JP2018531370A - デジタルレンジゲート無線周波数センサー - Google Patents

Abstract

生理学的感知のためのデジタル的に具現される無線周波数センサーは、レンジゲート感知のための無線周波数パルスを出射するための発振信号を生成するように、構成され得る。本センサーは、パルスを出射するように構成された無線周波数送信器と、マイクロコントローラの制御下において出射された無線周波数パルスのうち反射されたものを受信するように構成された受信器とを含み得る。受信されたパルスは、生理特性（例えば、モーション、睡眠、呼吸および／または心拍）の検出のために、マイクロコントローラによって処理され得る。マイクロコントローラは、無線周波数感知パルスの送信のために例えばパルス生成器を用いてタイミングパルスを生成するように、構成され得る。マイクロプロセッサは、受信された信号（例えば、同相アナログ信号および直角位相アナログ信号）をサンプリングして、受信された信号のデジタル復調およびベースバンドフィルタリングを具現し得る。
【選択図】図４

Description

関連出願への相互参照
本出願は、米国仮特許出願第６２／２０５，１２９号（出願日：２０１５年８月１４日）の出願日の恩恵を主張する。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。

技術分野
本技術は、移動物体および生物対象の特性の検出のための無線周波数センサーに関する。より詳細には、本技術は、このようなセンサー（例えば、マイクロコントローラを備えてデジタル的に具現されるレンジゲート無線周波数モーションセンサー）の回路に関連し、ユーザの生理学的特性の検出を特に重要視する。

連続波（ＣＷ）ドップラーレーダーモーションセンサーは、連続波無線周波数（ＲＦ）キャリア信号を出射し、送信されたＲＦ信号をリターンエコーと混合して、移動目標によって生成されるドップラーシフトに等しい差周波数を生成する。これらのセンサーは、明確なレンジ限界を持たない（すなわち、近位の物体および遠位の物体双方について信号を受信することができ、受信された信号は、レーダー断面の関数となる）。その結果、偽トリガ（すなわち、モーションアーチファクト干渉）に繋がり得る。これらのセンサーは、近いレンジにおける感度が望ましくないほど高い場合があるため、偽トリガ発生の原因になる。

パルスドップラーモーションセンサーについて、Ｆｏｌｌｅｎらへ付与された米国特許第４，１９７，５３７号に記載がある。短パルスが送信され、そのエコーが送信パルスと自己混合される。パルス幅は、レンジゲート領域を規定する。送信パルスが終了すると、混合が終了され、送信パルス終了後に到着する目標反射は混合されず、それによりゲートアウトされる。

米国特許第５，９６６，０９０号（「ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｕｌｓｅＲａｄａｒＭｏｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒ」、ＭｃＥｗａｎへ付与）に開示される示差パルスモーションセンサーは、２つのパルス幅を交互に送信する。その後、応答が各幅から減算されて、比較的一定の対応答レンジを有するレンジゲート感知領域が生成される。

例えば米国特許第５，３６１，０７０号（「Ｕｌｔｒａ−ＷｉｄｅｂａｎｄＲａｄａｒＭｏｔｉｏｎＳｅｎｓｏｒ」、ＭｃＥｗａｎへ付与）に記載されるインパルスレーダーの場合、送信インパルス幅に関連して感知領域が極めて狭い。例えば米国特許第５，６８２，１６４号（「ＰｕｌｓｅＨｏｍｏｄｙｎｅＦｉｅｌｄＤｉｓｔｕｒｂａｎｃｅＳｅｎｓｏｒ」、ＭｃＥｗａｎへ付与）に記載のような２パルスレーダーモーションセンサーの場合、第１のパルスが送信され、遅延後に第２のパルスが生成されて、第１のパルスからのエコーと混合される。そのため、レンジゲート感知バンドが、規定された最小レンジおよび最大レンジを備えて形成される。ＵＷＢレーダーモーションセンサーの場合、意図的な放射体としてＲＦ規制において広く受け入れられていないという不利点がある。その上、中レンジにおける物体感知が困難である場合もあり、いくつかの実施形態においてはＲＦ干渉も発生し得る。

変調パルスセンサーについて、ＭｃＥｗａｎへ付与された米国特許第６，４２６，７１６号中に記載がある。レンジゲートマイクロ波モーションセンサーは、調節可能な最小検出レンジおよび最大検出レンジを含む。この装置はＲＦ発振器を含み、関連付けられたパルス生成および遅延要素により送信パルスおよびミキサーパルスが生成され、単一の送信（ＴＸ）／受信（ＲＸ）アンテナまたは一対の別個のＴＸアンテナおよびＲＸアンテナならびにＲＦ受信器（関連付けられたフィルタリング要素、増幅要素および復調要素を備えた検出器／ミキサーを含む）により、レンジゲート信号がミキサーパルスおよびエコーパルスから生成される。

米国特許第７，９５２，５１５号（ＭｃＥｗａｎ）において、特定のホログラフィックレーダーが開示される。このホログラフィックレーダーは、レンジゲートをホログラフィックレーダーへ付加して、特定のダウンレンジ領域に対する応答を制限する。ＭｃＥｗａｎによれば、特に内部像平面またはスライスの画像化のために物質を貫通する際に、より明確かつよりクラッターフリーの像面のレーダーホログラムを得ることが可能になる。このようなレンジゲーティングにより、スタック型ホログラム技術が可能になり、複数の像面をダウンレンジ方向にスタックすることができる。

米国特許出願公開第２０１０／０２１４１５８号において、ＭｃＥｗａｎは、ホログラフィックレーダーのためのＲＦ大きさサンプラーを開示している。ＭｃＥｗａｎによれば、ＲＦ大きさサンプラーは、狭帯域ホログラフィックパルスレーダーによって生成される干渉パターンを精密に分解することができる旨が記載されている。

米国特許出願公開第ＵＳ−２０１４−００２４９１７−Ａ１号において、ＭｃＭａｈｏｎらにより、アナログレンジゲート無線周波数生理学センサーが教示されている。

生理学的特性検出などの場合のようなパルス無線周波数感知のためのセンサーの向上が、必要とされ得る。

技術の要旨
本技術のいくつかの実施形態の一態様は、無線周波数信号により生理特性を検出するセンサーのデジタルコンポーネントを用いた向上した回路設計に関連する。

本技術のいくつかの実施形態の別の態様は、レンジゲーティングなどのためのパルス無線周波数（ＲＦ）信号を生成するように構成された回路を備えたセンサーに関連する。

本技術のいくつかの実施形態のさらなる態様は、向上した発振器設計を用いた回路を備えたセンサーに関連する。

本技術のいくつかの実施形態のさらなる態様は、レンジゲーティングに望ましい高速切り換え特性も維持する向上したＲＦ発振器周波数安定性のために構成されたセンサーに関連する。

本技術のいくつかの実施形態のさらなる目的は、意図的な放射体として無線周波数規制要件に対応可能なＲＦセンサーを提供することである。

本技術のいくつかの実施形態は、無線周波数モーションセンサーを含み得る。本センサーは、無線周波数送信器を含み得る。送信器は、無線周波数パルスを出射するように構成され得る。センサーは、出射された無線周波数パルスのうち反射されたものを受信するように構成された受信器も含み得る。無線周波数送信器は、マイクロコントローラを含み得る。マイクロコントローラは、タイミングパルスを生成するように構成され得る。無線周波数送信器は、タイミングパルスの受信に応答して信号パルスを生成するように構成されたパルス生成器、安定した無線周波数発振信号を生成するように構成された誘電体共振器などの発振器、およびパルス生成器および発振器へ結合された切換回路も含み得る。切換回路は、発振器から導出された優位周波数を有するパルス無線周波数発振信号を生成するように構成され得る。

本技術のいくつかのバージョンは、デジタル無線周波数モーションセンサーを含み得る。センサーは、無線周波数パルスを出射するように構成された無線周波数送信器を含み得る。センサーは、出射された無線周波数パルスのうち反射されたものを受信するように構成された受信器を含み得る。無線周波数送信器は、タイミングパルスを生成するように構成されたマイクロコントローラと；タイミングパルスに応答して信号パルスを生成するように構成されたパルス生成器と；安定した無線周波数発振信号を生成するように構成された発振器と；パルス生成器および発振器へ結合された切換回路とを含み得る。切換回路は、周波数が発振器から導出されたパルス無線周波数発振信号を生成するように、構成され得る。発振器は、誘電体共振器を含む。

いくつかの場合において、パルス生成器は、マイクロコントローラによって生成されたタイミング信号を受信するように構成された論理ゲート回路を含み得る。マイクロコントローラは、出射された無線周波数パルスと、出射された無線周波数パルスのうち反射されて受信されたものとの間の位相および／または大きさの差を示す受信器からの信号をサンプリングするように、受信器と結合され得る。受信器は、ミキサーを含み得る。ミキサーは、切換型大きさ検出器を含み得る。マイクロコントローラは、ミキサーの動作のタイミングを制御し得る。マイクロコントローラは、ミキサーのタイミングをデジタル的に制御するように、構成され得る。マイクロコントローラは、受信器からの信号をデジタル的に復調するように、構成され得る。いくつかの場合において、受信器は、マイクロコントローラへの入力におけるサンプリングのための同相信号および直角位相信号を生成し得る。センサーのいくつかのバージョンにおいて、マイクロコントローラは、受信器からの１つ以上のデジタル的に復調された信号からの呼吸、睡眠および心拍数情報のうち任意の１つ以上のインジケータを生成するように、構成され得る。

いくつかの場合において、マイクロコントローラは、センサーをオンオフ切換することによりセンサー動作をトリガするように、構成され得る。マイクロコントローラは、エポックにおいて受信された信号からのデータの保存を制御するように、構成され得る。センサーは、メモリも含み得る。メモリは、エポックを保存する。メモリは、ＳＤカード、マイクロＳＤカードおよびフラッシュのうち１つ以上であり得るか、または、ＳＤカード、マイクロＳＤカードおよびフラッシュのうち１つ以上を含み得る。メモリは、マイクロコントローラと一体化され得る。センサーは、受信された信号から導出されたデータのセンサーからの無線送信のために構成される。無線送信は、ＮＦＣ通信を含み得る。

マイクロコントローラは、受信器からの１つ以上の信号をデジタル的にフィルタリングするように、構成され得る。マイクロコントローラは、受信器から１つ以上のベースバンド信号をデジタル的にフィルタリングするように、構成され得る。マイクロコントローラは、受信器から１つ以上のベースバンド信号をデジタル的に増幅させるように、構成され得る。いくつかの場合において、センサーは、デジタルまたはアナログの出力接続も含み得る。デジタルまたはアナログの出力接続は、ＲＳ２３２、シリアルまたはＵＳＢ接続であり得る。センサーはアナログ出力を含み得、マイクロコントローラは、受信器から受信されたデジタル信号をアナログ出力を介した出力のためのアナログ信号へ変換するように、構成され得る。アナログ信号は、パルス幅変調信号を含む。

センサーは、ハウジングも含み得る。センサーは、ハウジング内に収容される。送信器および受信器は、単一のプリント回路基板を持ち得、マイクロコントローラは、プリント回路基板へ結合された（例えば、半田付けされた）チップであり得る。

受信器は、出射された無線周波数（ＲＦ）パルスと、出射された無線周波数パルスのうち反射されて受信されたものを混合するための２つの検出器を含み得る。これら２つの検出器は、同相信号のための１つの大きさ検出器および直角位相信号のための１つの大きさ検出器を含み得る。各大きさ検出器は、第１の規定時点ｔ１において、そして第１の数のＲＦパルスのうちそれぞれ１つ内にて規定された第１の持続時間Ｔ１の間スイッチオンされて、センサーのレンジゲーティング能力をもたらすように構成され得る。いくつかの場合において、各検出器は、第２の規定時点ｔ０において、そして第２の数のＲＦパルスのうちそれぞれ１つ内にて第２の持続時間Ｔ０の間切換えられ得、第１の規定時点ｔ１は、第２の規定時点ｔ０と異なる。いくつかのバージョンにおいて、第１の数のＲＦパルスは第２の数のＲＦパルスに等しく、かつ／または、第１または第２の数のＲＦパルスは複数の連続パルスであり得る。

検出器はそれぞれ、ベースバンド周波数よりも高い中間周波数において混合パルスを変調させ得る。各検出器は、第１の数のＲＦパルス時において第１の規定時間ｔ１においてオンにされる一方、第２の数のさらなるＲＦパルス時において第２の規定時間ｔ０においてオンにされ得る。いくつかの場合において、第１の持続時間Ｔ１は、第２の持続時間Ｔ０に等しい。第１の規定時間ｔ１は、第２の規定時間ｔ０と異なり得る。

いくつかの場合において、受信器は、変調混合パルスを中間周波数において増幅させる前置増幅器または増幅器をさらに含み得る。

マイクロコントローラは、増幅された変調混合パルスをベースバンド信号へ復調させるように、構成され得る。マイクロコントローラは、受信器および無線周波数送信器のパラメータのうち少なくとも一部の変化を自動化させるよう、受信器および無線周波数送信器をデジタル的に制御し得る。

本技術のいくつかのバージョンは、レンジゲートの生理学的感知のための無線周波数パルス生成のための信号を生成する回路を含み得る。この回路は、タイミングパルスを生成するように構成され得るマイクロコントローラを含み得る。回路は、例えばマイクロコントローラからのタイミングパルスに応答して信号パルスを生成するように構成されたパルス生成器を含み得る。この回路は、無線周波数発振信号を生成するように構成された発振器を含み得る。この回路は、パルス生成器および発振器へ結合された切換回路を含み得る。切換回路は、信号パルスおよび無線周波数発振信号に従ってパルス無線周波数発振信号を生成するように、構成され得る。本回路は、パルス無線周波数発振信号の受容および無線周波数パルスの出射をアンテナを介したパルス無線周波数発振信号に従って行うように切換回路の出力へ結合されたアンテナフィードを含み得る。アンテナフィードは、出射された無線周波数パルスのうち反射されたものを受信するように、構成され得る。

いくつかの場合において、回路は、アンテナフィードと結合された１組の大きさ検出器を含み得る。大きさ検出器は、アンテナフィードで受信された信号を、切換回路から生成された信号に基づいて検出し得る。マイクロコントローラは、大きさ検出器の１つ以上の出力をサンプリングするように、構成され得る。大きさ検出器の出力は、出射された無線周波数パルスのうち反射されて受信されたものと、出射された無線周波数パルスとの間の位相および／または大きさ差を示す同相信号および直角位相信号を含み得る。マイクロコントローラは、大きさ検出器の出力をデジタル的に復調させるように、構成され得る。マイクロコントローラは、大きさ検出器の出力をデジタル的にフィルタリングするように、構成され得る。マイクロコントローラは、大きさ検出器から導出された１つ以上のベースバンド信号をデジタル的にフィルタリングするように、構成され得る。マイクロコントローラは、大きさ検出器からの１つ以上のベースバンド信号をデジタル的に増幅させるように、構成され得る。発振器は、誘電体共振器を含み得る。パルス生成器は、マイクロコントローラによって生成されたタイミング信号を受信するように構成された論理ゲート回路を含み得る。

マイクロコントローラは、呼吸、睡眠および心拍数情報のうち任意の１つ以上のインジケータをアンテナフィードを介して受信された１つ以上の信号に基づいて生成するように、構成され得る。マイクロコントローラは、送信を選択的にオンおよびオフにすることにより回路の感知動作をトリガするように、構成され得る。マイクロコントローラは、エポックにおいて受信された信号からのデータの保存を制御するように、構成され得る。回路は、メモリインターフェースでもあり得る。メモリインターフェースは、ＳＤカードインターフェース、マイクロＳＤカードインターフェースおよびフラッシュメモリインターフェースのうち１つ以上であり得る。回路は、感知信号から導出されたデータの送信のための無線トランシーバも含み得る。無線送信は、ＮＦＣ通信を含み得る。

回路は、デジタルおよび／またはアナログ出力接続を含み得る。デジタルまたはアナログ出力接続は、ＲＳ２３２、シリアルおよび／またはＵＳＢ接続を含み得る。回路は、アナログ出力（例えば、出力インターフェースまたはコネクタ）を含み得、マイクロコントローラは、回路によって感知されたデジタル信号をアナログ出力を介した出力のためのアナログ信号へ変換するように、構成され得る。アナログ信号は、パルス幅変調信号を含み得る。回路は、単一のプリント回路基板を含み得、マイクロコントローラは、プリント回路基板へ固定された（例えば、半田付けされた）チップであり得る。

本技術の他の態様、特徴および利点は、本開示の一部であり、かつ、例として本技術の原理を例示する、添付の図面と併せて用いられると、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。本技術のさらなる態様は、添付の特許請求の範囲から明らかになる。

本技術のさらなる例示的実施形態について、添付図面を参照しつつ、以下に説明する。

図１は、本技術の無線周波数生理学センサーとの具現に適した例示的検出装置を示す。 図２は、本技術のいくつかの実施形態に適したセンサー信号の評価の概念的構造およびプロセスを示す図である。 図３は、例示的生理学インジケータの検出のためのセンサー信号のさらなる処理を示す。 図４は、本技術のためのセンサー回路のいくつかの実施形態における切換発振を用いたレンジゲート無線周波数信号生成に用いられる例示的コンポーネントを示す。 図５は、本技術のいくつかの実施形態における例示的センサー回路のアーキテクチャのためのコンポーネントの模式図である。 図５Ａは、本技術のいくつかの実施形態における例示的センサー回路のアーキテクチャを用いた例えば単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）のための回路の模式図である。 図６は、図４の切換型発振器の注入同期実施形態の例示的コンポーネントを用いたブロック図である。 図７は、図４の切換型発振器の増幅器実施形態の例示的コンポーネントを用いたブロック図である。 図８は、本開示のいくつかの実施形態に適した出力調節回路のための例示的コンポーネントの回路図である。 図９は、本開示のいくつかの実施形態に適したパルス生成回路のための例示的コンポーネントの回路図である。 図１０は、ＲＦ送信回路のための例示的コンポーネントの回路図である。 図１１は、本開示のいくつかの実施形態に適したＩＦ前置増幅器回路のための例示的コンポーネントの回路図である。 図１２は、本開示のいくつかの実施形態に適したマイクロコントローラおよび出力のための例示的コンポーネントの回路図である。 図１３は、本開示のいくつかの実施形態に適した生理学データの表示のためのインターフェースを示す。

１．概要
図１に示すように、本技術のいくつかの実施形態は、デジタル回路コンポーネント（例えば、ＲＦ感知信号生成および／または信号（例えば、ベースバンド、通過帯域）処理において用いられるマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを備えたもの）を有する無線周波数（ＲＦ）感知または検出装置１００を具現し得る。本装置は、装置の近隣のユーザ１０１または患者の生理学的特性の検出に有用である。センサーは、スタンドアロンセンサーであってもよいし、あるいは、装置のセンサーによって検出された生理学的特性の分析に基づいた自動治療応答を提供するように他の装置（例えば、呼吸治療装置）と結合してもよい。例えば、コントローラおよび流れ生成器を備えた呼吸治療装置は、このようなデジタルセンサーを備えて構成され得、デジタルセンサーによって検出された生理学的特性に応答して患者インターフェース（例えば、マスク）において生成された圧力治療を調節するように構成され得る。

他のデータをユーザから他の感知モジュールが無線リンクを介して収集してもよいし、あるいは、薬剤分配器から（例えば、識別チップ（例えば、ＲＦＩＤ（無線周波数ＩＤ））を介して）または測定デバイス（例えば、肺活量計（ピークフローメータ））から直接収集してもよい。さらに、さらなるデータが、加速度計、ＥＣＧ、酸素濃度計などを介してユーザから収集され得る。さらなるデータが、キーボード、タッチ感応パッド、マウス、音声録音などを介してユーザから収集され得る。

マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサをセンサー回路の一部としてセンサーの感知動作の制御または参加のために設けることにより、機能性の増加が可能になり得、回路構造の複雑性の低減が実現され得る。回路量が低減することにより、センサーサイズの低減が可能になるため、センサーの小型化および携帯性が可能になり得る。さらに、実質的にアナログコンポーネントによって形成されたセンサーについてセンサーの電力消費低減することができため、デジタルセンサーを多数の異なる種類のソース（例えば、主電源、バッテリ電源）から電力供給することが可能になる。そのため、マイクロコントローラを含むセンサーのコスト、サイズ、電力消費および信頼性を、複雑なアナログ回路を含むセンサーに比して向上させることができる。

マイクロコントローラは、センサー内の他のコンポーネントの変調および復調タイミングの制御を含み得る。本明細書中以下により詳細に述べるように、マイクロコントローラは、送信されたＲＦ信号および受信されたＲＦ信号の変調および復調を制御してベースバンド信号を生成するためのタイミングパルスを提供し得る。これらのタイミングパルスは、送信器によるＲＦ信号の送信と、受信器によるＲＦ信号の受信とのタイミングも制御し得る。そのため、マイクロコントローラは、装置の特定の近隣内のユーザ１０１または患者の生理学的特性を検出する可変および動的レンジゲーティング（すなわち、センサーのレンジを例えば部屋の監視、異なる感知レンジおよび／または感知レンジの変化における睡眠者の監視の（例えば、センサーに近接する対象の距離を１ｍにするかまたは対象をセンサーからさらに離隔して２．５ｍにする）ために手動でまたは自動的に調節する能力）を提供し得る。さらに、タイミングパルスは、送信されたＲＦ信号のタイミングのディザリングにより、システムノイズフロアの低減および干渉の軽減を可能にする。例えば、タイミング信号の生成において、マイクロコントローラは、タイミング信号のタイミングを変化させて、送信されたＲＦパルスのタイミングをディザーし得る。タイミングのディザリングをベースバンドフィルタ中に自然発生する平均化と組み合わせると、倍音および干渉が軽減される。

センサーへのマイクロコントローラの追加により、ベースバンド信号を中間周波数（ＩＦ）信号へ変調することと、ＩＦ信号をベースバンド信号へ復調させることとが向上し得る。マイクロコントローラによりＩＦ信号の生成および復調を制御することにより、センサーへ複雑なハードウェアを追加する必要無く、複雑なデジタル同期復調スキームが得ることが可能になり得る。さらに、マイクロコントローラにより、アナログ回路を用いたセンサーと比較して、センサーが向上したデジタルフィルタおよびノイズ低減を利用することが可能になり得る。

このような装置のデジタル的に具現されるセンサーは、無線周波数波信号（例えば、レンジゲート感知のための無線周波数パルス）を出射する送信器を用い得る。受信器は、送信器と組み合わされたデバイス中に任意選択的に含まれ得、センサーの近隣に配置されたユーザの身体（例えば、頭、胴体、脚、腕など）から反射された送信無線周波数パルスの一部または全体を受信および処理するように構成され得る。信号処理は、受信された反射信号に基づいて生理学的特性を導出するために、例えばセンサーを活性化させるセンサーのマイクロコントローラを備えて用いられ得る。

例えば、図２に示すように、ＲＦ送信器２０３は、対象（例えば、ヒト２０１）へ向けて無線周波数信号２０５を送信する。ＲＦ信号のソースは局所発振器（ＬＯ）２０７であり得るが、他のソースを用いてもよい。その後、反射信号２０９がＲＦ受信器２１１によって受信され、増幅器２１３によって増幅される。次に、増幅された反射信号は、マイクロコントローラ２１５によって元々の信号の一部と混合され得る。次に、この混合信号の出力は、マイクロコントローラによってデジタル的にフィルタリングされ得る。その結果得られた信号は、人の動き、呼吸および心臓活動についての情報を含み得、生モーションセンサー信号２１７と呼ばれ、デジタルおよび／またはアナログ信号（複数）として出力され得る。

図３は、生理学的特性のインジケータを生成するための生モーションセンサー信号の処理を示す図である。生モーションセンサー信号２１７は、身体の動き、呼吸および心臓活動の組み合わせを反映した成分を主に含み得る。身体の動きは、ユーザの身体の動きと関連付けられ得、モーション検出器３３０によって特定され得る。モーション検出器３３０は、動き検出アルゴリズム（例えば、ゼロ交差またはエネルギーエンベロープ検出アルゴリズムまたは他のより複雑なアルゴリズム）を具現し得る。動き検出アルゴリズムによって特定された身体の動きを用いて、「モーションオン」または「モーションオフ」インジケータが形成され得る。例えば、このような動き検出アルゴリズムは、米国特許出願公開第２００９／０２０３９７２号に開示される方法に基づいて具現され得る。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。さらに、マイクロコントローラ（例えば、マイクロコントローラ２１５）は、動き検出アルゴリズムを実行し得る。呼吸活動は典型的には０．１〜０．８Ｈｚの範囲内にあり得、通過帯域が０．１〜０．８Ｈｚの領域にあるバンドパスフィルタ３２０によって元々の信号をフィルタリングすることにより、導出され得る。心臓活動は、より高周波数において信号に反映され、通過帯域範囲が１〜１０Ｈｚであるバンドパスフィルタ３１０によるフィルタリングにより、この活動へのアクセスが可能になる。このようなバンドパスフィルタリングは、マイクロコントローラ内に実行するアルゴリズムを介してマイクロコントローラによって達成され得る。

２．デジタルセンサー
デジタル呼吸および動きセンサーは、レンジゲートＲＦモーション検出器であり得る。デジタルセンサーは、ＤＣ電源入力を受容し、デジタルおよびアナログモーションチャンネル出力に検出レンジ内の人の呼吸信号および動き信号の同相成分および直角成分双方ともを提供するように、構成され得る。デジタル制御を備えて具現されるパルスＲＦモーションセンサーの場合、レンジゲーティングは、動き検出を好適なゾーンまたはレンジのみへ制限することを支援することができる。よって、センサーを用いて行われる検出は、センサーからの規定距離内にあり得る。

マイクロコントローラを含むデジタルパルスＲＦモーション検出器システムにおいてレンジゲーティングを達成するために、ＲＦパルスは、高速ターンオンおよび整定時間特性を持つべきである。このような実施形態には低Ｑファクタ同調回路を用いた広帯域ＲＦ発振器が適切であり得るが、このような広帯域発振器の場合、周波数安定性において問題が発生し易い。しかし、広帯域ＲＦ発振器のオンおよびオフ切り換えにより、発振器がＲＦパルスを生成することが可能になる。よって、本技術の実施形態により、レンジゲーティングに必要な高速切り換え特性を維持しつつ、ＲＦ発振器周波数安定性の向上が可能になり得る。

図４中に、発振器４０４（例えば、誘電体共振発振器（ＤＲＯ））を用い得る本技術のデジタルセンサー４０２の例を示す。ＤＲＯは、狭帯域発振器（例えば、１０．５２５ＧＨｚにおいて動作するＤＲＯ）である高ＱＤＲＯであり得る。このような発振器は、誘電材料のパックを組み込み得る。ＤＲＯは典型的には、安定したＲＦ周波数特性を生成し、温度、湿度および成分寄生の変動による影響を比較的受けにくい。しかし、ＤＲＯの場合、ターンオン時間が極めて長い場合がある。ターンオン時間が長い場合、レンジゲートシステムに適したＲＦ信号を得るために発振器を充分に高速にオン／オフ切換することができなくなり得る。例えば、典型的なＤＲＯは、いくつかのセンサーレンジゲーティング要件を満たすには過度に遅い速度で約１０００回オンに切換えることができる。

そのため、この問題に対処するため、発振器４０４は、切換型発振回路（例えば、切換型広帯域発振器４０６または切換型増幅器）と結合され得る。このような場合、ＤＲＯ発振器４０４は、切り換えＤＲＯ発振器の電源によりオンおよびオフされたときではなくパルス送信時に連続的にオンされ続けているときに、安定したＲＦ発振信号４０４−ＣＲＦ（連続無線周波数）を生成し得る。安定したＲＦ発振信号４０４−ＣＲＦは、ＤＲＯ発振器４０４から連続的に出力され、その後、切換型広帯域発振回路４０６の入力へ付加され得る。パルス生成器４０８から切換型広帯域発振回路４０６の入力へのタイミングパルス信号４０８−ＰＲＦ（パルス反復周波数）出力に基づいて、切換型広帯域発振回路４０６は、パルス信号と同期したレンジゲーティングに用いられる無線周波数パルス信号４０６−ＲＦＰＳを生成し得る。パルスＲＦ信号の送信は、適切なアンテナおよびアンテナフィード（図４中図示せず）からのものであり得る。

パルス生成器のタイミングは、マイクロコントローラ（ｕＣ）４１０からのタイミング信号によって制御され得る。この点について、マイクロコントローラ４１０からのタイミング信号により、パルス生成器４０８がトリガされ得、あるいは、いくつかの場合において、マイクロコントローラ４１０はパルス生成器として機能し得る。例えば、マイクロコントローラからのトリガパルスに応答して、パルス生成器は、本明細書中に詳述する（図４中図示せず）１ＭＨｚＰＲＦ４０８−ＰＲＦおよび８ｋＨｚ中間周波数（ＩＦ）復調パルス信号を生成し得る。デジタルパルス生成器回路４０８は、ＩＦ信号の制御下のレンジゲーティングを実現するのに必要なＩＦ変調パルス信号を生成する。これらのＩＦ復調パルス信号の時間を変化させることにより、プログラマブルレンジゲーティングを実現することができる。この変動をマイクロコントローラの制御下におくことができ、その結果、このようなプログラマブルレンジゲーティングが実現される。

切換型広帯域発振器のこの具現例の場合、注入同期を用いて切換型広帯域発振器を安定化させて、周波数安定性および高速発振器ターンオン双方を良好なオフ減衰特性と共に提供することができる。よって、切換型広帯域発振回路４０６は、ＤＲＯ発振器４０４によって注入同期され得る。切換型増幅器の具現例の場合、ＤＲＯ発振器のＲＦ出力信号の広帯域増幅により、周波数安定性およびさらにはより高速のターンオン時間双方を得ることが可能になる。

あるいは、いくつかの実施形態において、図４に示すようにパルス無線周波数信号を生成するために発振切換回路を具現する代わりに、１つ以上の半導体スイッチ（例えば、直列のもの）を具現して、無線周波数信号を選択的にシャントまたは通過させることができる。このような代替的実施形態において、スイッチ（複数）は、スイッチのトグルに起因して、無線周波数信号の選択的出力のみを許可し得る。この点において、このスイッチは、切換型発振回路と対照的に、受信された発振信号を特定の時間に通過させることのみを行い得る。しかし、このような具現例の場合、いくつかの不利点がある。半導体スイッチアーキテクチャの１つのこのような不利点として、コンポーネントがマイクロ波周波数において高価になる点がある。このような切り換えアーキテクチャの別の不利点として、ＲＦ信号減衰（すなわち、オン信号レベルのオフ信号レベルに対する比）が小さい点がある。高精度のレンジゲーティング性能を得るためには、高減衰が必要になる。例えば「Ｔ」型スイッチネットワークにおけるような複数のスイッチを具現することにより、このような減衰問題は軽減できるものの、コスト増加を招いてしまう場合がある。

本技術のいくつかの実施形態による例示的なデジタルセンサー回路アーキテクチャを、図５および図５Ａに示す。この回路は、例えば１０．５２５ＧＨｚの周波数においてマイクロ波Ｘ帯において動作するパルスレーダーシステムとして具現されるデジタルバイオモーションセンサーであり得る。高周波数により、極めて鋭利な先端および終端を有するＲＦパルス波形を得ることができるため、より明確なパルス信号が得られる。しかし、他の適切なＲＦ周波数も具現され得る。いくつかの実施形態において、米国特許第６，４２６，７１６号に記載のようなパルスレーダー信号の変調および復調の方法が任意選択的に用いられ得る。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。

図５および図５Ａに示すように、デジタルセンサー回路は、以下の４つの主要セクションによって形成され得る：

（１）ホモダイントランシーバフロントエンドセクション：このセクションは、切換型発振回路５０４（例えば、切換型１０．５２５ＧＨｚ広帯域発振器または切換型増幅器を含み得る。これらは、ＤＲＯ発振器と、アンテナフィード５１０と、アンテナ（複数）５１６と、およびパルスＲＦレーダー信号の生成および受信のための大きさ検出器５１２とを含み得る。

（２）パルス生成器セクション：このセクションは、パルス生成器回路５０６を含み得る。この生成器は、ＲＦレーダー信号（すなわち、図５に示すようなＲＦＴｘ）の変調および復調のためにパルス信号５０８−ＰＲＦ、５０８−ＩＦ（ＩＦは中間周波数を意味する）を生成するように、構成され得る。パルス生成器は、図５にさらに示すようにＩＦ信号の変調のためのＩＦ変調パルス信号を生成するようにも、構成され得る。

（３）受信されたＩＦ信号の増幅のためのデュアルチャンネルＩＦ前置増幅器５１４は、その後マイクロコントローラ５０８へ送信され得、増幅されたベースバンド信号を生成する。

（４）パルス生成器５０６をトリガするタイミングパルス信号を生成するマイクロコントローラ５０８。さらに、マイクロコントローラは、ベースバンド信号のデジタルフィルタリング（例えば、心臓信号、呼吸信号および／またはモーション信号を導出するための受信された生モーション信号のデジタル信号処理）のためにプログラムされ得る。マイクロコントローラを用いることにより、別個のアナログ回路の必要を無くすことができるため、サイズ、コストおよびセンサーのエネルギー消費が低減する。

上記４つのセクションに加えて、デジタルセンサーは、電力管理５０２、メモリ記憶装置５２４（すなわち、ＳＤ）、多様な入力／出力接続（すなわち、アナログＩＱ５１８、ＵＳＢ／ＲＳ２３２５２０、ＮＦＣ５２２）、およびＥＣＧ電極（図示せず）のためのセクションも含み得る。図５Ａに示すように、これらのセクションは全て、相互に接続され得、マイクロコントローラによって制御され得る。

デジタル的に具現されるセンサーは、単一のハウジング内に収容され得る。この点について、図５Ａに示すようなセンサーは、ハウジング（例えば、図１３に示すハウジング１３０１）内に配置され得る。いくつかの実施形態において、ハウジングは、金属、プラスチックまたは他の材料の組み合わせによって形成され得る。ハウジングは、インターフェース接続ポート（例えば、図５Ａに示すアナログＩ／Ｑ接続ポートおよびＵＳＢ／ＲＳ２３２接続）のための開口部も含み得る。さらに、ハウジングは、１つ以上の取り外し可能なメモリモジュール（例えば、ＳＤカード、マイクロＳＤカード、フラッシュ）を取り付ける領域を含み得る。これらのメモリモジュールは、ヒンジ、ドア、ラッチなどを通じてハウジングからアクセスすることができる。

ハウジングは、デジタルセンサーの多様な状態（例えば、動作中、スタンバイ、エラー状態）を示すインジケータも含み得る。いくつかの実施形態において、インジケータは、ＬＥＤを含み得る。ＬＥＤは、デジタルセンサーの動作状態に基づいて点滅し得るか、色を変化させるか、または点灯し得る。

いくつかの実施形態において、センサーは、多様な形状（例えば、クリップ、マットおよびパッチ）のハウジング内に配置され得る。例えば、デジタルセンサーは、電話機用充電器内に配置され得る。このような設計により、電源へのまたは電源からの余分なワイヤ（例えば、スマートフォン）を延ばす必要性が最小化され得る。別の実施形態において、ハウジングは、センサーを物体（例えば、ベッドシート、シャツまたはズボン）へ接続させるためのクリップの形態をとり得る。別の実施形態において、センサーは、ベッドに隣接して、ベッドの上方にまたはベッドの下方に配置され得るマット内に配置され得る。さらに別の実施形態において、センサーは、デジタルセンサーをユーザなどの物体へ直接接続させるためのテープなどの接着剤を含むパッチ内に配置され得る。

２．１ デジタルレンジゲーティング
典型的なレンジゲートセンサーにおいて、連続ＲＦ信号が室内に送信される。送信されたＲＦ信号は連続しているため、受信器が部屋からの反射の大部分または全てを受信するため、レンジゲーティングは無い。この点について、連続ＲＦ信号は、センサーによって受信され得る多数の反射を生成し得る。受信されたＲＦ信号のうち一部は、送信されたＲＦ信号の位相に対して静的なＲＦ信号位相差を持つ一方、他の受信されたＲＦ信号（例えば、移動目標から反射されたもの）は、送信されたＲＦ信号に対してＲＦ信号位相差の変化を含む。そのため、目標の動きに対応する「動き情報」を、送信されたＲＦ信号と受信されたＲＦ信号との間の位相差に基づいて決定することができる。

センサーの受信器によって受信されるＲＦ信号のレンジを制限するために、センサーは、パルスＲＦ信号を室内へ送信し得る。オフ時間（すなわち、パルスＲＦ信号が送信されない時間）において、送信されたパルスＲＦ信号の反射から得られたＲＦ信号は低減し、最終的に消滅する。いくつかの実施形態において、送信されたパルスＲＦ信号がオフに切り替わった後に反射から得られたＲＦ信号が消滅するまでの時間は、約２００ｎｓ（ナノ秒）である。

時間（ｔ）においてＲＦパルスの室内への送信を送信長さＴと共に任意の反射ＲＦ信号無しに開始した後、受信器が受信することが可能な唯一の信号は、レンジｃ＊（ｔ）／２内の目標からの反射である。式中、ｃは、光の速度である。例えば、ＲＦパルス送信から２ｎｓ後、ＲＦ受信器において受信される唯一の反射は、送信されたＲＦ信号の飛行時間内の目標から発生し得る（すなわち、外方へ０．５ｎｓおよび戻りに０．５ｎｓ）。そのため、０．５ｎｓのＲＦパルスの検出可能な目標レンジは、およそ０．１ｍであり得る。

マイクロコントローラ（例えば、マイクロコントローラ５０８）をセンサー内に導入することにより、センサーのレンジゲーティングの制御をより良好に行うことが可能になる。この点について、マイクロコントローラ５０８は、ＲＦパルスの送信および受信のタイミングを制御し得る。例えば、図５に示すように、ＲＦパルス送信を制御するために、マイクロコントローラは、タイミングパルスをパルス生成器（例えば、パルス生成器５０６）へ送信し得る。タイミングパルスに基づいて、パルス生成器５０６は、パルス反復周波数（５０８−ＰＲＦ）を１ＭＨｚなどの速度で切換型ＲＦ発振器（例えば、切換型ＲＦ発振器５０４）へ送信し得る。その後、切換型ＲＦ発振器は、例えば１０．５２５ＧＨｚを送信し得る。ＲＦパルスは、１ＭＨｚの速度でアンテナフィード（例えば、アンテナフィード５１０）へアンテナ（例えば、アンテナ５１６）による送信のために送られる。

センサーの信号を特定の期間にわたって受信および復調する能力は、マイクロコントローラ５０８によってより容易に制御され得る。この点において、大きさ検出器５１２は、マイクロコントローラのタイミング制御によって切り換えられる切換型大きさ検出器（または他の任意のこのようなミキサー）であり得る。次に、大きさ検出器は、送信された信号および受信された信号双方をこのタイミング制御に従って合成信号として受信し得る。アンテナフィードからのこの合成信号をミキサーによって復調して、「動き情報」を含むベースバンド信号を決定することができる。このベースバンド信号は、ａ）復調を通じて送信された信号を除去した後の受信された信号と、ｂ）送信された信号との間の差を示し得る。

この点について、ＲＦ受信器（例えば、大きさ検出器５１２）は、ａ１）ＡＳｉｎ（ωｔ）＋ＢＳｉｎ（ωｔ＋ｐｈｉ）の合成信号を受信し得る。式中、ＡＳｉｎ（ωｔ）は、送信されたＲＦパルスであり、ＢＳｉｎ（ωｔ＋ｐｈｉ）は、受信された信号であり、ωｔは、時間（ｔ）における角度周波数であり、ｐｈｉは、発振の位相である。受信された信号および送信された信号が大きさ検出器へ入力されると、大きさ検出器は、これら２つの信号を以下のように合成（すなわち、混合）し得る：２）［ＡＳｉｎ（ωｔ）＋ＢＳｉｎ（ωｔ＋ｐｈｉ）］＊［ＡＳｉｎ（ωｔ）＋ＢＳｉｎ（ωｔ＋ｐｈｉ）］。その結果得られた出力は、ベースバンド信号としてみなされ得る復調信号となる。

いくつかの実施形態において、さらなる大きさ検出器（複数）は、２つ以上の受信器を具現するために付加され得る。例えば、これら２つの受信器は、既知の距離（例えば、ラムダ／８）で間隔を空けて配置され得、これにより、信号の同相成分および直角（Ｉ／Ｑ）成分を２つの信号中に生成することができる。よって、１つの大きさ検出器５１２は、同相信号である単一のＩＦ信号またはベースバンド信号）を生成し得る。その後、その他の大きさ検出器は、直角位相信号である単一のＩＦ信号またはベースバンド信号）を生成し得る。例えばＩＦ前置増幅器５１４およびマイクロコントローラ５０８によるベースバンドおよびＩＦ信号の後処理は、大きさ検出器（複数）によって生成される信号それぞれに対して行われ得る。いくつかの場合において、各大きさ検出器は、非線形ダイオードを含み得る。

大きさ検出器５１２は、マイクロコントローラ５０８によってオンに切り換えられる期間において合成信号を復調して、送信されたＲＦパルス信号と、受信されたＲＦ信号（すなわち、動き情報）との間の特定のレンジにおける差を決定し得る。この点において、マイクロコントローラ５０８は、パルスタイミング信号をパルス生成器５０６へ送ることにより、レンジゲーティング制御を提供し得、その結果、大きさ検出器をターンオンするためのパルスが送られる。上記例から継続して、大きさ検出器は、時間（ｔ１）において検出時間Ｔ秒にわたってターンオンし得る。レンジゲーティングは、期間ｔ１＋Ｔによって決定され得、レンジｃ＊（ｔ１＋Ｔ）／２を生成し得る。期間ｔ１＋Ｔ後の反射は全て検出されなくなるため、レンジゲーティングが実現される。

２．２ ＩＦ信号および増幅
いくつかの実施形態において、マイクロコントローラにより、大きさ検出器を第２の秒Ｔ０にわたってスイッチオンすることが可能になり、中間周波数増幅段が得られる。上記したように、大きさ検出器５１２によるベースバンド信号出力により、動き信号情報が搬送される。しかし、ベースバンド信号は、低い目標移動周波数（例えば、呼吸周波数０．２Ｈｚ）において（１／ｆノイズまたはフリッカーノイズと一般的に呼ばれる）自然ノイズを含み得る。そのため、処理のために信号レベルまで増幅されると、望ましくない量のノイズがベースバンド信号へ付加され得る。

大きさ検出器は、変調ベースバンド信号をＩＦ信号で変調させて、低い目標移動周波数をより低ノイズで増幅され得るより高周波数にすることができる。ＩＦ信号の生成のために、大きさ検出器５１２は、マイクロコントローラ５０８によって生成されるさらなるタイミングパルスによってさらに制御される合成信号を第２の期間において復調し得、これにより、基準信号を決定するための送信されたＲＦパルス信号と、受信されたＲＦ信号との間の差を決定し得る。この点について、マイクロコントローラ５０８は、さらなるタイミング信号をパルス生成器５０６へ提供し得、その結果、大きさ検出器を第１の期間ｔ１の前または後の第２の時間にわたってターンオンするためのパルスが送られる。上記例から続いて、大きさ検出器は、時間（ｔ０）においてＴ秒の検出時間にわたってターンオンし得る。一実施例において、先に導入された（ｔ１から開始する）期間は、動き信号を生成するために、ユーザの動きが発生することが期待される部屋の領域を意図的に標的にし得る。これと対照的に、新規導入された（ｔ０から開始する）期間の目標レンジは、基準信号生成のため、過度に多くない動きが予想される場所を標的とし得る。レンジゲーティングは、期間ｔ０＋Ｔによって決定され得、第２のレンジｃ＊（ｔ０＋Ｔ）／２を生成し得る。期間ｔ０＋Ｔ後の反射は全て、この第１のオン期間においては検出されない。Ｔ秒の検出時間を第１の検出および第２の検出と同じものとして図示しているが、検出時間は異なり得る。さらに、ｔ０およびｔ１において検出されるパルス数Ｎは、非連続のパルス（例えば、その他すべてのパルス）であり得、ｔ０およびｔ１において検出されるパルス数は異なり得る。さらに、ｔ１およびｔ０は、同じパルスまたは異なるパルスにおいて測定され得る。

第１の期間および第２の期間から大きさ検出器によって受信された合成信号をマイクロコントローラによって処理して、ベースバンド基準信号が生成され得る。ベースバンド基準信号は、動き信号と、基準信号との間の差に基づく。

一例において、ＩＦ信号をより高周波数（例えば、８ｋＨｚ）において変調するために、大きさ検出器５１２は、以下を行い得る：
ａ．各パルス（パルス生成器によって提供されるＰＲＦ周波数（すなわち、図５中のＩＦ変調信号））毎に一回ＲＦパルスを時間（ｔ０＋Ｔ）において復調し、このプロセスを６４回繰り返して、平均を得ること；および
ｂ．各パルス（ＰＲＦ周波数）毎に一回ＲＦパルスを時間（ｔ１＋Ｔ）において復調し、このプロセスを６４回繰り返して、平均を得ること。

復調パルスをＮ回平均化した後、ＩＦ信号周波数はＰＲＦ／２Ｎになり得る。上記実施例から続いて、Ｎは６４であり得、ＰＲＦは１ＭＨｚであり得る。そのため、その結果得られるＩＦ周波数は、８ｋＨｚであり得る。ＩＦ信号は、信号処理前の増幅のために、ＩＦ前置増幅器５１４によって増幅され得る。この点について、大きさ検出器５１２は、ＩＦ信号を８ｋＨｚにおいてオンに切り換えられ得るＩＦ前置増幅器へ送り得、これにより８ｋＨｚＩＦ信号が増幅される。ＩＦ信号の増幅を８ｋＨｚにおいて行うことにより、０．２Ｈｚと対照的に、１／ｆノイズを４００００倍に、またはそれ以上または以下に、軽減することができる。

その後、増幅されたＩＦ信号は、マイクロコントローラへ転送され得る。マイクロコントローラは、ＩＦ信号を増幅されたベースバンド信号へ復調し得る。次に、ベースバンド信号は、本明細書中に記載のようにマイクロコントローラによって処理され得る。よって、ｔ１のような単一の復調タイミングにより、センサーは、レンジゲーティングを提供し得るが、ＩＦ増幅は行わない。２倍の復調タイミング（例えば、ｔ０およびｔ１）により、センサーは、レンジゲーティングおよびＩＦ段増幅双方を提供することができる。

２．３ 電力
デジタルセンサーは、ＤＣ源から給電され得る。この点について、デジタルセンサーは、スマートフォンアダプタを介してスマートフォンへ取り付けられ得る。例えば、図１２に示すように、デジタルセンサーは、マイクロＵＳＢインターフェース１２０８を含み得る。よって、デジタルセンサーがマイクロＵＳＢアダプタを介してスマートフォンへ接続された場合、デジタルセンサーは、例えば５Ｖ〜１２Ｖの電力を２〜５Ａｍｐｓにおいて、またはそれ以上または以下において、受信し得る。

マイクロｕｓｂインターフェースのみを図１２に図示しているが、他のインターフェース（例えば、ＵＳＢＡ型、ＵＳＢＢ型、ミニＵＳＢ、ファームウェア、サンダーボルト）も可能であり得る。さらに、デジタルセンサーへの給電のために、他の電源も用いられ得る（例えば、Ａ／Ｃ電源および／または他のＤＣ電源）。さらに、デジタルセンサーは内部電源（例えば、バッテリ）を含み得るため、外部電源を不要にすることができる。バッテリ電源は、外部接続を介してまたは無線充電（例えば、電磁誘導充電）によって充電され得る。

電源は、センサーによって受容される電力を制御するための出力調節回路も含み得る。例えば、図１２に示すように、電力調節回路１２１０は、ソース（例えば、マイクロｕｓｂインターフェース１２０８）から電力を受容し得、この電力を調節して、一貫した電力値（例えば、２〜５Ａｍｐにおいて５Ｖ〜１２Ｖ）にし得る。さらに、電力調節回路１２１０は、任意の電力サージを減衰させ得る。

図５に示すように、電源５０２は、ボックス５０３内に含まれるコンポーネントへの給電に用いられ得る。この点について、電源は、切換型ＲＦ発振器、５０４、パルス生成器５０６、マイクロコントローラ５０８、大きさ検出器５１２、ＩＦ前置増幅器５１４、アナログインターフェース５１８、ＵＳＢ／ＲＳ２３２５２０、ＮＦＣ５２２およびメモリ５２４へ直接接続され得る。いくつかの実施形態において、電源は、加えて他のコンポーネント（例えば、給電アンテナフィード、増幅器）への給電に用いられ得る。

２．４ パルス生成器
パルス生成器回路５０６は、図５に示すように、ＰＲＦタイミング信号をマイクロコントローラ５０８から受信する。ＰＲＦタイミング信号を受信すると、パルス生成器は、ＰＲＦ信号（例えば、０．５マイクロ秒の持続期間を有する１ＭＨｚパルス）を１マイクロ秒毎に、またはそれ以上または以下毎に、生成し得る。図４中、ＰＲＦタイミング信号の例示を信号４０８−ＰＲＦとして示す。

加えて、パルス生成器５０６は、ＩＦタイミングパルス信号をマイクロコントローラ５０８から受信し、ＩＦ変調パルス信号を生成し得る。ＩＦタイミングパルスをマイクロコントローラ５０８から受信すると、パルス生成器は、ＩＦ変調パルス信号を大きさ検出器５１２へ送信し得る。上記したように、パルス生成器は、ＩＦ変調パルスを大きさ検出器中の各受信器へ送信し得る。例えば、パルス生成器は、ＩＦ変調パルスを同相受信器および直角受信器へ送信し得る。

パルス生成器を具現するための例示的回路を図９中に示す。パルス生成器は、バッファ９０２およびゲート生成器９０４を含み得る。バッファ９０２は、適切な信号電圧（極性）がゲート生成器９０４へ送達されることを保証する。ゲート生成器９０４は、２つ以上のインバータを含み得、大きさ検出器のためのＩＦ変調タイミングパルスを生成し得る。

２．５ 切換型発振器
ＰＲＦタイミング信号により、切換型ＲＦ発振器（例えば、発振器５０４）をオンおよびオフに切り換えることが可能になり、これにより、切換型ＲＦ発振器からＲＦパルス信号が送信される。この点について、ＲＦ発振器は、１０．５２５ＧＨｚにおいて動作し得、１ＭＨｚＰＲＦの速度においてパルス付加され得る（すなわち、オンおよびオフにされ得る）。切換型発振回路４０６の出力信号は、図４中に信号４０６−ＲＦＰＳとしておよび図５中に「ＲＦＴｘ」として例示されるＲＦパルス信号である。

ＲＦパルス信号は、アンテナフィード５１０へ送信され得る。ＲＦパルス信号は、持続期間０．５マイクロ秒において１マイクロ秒毎に、またはそれ以上または以下毎に、アンテナ５１６を介して出力され得る。この特性を有するこのようなＲＦパルス列は、狭い信号帯域幅（例えば、およそ２５ＭＨｚ）を持ち得、レンジゲーティング用途に適しておりかつ／またはＲＦ規制許諾証明を満たし得る。ＲＦ信号（例えば、移動目標から反射されるもの）は、アンテナ５１６によって受信され得、アンテナフィード５１０から大きさ検出器５１２へ送信され得る。

２．６ 大きさ検出器
一実施例において、大きさ検出器５１２は、２つの大きさ検出器を実際に含む。これら２つの大きさ検出器は、図５に示すように、送信された信号および反射された信号をラムダ／８の間隔で処理する。大きさ検出器は、ミキサーとして機能し得、受信信号と送信信号との間の位相差を抽出するように、組み合わされた送信されたＲＦ信号および受信されたＲＦ信号を復調させ得る。さらに、大きさ検出器は、上記したように、切り換え能力を用いて復調ＲＦ信号からＩＦ信号を生成して、１／ｆノイズを軽減し得る。

送信されたＲＦ信号および受信されたＲＦ信号（例えば、移動目標から反射されたもの）はどちらとも、ＲＦ大きさ検出器５１２（例えば、ホモダイン受信器ピーク検出器）の入力に対して合成信号として提示され得る。大きさ検出器５１２は、受信器として動作し得、受信された信号の送信された信号に対する大きさおよび／または位相の測定を生成し得る。受信された信号の位相および／または大きさは、目標が移動したとき、送信された信号に対して変化し得る。その結果、大きさ検出器５１２は、送信された信号と反射された信号との間の位相差に基づいて目標の動きの測定を決定し得る。

大きさ検出器受信器は、ＲＦパルスの開始時間からのオフセット時間「ｔ１」において、オンおよびオフに切り換えられ得る。例えば、マイクロコントローラ５０８は、パルスタイミング信号をパルス生成器５０６へ送ることにより、レンジゲーティング制御を提供し得、その結果、大きさ検出器をターンオンさせるパルスが送られる。さらに、大きさ検出器は、送信されたＲＦパルスを受信し得る。そのため、大きさ検出器は、時間大きさ検出器がオンになっている間、送信された信号および受信された信号双方を合成信号として受信し得る。この合成信号を復調することにより、「動き情報」を含むベースバンド信号が決定され得る。この点について、受信された信号間の差により、ＲＦパルス開始からの時間において発生した動きの測定が得られ、よって、レンジ（ｃ＊ｔ１）／２内において発生した動きが得られる。式中、ｃは、光の速度である。ベースバンド信号は、ａ）送信された信号が復調を通じて除去された後の受信された信号と、ｂ）送信された信号との間の差であり得る。

上記実施例から続いて、上記したように、大きさ検出器は、レンジゲーティングの目的のため、期間Ｔ１にわたって時間ｔ１においてターンオンし得る。大きさ検出器も、第２の期間Ｔ０にわたって時間ｔ０においてターンオンされ得、中間周波数増幅段を提供し得る。上記したように、大きさ検出器５１２による信号出力は、動き信号情報および１／ｆノイズを搬送する。よって、大きさ検出器は、変調信号をＩＦ信号で変調させて、低い目標移動周波数を（より低ノイズにより増幅させることが可能な）より高い周波数にし得る。

ＩＦ信号を生成するために、大きさ検出器５１２は、第２の期間において、マイクロコントローラ５０８によって生成されるさらなるタイミングパルスによってさらに制御される組み合わされた（送信＋反射）信号を復調させて、送信されたＲＦパルス信号と、受信されたＲＦ信号との間の差を決定して、基準信号を決定し得る。動き信号と、基準信号との間の差は、ＩＦ信号である。その後、ＩＦ信号を上記したようにより高周波数（例えば、８ｋＨｚ）へ変調させることができる。

２つの大きさ検出器の使用に戻って、これは、空間中のλ／２毎に発生し得る動き感度のヌルを解消するために行われる。ここで、λは、ＲＦ信号の波長であり、第２の「直角位相」ピーク検出器受信器は、第１の「同相」受信器からの距離λ／８において配置され得る。例えば、１０．５２５ＧＨｚ周波数のＲＦ信号の場合、距離λ／８は３．５５ｍｍである。この第２の受信Ｂ回路の物理的間隔は、「同相」の最小感度において最大動き感度を有する直角受信器出力を生成する。

２．７ ＩＦ前置増幅器
その後、受信された同相位相ＩＦ信号および直角位相ＩＦ信号が、ＩＦ前置増幅器５１４を通じて処理され得る。ＩＦ前置増幅器５１４は、同相位相ＩＦ信号および直角位相ＩＦ信号双方を別個に増幅し得る。その後、これらの増幅された信号は、サンプリングおよびデジタル処理（例えば、デジタル復調およびベースバンドデジタルフィルタリング）のために、マイクロコントローラ５０８上に送られ得る。

図１１に示すように、ＩＦ前置増幅器は、２つの別個のチャンネルを含み得る。同相チャンネル１１０４および直角位相チャンネル１１０６。図１１にさらに示すように、各位相チャンネルは、２つの増幅段を含むが、段数は変更可能であり得る。例えば、各チャンネルは、１つ、２つ、３つ、４つなどの増幅段を含み得る。さらに、チャンネルは、異なる数の増幅段を含み得る。

２．８ マイクロコントローラ
上記したようなタイミング信号の提供に加えて、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサは、増幅されたＩＦ信号を復調し、その結果得られた増幅されたベースバンド信号を処理し得る。この点について、マイクロコントローラのファームウェアは、特定のデジタル信号処理「ＤＳＰ」能力を備えてプログラムされ得る。例えば、マイクロコントローラは、増幅された信号を１２８ｋｂｐｓにて２０４８回、またはそれ以上または以下、のオーバーサンプリングにて受信およびサンプリングするようにプログラムされ得、アナログ／デジタル（ＡＤＣ）変換器をそれぞれ備える。いくつかの実施形態において、ＡＤＣは、１０ビット、またはそれ以上または以下、を用い得る。マイクロコントローラは、同相信号および直角位相信号双方の中に存在する基準信号と動き信号との間の差を検出するように、プログラムされ得る。その結果、マイクロプロセッサは、増幅されたＩＦ変調受信信号（ＩおよびＱ）を同期的に復調させ、増幅されたベースバンド信号を生成する。

その後、その結果得られた復調信号（ＩおよびＱ）は、マイクロコントローラ内のアルゴリズムによってフィルタリングされ得る。この点について、マイクロプロセッサは、デジタルベースバンド信号をフィルタリングし得る。例えば、マイクロコントローラ６１６は、センサーからの帯域外妨害信号および低高調波放射に対してバンドパスフィルタリングを行うように、プログラムされ得る。動き信号および呼吸信号は周波数が異なり、異なるフィルタによってフィルタリングされ得るため、回路は、呼吸および動きについての別個の出力も生成し得る。マイクロコントローラ５０８は、パルス生成器５０６のタイミング（ＰＲＦタイミング信号およびＩＦタイミング信号を含む）を提供するため、マイクロコントローラは、時間信号が送信および受信されたことを認識している。よって、マイクロコントローラは、同相信号および直角位相信号双方を復調させることができる。

このような動作により、信号帯域幅が狭い例示的なパルスＲＦレンジゲートモーションセンサーが具現され得る。

マイクロコントローラは、プロセッサコア、メモリおよびプログラマブル入力／出力周辺機器を含む単一の集積チップであり得る。

３．デジタルセンサー実施形態
このレンジゲートパルスレーダーシステムを具現するためのフロントエンドセクションの例示的実施形態は、図６の回路コンポーネント図に関連してみなされ得る。この実施形態において、切換型広帯域ＲＦ発振器６０６が具現される。典型的には、広帯域発振器は、周波数安定性の問題（例えば、湿度および／または温度の変動、コンポーネントおよびバッチ寄生変動およびハウジング近接効果に起因するもの）が発生し易い。しかし、本回路設計を用いれば、発振器がＲＦ中心周波数を所望の範囲内（例えば、１０．５２５ＧＨｚのおよそ１０ＭＨｚ内）を維持することが可能になる。その結果、高速切り換えおよび安定したパルスＲＦ信号が可能になる。その結果、周波数および振幅の高速安定化を提供しつつ、発振回路の高速ターンオンが可能になる。ターンオン時間ΔｔはＱに関連するため、発振器の帯域幅（ＢＷ）は、以下のようになり得る。
Δｔ＝Ｑ／（ｎｆ０）〜１／ＢＷ。

いくつかの場合において、発振回路は、任意選択的に密封され得、かつ／または、温度制御回路を任意選択的に含み得る。

発振器６０６は、ＤＲＯ発振器６０４によって注入同期され得る。注入同期は、近接周波数において動作するＤＲＯ発振器６０４によって広帯域発振器６０６が妨害された場合に発生する。この接続は充分強く、またこれらの周波数も充分に近いため、ＤＲＯ発振器は広帯域発振器を獲得することができ、ＤＲＯ発振器と実質的に同じ周波数を持たせることができる。よって、典型的な実施形態において、これら２つの発振器は、注入同期のための適切な「ロックインレンジ」を有する。

図６の回路変形例において、高安定性誘電体共振器発振器（ＤＲＯ）回路は、低ノイズガリウムヒ素（ＧａＡｓ）電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）またはバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）のような、トランジスタ（図示せず）を含み得、マイクロストリップラインでこのトランジスタのゲート（ベース）およびドレイン（コレクタ）回路へ結合された周波数安定誘電体共振器を介してフィードバックが提供される増幅器として構成される。このようなＤＲＯ発振器は、例えば１０．５２５ＧＨｚにおいて動作し、レーダーシステム中心周波数のための周波数基準のために具現され得る。

このＤＲＯ基準発振器は、センサーの作動中心周波数を製品の動作温度および湿度レンジについての規制仕様内に維持するように、構成される。この基準発振器回路は、良好なスクリーニングおよび高品質係数を確保するように、金属キャビティ内に封入され得る。また、共振器上方の画面上部中に機械的微調整ねじを設けることにより、中心周波数の微調整が任意選択的に提供され得る。

ＤＲＯ基準発振器６０４からの出力信号は、切換型発振器６０６へのフィードラインを有する減衰器および／またはマッチングネットワーク６０９を介して、切換型広帯域発振器６０６中へ供給され得る。減衰器およびマッチングネットワークの特性は、第２の発振器が製品の作動温度および湿度レンジについて基準発振器によって決定された周波数のみにおいて発振するように、構成され得る。減衰器の構成は、変調発振器６０６への注入レベルおよびよって取得周波数レンジを設定し得る。マッチングネットワークは、基準発振器６０４の低インピーダンス出力を変調発振器６０６中への注入に適したより高いインピーダンスへ変換するように、構成され得る。マッチングネットワークは、シャント−開−回路−スタブ：送信線：シャント−開−回路−スタブ直接結合されたネットワークであり得る。ネットワーク６０９からのフィードラインは、トランジスタ６０６−Ｔのゲート（ベース）へ結合され得る。いくつかの実施形態において、トランジスタへのこのマイクロストリップフィードラインは、例えばダイレクトフィード６０８−ＤＦＬ構成において形成される場合、ローパスであり得る。しかし、いくつかの実施形態において、フィードラインは、例えば間接フィード構成６０８−ＩＦＬにおいて形成される場合、ハイパスであり得る。

よって、切換型発振器６０６は、トランジスタ６０６−Ｔ（例えば、ＦＥＴ）を含み得る。このトランジスタは、微調整されたマイクロストリップフィードバックネットワークを備えて構成され得る。このマイクロストリップフィードバックネットワークは、任意の所望のゲイン特性に加えて、ロックインレンジに適した任意の所望の発振特性を含む。フィードバックの一部または全体は、トランジスタ６０６−Ｔの内部寄生によって提供され得る。この微調整されたマイクロストリップフィードバックネットワークは、パルスレーダーシステムのレンジゲーティングに必要な出力信号の高速の上昇および下降時間を確保するように、構成され得る。例えば、パルスレーダーシステムのこのようなレンジゲーティングは、米国特許出願公開第２０１５−０２１６４２４号に開示の方法に従って具現され得る。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。

切換型発振器６０６のバイアス回路も、スイッチパルス付加時のみにおいて発振が発生するように、パルス生成器６０８からのパルスによって供給される。図６に示すように、パルス生成器のこの出力は、切換型発振器６０６のトランジスタ６０６−Ｔのゲートまたはベースへの入力でもある。パルス生成器は、マイクロコントローラ６１６からのタイミング信号によって制御され得る。そのため、マイクロコントローラ６１６は、送信された信号および受信された信号についてのタイミング情報を保存することができ得る。

その後、マイクロコントローラに応答してパルスタイミング回路またはパルス生成器からベース回路へ正のパルスが付加されると、切換型発振器は、ＲＦパルスを安定した基準周波数において生成する。いくつかのバージョンにおいて、パルス生成器は、タイミングパルスを生成する高速論理ゲート（例えば、ＮＡＮＤゲートまたはＡＮＤゲート回路）を含み得る。任意選択的に、論理ゲートの出力は、切換型発振器の高速かつ有効な切り換えを確保するための広帯域特性を維持するように構成された回路ネットワークへ付加され得る。

その後、切換型発振器６０６からのパルスＲＦ周波数出力は、ピーク／大きさ検出器６１２およびフィルタ（複数）６１３へ入力される。任意選択的に、このパルスＲＦ周波数出力は、直列抵抗を介してまたは減衰器ネットワークを介してこれらのコンポーネントへ入力され得る。直列抵抗は、大きさ検出器の駆動レベルを最適化させ、切換型発振器を信号反射から隔離させ、かつシステムインピーダンスの整合を向上させるように、具現され得る。

フィルタ６１３は、マイクロストリップバンドパスフィルタを備えて具現され得、アンテナフィード６１０へ接続され得る。マイクロストリップバンドパスフィルタは、帯域外妨害信号の高消去およびセンサーからの低高調波放射を確保するように、具現され得る。このフィルタは、無線／ＴＶブロードキャスト、Ｗｉ−Ｆｉ、ＤＥＣＴ、ＩＳＭおよび家庭環境および臨床環境において一般的に遭遇する携帯電話周波数における高消去を提供し得る。フィルタは、全ての世界市場において規制製品コンプライアンスを確保できるよう、第２高調波周波数（例えば、１０．５２５ＧＨｚ発振器の場合に２１．０５ＧＨｚ）において充分に高消去も提供し得る。いくつかの実施形態において、フィルタは、高性能の超小型エネルギートラッピングの低挿入損失結合Ｈ共振器バンドパスフィルタであり得る。

大きさ検出器６１２は、順方向伝搬レーダー信号および逆方向伝搬レーダー信号の大きさ合計に比例する２つの位相分離された受信Ｉ＆ＱチャンネルＩＦ信号が得られるように、具現され得る。この点について、各大きさ検出器への入力は、マイクロストリップフィードラインに沿って上記したように距離λ／８だけ分離され得る。しかし、本明細書中に記載される実施形態のうちいずれかにおいて、分離距離は異なり得る。例えば、Ｉ＆Ｑ大きさ検出器の分離距離は、＋／−（２ｎ−１）λ／８として一般化され得る。よって、分離距離は、以下の距離のうちいずれかに従って任意選択的に選択され得る：λ／８、３λ／８、５λ／８、７λ／８、．．．、など。

切換型発振回路が増幅構成内に提供される本技術の別の実施形態は、図７の図示を鑑みて考えられ得る。この実施形態は、図６の実施形態に類似する。しかし、この実施形態において、回路において、切換型発振器６０６の代わりに切換型広帯域増幅器７０６が用いられる。本実施例において、増幅器は、共通ソース構成において具現される。しかし、いくつかの実施形態において、代替的な構成が具現され得る（例えば、共通ドレインまたは共通ゲート）。

この回路変形例において、高安定性誘電体共振器発振器７０４およびパルス生成器７０８は、図６の実施形態について述べた構成を用い得る。ＤＲＯ基準発振器７０４からの出力信号は、減衰器７０９へ入力される。減衰器により、あらゆる条件下において基準発振器の周波数が安定した動作が確保され、減衰器は、最適な駆動レベルを切換型増幅器７０６へ付加するように構成される。図６の実施形態と同様に、パルス生成器７０８は、マイクロコントローラ７１６からのタイミングパルスによって制御され得る。

減衰器７０９およびパルス生成器７０８の出力は、切換型ＲＦ電力増幅器７０６へ結合される。この点について、切換型電力増幅器は、トランジスタ７０６−Ｔ（例えば、ＦＥＴ）を含み得る。パルス生成器からのパルス切り換え信号は、トランジスタ７０６−Ｔのドレイン（コレクタ）へ付加される。ＤＲＯ発振器７０４からの減衰信号は、トランジスタ７０６−Ｔのゲート（ベース）へ付加される。トランジスタ７０６−Ｔのソース（エミッタ）は、接地（例えば、回路が載置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）の接地平面）へ結合され得る。

これにより、マイクロコントローラによって制御されるようなパルス生成器回路のタイミングによって正のパルスがドレイン（コレクタ）へ付加されると切換型電力増幅器は、増幅されたレーダーパルスを安定した基準周波数（例えば、１０．５２５ＧＨｚ）において生成する。マイクロコントローラは、回路コンポーネント（例えば、直列抵抗、直列誘導子およびコンデンサ）を含み得、変調増幅器７０６へ付加される変調パルスの高速切り換えおよび最小オーバーシュートを確保するように構成される。

変調電力増幅器７０６からのパルス無線周波数出力は、任意選択の第２の減衰器７０９−２を介して大きさ検出器７１２を通じてフィルタ７１３（例えば、図６を参照して述べたようなバンドパスフィルタ）を通じてセンサーアンテナ（例えば、ホーンプローブアンテナ）またはアンテナフィード７１０へ送られる。第２の減衰器７０９−２は、大きさ検出器への駆動レベルを最適化させかつシステムインピーダンス整合を向上させるように、構成され得る。いくつかの実施形態において、この第２の減衰器は省略され得る。

図７の回路構成のいくつかの潜在的利点を挙げると、ロックインレンジ要件が除去される点がある。さらに、広帯域発振器の具現に関連する回路複雑性が無くなる。さらに、広帯域ＲＦ増幅器のターンオン時間を、広帯域ＲＦ発振器よりも高速にすることができる。マイクロコントローラの使用により、フィルタリング要件をデジタル的に取り扱うことが可能になるため、センサーの電力消費およびサイズが低減する。

４．マイクロコントローラ
マイクロコントローラ５０８は、本明細書中に記載のようなデジタルベースバンドフィルタリング機能およびＲＦ送信タイミングｌ機能の具現に加えて、一体型エンジンを実行するようにもプログラムされ得る。一体型エンジンにより、マイクロコントローラがデジタルセンサーの動作を管理することが可能になり得る。この点について、マイクロコントローラを用いて、（例えば、センサーの感知動作の開始、停止および／または一時停止により）センサー動作をトリガすることができる。さらに、マイクロコントローラは、センサーの電力状態を制御するようにもプログラムされ得る（例えば、センサーの電力オン／オフおよびセンサーをスタンバイにすること）。上記したように、マイクロプロセッサは、センサーのレンジを変化させるようにも、プログラムされ得る。

マイクロコントローラ５０８は、受信されたユーザの生理学的データを管理するようにも、プログラムされ得る。この点について、受信された信号データは、外部ソース（例えば、スマートフォン）からの情報を用いて時間および／または日付がスタンプされ得る。あるいは、センサーは、内部時計を含み得る。受信された信号データは、マイクロコントローラによってスタンプされ得るか、または、マイクロコントローラから外部デバイス（例えば、スマートフォン）への出力時にスタンプされ得る。その後、スタンプされたデータは、表示される得か、保存され得、かつ／または、デジタルセンサーから出力され得る。

信号データは、３０秒、またはそれ以上または以下のエポックとして編成され、ユーザの多様な生理学的測定（例えば、モーション、睡眠、呼吸および／または心拍データ）を含む。この点について、マイクロコントローラは、上記したように受信された信号の処理時において、プロセスデータを処理して、ユーザ生理を示す小サブセットにすることができる。例えば、このような動き検出アルゴリズムは、上記した米国特許出願公開第２００９／０２０３９７２号、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１４／０４５８１４号のうちいずれかに開示の方法に従って具現され得る。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。

受信された信号データは、デジタルセンサー内のメモリ（例えば、マイクロコントローラからアクセスされるメモリ）内に保存され得る。図１２に示すように、マイクロコントローラ５０８は、メモリ５２４へ接続され得る。上記したように、メモリ５２４は、例えばＳＤカード、マイクロＳＤカード、フラッシュなどを含み得る。図１２においてメモリをマイクロコントローラと別個のものとして図示しているが、メモリ５２４は、マイクロコントローラと一体化させてもよい。データは、メモリの種類に応じて、６４ｂｐｓ、またはそれ以上または以下、の速度でメモリ中にログされ得る。保存されるデータの量は、デジタルセンサーにおいて用いられるメモリのサイズに依存し得る。例えば、メモリ５２４は、１２時間または２４時間分のユーザデータを保存し得る。

任意選択的に、マイクロコントローラ５０８は、モーション信号（例えば、呼吸および／または心臓信号）の処理に基づいて生理学的データを検出するようにも、プログラムされ得る。例えば、マイクロコントローラ５０８は、データ（例えば、睡眠までの時間、睡眠持続期間、睡眠状態の時間、不在セクション、未知のセクション、効率スコアおよび／または他の検出情報（例えば、検出された睡眠疾患呼吸イベントスコア（例えば、無呼吸／呼吸低下カウント（ＡＨＩ））））を生成するように、プログラムされ得る。このようなデータ生成は、米国特許出願公開第２０１６／０１５１６０３号に開示の方法に従って具現され得る。本明細書中、同文献全体を参考のため援用する。

マイクロコントローラ５０８は、データ出力も制御し得る。図１２に示すように、マイクロコントローラは、ＮＦＣトランシーバデバイス（例えば、外部デバイス（例えば、スマートフォン）により２１２ｋｂｐｓにて、またはそれ以上または以下にて、読み出すことが可能なＮＦＣカードエミュレータ５２２）へ接続され得る。ＮＦＣデバイスについて述べているが、他の技術も具現可能である（例えば、ＬＴＥ、Ｗｉ−ＦｉおよびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ）。ＮＦＣカードエミュレータ５２２は、デバイスによって読み出された場合にセンサーのメモリ５２４からデータを読み出すアプリケーション（複数）をデバイスに起動させるデータも含み得る。この点について、外部デバイスは、センサーを「タップ」してＮＦＣカードエミュレータ５２２を読み出し、これにより、外部デバイス上においてアプリケーションを起動させる。

アプリケーションが起動されると、外部デバイスは、特定の期間（例えば、２４時間）またはメモリ中に保存された他の長さの時間からユーザの生理学的データを取り出し得る。この点について、ＮＦＣカードエミュレータ５２２は、マイクロコントローラ５０８からの命令によって支援されて、メモリ５２４からデータを取り出し得る。いくつかの実施形態において、取り出されたデータは、アプリケーション中に自動バックアップされかつ／またはクラウドサーバ上へ自動バックアップされ得る。

その後、図１３に示すように、取り出されたデータは、外部デバイスのディスプレイ上に表示され得る。この表示は、外部デバイスによって受信されたデータ（例えば、ユーザが睡眠している間に得られたデータ）の概要を示し得る。図１３に示す実施例において、データ（例えば、睡眠までの時間、睡眠持続期間、睡眠状態の時間、不在セクション、未知のセクション）は、グラフおよび／またはチャート形式で表示され得る。さらに、外部デバイスは、睡眠または他の状態関連データ（例えば、睡眠段階関連データ、睡眠効率スコアｓおよび／または他の検出情報（例えば、検出された睡眠疾患呼吸イベントスコア（例えば、マイクロコントローラから受信された（ＡＨＩ））））を決定および／または表示し得る。しかし、いくつかの場合において、スマートフォンそのものは、センサーからの生モーション信号（例えば、Ｉ／Ｑ信号）の受信および処理のみにより、このような情報を入手し得る。

センサーは、他のデジタル出力も含み得る。この点について、センサーは、出力（例えば、ＲＳ２３２、シリアル、ＵＳＢ）を含み得る。デジタル出力を介した出力は、６４ｂｐｓにおいて発生し得、５０μＶ信号の分解能を含み得る。これらのデジタル出力へ接続された外部デバイスは、データを受信するか、それとも、以上でＮＦＣ接続に関してをそのあらましを述べたように機能することができる。加えて、デジタル出力から、外部処理または保存のための生Ｉ／Ｑデータが得られ得る。

デジタルセンサーは、アナログ出力も含み得る。例えば、マイクロコントローラは、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を用いてデジタルＩ／Ｑ信号を各アナログ信号へ変換することによりアナログＩ／Ｑセンサー信号を生成するように、構成され得る。ＤＡＣは、１０ビットＤＡＣ、またはそれ以上または以下、であり得る。その後、アナログＩＱ信号は、アナログ出力を介して送られ得る。アナログ出力は、設定ビットレートおよび設定ビット幅変調（例えば、１０ビットパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いた６４ｂｐｓ）においてアナログ信号を送り得る。よって、その後、センサーは、（センサーからの生モーション信号をそれぞれ示す）再生成されたアナログＩ／Ｑ信号を出力し得る。

本明細書において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、「オープンな」意味（すなわち、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」の意味）を持つものとして理解されるべきであり、「クローズな」意味（すなわち、「〜のみからなる」という意味）に限定されない。対応する意味は、対応する単語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」に帰するものとされる。

本技術の特定の実施形態について述べてきたが、当業者であれば、本技術は、他の特定の形態においてその実質的な特性から逸脱することなく具現化され得ることを理解するであろう。よって、本実施形態および実施例は、あらゆる点において例示的なものであり、限定的なものとしてみなされるべきではない。当該分野における公知の主題への参照は、その反対の暗示がないかぎり、当該主題が本技術に関わる分野の当業者に一般的に公知であることを認めたものではないことが、さらに理解されるであろう。

Claims (55)

1. デジタル無線周波数モーションセンサーであって、
   無線周波数送信器であって、前記送信器は、無線周波数パルスを出射するように構成される、無線周波数送信器と、
   前記出射された無線周波数パルスのうち反射されたものを受信するように構成された受信器と、
   を含み、
   前記無線周波数送信器は、
   タイミングパルスを生成するように構成されたマイクロコントローラと、
   前記タイミングパルスに応答して信号パルスを生成するように構成されたパルス生成器と、
   安定した無線周波数発振信号を生成するように構成された発振器と、
   前記パルス生成器および前記発振器へ結合された切換回路であって、前記切換回路は、周波数が前記発振器から得られたパルス無線周波数発振信号を生成するように構成される、切換回路と、
   を含む、センサー。
2. 前記発振器は、誘電体共振器を含む、請求項１のセンサー。
3. 前記パルス生成器は、前記マイクロコントローラによって生成されたタイミング信号を受信するように構成された論理ゲート回路を含む、請求項１〜２のうちいずれか一項に記載のセンサー。
4. 前記マイクロコントローラは、前記出射された無線周波数パルスのうち反射されて受信されたものと、前記出射された無線周波数パルスとの間の位相および／または大きさの差を示す前記受信器からの信号をサンプリングするように、前記受信器へ結合される、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のセンサー。
5. 前記マイクロコントローラは、前記受信器からの前記信号をデジタル的に復調させるように構成される、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のセンサー。
6. 前記受信器は、前記マイクロコントローラへの入力におけるサンプリングのために同相信号および直角位相信号を生成する、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のセンサー。
7. 前記受信器はミキサーを含み、前記マイクロコントローラは、前記ミキサーの動作のタイミングを制御する、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のセンサー。
8. 前記ミキサーは、切換型大きさ検出器を含む、請求項７のセンサー。
9. 前記マイクロコントローラは、前記受信器からの１つ以上のデジタル的に復調された信号からの呼吸、睡眠および心拍数情報のうち任意の１つ以上のインジケータを生成するように、構成される、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載のセンサー。
10. 前記マイクロコントローラは、前記センサーをオンおよびオフにすることによりセンサー動作をトリガする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載のセンサー。
11. 前記マイクロコントローラは、エポックにおいて受信された信号からのデータの保存を制御する、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のセンサー。
12. メモリをさらに含み、前記メモリは、前記エポックを保存する、請求項１１のセンサー。
13. 前記メモリは、ＳＤカード、マイクロＳＤカードおよびフラッシュのうち１つ以上を含む、請求項１２のセンサー。
14. 前記メモリは、前記マイクロコントローラと一体化される、請求項１２のセンサー。
15. 前記センサーは、受信された信号から導出されたデータの前記センサーからの無線送信のために構成される、請求項１〜１４のうちいずれか一項に記載のセンサー。
16. 前記無線送信はＮＦＣ通信を含む、請求項１５のセンサー。
17. 前記マイクロコントローラは、前記受信器からの１つ以上の信号をデジタル的にフィルタリングするように構成される、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載のセンサー。
18. 前記マイクロコントローラは、前記受信器からの１つ以上のベースバンド信号をデジタル的にフィルタリングするように構成される、請求項１〜１７のうちいずれか一項に記載のセンサー。
19. 前記マイクロコントローラは、前記受信器からの１つ以上のベースバンド信号をデジタル的に増幅させるように構成される、請求項１〜１８のうちいずれか一項に記載のセンサー。
20. デジタルまたはアナログの出力接続をさらに含む、請求項１〜１９のうちいずれか一項に記載のセンサー。
21. 前記デジタルまたはアナログの出力接続は、ＲＳ２３２、シリアルまたはＵＳＢ接続である、請求項２０のセンサー。
22. 前記センサーはアナログ出力を含み、前記マイクロコントローラは、前記受信器から受信されたデジタル信号を前記アナログ出力を介した出力のためのアナログ信号へ変換するように構成される、請求項１〜２１のうちいずれか一項に記載のセンサー。
23. 前記アナログ信号は、パルス幅変調信号を含む、請求項２２のセンサー。
24. ハウジングをさらに含み、前記センサーは、前記ハウジング内に収容される、請求項１〜２３のうちいずれか一項に記載のセンサー。
25. 前記送信器および受信器は、単一のプリント回路基板を含み、前記マイクロコントローラは、前記プリント回路基板へ結合されたチップである、請求項１〜２４のうちいずれか一項に記載のセンサー。
26. 前記受信器は、前記出射された無線周波数（ＲＦ）パルスと、前記出射された無線周波数パルスのうち反射されて受信されたものを混合するための２つの検出器を含み、前記２つの検出器は、同相信号のための１つの大きさ検出器および直角位相信号のための１つの大きさ検出器を含み、各大きさ検出器は、第１の規定時点ｔ１において、そして第１の数のＲＦパルスのうちそれぞれ１つの内にて規定された第一持続時間Ｔ１の間スイッチオンされて、前記センサーのレンジゲーティング能力をもたらすように構成される、請求項１〜２５のうちいずれか一項に記載のセンサー。
27. 各検出器は、第２の規定時点ｔ０において、そして第２の数のＲＦパルスのうちそれぞれ１つの内にて第２の規定持続時間Ｔ０の間切り換えられ、前記第１の規定時点ｔ１は、前記第２の規定時点ｔ０と異なり、各検出器は、ベースバンド周波数よりも高い中間周波数において前記混合パルスを変調させる、請求項２６のセンサー。
28. 前記第１の数のＲＦパルスは、前記第２の数のＲＦパルスに等しい、請求項２７のセンサー。
29. 少なくとも前記第１の数または前記第２の数のＲＦパルスは、複数の連続パルスである、請求項２７または２８のセンサー。
30. 各検出器は、前記第１の数のＲＦパルスにおける前記第１の規定時間ｔ１における切換型、前記第２の数のさらなるＲＦパルスにおける前記第２の規定時間ｔ０における切換型との間に交互にされる、請求項２７〜２９のセンサー。
31. 第１の持続時間Ｔ１は、第２の持続時間Ｔ０に等しい、請求項２７〜３０のセンサー。
32. 第１の規定時間ｔ１は、前記第２の規定時間ｔ０と異なる、請求項２７〜３１のセンサー。
33. 前記検出器は、大きさ検出器である、請求項２６〜３２のうちいずれか一項に記載のセンサー。
34. 前記受信器は、各検出器について、前記変調混合パルスを前記中間周波数において増幅させる前置増幅器または増幅器をさらに含む、請求項２７〜３３のうちいずれか一項に記載のセンサー。
35. 前記マイクロコントローラは、前記増幅された変調混合パルスをベースバンド信号に復調させるようにさらに構成される、請求項３４のセンサー。
36. 前記受信器および無線周波数送信器は、前記マイクロコントローラによってデジタル的に制御されて、そのパラメータの少なくとも一部の変化を自動化させる、請求項１〜３５のうちいずれか一項に記載のセンサー。
37. レンジゲートの生理学的感知のための無線周波数パルスを生成するための信号を生成する回路であって、
    タイミングパルスを生成するように構成されたマイクロコントローラと、
    前記タイミングパルスの受信に応答して信号パルスを生成するように構成されたパルス生成器と、
    無線周波数発振信号を生成するように構成された発振器と、
    前記パルス生成器および前記発振器へ結合された切換回路であって、前記切換回路は、前記信号パルスおよび無線周波数発振信号に従ってパルス無線周波数発振信号を生成するように構成される、切換回路と、
    アンテナを介した前記パルス無線周波数発振信号に従って前記パルス無線周波数発振信号の受容および無線周波数パルスの出射を行うように前記切換回路の出力へ結合されたアンテナフィードであって、前記アンテナフィードは、前記出射された無線周波数パルスのうち反射されたものを受信するように構成される、アンテナフィードと、
    を含む、回路。
38. 前記アンテナフィードと結合された１組の大きさ検出器をさらに含み、前記大きさ検出器は、前記アンテナフィードで受信された信号を前記切換回路から生成された信号に基づいて検出する、請求項３７の回路。
39. マイクロコントローラは、前記大きさ検出器の１つ以上の出力をサンプリングするように構成される、請求項３８の回路。
40. 前記大きさ検出器の出力は、前記出射された無線周波数パルスのうち反射されて受信されたものと、前記出射された無線周波数パルスとの間の位相および／または大きさ差を示す同相信号および直角位相信号を含む、請求項３８〜３９のうちいずれか一項に記載の回路。
41. 前記マイクロコントローラは、前記大きさ検出器の出力をデジタル的に復調させるように構成される、請求項３８〜４０のうちいずれか一項に記載の回路。
42. 前記マイクロコントローラは、前記大きさ検出器の出力をデジタル的にフィルタリングするように構成される、請求項３８〜４１のうちいずれか一項に記載の回路。
43. 前記マイクロコントローラは、前記大きさ検出器から導出された１つ以上のベースバンド信号をデジタル的にフィルタリングするように構成される、請求項３８〜４２のうちいずれか一項に記載の回路。
44. 前記マイクロコントローラは、前記大きさ検出器からの１つ以上のベースバンド信号をデジタル的に増幅させるように構成される、請求項３８〜４３のうちいずれか一項に記載の回路。
45. 前記発振器は誘電体共振器を含む、請求項３７〜４４のうちいずれか一項に記載の回路。
46. 前記パルス生成器は、前記マイクロコントローラによって生成されたタイミング信号を受信するように構成された論理ゲート回路を含む、請求項３７〜４５のうちいずれか一項に記載の回路。
47. 前記マイクロコントローラは、呼吸、睡眠および心拍数情報のうち１つ以上を、前記アンテナフィードを介して受信された１つ以上の信号に基づいて生成するように構成される、請求項３７〜４６のうちいずれか一項に記載の回路。
48. 前記マイクロコントローラは、送信を選択的にオンおよびオフすることにより前記回路の感知動作をトリガするように構成される、請求項３７〜４７のうちいずれか一項に記載の回路。
49. 前記マイクロコントローラは、エポックにおいて受信された信号からのデータの保存を制御する、請求項３７〜４８のうちいずれか一項に記載の回路。
50. メモリインターフェースをさらに含む、請求項３７〜４９のうちいずれか一項に記載の回路。
51. 前記回路は、感知信号から導出されたデータの無線送信のための無線トランシーバを含む、請求項３７〜５０のうちいずれか一項に記載の回路。
52. デジタルまたはアナログの出力接続をさらに含む、請求項３７〜５１のうちいずれか一項に記載の回路。
53. 前記回路はアナログ出力を含み、前記マイクロコントローラは、前記回路によって感知されたデジタル信号を前記アナログ出力を介した出力のためのアナログ信号へ変換するように構成される、請求項３７〜５２のうちいずれか一項に記載の回路。
54. 前記アナログ信号は、パルス幅変調信号を含む、請求項５３の回路。
55. 前記回路は単一のプリント回路基板を含み、前記マイクロコントローラは、前記プリント回路基板へ固定されたチップである、請求項３７〜５４のうちいずれか一項に記載の回路。

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