjacent to each other while surrounding the first signal line and the second signal line in a coil shape to form a capacitive coupling with the first signal line and the second signal line,
Bio-signal measurement system.
삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 공통모드 신호를 미리 정한 이득으로 증폭하여 상기 신호선으로 제공하는 증폭부
를 더 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 9,
An amplification unit that amplifies the common mode signal with a predetermined gain and provides it to the signal line
Bio-signal measurement system further comprising a.
제9항에 있어서,
상기 전극부는,
용량성 결합 능동 전극(CCE, capacitive coupling electrode)
을 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 9,
The electrode part,
Capacitive coupling electrode (CCE)
Bio-signal measurement system comprising a.
제9항에 있어서,
상기 차동증폭부는,
상기 생체 신호 중 차동모드 신호(differential mode signal)를 증폭하고,
상기 증폭된 차동모드 신호에 기초하여 상기 생체 신호를 처리하는 신호처리부
를 포함하는 생체 신호 측정 시스템.
The method of claim 9,
The differential amplification unit,
Amplifying a differential mode signal among the bio signals,
Signal processing unit processing the bio-signal based on the amplified differential mode signal
Bio-signal measurement system comprising a.
생체 신호 측정 방법에 있어서,
전극부가 생체 신호를 감지하는 단계;
상기 전극부로부터 차동증폭부로 상기 생체 신호를 전달하는 신호선으로, 상기 생체 신호로부터 추출된 공통모드 신호를 직접 인가하는 단계
를 포함하고,
상기 추출된 공통모드 신호를 직접 인가하는 단계는,
상기 신호선을 코일형으로 감싸는 형태를 통해 상기 신호선과 용량성 결합을 형성하여 상기 추출된 공통모드 신호를 직접 인가하는 단계를 포함하는,
생체 신호 측정 방법.
In the biosignal measurement method,
Sensing a bio-signal by an electrode unit;
Directly applying a common mode signal extracted from the biosignal to a signal line for transmitting the biosignal from the electrode unit to the differential amplification unit
Including,
The step of directly applying the extracted common mode signal,
Comprising the step of directly applying the extracted common mode signal by forming a capacitive coupling with the signal line through a form surrounding the signal line in a coil shape,
How to measure vital signs.
제18항에 있어서,
상기 공통모드 신호가 인가된 상기 생체 신호로부터 차동모드 신호를 추출하는 단계
를 포함하는 생체 신호 측정 방법.
The method of claim 18,
Extracting a differential mode signal from the biosignal to which the common mode signal is applied
Bio-signal measurement method comprising a.
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