JP6916441B2 - 半導体集積回路及び呼吸運動検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路及び呼吸運動検査装置に関する。

人間の呼吸運動を検査する方法の１つとしてインピーダンス法がある。インピーダンス法は、被測定者の胸部に配置された複数の電極を用いて被測定者の体に定電流を流し、呼吸運動に伴う肺内の酸素量の変化に応じて変わる人体のインピーダンスを、電極間の電圧変化により測定する手法である。なお、インピーダンス法では、人体への悪影響を避けるために微弱な交流信号が用いられる。

また、近年、医療機器の小型化が進んでいる。

国際公開第２０１４／１４７９３９号 特開２００１−１９０５１０号公報

ところで、インピーダンス法で用いる交流信号として、正弦波信号よりも比較的小面積の単電源回路で扱える正のパルス信号を用いることが考えられる。また０Ｖ期間も測定するために１８０°位相の異なるパルス信号を使用し、全波整流後の波形の電位差をＡＤ（Analog to Digital）変換することが行われる。

しかし、正のパルス信号が２つの電極に供給されてから、検査装置にて電位差が検出されるまで遅延時間の影響で正しく整流が行われず、インピーダンスの測定誤差が生じる可能性がある。その場合、精度よく呼吸動作を検査できなくなる。したがって、インピーダンスの測定誤差を抑制することが課題である。

１つの実施態様では、被測定者の胸部に配置される第１の電極と第２の電極のうちの前記第１の電極に供給する第１のパルス信号と、前記第１のパルス信号とは位相が１８０°異なり、前記第２の電極に供給する第２のパルス信号と、を生成するパルス信号生成回路と、前記被測定者の呼吸運動によって変化する前記第１の電極と前記第２の電極の間のインピーダンスが反映された電位差信号であり、前記第１のパルス信号または前記第２のパルス信号の変化に起因した変化の第１のタイミングが、前記第１のパルス信号または前記第２のパルス信号が変化する第２のタイミングよりも第１の時間、遅延した前記電位差信号を受け、前記電位差信号を整流した整流信号を出力する整流回路と、前記整流回路に、前記第１のタイミングから負の電圧値になる前記電位差信号を、前記第１のタイミングから正の電圧値に反転させる第１の制御信号を供給する制御信号生成回路と、前記整流信号の大きさに基づいたデジタル値を出力するＡＤ変換回路と、を有する半導体集積回路が提供される。

また、１つの実施態様では、呼吸運動検査装置が提供される。

インピーダンス法により呼吸動作を検査する際の、インピーダンスの測定誤差を抑制できる。

第１の実施の形態の呼吸運動検査装置及び半導体集積回路の一例を示す図である。 整流回路の一例を示す図である。 遅延時間がない場合の各部の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。 遅延時間がある場合の各部の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。 表示装置の画面に表示される呼吸波形の一例を示す図である。 第２の実施の形態の呼吸運動検査装置及び半導体集積回路の一例を示す図である。 検査用信号生成回路の一例を示す図である。 マスク回路の一例を示す図である。 呼吸運動検査装置の各部の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。

以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の呼吸運動検査装置及び半導体集積回路の一例を示す図である。

呼吸運動検査装置１０は、被測定者２０の胸部に配置された電極２１ａ，２１ｂに電圧を印加して胸部に電流を流し、肺２２ａ，２２ｂ内の酸素量の変化に応じて変わる人体のインピーダンスを電極２１ａ，２１ｂ間の電圧変化により測定する装置である。

呼吸運動検査装置１０は、半導体集積回路１１と通信処理回路１２とを有する。
半導体集積回路１１は、たとえば、１チップのＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）であり、パルス信号生成回路１１ａ、整流回路１１ｂ、制御信号生成回路１１ｃ、ＡＤ変換回路１１ｄ、制御回路１１ｅ、記憶回路１１ｆを有する。

パルス信号生成回路１１ａは、電極２１ａに供給するパルス信号ＭＯＤＰと、電極２２ｂに供給するパルス信号ＭＯＤＮとを生成する。パルス信号ＭＯＤＮは、パルス信号ＭＯＤＰとは位相が１８０°異なる信号である。パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮは、たとえば、クロック信号ＣＬＫを分周するなどして生成される。たとえば、クロック信号ＣＬＫの周波数を１２ＭＨｚ、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの周波数を３２ＫＨｚなどとする。

なお、クロック信号ＣＬＫを生成するクロック源については図１では図示が省略されているが、クロック源は、半導体集積回路１１の内部にあってもよいし、半導体集積回路１１の外部で、呼吸運動検査装置１０内にあってもよい。

整流回路１１ｂは、電極２１ａ，２１ｂ間の電位差を示す電位差信号ＡＩＮを受け、電位差信号ＡＩＮを整流した整流信号を出力する。なお、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化に起因した電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングは、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮが変化するタイミングよりも遅延する。その理由については後述する。

図２は、整流回路の一例を示す図である。
整流回路１１ｂは、スイッチ１１ｂ１，１１ｂ２，１１ｂ３，１１ｂ４を有する。スイッチ１１ｂ１の一端は電極２１ａに接続され、スイッチ１１ｂ１の他端はＡＤ変換回路１１ｄの端子１１ｄ１に接続される。スイッチ１１ｂ２の一端は電極２１ａに接続され、スイッチ１１ｂ２の他端はＡＤ変換回路１１ｄの端子１１ｄ２に接続される。スイッチ１１ｂ３の一端は電極２１ｂに接続され、スイッチ１１ｂ３の他端はＡＤ変換回路１１ｄの端子１１ｄ１に接続される。スイッチ１１ｂ４の一端は電極２１ｂに接続され、スイッチ１１ｂ４の他端はＡＤ変換回路１１ｄの端子１１ｄ２に接続される。

スイッチ１１ｂ１，１１ｂ４は、制御信号生成回路１１ｃが出力する制御信号ＳＦ１，ＳＦ２のうち、制御信号ＳＦ１により、オンまたはオフされ、スイッチ１１ｂ２，１１ｂ３は、制御信号ＳＦ２により、オンまたはオフされる。

スイッチ１１ｂ１〜１１ｂ４は、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などで実現できる。その場合、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２は、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給され、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の電圧に応じて、ＭＯＳＦＥＴがオン状態またはオフ状態となる。

図１の説明に戻る。
制御信号生成回路１１ｃは、整流回路１１ｂを制御する制御信号ＳＦ１，ＳＦ２を出力する。制御信号ＳＦ２は、制御信号ＳＦ１とは位相が１８０°異なる信号である。制御信号ＳＦ１，ＳＦ２は、たとえば、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮを所定の遅延量で遅延することで、位相を変えた信号である。

電位差信号ＡＩＮは、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮが変化するタイミングから、上記の遅延の時間分、経過後のタイミングから負の電圧値になる場合がある。制御信号生成回路１１ｃは、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２により、電位差信号ＡＩＮが負の電圧値になるそのタイミングから、整流回路１１ｂに、電位差信号ＡＩＮを正の電圧値に反転させる。

ＡＤ変換回路１１ｄは、ＡＤ変換を行い、整流信号の大きさに基づいたデジタル値を出力する。なお、ＡＤ変換回路１１ｄは、図示しないアンプにより増幅された整流信号をデジタル値に変換してもよい。

制御回路１１ｅは、ＡＤ変換回路１１ｄが出力するデジタル値に基づいて、インピーダンスを算出する。また、制御回路１１ｅは、たとえば、予め記憶回路１１ｆに記憶されているインピーダンスと呼吸量との関係式を用いて、算出したインピーダンスに基づいて、呼吸量を算出してもよい。また、制御回路１１ｅは、ＡＤ変換回路１１ｄが出力するデジタル値から直接呼吸量を算出してもよい。また、制御回路１１ｅは、制御信号生成回路１１ｃに対して、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２が変化するタイミングを制御する信号を供給してもよい。上記の遅延の時間は、電極２１ａ，２１ｂの種類や、電極２１ａ，２１ｂと呼吸運動検査装置１０とを接続するケーブルの長さや種類、半導体集積回路１１の回路構成など、様々な条件で変動する。制御回路１１ｅは、このような検査の条件に応じた遅延の時間の変化に合わせて、上記の電位差信号ＡＩＮが負の電圧値になるタイミングから電位差信号ＡＩＮを正の電圧に反転させるように、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２が変化するタイミングを制御する。

制御回路１１ｅは、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサまたは複数のプロセッサの集合（マルチプロセッサと呼ばれる場合もある）である。ただし、制御回路１１ｅは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの特定用途の電子回路を含んでもよい。制御回路１１ｅは、記憶回路１１ｆに記憶された各種のデータを用いて、記憶回路１１ｆに記憶されたプログラムを実行する。

記憶回路１１ｆは、たとえば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置と、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの不揮発性の記憶装置を含む。たとえば、不揮発性の記憶装置に記憶されたプログラムが、制御回路１１ｅの制御に基づいて、揮発性の記憶装置に展開されて実行される。プログラムは、たとえば、デジタル値からインピーダンス（または呼吸量）を算出する処理、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２が変化するタイミングを制御する処理、通信処理回路１２を制御する処理などを実行するプログラムを含む。

通信処理回路１２は、呼吸運動検査装置１０の外部の装置との間で有線または無線通信により情報の送受信を行う。図１では、通信処理回路１２が表示装置２５（たとえば、タブレット端末）に対して無線通信により情報の送信を行っている様子が示されている。通信処理回路１２は、ＡＤ変換回路１１ｄが出力するデジタル値に基づいた情報（インピーダンスまたは呼吸量）を送信する。

以下、第１の実施の形態の呼吸運動検査装置１０及び半導体集積回路１１の動作を説明する前に、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮと電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングが同じである場合（遅延時間がない場合）の動作例を説明する。

図３は、遅延時間がない場合の各部の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。図３では、クロック信号ＣＬＫ、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮ、電位差信号ＡＩＮ、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２、整流回路１１ｂが出力する整流信号ＤＥＭｏｕｔの時間変化の例が示されている。

パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮが０Ｖから所定の電圧Ｖｃに立ち上がる、または電圧Ｖｃから０Ｖに立ち下がるタイミングｔ０，ｔ１，ｔ２において、電位差信号ＡＩＮが正の電圧値から負の電圧値、または負の電圧値から正の電圧値に変化する。

なお、呼吸運動に伴うインピーダンスの変化が電位差信号ＡＩＮに現れている。たとえば、タイミングｔ０からタイミングｔ１の間では、電位差信号ＡＩＮの電圧値が徐々に減少している。

上記のように、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮと電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングが同じである場合、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２を変化させるタイミングをパルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化のタイミングと一致させればよい。

たとえば、制御信号生成回路１１ｃは、タイミングｔ０において、制御信号ＳＦ１を図２に示したスイッチ１１ｂ１，１１ｂ４をオンさせる電圧ＶＨに立ち上げ、制御信号ＳＦ２をスイッチ１１ｂ２，１１ｂ３をオフさせる電圧ＶＬに立ち下げる。これにより、整流回路１１ｂは、タイミングｔ０からタイミングｔ１の間、正の電位差信号ＡＩＮと同じ整流信号ＤＥＭｏｕｔを出力する。なお、たとえば、電圧ＶＨは電源電圧であり、電圧ＶＬは、０Ｖである。

一方、制御信号生成回路１１ｃは、タイミングｔ１において、制御信号ＳＦ１をスイッチ１１ｂ１，１１ｂ４をオフさせる電圧ＶＬに立ち下げ、制御信号ＳＦ２をスイッチ１１ｂ２，１１ｂ３をオンさせる電圧ＶＨに立ち上げる。これにより、整流回路１１ｂは、タイミングｔ１からタイミングｔ２の間、負の電圧値である電位差信号ＡＩＮを正の電圧値に反転した整流信号ＤＥＭｏｕｔを出力する。

しかしながら、実際は、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化に起因する電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングは、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化のタイミングよりも遅延する。人体においての信号の伝播遅延や、電極２１ａ，２１ｂと整流回路１１ｂまでの間の経路（ケーブル長など）による伝播遅延などによる影響のためである。

図４は、遅延時間がある場合の各部の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。
パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮが０Ｖから電圧Ｖｃに立ち上がる、または電圧Ｖｃから０Ｖに立ち下がるタイミングｔ３，ｔ４，ｔ５から時間ｔｄ、遅延して電位差信号ＡＩＮが正の電圧値から負の電圧値、または負の電圧値から正の電圧値に切り替わっている。

制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の変化のタイミングをパルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化のタイミングと同じままにした場合、図４に示すように、整流回路１１ｂが出力する整流信号ＤＥＭｏｕｔが負の電圧値になる期間が生じる。つまり、整流が正常に行われない。

この場合、ＡＤ変換後のデジタル値に誤差が生じ、インピーダンスに測定誤差が生じる。これにより呼吸動作を精度よく検査できなくなる。
このような問題を解決するために、第１の実施の形態の半導体集積回路１１において、制御信号生成回路１１ｃは、上記のような遅延を考慮したタイミングで、整流回路１１ｂに電位差信号ＡＩＮの正負を反転させる。

図１の上部に示すように、制御信号生成回路１１ｃは、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化のタイミングから時間ｔｄ、経過後のタイミングｔａ，ｔｂ，ｔｃで、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２を電圧ＶＨまたは電圧ＶＬに変化させる。これにより、たとえば、電位差信号ＡＩＮが負の電圧値になるタイミングｔｂから、整流回路１１ｂは、電位差信号ＡＩＮを正の電圧値に反転した整流信号ＤＥＭｏｕｔを出力する。

このような処理により、整流信号ＤＥＭｏｕｔが負の電圧値になる期間がなくなり、整流が正常に行われる。これにより、インピーダンスの測定誤差が抑制される。したがって、呼吸動作を精度よく検査できる。

図１に示した整流回路１１ｂの整流信号ＤＥＭｏｕｔは、ＡＤ変換回路１１ｄによりデジタル値に変換される。制御回路１１ｅは、たとえば、そのデジタル値からインピーダンスを算出し、さらに呼吸量を算出する。そして呼吸量の情報は、制御回路１１ｅの制御に基づいて通信処理回路１２から表示装置２５に送信される。

なお、図１に示した呼吸運動検査装置１０は、電極２１ａ，２１ｂにパルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮを供給しない期間に電極２１ａ，２１ｂ間の電位差に基づいて、心電波形を取得することもできる。また、呼吸運動検査装置１０は、電極２１ａ，２１ｂとは別の複数の電極を用いて心電波形を取得してもよい。そして、呼吸運動検査装置１０は、取得した心電波形の情報を表示装置２５に送信してもよい。

図５は、表示装置の画面に表示される呼吸波形の一例を示す図である。
図５には呼吸波形とともに心電波形の例も示されている。心電波形（“ＥＣＧ”と表記されている）においては、縦軸は電圧［ｍＶ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。呼吸波形（“ＲＥＳＰ”と表記されている）においては、縦軸は呼吸量［ｍｌ］を表し、横軸は時間［ｓｅｃ］を表す。

呼吸波形の周波数は、心電波形よりも小さく、たとえば、１Ｈｚ程度である。
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態の呼吸運動検査装置及び半導体集積回路の一例を示す図である。

呼吸運動検査装置３０は、半導体集積回路３１と無線通信回路３２とを有する。
半導体集積回路３１は、たとえば、１チップのＬＳＩであり、検査用信号生成回路３１ａ、整流回路３１ｂ、バッファ３１ｃ１，３１ｃ２、マスク回路３１ｄ、アンプ３１ｅ、ＡＤ変換回路３１ｆを有する。さらに半導体集積回路３１は、ＣＰＵ３１ｇ、ＲＡＭ３１ｈ、ＲＯＭ３１ｉ、インターフェース回路（図６では、“Ｉ／Ｆ”と表記されている）３１ｊ、バス３１ｋを有する。

検査用信号生成回路３１ａは、パルス信号生成回路３１ａ１、制御信号生成回路３１ａ２を有する。
パルス信号生成回路３１ａ１は、図１に示したパルス信号生成回路１１ａと同様の機能を有し、電極４０ａに供給するパルス信号ＭＯＤＰと、電極４０ｂに供給するパルス信号ＭＯＤＮとを生成する。電極４０ａ，４０ｂは、被測定者の胸部に配置される。パルス信号ＭＯＤＮは、パルス信号ＭＯＤＰとは位相が１８０°異なる信号である。

制御信号生成回路３１ａ２は、図１に示した制御信号生成回路１１ｃと同様の機能を有する。すなわち、制御信号生成回路３１ａ２は、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２により、電位差信号ＡＩＮが負の電圧値になるタイミングから、整流回路１１ｂに、電位差信号ＡＩＮを正の電圧値に反転させる。

さらに、第２の実施の形態の半導体集積回路３１において、制御信号生成回路３１ａ２は、マスク回路３１ｄを制御するための制御信号ＢＣＫを生成する。制御信号ＳＦ１，ＳＦ２，ＢＣＫの変化タイミングは、ＣＰＵ３１ｇによって制御可能である。

なお、検査用信号生成回路３１ａの回路例については後述する。
整流回路３１ｂは、電極４０ａ，４０ｂ間の電位差信号ＡＩＮを受け、電位差信号ＡＩＮを整流した整流信号を出力する。整流回路３１ｂは、図２に示した整流回路１１ｂと同様の回路で実現できる。

マスク回路３１ｄの２つの入力端子のそれぞれは、バッファ３１ｃ１またはバッファ３１ｃ２を介して整流回路３１ｂの２つの出力端子の一方に接続される。なお、バッファ３１ｃ１，３１ｃ２はなくてもよい。マスク回路３１ｄは、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の変化に起因して発生する整流信号の過渡応答期間の少なくとも一部を含む期間において、その期間の開始タイミングの整流信号の値を保持したまま変えずに出力する。つまり、マスク回路３１ｄは、整流信号の過渡応答期間の少なくとも一部の期間、整流信号の変化をマスクする機能を有する。マスクする期間の開始タイミングや期間の長さは、制御信号ＢＣＫにより決定される。

このようなマスク回路３１ｄは、たとえば、サンプルホールド回路によって実現される。サンプルホールド回路の例については、後述する。
アンプ３１ｅは、マスク回路３１ｄを介して供給される整流信号を増幅する。

ＡＤ変換回路３１ｆは、マスク回路３１ｄの出力信号の大きさに基づいたデジタル値を出力する。図６の例では、マスク回路３１ｄの出力信号（整流信号）は、アンプ３１ｅにより増幅され、増幅後のマスク回路３１ｄの出力信号がデジタル値に変換される。

ＣＰＵ３１ｇは、ＲＯＭ３１ｉに格納されたプログラムやデータの少なくとも一部を、バス３１ｋを介してＲＡＭ３１ｈにロードし、プログラムを実行する。ＣＰＵ３１ｇは、プログラムを実行することで、たとえば、ＡＤ変換回路３１ｆが出力するデジタル値に基づいて、インピーダンスを算出する処理を行う。また、ＣＰＵ３１ｇは、プログラムを実行することで、たとえば、予めＲＯＭ３１ｉに記憶されているインピーダンスと呼吸量との関係式を用いて、算出したインピーダンスに基づいて、呼吸量を算出してもよい。また、ＣＰＵ３１ｇは、ＡＤ変換回路３１ｆが出力するデジタル値から直接呼吸量を算出してもよい。

また、ＣＰＵ３１ｇは、プログラムを実行することで、インターフェース回路３１ｊと無線通信回路３２との間の情報の送受信を制御する。
ＲＡＭ３１ｈは、ＣＰＵ３１ｇが実行するプログラムやＣＰＵ３１ｇが演算に用いるデータを一時的に記憶する揮発性の半導体メモリである。

ＲＯＭ３１ｉは、ＣＰＵ３１ｇが実行するプログラム、及び、各種データを記憶する不揮発性の記憶装置である。
インターフェース回路３１ｊは、ＣＰＵ３１ｇの制御のもと、無線通信回路３２との間で情報の送受信を行う。

無線通信回路３２は、呼吸運動検査装置３０の外部の装置（たとえば、タブレット端末）との間で無線通信により情報の送受信を行う。たとえば、無線通信回路３２は、ＣＰＵ３１ｇが算出した呼吸量の情報を、外部の装置に送信する。

図７は、検査用信号生成回路の一例を示す図である。
検査用信号生成回路３１ａのパルス信号生成回路３１ａ１は、Ｄ型フリップフロップ（図７では“Ｄ−ＦＦ”と表記されている）４１ａ１，４１ａ２，４１ａ３，４１ａ４，…，４１ａｎ、ドライブ回路４１ｂを有する。

Ｄ型フリップフロップ４１ａ１〜４１ａｎは、前段の出力端子が後段のデータ入力端子に接続されるように直列にｎ段接続され、それぞれにクロック信号ＣＬＫが供給されている。

なお、初段のＤ型フリップフロップ４１ａ１のデータ入力端子には、図示を省略している分周回路によってクロック信号ＣＬＫを所定の分周比で分周した信号ＩＮが入力される。その分周回路は、たとえば、１２ＭＨｚのクロック信号ＣＬＫを分周して、３２ＫＨｚの信号ＩＮを生成する。

Ｄ型フリップフロップ４１ａ１〜４１ａｎの各段から、信号ＩＮを異なる遅延量（位相のシフト量）で遅延した信号が出力される。たとえば、ｎ段目のＤ型フリップフロップ４１ａｎから出力される信号は、信号ＩＮに対する遅延量がもっとも大きくなる。

ドライブ回路４１ｂは、所定の遅延量で遅延された信号ＩＮを所定の電圧レベルに調節し、電圧レベルを調節した信号に基づいて、位相が１８０°異なるパルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮを生成し、出力する。図７の例では、ドライブ回路４１ｂは、Ｄ型フリップフロップ４１ａ３の出力端子に接続されているが、他のＤ型フリップフロップの出力端子に接続されてもよい。

制御信号生成回路３１ａ２は、セレクタ４２ａ、ＳＦ生成回路４２ｂ、インバータ回路４２ｃ、ＢＣＫ生成回路４２ｄを有する。
セレクタ４２ａは、ＣＰＵ３１ｇから供給される選択信号ＳＥＬ１に基づいて、Ｄ型フリップフロップ４１ａ１〜４１ａｎの何れか１つから選択される出力信号を選択し、出力する。

ＳＦ生成回路４２ｂは、セレクタ４２ａの出力信号を異なる遅延量で遅延した複数の信号を生成するとともに、その複数の信号の何れか１つをＣＰＵ３１ｇから供給される選択信号ＳＥＬ２に基づいて選択し、制御信号ＳＦ１として出力する。

ＳＦ生成回路４２ｂは、シフトレジスタとセレクタを用いて実現できる。シフトレジスタにより、クロック信号ＣＬＫａの周期を分解能とした異なる遅延量の複数の信号が得られる。セレクタは、選択信号ＳＥＬ２に基づいて、異なる遅延量の複数の信号の１つを選択して制御信号ＳＦ１として出力する。

クロック信号ＣＬＫａは、クロック信号ＣＬＫよりも周波数が高い（たとえば、１０倍程度）信号である。このため、セレクタ４２ａの出力信号の位相の分解能よりも、細かい分解能で制御信号ＳＦ１の位相を選択できる。

インバータ回路４２ｃは、制御信号ＳＦ１の位相を１８０°反転させた制御信号ＳＦ２を出力する。
選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２は、電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングで、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２が電圧ＶＨから電圧ＶＬ、または電圧ＶＬから電圧ＶＨに変化するように、ＣＰＵ３１ｇによって設定される。

ＢＣＫ生成回路４２ｄは、セレクタ４２ａの出力信号を異なる遅延量で遅延した複数の信号を生成するとともに、その複数の信号の何れか１つをＣＰＵ３１ｇから供給される選択信号ＳＥＬ３に基づいて選択する。さらにＢＣＫ生成回路４２ｄは、選択した信号のパルス幅（デューティ比）を、ＣＰＵ３１ｇから供給される制御信号ＣＮＴに基づいて調整し、制御信号ＢＣＫとして出力する。選択信号ＳＥＬ３と、制御信号ＣＮＴは、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の変化に起因して発生する整流信号の過渡応答期間の少なくとも一部の期間、制御信号ＢＣＫが電圧ＶＬとなるようにＣＰＵ３１ｇによって設定される。

ＢＣＫ生成回路４２ｄは、シフトレジスタとセレクタとを用いて実現できる。シフトレジスタにより、クロック信号ＣＬＫａの周期を分解能とした異なる遅延量の複数の信号が得られる。セレクタは、選択信号ＳＥＬ３と制御信号ＣＮＴとに基づいて、制御信号ＢＣＫの立ち下がりタイミングと立ち上がりタイミングを選択し、任意の遅延量とパルス幅の制御信号ＢＣＫとして出力する。

図８は、マスク回路の一例を示す図である。
マスク回路３１ｄは、スイッチ４３，４４、キャパシタ４５を有する。
スイッチ４３の一端は、バッファ３１ｃ１を介して整流回路３１ｂの一方の出力端子に接続され、スイッチ４３の他端は、アンプ３１ｅの一方の入力端子に接続される。スイッチ４４の一端は、バッファ３１ｃ２を介して整流回路３１ｂの他方の出力端子に接続され、スイッチ４４の他端は、アンプ３１ｅの他方の入力端子に接続される。スイッチ４３，４４は、制御信号ＢＣＫに基づいて、オンまたはオフする。

スイッチ４３，４４は、たとえば、ＭＯＳＦＥＴなどで実現できる。その場合、制御信号ＢＣＫは、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子に供給され、制御信号ＢＣＫの電圧に応じて、ＭＯＳＦＥＴがオン状態またはオフ状態となる。

以下では、制御信号ＢＣＫが電圧ＶＨである場合には、スイッチ４３，４４がオンし、制御信号ＢＣＫが電圧ＶＬである場合に、スイッチ４３，４４がオフするものとして説明する。

キャパシタ４５は、アンプ３１ｅの一方の入力端子と他方の入力端子との間に接続される。
このようなマスク回路３１ｄでは、制御信号ＢＣＫが電圧ＶＨとなりスイッチ４３，４４がオンするとき、整流回路３１ｂの出力電圧Ｖａがキャパシタ４５に保持される。また、このときマスク回路３１ｄの出力電圧Ｖｂは整流回路３１ｂの出力電圧Ｖａと等しくなる。一方、制御信号ＢＣＫが電圧ＶＬとなりスイッチ４３，４４がオフするとき、整流回路３１ｂの出力電圧Ｖａが変化しても、マスク回路３１ｄの出力電圧Ｖｂはキャパシタ４５に保持されている値となる。すなわち、スイッチ４３，４４がオフのときは、出力電圧Ｖａの変化は、アンプ３１ｅ、及びその後段のＡＤ変換回路３１ｆには伝わらず、マスクされる。

以下、第２の実施の形態の呼吸運動検査装置３０及び半導体集積回路３１の動作例を説明する。
図９は、呼吸運動検査装置の各部の信号波形の一例を示すタイミングチャートである。図９では、クロック信号ＣＬＫ、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮ、電位差信号ＡＩＮ、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２、整流回路３１ｂの出力電圧Ｖａ、制御信号ＢＣＫ、マスク回路３１ｄの出力電圧Ｖｂの時間変化の例が示されている。

第１の実施の形態の呼吸運動検査装置１０と同様に、制御信号生成回路３１ａ２は、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮが変化するタイミングｔ１０，ｔ１３から時間ｔｄ、経過後に、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２を電圧ＶＨまたは電圧ＶＬに変化させる。これにより、たとえば、電位差信号ＡＩＮが負の電圧値になるタイミングから、整流回路３１ｂは、電位差信号ＡＩＮを正の電圧値に反転した整流信号を出力し、マスク回路３１ｄの出力電圧Ｖａは正となる。

したがって、第１の実施の形態の呼吸運動検査装置１０と同様に、出力電圧Ｖａ（第１の実施の形態の整流回路１１ｂの整流信号ＤＥＭｏｕｔに相当する）が負の電圧値になる期間がなくなり整流が正常に行われ、インピーダンスの測定誤差が抑制される。

ただし、図９に示すように、出力電圧Ｖａは、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の変化に起因して発生する高周波の過渡応答成分を有する。出力電圧Ｖａを直接、アンプ３１ｅに供給した場合、高周波の過渡応答成分の影響により、ＡＤ変換後のデジタル値が、呼吸運動によるインピーダンス変化をより正確に反映できず、インピーダンスの測定誤差が生じる可能性がある。ＡＤ変換回路３１ｆにおいて、たとえば、ローパスフィルタなどで単純に平滑化処理を行っても、過渡応答成分が残存する。

第２の実施の形態の呼吸運動検査装置３０では、以下のように出力電圧Ｖａの過渡応答成分をカットする。
制御信号生成回路３１ａ２は、タイミングｔ１０，ｔ１３から、時間ｔｓ、経過後のタイミングｔ１１，ｔ１４に、制御信号ＢＣＫを電圧ＶＨから電圧ＶＬに変える。これにより、図８に示したマスク回路３１ｄのスイッチ４３，４４がオフし、タイミングｔ１１における出力電圧Ｖａの値が保持され、出力電圧Ｖｂとなる。

タイミングｔ１１，ｔ１４から、前述のように設定された制御信号ＢＣＫのパルス幅ｔｗ分の時間が経過したタイミングｔ１２，ｔ１５において、制御信号ＢＣＫは電圧ＶＨとなる。これにより、図８に示したマスク回路３１ｄのスイッチ４３，４４がオンし、出力電圧Ｖｂは出力電圧Ｖａと同じとなる。

以上のような処理によって、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の変化に起因して発生する出力電圧Ｖａの過渡応答期間（整流信号の過渡応答期間に相当する）の少なくとも一部の期間、出力電圧Ｖａの変化がＡＤ変換回路３１ｆに伝わらなくなる。これにより、ＡＤ変換回路３１ｆに伝わる出力電圧Ｖａの高周波の過渡応答成分が少なくなり、ＡＤ変換回路３１ｆの入力電圧が、より平滑化される。そのため、ＡＤ変換後の時間領域での平均電圧の誤差が小さくなり、インピーダンスの測定誤差が抑制され、より精度よく呼吸運動を検査することができる。

なお、制御信号ＢＣＫを電圧ＶＨから電圧ＶＬに変えるタイミング（マスク開始タイミング）は、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの過渡応答のタイミング（タイミングｔ１０，ｔ１３など）よりも前であってもよい。その場合、たとえば、図７に示したセレクタ４２ａが、選択信号ＳＥＬ１により、Ｄ型フリップフロップ４１ａ１，４１ａ２の何れかの出力信号を選択するようにすればよい。

また、電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングは、電極４０ａ，４０ｂの種類や、電極４０ａ，４０ｂと呼吸運動検査装置３０とを接続するケーブルの長さや種類、半導体集積回路３１の回路構成など、様々な条件で変動する。たとえば、ケーブルが長くなると、電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングは、パルス信号ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮの変化のタイミングに対してより遅れる（時間ｔｄが長くなる）。第２の実施の形態の呼吸運動検査装置３０では、図７の選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２により、制御信号ＳＦ１，ＳＦ２の変化のタイミングを制御できる。そのため、電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングの変動（時間ｔｄの変動）に対応できる。

たとえば、呼吸運動検査装置３０の出荷前に、各条件における適切な選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２の値の組み合わせが、予めＲＯＭ３１ｉに格納されるようにしてもよい。各条件における適切な選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２の値の組み合わせは、たとえば、各条件における電位差信号ＡＩＮの変化のタイミングの検出結果に基づいて、そのタイミングで制御信号ＳＦ１，ＳＦ２が変化するように決定される。出荷後は、検査時の条件に対応した選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２の値の組み合わせを、ＣＰＵ３１ｇがＲＯＭ３１ｉから取得して、制御信号生成回路３１ａ２に供給するようにしてもよい。その条件の少なくとも一部の情報は、外部の装置（たとえば、タブレット端末など）から送信され、無線通信回路３２は、その情報を受信し、インターフェース回路３１ｊを介してＣＰＵ３１ｇに供給するようにしてもよい。

また、出力電圧Ｖａの過渡応答の開始タイミングや期間も、上記各種の条件で変動する。第２の実施の形態の呼吸運動検査装置３０では、制御信号ＢＣＫを電圧ＶＬにして出力電圧Ｖａの過渡応答期間の変化をマスクするマスク期間の開始タイミングや、マスク期間の長さ（パルス幅ｔｗ）が、図７の選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３、制御信号ＣＮＴにより変更可能である。そのため、出力電圧Ｖａの過渡応答の開始タイミングや期間の変動に対応できる。

たとえば、呼吸運動検査装置３０の出荷前に、各条件における適切な選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３、制御信号ＣＮＴの値の組み合わせが、予めＲＯＭ３１ｉに格納されるようにしてもよい。各条件における適切な選択信号ＳＥＬ１，ＳＥＬ２，ＳＥＬ３、制御信号ＣＮＴの値の組み合わせは、たとえば、各条件における出力電圧Ｖａの過渡応答期間の検出結果に基づいて、その期間の少なくとも一部の出力電圧Ｖａの変化がマスクされるように決定される。出荷後は、検査時の条件に対応した組み合わせを、ＣＰＵ３１ｇがＲＯＭ３１ｉから取得して、制御信号生成回路３１ａ２に供給するようにしてもよい。その条件の少なくとも一部の情報は、外部の装置から送信され、無線通信回路３２は、その情報を受信し、インターフェース回路３１ｊを介してＣＰＵ３１ｇに供給するようにしてもよい。

また、呼吸量に関する情報を受信したタブレット端末の画面に表示される呼吸波形を確認したユーザが、たとえば、タッチパネルなどの入力インターフェースを用いて、選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３または制御信号ＣＮＴの変更要求を入力してもよい。その場合、入力された変更要求に関する情報を無線通信回路３２が受信し、受信した情報に基づいて、ＣＰＵ３１ｇが選択信号ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３または制御信号ＣＮＴの何れかを変更する。

以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体集積回路及び呼吸運動検査装置の一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。

１０ 呼吸運動検査装置
１１ 半導体集積回路
１１ａ パルス信号生成回路
１１ｂ 整流回路
１１ｃ 制御信号生成回路
１１ｄ ＡＤ変換回路
１１ｅ 制御回路
１１ｆ 記憶回路
１２ 通信処理回路
２０ 被測定者
２１ａ，２１ｂ 電極
２２ａ，２２ｂ 肺
２５ 表示装置
ＡＩＮ 電位差信号
ＣＬＫ クロック信号
ＤＥＭｏｕｔ 整流信号
ＭＯＤＰ，ＭＯＤＮ パルス信号
ＳＦ１，ＳＦ２ 制御信号
ｔａ，ｔｂ，ｔｃ タイミング
ｔｄ 時間
Ｖｃ，ＶＨ，ＶＬ 電圧

Claims (5)

1. 被測定者の胸部に配置される第１の電極と第２の電極のうちの前記第１の電極に供給する第１のパルス信号と、前記第１のパルス信号とは位相が１８０°異なり、前記第２の電極に供給する第２のパルス信号と、を生成するパルス信号生成回路と、
   前記被測定者の呼吸運動によって変化する前記第１の電極と前記第２の電極の間のインピーダンスが反映された電位差信号であり、前記第１のパルス信号または前記第２のパルス信号の変化に起因した変化の第１のタイミングが、前記第１のパルス信号または前記第２のパルス信号が変化する第２のタイミングよりも第１の時間、遅延した前記電位差信号を受け、前記電位差信号を整流した整流信号を出力する整流回路と、
   前記整流回路に、前記第１のタイミングから負の電圧値になる前記電位差信号を、前記第１のタイミングから正の電圧値に反転させる第１の制御信号を供給する制御信号生成回路と、
   前記整流信号の大きさに基づいたデジタル値を出力するＡＤ変換回路と、
   を有する半導体集積回路。
2. 前記制御信号生成回路が出力する第２の制御信号に基づいて、前記第１の制御信号の変化に起因して発生する前記整流信号の過渡応答期間の少なくとも一部を含む期間において、前記期間の開始タイミングの前記整流信号の値を保持したまま変えずに出力するマスク回路を、さらに有し、
   前記ＡＤ変換回路は、前記マスク回路の出力信号の大きさに基づいた前記デジタル値を出力する、
   請求項１に記載の半導体集積回路。
3. 前記呼吸運動の検査の条件に応じた前記第１の時間の変化に合わせて、前記整流回路に、前記第１のタイミングから前記負の電圧値となる前記電位差信号を、前記第１のタイミングから前記正の電圧値に反転させるように、前記第１の制御信号が変化するタイミングを制御する制御回路を、さらに有する、請求項１に記載の半導体集積回路。
4. 前記呼吸運動の検査の条件に応じて、前記開始タイミングまたは前記期間の長さを制御する制御回路を、さらに有する、請求項２に記載の半導体集積回路。
5. 被測定者の胸部に配置される第１の電極と第２の電極のうちの前記第１の電極に供給する第１のパルス信号と、前記第１のパルス信号とは位相が１８０°異なり、前記第２の電極に供給する第２のパルス信号と、を生成するパルス信号生成回路と、前記被測定者の呼吸運動によって変化する前記第１の電極と前記第２の電極の間のインピーダンスが反映された電位差信号であり、前記第１のパルス信号または前記第２のパルス信号の変化に起因した変化の第１のタイミングが、前記第１のパルス信号または前記第２のパルス信号が変化する第２のタイミングよりも第１の時間、遅延した前記電位差信号を受け、前記電位差信号を整流した整流信号を出力する整流回路と、前記整流回路に、前記第１のタイミングから負の電圧値になる前記電位差信号を、前記第１のタイミングから正の電圧値に反転させる制御信号を供給する制御信号生成回路と、前記整流信号の大きさに基づいたデジタル値を出力するＡＤ変換回路と、を備えた半導体集積回路と、
   前記デジタル値に基づいた情報を送信する通信処理回路と、
   を有する呼吸運動検査装置。

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