KR101823566B1 - 인체 통신을 위한 수신기 및 그것의 노이지 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 인체 통신용 수신기는 수신기 내부 비교기, 클록 및 데이터 복원 회로, 그 외 디지털 동작 부품들의 전원 및 접지 연결부와 PCB (printed circuit board)의 전원 및 접지 연결부 사이에 저항 혹은 저항의 성질을 띤 수동 소자를 포함하며, 인체로 재유입되는 수신기의 디지털 노이즈를 제거 혹은 억제하여 손실이 매우 높은 인체를 통하여 전송되는 매우 작은 송신 신호를 큰 이득으로 증폭하여 수신 성능을 높인다.

Description

인체 통신을 위한 수신기 및 그것의 노이지 제거 방법{RECEIVER FOR HUMAN BODY COMMUNICATION AND METHOD FOR REMOVING NOISE THEREOF}
본 발명은 인체 통신에 관한 것으로서, 특히 인체를 매질로 이용한 신호 수신 성능을 높이기 위하여 수신기 자체로부터 방사되는 방사 노이즈를 제거하고, 송신기로부터 송신된 신호를 안정적으로 복구하기 위한 인체 통신을 위한 수신기 및 그것의 노이즈 제거 방법에 관한 것이다.
인체를 매질로 이용한 신호의 송수신은 신호 전송을 위한 고 전도성의 전송 선로가 필요하지 않아 신호의 감청이 어렵고 무선 전송용 고주파 발생 및 변조 복조기가 필요하지 않으므로 간단한 구조를 가지게 되어 낮은 소모 전력으로 동작한다는 장점이 있는 신호 전송의 한 방법이다. 인체를 매질로 이용한 신호의 송수신은 인체라는 매질의 특성상 낮은 전도성을 지닌 전송 매질을 사용하는 것이므로 종래 신호의 수신 및 복구를 위하여 매우 높은 이득의 아날로그 증폭 회로가 필요하며, 또한, 인체 자체가 안테나로서 동작하여 송신기에서 송신된 신호뿐만 아니라 주변의 여러 노이즈들은 흡수되어 주입된 신호를 수신기에 전송되므로 송신기에서 송신된 신호만을 걸러내기 위한 대역 통과 필터를 아날로그 수신기에 구비하여 불필요한 노이즈를 걸러 내고 본래의 송신된 데이터를 복구하는 것이 일반적이다.
한편, 송신기와 수신기간의 데이터 전송을 위하여 디지털 모뎀 동작을 위한 클록이 필요하며, 송수신 동기를 위하여 동일한 주파수를 근거로 하여 동작한다. 다만, 송신기와 수신기는 각각 독립적인 주파수 발진기를 사용하므로 미세한 주파수 및 위상 오차가 발생하며, 이러한 주파수 및 위상 오차를 제거하기 위하여 수신기 내부의 데이터 및 클록 복원 회로(CDR: Clock and data recovery circuit) 에서 송신기 주파수와 정확히 동기가 된 클록을 복원하여 수신기에서 사용한다.
따라서, 송신기의 동작 주파수 및 송신기에서 인체로 유입되는 디지털 데이터 신호의 전송 레이트와 동일한 주파수를 근거로 하여 수신기는 동작하고 송수신 동기가 이루어지게 되어 데이터 복구가 이루어진다. 즉, 수신기는 송신기와 동일한 주파수 대역을 사용하므로, 수신기에서 발생하는 디지털 노이즈는 공기 중으로 방사되어 수신기가 부착된 위치와 인접한 인체 표피로 유입되고, 수신기 내부의 대역 통과 필터는 유입된 수신기에 기인한 디지털 노이즈를 걸러내지 못하게 되어 이득이 높은 아날로그 증폭기를 거치는 순간 해당 주파수 대역 신호만 증폭된다. 따라서 이득이 높은 아날로그 증폭기를 사용할 때 송수신기 동기 주파수에서 발진이 발생하며 송신기에서 전송된 신호의 복구는 불가능하다.
본 발명의 목적은 인체를 매질로 이용한 신호의 송수신에서 수신기에서 발생되어 인체로 다시 유입되는 디지털 노이즈를 효과적으로 제거하여 수신기의 대역 통과 필터에서 걸러내지 못하는 수신기의 디지털 노이즈를 근본적으로 억제하는 인체 통신을 위한 수신기 및 그것의 노이즈 제거 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 수신기에서 발생 된 디지털 노이즈를 제거하여 높은 이득을 가지는 수신 증폭 회로의 구현을 가능하게 함으로서 송신 장치에서 인체를 통하여 매우 큰 손실을 거쳐 전송되는 송신 신호를 안정적으로 복구 가능한 인체 통신을 위한 수신기 및 그것의 노이즈 제거 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신을 수행하기 위한 수신기는, 제 1 전원단과 제 1 접지단 사이에 연결되고, 인체에 부착된 수신 전극으로부터 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 증폭 및 필터링하는 수신단 아날로그 회로부, 제 2 전원단과 제 2 접지단 사이에 연결되고, 상기 수신단 아날로그 회로부로부터 출력된 신호를 디지털적으로 처리하는 수신단 디지털 회로부, 및 제 1 전원 전압, 제 2 전원 전압, 제 1 접지 전압, 및 제 2 접지 전압을 발생하는 전원 공급 회로를 포함하고, 상기 제 2 전원 전압은 제 1 저항 혹은 제 1 수동 소자를 경유하여 상기 제 2 전원단으로 제공되거나, 상기 제 2 접지 전압은 제 2 저항 혹은 제 2 수동 소자를 경유하여 상기 제 2 접지단으로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 인체 통신을 수행하기 위한 수신기는, 인체에 부착된 수신 전극, 수신 전극으로부터 송신 신호를 수신하고, 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 정합 회로, 상기 임피던스 정합 회로로부터 출력된 신호를 증폭하는 신호 증폭 회로, 상기 신호 증폭 회로로부터 출력된 신호를 필터링하는 대역 통과 필터, 상기 대역 통과 필터로부터 출력된 신호의 전압 레벨을 증폭시키는 비교기, 수신 클록을 이용하여 상기 비교기로부터 출력된 신호에서 데이터 및 클록을 복원하는 클록 데이터 복원 회로, 상기 클록 데이터 복원 회로로부터 출력된 상기 데이터 및 상기 클록을 이용하여 수신 정보를 복구하는 디지털 모뎀, 상기 임피던스 정합 회로, 상기 신호 증폭 회로, 및 상기 대역 통과 회로에 제 1 전원 전압을 제공하는 제 1 전원단, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀에 제 2 전원 전압을 제공하는 제 2 전원단, 상기 임피던스 정합 회로, 상기 신호 증폭 회로, 및 상기 대역 통과 회로에 제 1 접지 전압을 제공하는 제 1 접지단, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀에 제 2 접지 전압을 제공하는 제 2 접지단, 및 상기 제 1 전원 전압, 상기 제 2 전원 전압, 상기 제 1 접지 전압, 및 상기 제 2 접지 전압을 발생하는 전압 공급 회로를 포함하고, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나와 상기 제 2 전원단 사이에 제 1 저항 혹은 제 1 수동 소자를 연결하고, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나와 상기 제 2 접지단 사이에 제 2 저항 혹은 제 2 수동 소자를 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신을 수행하기 위한 수신기의 신호 수신 방법은, 인체에 부착된 수신 전극으로부터 수신된 신호를 증폭 및 필터링하는 단계, 및 전원단과 적어도 하나의 디지털 콤포넌트 사이 혹은 접지단과 상기 적어도 하나의 디지털 콤포넌트 사이의 저항 혹은 수동 소자를 근거로 하여 디지털 방사 노이즈를 제거하면서, 상기 필터링된 신호를 디지털적으로 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 수신기는 수신기 내부의 비교기 혹은 클록 및 데이터 복원 회로 및 그 외 디지털 회로의 전원단 및 접지단에 저항이 구비될 수 있음으로, 수신기에서 방사되는 디지털 노이즈를 제거 혹은 저항의 값에 따라 억제 효과를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 수신기는 송신 또는 수신 시의 안정적인 데이터 전송 및 복구를 위하여 각각 동일한 주파수의 발진기를 사용이 가능하며, 수신기 내부에 구비되는 대역 통과 필터의 중심 주파수도 동일한 주파수로 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 수신기는 수신기에서 방사되는 노이즈가 인체로 유입되는 영향을 억제하거나 최소화할 수 있고, 그에 따른 송신기에서 송신된 신호들의 수신 감도 상승을 위한 수신기 내부 증폭기의 이득을 높게 설정할 수 있다.
도 1은 인체를 매질로 이용한 신호 송수신과 및 송신기와 수신기간의 동작 주파수 상관 관계를 예시적으로 보여주는 인체 통신 시스템에 대한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수신기를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 수신기를 사용하여 수신단에서 방사된 디지털 노이즈가 수신단 인근의 인체로 다시 유입되는 경우, 수신단 내부의 높은 이득의 증폭기에 의하여 노이즈가 재증폭되어 수신단 동작 주파수에서 발진이 일어나는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단의 디지털 전원과 디지털 접지 연결부에 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성한 인체 통신을 수행하기 위한 수신기를 보여주는 도면이다.
도 5a는 일반적인 수신기의 내부의 디지털 콤포넌트의 디지털 신호 출력 회로와 출력 신호를 간략히 보여주는 도면이다.
도 5b는 일반적인 수신기의 내부의 디지털 콤포넌트의 디지털 신호 출력 회로(251)와 출력 신호에서 디지털 출력 하이를 구동하기 위한 동작 및 파형을 보여주는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기에서 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성하고, 이에 따른 수신단 내부의 디지털 콤포넌트들의 디지털 신호 출력 회로와 출력 신호를 간략히 보여주는 도면이다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기의 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성하고, 수신기 내부의 디지털 콤포넌트들 각각의 디지털 신호 출력 회로와 출력 신호에서 디지털 출력 하이를 구동하기 위한 동작 및 파형을 보여주는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기의 디지털 전원과 디지털 접지 모두에 저항의 삽입을 보여주는 도면이다.
도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기의 디지털 전원에 저항의 삽입을 보여주는 도면이다.
도 7c는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기의 디지털 접지에 저항의 삽입을 보여주는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 칩 패키지의 외부에 디지털 전원단과 디지털 접지 모두에 저항을 삽입한 것을 보여주는 도면이다.
도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 실리콘 다이에 폴리 실리콘을 이용하여 저항을 형성하여 삽입한 것을 보여주는 도면이다.
도 8c는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 실리콘 다이에 메탈 라인을 지그재그로 연결한 저항을 형성하여 삽입한 것을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 시스템의 수신기에서 신호를 수신하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 혹은 대체물을 포함한다.
제 1 혹은 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 인체를 매질로 이용한 신호 송수신과 및 송신기와 수신기간의 동작 주파수 상관 관계를 예시적으로 보여주는 인체 통신 시스템에 대한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 인체 통신 시스템(10)은 인체(11)를 매질로 이용하는 신호를 전송하기 위하여 송신 전극(101)이 구비된 송신기(100) 및 수신 전극(201)이 구비된 수신기(200)를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 송신기(100)의 송신 전극(101)은 인체(11)의 표피에 부착되고, 신호를 전송할 수 있다. 여기서, 전송되는 신호는 구형 파의 기저대역 신호일 수 있다.
송신기(100)는 송신 디지털 모뎀(120), 송신 전극 구동 회로(140), 및 송신 클록 발생기(160)를 포함할 수 있다. 송신 디지털 모뎀(120)은 송신 데이터를 생성하고, 송신 클록(송신 주파수, fTX = f0)에 응답하여 생성된 송신 데이터를 송신 전극 구동 회로(140)에 전송할 수 있다. 송신 전극 구동 회로(140)는 송신 디지털 모뎀(120)으로부터 전송된 송신 데이터를 송신 전극(101) 및 인체(11)로 전송하도록 구동할 수 있다. 송신 클록 발진기(160)는 송신 디지털 모뎀(120)에 송신 클록을 제공할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기(200)의 수신 전극(201)은 인체(11)의 표피에 부착될 수 있다. 여기서, 수신된 신호는 근본적으로 구형 파의 기저대역 신호의 형태를 보이나, 인체(11)를 통한 신호 감쇄 및 인체(11)의 주변의 노이즈들이 섞이어 왜곡된 형태의 신호 형태를 보일 수 있다.
수신기(200)는 수신단 아날로그 회로부(220), 클록 데이터 복원 회로(clock data recovery circuit (CDR), 240), 수신 클록 발생기(260), 및 디지털 모뎀(280)을 포함할 수 있다.
수신단 아날로그 회로부(220)는 수신 전극(201)으로 전송된 신호를 적절한 크기로 증폭 및 대역 통과를 시키도록 구현될 수 있다.
클록 데이터 복원 회로(240)는 수신 클록(수신 주파수, fRX = f1)을 이용하여 수신단 아날로그 회로부(220)에 수신된 신호에 대한 클록(CLK_CDR) 및 데이터를 복구하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 클록 데이터 복원 회로(240)는 수신기(200) 내의 수신 클록 발진기(260)에서 발생한 수신 클록을 근거로 하여 수신 데이터와의 주파수 및 위상 오차를 보정하고, 보정된 데이터를 송신기(100)와 정확히 동기된 복원 클록(CLK_CDR, fCDR = f1 ± α = f0)을 출력하고, 보정된 데이터 및 복원 클록(CLK_CDR)을 디지털 모뎀(280)으로 제공할 수 있다.
디지털 모뎀(280)은 클록 데이터 복원 회로(240)로부터 출력된 보정된 데이터 및 복원 클록(CLK_CDR)을 수신 및 처리하도록 구현될 수 있다.
도 1에 도시된 인체 통신 시스템(10)은, 송신기(100)와 수신기(200)는 기본적으로 동일한 클록 주파수(f0)를 사용하나, 각기 독립적인 발진기를 가지므로 송신기(100)와 수신기(200)간의 미세한 주파수 및 위상 오차는 클록 데이터 복원 회로(240)에서 보정이 되어 수신기(200)의 디지털 모뎀(280)으로 제공될 수 있다.
한편, 도 1에서 도시된 송신기(100) 및 수신기(200)의 위치는 실시 예에 불과하다. 인체(11)에 부착되는 송신기(100) 및 수신기(200) 및 송수신 전극들(101, 201)의 위치들은 인체(11)의 어느 부위에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 수신기(200)를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 수신기(200)는 수신단 아날로그 회로부(220), 클록 데이터 복원 회로(240), 디지털 모뎀(280) 및 전원 공급 회로(290)를 포함할 수 있다. 또한, 수신기(200)는 인체(11)로부터 신호를 전송받기 위한 인체(11)에 부착된 수신 전극(201)을 더 구비할 수 있다.
수신단 아날로그 회로부(220)는 임피던스 정합 회로(222), 신호 증폭 회로(224), 대역 통과 필터(226), 및 비교기(228)의 일부를 포함할 수 있다.
수신단 아날로그 회로부(220)는 인체(11)와 증폭회로(224) 간의 최대 신호 전송하기 위한 임피던스를 매칭을 수행하도록 구현될 수 있다.
신호 증폭 회로(224)는 감쇄된 신호의 크기를 증폭하도록 구현될 수 있다.
대역 통과 필터(226)는 신호 증폭 회로(224)로부터 출력된 신호에서 수신 신호의 주파수 대역 외에 다른 노이즈 신호를 필터링 하도록 구현될 수 있다.
비교기(228)는 대역 통과 필터(226)에서 출력된 신호를 클록 및 데이터 복원 회로(240)에 사용하기 용이한 전원 전압 레벨로 증폭시키도록 구현될 수 있다.
클록 데이터 복원 회로(240)는 수신된 신호에서 수신 클록을 이용하여 데이터와 클록을 복원하도록 구현될 수 있다.
디지털 모뎀(280)은 클록 데이터 복원 회로(240)로부터 출력된 데이터와 복원 클록에서 최종 수신된 정보(혹은, 수신 정보)를 복구하도록 구현될 수 있다.
한편, 수신기(200)는 동작에 따라 크게 수신단 아날로그 회로부(220)와 수신단 디지털 회로부(250)로 구분될 수 있다. 여기서 수신단 디지털 회로부(250)는 도 2에 도시된 바와 같이, 비교기(228)의 나머지 일부분, 클록 데이터 복원 회로(240) 및 디지털 모뎀(280)을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신단 디지털 회로부(250)에서 콤포넌트(228, 240, 280)의 각각의 전원 전압(VCCD)과 접지 전압(GNDD)은, 스위칭 노이즈가 아날로그 전원에 간섭을 야기하지 않도록 수신단 아날로그 회로부(220)의 전원 전압(VCCA)과 접지 전압(GNDA)으로부터 분리되어 제공될 수 있다.
전원 공급 회로(290)는 수신단 아날로그 회로(220)의 각 콤포넌트(222, 224, 226)에 아날로그 전용의 제 1 전원 전압(VCCA)와 제 1 접지 전압(GNDA)을 제공하도록 구현될 수 있다. 또한, 전원 공급 회로(290)는 수신단 디지털 회로(250)의 각 콤포넌트(240, 280)에 디지털 전용의 제 2 전원 전압(VCCD)와 제 2 접지 전압(GNDD)을 제공하도록 구현될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 수신기(200)를 사용하여 수신단에서 방사된 디지털 노이즈가 수신단 인근의 인체(11)로 다시 유입되는 경우, 수신단 내부의 높은 이득의 신호 증폭 회로에 의하여 노이즈가 재증폭 되어 수신단 동작 주파수에서 발진이 일어나는 것을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 수신 전극(201)을 통하여 인체(11)에서 전송된 신호는 수신단 아날로그 회로부(220)를 거치면서 송신 신호의 대역만을 걸러내고 증폭하여 비교기(228)의 입력으로 전송될 수 있다. 비교기(228)는 이 신호를 클록 데이터 복원 회로(240)의 입력을 위한 전원 전압과 접지 레벨 수준의 디지털 신호로 증폭할 수 있다. 클록 데이터 복원 회로(240)는 전송받은 디지털 신호로부터 클록 신호와 데이터 신호를 분리하여 디지털 모뎀(280)으로 전송할 수 있다. 비교기(228), 클록 데이터 복원 회로(240) 및 디지털 모뎀은 각 회로 사이의 전송 신호가 디지털 신호로 전송될 수 있다.
한편, 이러한 디지털 신호는 매우 가파른 상승 엣지와 하강 엣지를 가질 수 있다. 이러한 디지털 신호의 특성상 상승 엣지와 하강 엣지가 천이하는 순간 큰 피크 전류가 디지털 전원 노드에서 공급되거나 디지털 접지 노드로 빠지게 될 수 있다. 이때, 큰 피크 전류로 야기된 노이즈는 전자기 전파 현상에 의하여 수신기(200) 외부로 파장의 형태로 방사될 수 있다.
방사된 노이즈는 공기를 통하여 수신기(200)가 부착된 인근의 인체(11) 표피를 통하여 다시 흡수가 되는데, 이러한 흡수된 노이즈 신호는 수신기(200)의 전극을 통하여 다시 수신기(200)의 수신단 아날로그 회로부(220)로 전송되고, 수신단 아날로그 회로부(220) 내부의 신호 증폭 회로(224) 및 대역 통과 필터(226)에 의하여 큰 신호로 증폭될 수 있다. 이렇게 증폭된 노이즈 신호는 수신기(200)의 디지털 동작에 의하여 비롯된 것이므로 수신기(200)의 대역 통과 필터(226)의 통과 대역에 존재하며 필터링 되지 않을 수 있다. 상술된 메커니즘에 의하여 노이즈 신호는 지속 폐 루프를 돌게 되어 궁극적으로 수신기(200)가 발진할 수 있다.
특히 감쇄율이 매우 높은 인체(11)를 통하여 송신기(100)에서 신호를 전송 시에 수신 전극(201)으로 전송되는 신호의 크기가 매우 작으므로, 높은 이득의 신호 증폭 회로(224)가 수신기(200)에서 필요한데, 상술 된 메커니즘에 의하여 디지털 방사 노이즈에 의한 인체(11) 유기 노이즈도 함께 증폭되므로 높은 이득의 신호 증폭 회로(224)의 사용이 제한되며 수신기(200)의 성능도 제한적일 수밖에 없다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단의 디지털 전원과 디지털 접지 연결부에 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성한 인체 통신을 수행하기 위한 수신기(300)를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 수신기(300)는, 도 3에 도시된 수신기(200)과 비교하여, 디지털 회로용 전원 전압(VCCD)과 디지털 회로용 접지 전압(GNDD)에 수신기(200)를 위한 방사 노이즈 저항 혹은 저항 성분을 갖는 수동 소자를 구비한 차이점을 갖는다. 나머지 구성들(320, 322, 324, 326, 328, 340, 380, 390)은 도 3에 도시된 그것들과 동일하게 구현될 수 있다.
실시 예에 있어서, 각 저항들(351, 352)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 비교기(328), 클록 데이터 복원 회로(340), 디지털 모뎀(380)의 각각 분산되어 구비될 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 방사 노이즈 저항들(351, 352)은 디지털 회로용 전원 전압(VCCD)의 전원단과 디지털 회로용 접지 전압(GNDD)의 접지단의 각각에 하나로 통합되어 연결 될 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수신기(300)에서 발생하는 디지털 방사 노이즈에 대한 제거 메커니즘은 다음과 같다. 수신기(300)에서 방사되는 디지털 노이즈의 근본 원인은 디지털 신호의 상승 엣지와 하강 엣지에서 발생하는 전원단의 큰 피크 전류에 기인한다. 따라서, 디지털 회로용 전원 전압(VCCD)의 전원단과 접지 전압(GNDD)의 접지단에 본 발명과 같은 방사 노이즈 제거용 저항들(351, 352)을 구비하면, 저항에 의하여 피크 전류의 크기가 제한될 수 있다.
디지털 신호의 특성상 상승 엣지와 하강 엣지 이외의 시간은 전류 소모가 없으므로 부착된 저항은 피크 전류만 제한하여 신호의 크기는 영향이 없다. 제한된 피크 전류는 상승 및 하강 엣지의 기울기를 완만하게 형성하게 되므로 방사되는 디지털 노이즈가 억제되어 인체(11)로 유입되는 수신기(300)의 디지털 방사 노이즈의 크기도 억제 혹은 제거 될 수 있다. 따라서 송신기(100)에서 인체(11)를 거쳐 전송된 매우 작은 수신 신호를 복구하기 위하여 높은 이득의 신호 증폭 회로(324)를 사용할 수 있다. 그 결과로써 수신기(300)의 성능 향상을 기대할 수 있다.
도 5a는 일반적인 수신기(200)의 내부의 디지털 콤포넌트의 디지털 신호 출력 회로(251)와 출력 신호를 간략히 보여주는 도면이다. 도 5a를 참조하면, 출력 회로(251)는 집적회로 외부의 큰 부하 커패시턴스(C) 성분을 구동하기 위하여 일반적으로 큰 전류 구동 능력을 가지며, 버퍼 내부의 트랜지스터들(PM, NM)의 사이즈도 매우 크다.
도 5b는 일반적인 수신기(200)의 내부의 디지털 콤포넌트의 디지털 신호 출력 회로(251)와 출력 신호에서 디지털 출력 하이를 구동하기 위한 동작 및 파형을 보여주는 도면이다. 도 5b를 참조하면, 도 5a에서 도시된 바와 같이 출력 회로(251)가 상승 엣지 천이(0 -> 1) 동작을 할 때의 간략화시킨 도면이다. 상승 엣지 천이 시 부하 커패시턴스(C)를 충전하기 위한 피크 전류는 출력 드라이버 트랜지스터의 사이즈에서 결정이 되는데, 이는 저항으로 모델링이 가능하며, R2라 하겠다. 상승 천이 피크 전류(IPEAK)는 옴의 법칙에 의하여 VCCD/R2가 될 것이다. 또한, 상승 엣지의 천이 시상수(time constant)는 R2 x C가 된다. 종래 디지털 회로부의 출력 회로(251)의 트랜지스터 사이즈에 따른 저항 값은 매우 작으므로, 이러한 수식에 의하여 피크 전류는 크고 시상수는 작다.
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(300)에서 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항(R)을 삽입하여 구성하고, 이에 따른 수신단 내부의 디지털 콤포넌트들의 디지털 신호 출력 회로(353)와 출력 신호를 간략히 보여주는 도면이다. 도 6a를 참조하면, 인체(11)통신을 위한 수신기(300)에서 사용된 비교기(328), 클록 데이터 복원 회로(340) 및 디지털 모뎀 집적회로의 내부의 출력 버퍼(351)는, 도 5a의 그것과 비교하여 디지털 방사 노이즈 제거용 저항들(R)을 더 포함할 수 있다.
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신기(300)의 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성하고, 수신기(300) 내부의 디지털 콤포넌트들 각각의 디지털 신호 출력 회로(353)와 출력 신호에서 디지털 출력 하이를 구동하기 위한 동작 및 파형을 보여주는 도면이다. 도 6b를 참조하면, 도 6a에서 보여주는 출력 회로(353)가 상승 엣지 천이(0 -> 1) 동작을 하고 디지털 방사 노이즈 제거용 저항(R)이 구비되었을 때의 동작을 간략히 나타낸다. 일반적인 출력 버퍼(251)의 구조와는 달리, 상승 엣지 천이 시 부하 커패시턴스(C)를 충전하기 위한 피크 전류(Ipeak)는 출력 드라이버 트랜지스터의 사이즈에 따른 저항(R2)과 디지털 방사 노이즈 제거 저항(R)에 의하여 결정이 되며, 디지털 전원 전압이 VCCD라고 할 때 상승 천이 피크 전류(IPEAK)는 옴의 법칙에 의하여 VCCD/(2R + R2)가 된다. 또한, 상승 엣지의 천이 시상수(time constant)는 (2R + R2) x C가 된다.
본 발명의 디지털 노이즈 제거용 저항(R)의 값은 종래 디지털 회로부의 출력 버퍼의 트랜지스터의 저항 값보다 크므로, 상기 수식에 의하여 피크 전류는 줄어들고 시상수는 증가할 것이다.
도 7a는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기(300a)의 디지털 전원과 디지털 접지 모두에 저항의 삽입을 보여주는 도면이다. 도 7a를 참조하면, 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기(300)의 디지털 전원 전압(VCCD)와 디지털 콤포넌트 사이에, 혹은 디지털 콤포넌트와 디지털 접지 전압(GNDD) 사이 모두에 저항들(351a, 352a)이 삽입될 수 있다. 한편, 수신기(300a)의 나머지 구성들(320, 328, 340, 380, 390)에 대한 설명은 앞에서 설명된 바, 생략하겠다.
도 7b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기(300b)의 디지털 전원 전압(VCCD)에 저항의 삽입을 보여주는 도면이다. 도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기(300b)의 디지털 전원 전압(VCCD)와 디지털 콤포넌트 사이에 적어도 하나의 저항(351b)이 삽입될 수 있다. 한편, 수신기(300b)의 나머지 구성들(320, 328, 340, 380, 390)에 대한 설명은 앞에서 설명된 바, 생략하겠다.
도 7c는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기(300c)의 디지털 접지 전압(GNDD)에 저항의 삽입을 보여주는 도면이다. 도 7c를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신기(300c)의 디지털 접지 전압(GNDD)와 디지털 콤포넌트 사이에 적어도 하나의 저항(352c)이 삽입될 수 있다. 한편, 수신기(300c)의 나머지 구성들(320, 328, 340, 380, 390)에 대한 것은 앞에서 설명한 바, 여기서는 설명을 생략하겠다.
한편, 도 7a, 도 7b, 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 수신단 방사 디지털 노이즈 제거 저항은, 구성에 따라 회로의 전원 전압(VCCD)의 전원과 접지 전압(GNDD)의 접지단 모두에 구비되거나, 전원단 및 접지단 중 한 부분에 구비될 수 있다. 또한, 구비되는 저항의 개수도 디지털 회로부의 내부의 각각의 콤포넌트에 모두 구비되거나, 혹은, 디지털 회로부로 공급되는 전체 전원 전압(VCCD) 혹은 접지 전압(GNDD)에 각 하나의 저항으로 구비될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 칩 패키지(400)의 외부에 디지털 전원단과 디지털 접지 모두에 저항을 삽입한 것을 보여주는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 칩 패키지(400)의 외부에 디지털 전원단과 디지털 접지 모두에 저항을 삽입한 구성이다. 인체 통신용 수신기를 구성함에 있어서, 디지털 집적회로 내부의 전원단 및 접지단에 수신단 방사 노이즈 제거 저항을 구비하지 않은 부품을 사용시에 수신기 구성이 가능하다.
실시 예에 있어서, 저항(R_SMT)은 디지털 집적회로 칩(400)의 외부에 배치되고, 전원단과 디지털 집적회로 칩(400) 내부의 전원 패드(PAD1)과 사이에 연결되거나, 접지단과 디지털 집적회로 칩(400) 내부의 접지 패드(PAD2) 사이에 연결될 수 있다.
실시 예에 있어서, 저항(R_SMT)은 SMT(surface mount technology) 저항을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 저항(R_SMT)은 전원단과 디지털 집적회로 칩(400) 내부의 전원 패드(PAD1)과 사이에 연결되거나, 접지단과 디지털 집적회로 칩(400) 내부의 접지 패드(PAD2) 사이에 연결될 수 있다.
도 8b는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 실리콘 다이(500)에 폴리 실리콘을 이용하여 저항(R_poly)을 형성하여 삽입한 것을 보여주는 도면이다.
도 8b를 참조하면, 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 실리콘 다이(500)에 폴리 실리콘(poli silicon)을 이용하여 저항을 형성하여 삽입한 구성이다.
실시 예에 있어서 저항(R_poly)은 폴리 실리콘 저항을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 저항(R_poly)은 디지털 집적회로 칩(500)의 내부에 배치되고, 전원단과 디지털 집적회로 칩(500)의 IP의 전원 포트 사이에 연결되거나, 접지단과 디지털 집적회로 칩(500) IP의 접지 포트 사이에 연결될 수 있다. 실시 예에 있어서, 전원 포트와 접지 포트는 메탈로 구현될 수 있다.
도 8c는 본 발명의 실시 예에 따른 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 실리콘 다이(600)에 메탈 라인을 지그재그로 연결한 저항을 형성하여 삽입한 것을 보여주는 도면이다.
도 8c를 참조하면, 수신단 디지털 노이즈 방사 제거를 위한 저항을 삽입하여 구성할 때, 수신단의 집적회로 실리콘 다이(600)에 메탈 라인을 지그재그로 연결한 저항을 형성하여 삽입한 구성이다. 인체 통신용 수신기를 구성함에 있어서, 디지털 집적회로(600)의 IP(610)의 실리콘 다이 상의 전원 포트 및 접지 포트에 사전에 폴리 실리콘 혹은 지그재그로 꼬아서 저항 값을 높인 메탈 저항(R_metal)을 삽입하여 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 시스템의 수신기에서 신호를 수신하는 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 1 내지 도 9를 참조하면, 수신 방법은 다음과 같다. 수신단 아날로그 신호부는 인체를 통하여 신호를 수신할 수 있다(S110). 수신된 신호는 수신단 아날로그 신호부에서 증폭 및 필터링될 수 있다(S120). 이후, 수신단 디지털 신호부에서 필터링된 신호를 디지털적으로 처리할 수 있다. 이때, 전원단과 디지털 콤포넌트 사이 혹은 접지단관 디지털 콤포넌트 사이의 저항을 근거로 하여, 디지털 방사 노이즈가 제거될 수 있다(S130).
본 발명은 인체를 매질로 이용한 신호의 송신 및 수신을 위한 장치에서 수신기에 인체로 유기되는 노이즈를 걸러 주는 송신기 송신 데이터 레이트 및 송신 주파수를 중심 주파수로 갖는 대역 통과 필터를 포함하며, 필터에서 출력된 아날로그 신호를 클록 및 데이터 복원 회로 구동에 충분한 신호의 크기로 변환하는 비교기를 포함하며, 비교기에서 출력된 디지털 신호를 받아 수신기 동작에 필요한 송신기 데이터 전송률 및 주파수와 위상 및 주파수 동기화를 진행하는 클록 및 데이터 복원 회로를 포함하며, 클록 및 데이터 복원 회로에 안정된 클록 주파수를 생성하고 송신기의 동작 주파수와 동일한 주파수 성능을 갖는 클록 발진기를 포함하는 인체 통신을 위한 수신기가 구성될 수 있다.
아울러 본 발명에서 제안하는 인체 통신을 위한 수신기는 디지털 회로의 전원단과 접지단에는 수신단 방사 노이즈 제거를 위한 저항 혹은 저항의 역할을 하는 수동 소자를 구비하며, 따라서 수신기 내 디지털 회로부의 출력 단자에 연결된 부하의 충전 및 방전을 위한 전류의 상한치를 저항의 값에 따라 제한하며 수신기 내 디지털 회로의 출력 신호의 상승 및 하강 에지 구동의 기울기의 상한치를 저항의 값에 따라 제한하는 기능을 가진 디지털 회로부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 수신기는 상한치가 제한된 전류의 값만큼 수신기에서 방사되는 디지털 노이즈의 양도 저항의 값으로 제한할 수 있는 디지털 회로부를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기는 수신단 방사 노이즈 제거를 위한 저항을 구현함에 있어서 디지털 집적회로 칩 외부의 전원 및 접지 패드와 PCB (printed circuit board) 단자 사이에 연결되는 단일 수동소자형태의 표면 실장 형의 저항을 연결하는 구성을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기는 수신단 방사 노이즈 제거를 위한 저항을 구현함에 있어서 집적회로 내부의 실리콘 다이 위에 패키지의 전원 및 접지 패드와 디지털 구동 IP 공급 단자 사이에 폴리 실리콘 형태의 저항 소자로 연결하는 구성을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기는 수신단 방사 노이즈 제거를 위한 저항을 구현함에 있어서 집적회로 내부의 실리콘 다이 위에 패키지의 전원 및 접지 패드와 디지털 구동 IP 공급 단자 사이에 메탈을 길게 지그재그로 연결하여 저항의 성질을 갖는 연결선으로 연결하는 구성을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 송신기의 동작 주파수 및 송신 데이터 레이트와 수신기의 디지털 블록 동작 주파수 및 수신기 내 클록 및 데이터 복원 회로는, 송수신 신호의 동기화 및 복구를 위하여 동일한 주파수를 사용할 수 있다.
실시 예에 있어서, 송신기와 수신기 각각 독립적인 주파수 발진기를 사용하므로 송수신기간의 미세한 주파수 및 위상 오차는, 클록 및 데이터 복원 회로에서 복원된 클록 주파수를 통하여 정확히 제거될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기에 구비된 대역 통과 필터의 통과 대역 중심 주파수는, 송신기 및 수신기의 동작 주파수 혹은 송신 신호의 데이터 레이트와 동일하게 설정될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기에 구비된 대역 통과 필터는, 송신기와 수신기의 동작 주파수 혹은 송신 신호의 데이터 레이트 이외의 주파수 성분은 모두 인체 주변 유기 노이즈로 판단하고 대역 통과 필터에 의하여 제거될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 내의 클록 및 데이터 복원 회로에 제공되는 디지털 신호를 생성하기 위하여 대역 통과 필터의 아날로그 출력은 비교기 입력으로 출력될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기는, 방사되는 디지털 노이즈를 제거하기 위하여 수신기내 비교기의 전원단과 PCB (printed circuit board)의 전원단 혹은 비교기의 접지단과 PCB의 접지단 사이에 저항 혹은 저항의 역할을 하는 수동 소자를 구비할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기는, 방사되는 디지털 노이즈를 제거하기 위하여 수신기내 클록 및 데이터 복원 회로 (clock and data recovery circuit; CDR)의 전원단과 PCB(printed circuit board)의 전원단 혹은 CDR의 접지단과 PCB의 접지단 사이에 저항 혹은 저항의 역할을 하는 수동 소자를 구비할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기는,방사되는 디지털 노이즈를 제거하기 위하여 수신기내 비교기 및 CDR을 제외한 디지털 회로의 전원단과 PCB (printed circuit board)의 전원단 혹은 비교기 및 CDR을 제외한 디지털 회로의 접지단과 PCB의 접지단 사이에 저항 혹은 저항의 역할을 하는 수동 소자를 구비할 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 디지털 노이즈 방사를 제거하기 위한 저항의 부착 방법은 회로의 전원단과 PCB의 전원단 사이만 부착하고 회로의 접지단과 PCB의 접지단 사이는, 저항의 부착 없이 양 단자가 직접 연결 (short)될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 내 회로의 전원단과 PCB (printed circuit board)의 전원단 혹은 비교기의 접지단과 PCB의 접지단 사이에 저항을 구비함으로써, 디지털 신호의 스위칭 시 발생하는 부하를 충방전하기 위한 전류의 상한 값이 제한될 수 있다.
실시 예에 있어서, 디지털 신호의 스위칭 시 발생하는 부하를 충 방전하기 위한 전류의 상한 값을 제한함으로써, 이에 기인된 방사 노이즈의 양이 저항의 값으로 제한될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 디지털 노이즈 방사를 제거하기 위한 저항의 부착 방법은 회로의 접지단과 PCB의 접지단 사이만 부착하고 회로의 전원단과 PCB의 전원단 사이는, 저항의 부착 없이 양 단자가 직접 연결 (short)될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 디지털 노이즈 방사를 제거하기 위한 저항의 부착 방법은 디지털 집적회로 패키지 외부의 전원단(혹은 접지단)과 PCB 전원단(혹은, 접지단) 사이의 저항은, 표면 실장 기술(SMT) 소자의 형태로 부착될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 디지털 노이즈 방사를 제거하기 위한 저항의 부착 방법은, 디지털 집적회로 다이의 전원단(혹은, 접지단)과 패키지 내부의 전원단(혹은, 접지단) 사이에 폴리 실리콘 형태로 부착될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 디지털 노이즈 방사를 제거하기 위한 저항의 부착 방법은 디지털 집적회로 다이의 전원단(혹은, 접지단)과 패키지 내부의 전원단(혹은, 접지단) 사이에 폴리 실리콘 형태로 부착될 수 있다.
실시 예에 있어서, 수신기 디지털 노이즈 방사를 제거하기 위한 저항의 부착 방법은 디지털 집적회로 다이의 전원단(혹은, 접지단)과 패키지 내부의 전원단(혹은 접지단) 사이에 지그재그 형태의 메탈 라인으로 부착될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신을 수행하기 위한 수신기는, 제 1 전원단과 제 1 접지단 사이에 연결되고, 인체에 부착된 수신 전극으로부터 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 증폭 및 필터링하는 아날로그 회로부, 제 2 전원단과 제 2 접지단 사이에 연결되고, 상기 수신단 아날로그 회로부로부터 출력된 신호를 디지털적으로 처리하는 디지털 회로부, 및 제 1 전원 전압, 제 2 전원 전압, 제 1 접지 전압, 및 제 2 접지 전압을 발생하는 전원 공급 회로를 포함하고, 상기 제 2 전원 전압은 제 1 저항 혹은 제 1 수동 소자를 경유하여 상기 제 2 전원단으로 제공되거나, 상기 제 2 접지 전압은 제 2 저항 혹은 제 2 수동 소자를 경유하여 상기 제 2 접지단으로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 인체 통신을 수행하기 위한 수신기는, 인체에 부착된 수신 전극, 수신 전극으로부터 송신 신호를 수신하고, 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 정합 회로, 상기 임피던스 정합 회로로부터 출력된 신호를 증폭하는 신호 증폭 회로, 상기 신호 증폭 회로로부터 출력된 신호를 필터링하는 대역 통과 필터, 상기 대역 통과 필터로부터 출력된 신호의 전압 레벨을 증폭시키는 비교기, 수신 클록을 이용하여 상기 비교기로부터 출력된 신호에서 데이터 및 클록을 복원하는 클록 데이터 복원 회로, 상기 클록 데이터 복원 회로로부터 출력된 상기 데이터 및 상기 클록을 이용하여 수신 정보를 복구하는 디지털 모뎀, 상기 임피던스 정합 회로, 상기 신호 증폭 회로, 및 상기 대역 통과 회로에 제 1 전원 전압을 제공하는 제 1 전원단, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀에 제 2 전원 전압을 제공하는 제 2 전원단, 상기 임피던스 정합 회로, 상기 신호 증폭 회로, 및 상기 대역 통과 회로에 제 1 접지 전압을 제공하는 제 1 접지단, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀에 제 2 접지 전압을 제공하는 제 2 접지단, 및 상기 제 1 전원 전압, 상기 제 2 전원 전압, 상기 제 1 접지 전압, 및 상기 제 2 접지 전압을 발생하는 전압 공급 회로를 포함하고, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나와 상기 제 2 전원단 사이에 제 1 저항 혹은 제 1 수동 소자를 연결하고, 상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나와 상기 제 2 접지단 사이에 제 2 저항 혹은 제 2 수동 소자를 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신을 수행하기 위한 수신기의 신호 수신 방법은, 인체에 부착된 수신 전극으로부터 수신된 신호를 증폭 및 필터링하는 단계, 및 전원단과 적어도 하나의 디지털 콤포넌트 사이 혹은 접지단과 상기 적어도 하나의 디지털 콤포넌트 사이의 저항 혹은 수동 소자를 근거로 하여 디지털 방사 노이즈를 제거하면서, 상기 필터링된 신호를 디지털적으로 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 수신기는 수신기 내부의 비교기 혹은 클록 및 데이터 복원 회로 및 그 외 디지털 회로의 전원단 및 접지단에 저항이 구비될 수 있음으로, 수신기에서 방사되는 디지털 노이즈를 제거 혹은 저항의 값에 따라 억제 효과를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 수신기는 송신 또는 수신 시의 안정적인 데이터 전송 및 복구를 위하여 각각 동일한 주파수의 발진기를 사용이 가능하며, 수신기 내부에 구비되는 대역 통과 필터의 중심 주파수도 동일한 주파수로 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 수신기는 수신기에서 방사되는 노이즈가 인체로 유입되는 영향을 억제하거나 최소화할 수 있고, 그에 따른 송신기에서 송신된 신호들의 수신 감도 상승을 위한 수신기 내부 증폭기의 이득을 높게 설정할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 인체 통신 시스템
11: 인체
100: 송신기
120: 송신 디지털 모뎀
140: 구동 회로
160: 송신 클록 발생기
200, 300: 수신기
220, 320: 수신단 아날로그 회로부
250, 350: 수신단 디지털 회로부
222, 322: 임피던스 정합 회로
224, 324: 신호 증폭 회로
226, 326: 대역 통과 필터
228, 328: 비교기
240, 340, CDR: 클록 데이터 복원 회로
260: 수신 클록 발생기
280, 380: 디지털 모뎀
290: 전압 공급 회로
351, 351, R: 저항
353: 출력 회로
CLK_CDR: 복원 클록

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  12. 인체 통신을 수행하기 위한 수신기에 있어서:
    인체에 부착된 수신 전극;
    수신 전극으로부터 송신 신호를 수신하고, 임피던스 매칭을 수행하는 임피던스 정합 회로;
    상기 임피던스 정합 회로로부터 출력된 신호를 증폭하는 신호 증폭 회로;
    상기 신호 증폭 회로로부터 출력된 신호를 필터링하는 대역 통과 필터;
    상기 대역 통과 필터로부터 출력된 신호의 전압 레벨을 증폭시키는 비교기;
    수신 클록을 이용하여 상기 비교기로부터 출력된 신호에서 데이터 및 클록을 복원하는 클록 데이터 복원 회로;
    상기 클록 데이터 복원 회로로부터 출력된 상기 데이터 및 상기 클록을 이용하여 수신 정보를 복구하는 디지털 모뎀;
    상기 임피던스 정합 회로, 상기 신호 증폭 회로, 및 상기 대역 통과 회로에 제 1 전원 전압을 제공하는 제 1 전원단;
    상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀에 제 2 전원 전압을 제공하는 제 2 전원단;
    상기 임피던스 정합 회로, 상기 신호 증폭 회로, 및 상기 대역 통과 회로에 제 1 접지 전압을 제공하는 제 1 접지단;
    상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀에 제 2 접지 전압을 제공하는 제 2 접지단; 및
    상기 제 1 전원 전압, 상기 제 2 전원 전압, 상기 제 1 접지 전압, 및 상기 제 2 접지 전압을 발생하는 전압 공급 회로를 포함하고,
    상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나와 상기 제 2 전원단 사이에 제 1 저항 혹은 제 1 수동 소자를 연결하고,
    상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나와 상기 제 2 접지단 사이에 제 2 저항 혹은 제 2 수동 소자를 연결하는 수신기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비교기, 상기 클록 데이터 복원 회로, 및 상기 디지털 모뎀 중 적어도 하나는 데이터를 출력하는 출력 회로를 포함하고,
    상기 출력 회로는, 상기 제 1 저항과 출력단 사이에 연결된 제 1 트랜지스터; 및 상기 출력단과 상기 제 2 저항 사이에 연결된 제 2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 출력단과 상기 제 2 접지단 사이에 연결된 커패시터를 더 포함하는 수신기.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 어느 하나의 집적회로의 내부에 배치되고,
    상기 제 1 저항, 상기 제 2 저항, 및 상기 커패시터는 상기 집적회로의 외부에 배치되는 수신기.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 어느 하나의 집적회로의 내부에 배치되고,
    상기 제 1 저항 및 상기 제 2 저항은 상기 집적회로의 내부에 배치되고,
    상기 커패시터는 상기 집적회로의 외부에 배치되는 수신기.
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