KR101921803B1 - 시그마-델타 아날로그-디지털 변환기 - Google Patents

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Abstract

전위 가변기는 전압 조정기, 전류 미러, 커패시터, 비교기, 전류 소스, 및 카운터를 포함한다. 전압 조정기는 전기 화학 센서의 작업 전극 상의 전압을 유지한다. 전류 미러는 작업 전극으로부터 입력된 전류를 미러링하는 미러 전류를 생성한다. 커패시터는 교대로, 미러 전류에 의해 충전되어, 커패시터 전압을 전류의 크기와 관련된 비율로 증가시키고, 제어 전류에 의해 방전되어, 커패시터 전압을 감소시킨다. 비교기는 커패시터 전압의 변화에 기초하여 상향 및 하향 전이를 포함하는 파형을 출력한다. 전류 소스는 파형에 기초하여 제어 전류를 생성한다. 카운터는 디지털 출력을 생성하기 위해 사전 결정된 샘플링 주기 동안 파형에서의 상향 또는 하향 전이의 수를 카운트한다. 디지털 출력은 입력 전류의 크기를 나타낸다.

Description

시그마-델타 아날로그-디지털 변환기{SIGMA-DELTA ANALOG-TO-DIGITAL CONVERTER}
본 명세서에서 달리 언급되지 않는 한, 이 섹션에서 설명된 내용은 본 출원의 청구 범위에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함됨으로써 종래 기술인 것으로 인정되지 않는다.
전기 화학 전류 측정 센서는 분석물질(analyte)과 관련된 전기 화학적 산화 또는 환원 반응에 의해 발생된 작업 전극을 통한 전류를 측정함으로써 분석물질의 농도를 측정할 수 있다. 환원 반응은 전자들이 전극으로부터 이동될 때 발생하고, 반면에 산화 반응은 전자들이 전극으로 이동될 때 발생한다. 전자 이동의 방향은 작업 전극에 인가된 전압에 의존한다. 적어도 하나의 다른 전극(예를 들어, 대향 전극, 기준 전극)은 회로를 완성할 수 있다. 작업 전극이 적절하게 바이어스될 때, 출력 전류는 반응 속도에 비례할 수 있는데, 이는 작업 전극을 둘러싸는 분석물질의 농도의 측정을 제공할 수 있다.
전위 가변기(potentiostat)는 기준 전극에 대하여, 작업 전극에 전압을 인가하고, 전류가 분석물질의 농도와 관련되게, 작업 전극을 통해 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 전위 가변기는 작업 전극을 통해 전류를 나타내는 디지털 출력을 제공하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있다. 종래의 방법에서, 입력 전류는 램프 전압을 제공하도록 능동 적분기에 의해 통합된다. 그러나, 전기 화학 센서 내의 전극의 배열은 능동 적분기의 입력에서 상대적으로 높은 커패시턴스를 초래할 수 있다. 그와 같은 높은 입력 커패시턴스를 갖는 능동 적분기를 작동시키는 것은 능동 컴포넌트에 의한 높은 전력 소모를 초래할 수 있다.
한 양태에서, 본 개시내용은 시스템을 제공한다. 시스템은 전기 화학 센서, 전류 미러, 전압 조정기, 전류 소스, 커패시터, 비교기, 및 카운터의 작업 전극을 포함한다. 작업 전극은 입력 전류를 생성하도록 구성된다. 전류 미러는 작업 전극에 결합되고, 입력 전류를 미러링하는 미러 전류를 생성하도록 구성된다. 전압 조정기는 작업 전극과 전류 미러에 결합되고, 기준 전압에 기초하여 작업 전극의 전압을 유지하도록 구성된다. 전류 소스는 제어 전류를 생성하도록 구성된다. 커패시터는 전류 미러와 전류 소스에 결합되고, 최소한 미러 전류와 제어 전류에 응답하여 커패시터 전압을 생성하도록 구성된다. 비교기는 커패시터에 결합되고, 비교 전압에 대한 커패시터 전압의 변화에 기초하여 파형을 출력하도록 구성된다. 카운터는 비교기에 결합된다. 카운터는 비교기로부터 출력된 파형으로부터 특정한 특징을 검출하고 파형의 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생한 횟수에 기초하여 디지털 출력을 제공하도록 구성된다.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 방법을 제공한다. 전기 화학 센서의 작업 전극으로부터의 입력 전류는 전류 미러에 의해 수신된다. 입력 전류를 미러링하는 미러 전류는 전류 미러에 의해 생성된다. 제어 전류는 파형에 기초하여 전류 소스에 의해 제공된다. 커패시터 전압은 최소한 미러 전류와 제어 전류에 응답하여 커패시터에 의해 생성된다. 파형은 비교 전압에 대한 커패시터 전압의 변화에 기초하여 비교기에 의해 생성된다. 디지털 출력은 파형의 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생한 횟수에 기초하여 카운터에 의해 제공된다.
또 다른 양태에서, 본 개시내용은 다음을 포함하는 시스템을 제공한다: (1) 전기 화학 센서의 작업 전극으로부터의 입력 전류를 미러링하는 미러 전류를 생성하기 위한 수단; (2) 파형에 기초하여 제어 전류를 제공하기 위한 수단; (3) 최소한 미러 전류와 제어 전류에 응답하여 커패시터 전압을 생성하기 위한 수단; (4) 비교 전압에 대한 커패시터 전압의 변화에 기초하여 파형을 생성하기 위한 수단; 및 (5) 파형의 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생한 횟수에 기초하여 디지털 출력을 제공하기 위한 수단.
이들뿐만 아니라 다른 양태들, 장점들, 및 대안들이 적절한 경우에 첨부 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명을 검토함으로써 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.
도 1은 예시적 실시예에 따른, 판독기와 무선 통신하는 안구-장착형 장치를 갖춘 예시적 시스템의 블록도이다.
도 2a는 예시적 실시예에 따른, 예시적 안구-장착형 장치의 하면도이다.
도 2b는 예시적 실시예에 따른, 도 2a에 도시된 예시적 안구-장착형 장치의 측면도이다.
도 2c는 눈의 각막 표면에 장착되는 동안의 도 2a 및 2b에 도시된 예시적 안구-장착형 장치의 측단면도이다.
도 2d는 예시적 실시예에 따른, 도 2c에 도시된 바와 같이 장착된 예시적 안구-장착형 장치의 표면을 둘러싼 눈물 막 층을 도시하도록 확대된 측단면도이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른, 눈물 막 분석물질 농도를 전기 화학적으로 측정하기 위한 예시적 시스템의 기능 블록도이다.
도4는 예시적 실시예에 따른, 전위 가변기의 개략도이다.
도5는 예시적 실시예에 따른, 커패시터 전압, 비교기에 의해 출력된 파형, 및 시간의 함수로서의 제어 전류의 변화를 도시한다.
도6은 예시적 실시예에 따른, 예시적 방법의 흐름도이다.
I. 개요
전기 화학 센서는 분석물질 또는 분석물질을 포함하는 반응의 생성물의 산화 또는 환원과 관련된 전류를 측정함으로써 액체 내의 분석물질을 검출하기 위해 이용될 수 있다. 전기 화학 센서는 작업 전극과 대향 전극을 포함할 수 있다. 산화 또는 환원 반응은 적절한 전압이 기준 전극에 대하여 작업 전극에 인가될 때 발생할 수 있다. 산화 또는 반응과 관련된 전류는 작업 전극을 통해 측정될 수 있다. 일부 예들에서, 측정된 전류는 액체 내의 분석물질의 농도와 관련될 수 있다.
전위 가변기는 적절한 전압을 작업 전극에 인가하고 작업 전극을 통해 전류를 측정하는데 사용될 수 있다. 일 예에서, 작업 전극을 통한 전류(입력 전류)는 전류 미러를 통해 흐르고, 전류 미러는 입력 전류를 미러링(예를 들어, 복제)하는 미러 전류를 생성한다. 그와 같은 예에서, 미러 전류는 직접적으로 입력 전류를 측정하는 것 대신에 측정될 수 있으며, 그로 인해 작업 전극과 연관된 커패시턴스를 유익하게 회피한다.
미러 전류를 측정하기 위해, 시그마-델타 ADC의 제어하에 수동 적분기(예를 들어, 커패시터)가 이용될 수 있다. 예를 들어, 시그마-델타 ADC의 전류 소스는 제어 전류를 변조할 수 있어서, 커패시터가 교대로 (i) 미러 전류에 의해 충전되어, 미러 전류의 크기와 관련된 비율로 증가하는 전압을 생성하고, 그리고 (ii) 제어 전류에 의해 방전된다. 비교기는 비교 전압에 대한 커패시터 전압의 변화에 기초하여 파형을 출력할 수 있다. 전류 소스는 파형에 기초하여 제어 전류를 변조할 수 있다. 시그마-델타 ADC의 카운터는 디지털 출력을 생성하기 위해 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생하는 파형에서의 상향 또는 하향 전이의 수를 카운트할 수 있다. 디지털 출력은 미러 전류, 따라서 작업 전극으로부터의 입력 전류의 크기를 나타낸다.
분석물질을 포함하는 액체는 눈물, 혈액, 타액, 땀, 소변 등과 같은 체액일 수 있다. 그와 같은 체액은 무기 전해질(예를 들어, Ca2 +, Mg2 +, Cl-), 무기 성분(예를 들면, 글루코오스, 젖산염, 단백질, 지질, 등), 또는 건강 상태를 진단하는데 사용될 수 있는 다른 성분을 포함할 수 있다. 체액에서 분석물질을 감지하기 위해서, 전기 화학 센서는, 전기 화학 센서가 체액에 노출될 수 위치에 장착될 수 있는 안구-장착형 장치, 치아-장착형 장치, 또는 피부-장착형 장치와 같은, 신체-장착형 장치에 제공될 수 있다. 전기 화학 센서를 위한 전위 가변기는 또한 신체-장착형 장치에 포함될 수 있다.
특정 예에서, 전기 화학 센서와 전위 가변기는 안구-장착형 장치에 포함되고 눈물에서 분석물질(예를 들어, 글루코오스)를 감지하도록 구성될 수 있다. 안구-장착형 장치는 전기 화학 센서(작업 전극, 기준 전극, 및 시약 층을 포함), 안테나, 전위 가변기, 및 다른 전자 장치가 장착된 기판을 포함할 수 있다. 그 위에 장착된 기판과 부품은 최소한 부분적으로 중합체 재료에 내장될 수 있다. 중합체 재료는 눈물이 그를 통해 전기 화학 센서에 도달할 수 있는 채널을 포함할 수 있다. 이러한 구성으로, 안구-장착형 장치의 전위 가변기는 전기 화학 센서의 작업 전극을 통해 전류를 측정하는데 사용될 수 있고, 측정은 안테나를 이용하여 무선으로 전달될 수 있다.
일부 예들에서, 중합체 재료는 눈의 각막 표면에 장착하도록 구성된 오목 곡률을 갖는 둥근 렌즈(예를 들어, 콘택트 렌즈와 유사한)의 형태일 수 있다. 기판은 비전을 가진 간섭을 회피하기 위해 중합체 재료의 둘레 근처에 내장될 수 있다. 전기 화학 센서는 각막의 표면 부근으로부터 및/또는 중합체 재료와 각막 표면 사이에 개재된 눈물로부터 임상적으로 관련된 판독값을 생성하도록, 각막 표면을 향하여 안쪽으로 향하도록 기판 상에 배열될 수 있다. 추가적으로 또는 선택적으로, 전기 화학 센서는 각막 표면으로부터 떨어져서 그리고 공기에 노출된 중합체 재료의 표면을 코팅하는 눈물의 층을 향하여 밖으로 향하도록 기판 상에 배열될 수 있다.
외부 판독기 장치 또는 "판독기"는 안구-장착형 장치에 전력을 공급하기 위해 무선 주파수(RF) 방사를 방사할 수 있다. 일부 예들에서, 판독기는 안구-장착형 장치가 안테나를 이용하여 측정을 획득하고 그 측정을 전달시킬 수 있게 하기 위해 충분한 RF 전력을 방사함으로써 분석물질을 측정하기 위해 안구-장착형 장치에 간헐적으로 신호를 보내도록 작동할 수 있다. 판독기는 또한 안구-장착형 장치에 의해 전달된 측정을 저장할 수 있다. 이런 방식으로, 판독기는 안구-장착형 장치에 계속적으로 전력을 공급하는 것 없이 시간이 지나면서 일련의 분석물질 농도 측정을 획득할 수 있다.
일부 예들에서, 전기 화학 센서와 전위 가변기는 체액에서 분석물질을 측정하기 위해 신체-장착형 장치에 포함될 수 있다. 다른 예에서, 전기 화학 센서와 전위 가변기는 일부 다른 타입의 액체에서 분석물질을 측정하기 위해 장치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 장치는 수영장, 정수장, 등에서의 수질과 관련된 분석물질을 측정하는데 사용될 수 있다. 다른 예들 또한 가능하다.
II. 예시적 안구-장착형 장치
도 1은 외부 판독기(180)와 무선 통신하는 안구-장착형 장치(110)를 포함하는 시스템(100)의 블록도이다. 안구-장착형 장치(110)의 노출된 영역은 눈의 각막 표면에 접촉-장착되도록 형성된 중합체 재료(120)로 구성된다. 기판(130)은 전원(140), 제어기(150), 생체 상호작용 전자 장치(160), 및 통신 안테나(170)에 장착 면을 제공하기 위해 중합체 재료(120)에 내장된다. 생체 상호작용 전자 장치(160)는 제어기(150)에 의해 작동된다. 전원(140)은 제어기(150) 및/또는 생체 상호작용 전자 장치(160)에 동작 전압을 공급한다. 안테나(170)는 제어기(150)에 의해 작동되어 안구-장착형 장치(110)에 및/또는 그로부터 정보를 전달한다. 안테나(170), 제어기(150), 전원(140), 및 생체 상호작용 전자 장치(160) 전부는 내장된 기판(130) 상에 위치할 수 있다. 안구-장착형 장치(110)는 전자 장치를 포함하고 눈에 접촉-장착되도록 구성되기 때문에, 본 명세서에서 눈 전자 장치 플랫폼(ophthalmic electronics platform)이라고도 한다.
접촉-장착을 용이하게 하기 위해서, 중합체 재료(120)는 (예를 들어, 각막 표면을 코팅하는 눈물 막과의 모세관력에 의해) 습윤화된 각막 표면에 접착("장착")하도록 구성된 오목면을 가질 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 안구-장착형 장치(110)는 오목한 만곡에 기인한 각막 표면과 중합체 재료 간의 진공력에 의해 접착될 수 있다. 눈에 대해 오목면으로 장착되는 동안, 중합체 재료(120)의 외향 표면은 안구-장착형 장치(110)가 눈에 장착되어 있는 동안 눈꺼풀 움직임에 간섭하지 않도록 형성되는 볼록한 만곡을 가질 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료(120)는 콘택트 렌즈와 유사하게 성형된 실질적으로 투명한 만곡된 중합체 디스크일 수 있다.
중합체 재료(120)는 콘텐트 렌즈 또는 각막 표면과의 직접적 접촉을 수반하는 다른 안과적 응용에서 이용하기 위해 채용되는 것들과 같은, 하나 이상의 생체 적합 재료를 포함할 수 있다. 중합체 재료(120)는 선택적으로 이러한 생체 적합 재료로부터 부분적으로 형성될 수 있고 또는 이러한 생체 적합 재료에 의한 외부 코팅을 포함할 수 있다. 중합체 재료(120)는 하이드로겔 등과 같은, 각막 표면을 습윤화하도록 구성된 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 중합체 재료(120)는 착용자 편리성을 향상시키기 위해 변형가능한("비강성") 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 중합체 재료(120)는 콘택트 렌즈에 의해 제공될 수 있는 것과 같이, 사전 결정된 시야-교정 광학 배율을 제공하도록 성형될 수 있다.
기판(130)은 생체 상호작용 전자 장치(160), 제어기(150), 전원(140), 및 안테나(170)를 장착하기에 적합한 하나 이상의 표면을 포함한다. 기판(130)은 전극, 인터커넥트, 접속 패드, 안테나, 등을 만들기 위해 (예를 들어, 접속 패드에 장착하기 위한 플립-칩에 의해) 칩 기반 회로를 위한 장착 플랫폼 및/또는 도전성 재료(예를 들어, 금, 백금, 팔라듐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 은, 금속, 다른 도전성 재료, 이것들의 조합, 등)를 패터닝하기 위한 플랫폼으로서 둘다 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본질적으로 투명 도전성 재료(예를 들어, 산화 인듐 주석)는 회로, 전극, 등을 형성하기 위해 기판(130) 상에 패턴화될 수 있다. 예를 들어, 안테나(170)는 퇴적, 포토리소그래피, 전기 도금, 등에 의해 금 또는 또 다른 도전성 재료의 패턴을 기판(130) 상에 형성함으로써 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제어기(150)와 생체 상호작용 전자 장치(160) 사이의, 그리고 제어기(150)와 안테나(170) 사이의 인터커넥트(151, 157)들은 각각, 도전성 재료의 적절한 패턴을 기판(130) 상에 퇴적함으로써 형성될 수 있다. 포토레지스트들, 마스크들, 피착 기술들, 및/또는 도금 기술들의 사용을, 제한 없이, 포함하는 미세 제조 기술들의 조합이 기판(130) 상에 재료들을 패터닝하는 데 사용될 수 있다. 기판(130)은 중합체 재료(120) 내의 회로 및/또는 칩 기반 전자 장치를 구조적으로 지지하도록 구성된 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET") 또는 다른 재료 등의, 비교적 강성 재료일 수 있다. 안구-장착형 장치(110)는 대안적으로 단일 기판이 아니라 비접속 기판들의 그룹으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제어기(150)와 생체 센서 또는 다른 생체 상호작용 전자 소자는 하나의 기판에 장착될 수 있지만, 안테나(170)는 다른 기판에 장착될 수 있고 이 둘은 인터커넥트들(157)을 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 생체 상호작용 전자 장치(160)(및 기판(130))는 안구-장착형 장치(110)의 중심으로부터 떨어져 배치될 수 있음으로써 눈의 중심의 광 감지 영역으로의 광 투과와의 간섭을 피할 수 있다. 예를 들어, 안구-장착형 장치(110)가 오목하게-만곡된 디스크로서 성형되는 경우, 기판(130)은 디스크의 주변(예를 들어, 외곽 원주 부근) 주위에 내장될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 생체 상호작용 전자 장치(160)(및 기판(130))는 안구-장착형 장치(110)의 중심 영역 안이나 부근에 배치될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 생체 상호작용 전자 장치(160) 및/또는 기판(130)은 눈으로의 광 투과와의 간섭을 완화하도록 인입되는 가시광에 대해 실질적으로 투명할 수 있다. 게다가, 일부 실시예들에서, 생체 상호작용 전자 장치(160)는 디스플레이 명령에 따라 눈에 들어오는 광을 방출 및/또는 투과하는 화소 어레이(164)를 포함할 수 있다. 그러므로, 생체 상호작용 전자 장치(160)는 화소 어레이(164) 상에 정보(예를 들어, 문자들, 기호들, 번쩍이는 패턴들, 등)를 표시함으로써와 같이, 안구-장착형 장치(110)의 착용자에게 지각할 수 있는 시각적 신호들을 생성하도록 안구-장착형 장치의 중심에 선택적으로 배치될 수 있다.
기판(130)은 내장된 전자 장치 소자들을 위한 장착 플랫폼을 제공하기에 충분한 방사상 폭 치수를 갖는 링-형상일 수 있다. 기판(130)은 안구-장착형 장치(110)의 프로파일에 영향을 주지 않고 기판(130)이 중합체 재료(120)에 내장되는 것을 허용하기에 충분히 작은 두께를 가질 수 있다. 기판(130)은 그 위에 장착된 전자 장치를 지지하기 위해 적합한 구조적 안정성을 제공하기에 충분히 큰 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 약 10밀리미터의 직경, 약 1밀리미터의 방사상 폭(예를 들어, 내경보다 1밀리미터 큰 외경), 및 약 50마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 기판(130)은 안구-장착형 장치(110)의 눈-장착 표면(예를 들어, 볼록면)의 만곡과 선택적으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, 기판(130)은 내경과 외경을 정하는 2개의 원형 세그먼트들 사이에 가상 원추의 표면을 따라 성형될 수 있다. 이러한 예에서, 가상 원추의 표면을 따르는 기판(130)의 표면은 그 반경에서 눈 장착 면의 만곡과 대략 정렬된 경사진 표면을 정한다.
전원(140)은 제어기(150) 및 생체 상호작용 전자 장치(160)에 전력을 공급하기 위해 주변 에너지를 획득하도록 구성된다. 예를 들어, 무선 주파수 에너지 획득 안테나(142)는 입사 무선 방사로부터 에너지를 포착할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 태양 전지(들)(144)("광전 전지들")는 들어오는 자외선, 가시선, 및/또는 적외선 방사로부터 에너지를 포착할 수 있다. 또한, 주변 진동으로부터 에너지를 포착하기 위해 관성 전력 포집 시스템이 포함될 수 있다. 에너지 획득 안테나(142)는 선택적으로 판독기(180)에 정보를 전달하는 데 역시 이용되는 이중 목적 안테나일 수 있다. 즉, 통신 안테나(170)와 에너지 획득 안테나(142)의 기능들은 동일한 물리적 안테나로 달성될 수 있다.
정류기/조정기(146)는 포착된 에너지를 제어기(150)에 공급되는 안정한 DC 공급 전압(141)으로 조절하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 에너지 획득 안테나(142)는 입사 무선 주파수 방사를 수신할 수 있다. 안테나(142)의 리드들 상에서의 가변 전기 신호들이 정류기/조정기(146)에 출력된다. 정류기/조정기(146)는 가변 전기 신호를 DC 전압으로 정류하고 정류된 DC 전압을 제어기(150)를 작동시키기에 적합한 레벨로 조정한다. 추가로 또는 대안적으로, 태양 전지(들)(144)로부터의 출력 전압은 제어기(150)를 작동시키기에 적합한 레벨로 조정될 수 있다. 정류기/조정기(146)는 주변 에너지 수집 안테나(142) 및/또는 태양 전지(들)(144) 내의 고주파 변동을 완화하기 위해 하나 이상의 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 에너지 저장 장치(예를 들어, 커패시터 또는 인덕터, 등)는 DC 공급 전압(141)을 조정하기 위해 정류기(146)의 출력들 양단에 병렬로 접속되어 저역 통과 필터로서 기능하도록 구성될 수 있다.
제어기(150)는 DC 공급 전압(141)이 제어기(150)에 제공될 때 온으로 되고, 제어기(150) 내의 로직은 생체 상호작용 전자 장치(160)와 안테나(170)를 작동시킨다. 제어기(150)는 안구-장착형 장치(110)의 생물학적 환경과 상호작용하도록 생체 상호작용 전자 장치(160)를 작동시키도록 구성된 로직 회로를 포함한다. 상호작용은 생물학적 환경으로부터 입력을 얻기 위해 생체 상호작용 전자 장치(160) 내에서, 분석물질 생체 센서(162) 등의 하나 이상의 소자의 이용을 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 상호작용은 생물학적 환경에 출력을 제공하기 위해, 화소 어레이(164) 등의 하나 이상의 소자의 이용을 포함할 수 있다.
한 예에서, 제어기(150)는 분석물질 생체 센서(162)를 작동시키도록 구성된 센서 인터페이스 모듈(152)을 포함한다. 분석물질 생체 센서(162)는, 예를 들어 작업 전극과 기준 전극을 포함하는 전류 측정 전기 화학 센서일 수 있다. 전압은 분석물질이 작업 전극에서 전기 화학 반응(예를 들어, 환원 및/또는 산화 반응)을 겪게 하기 위해 작업 전극과 기준 전극 사이에 인가될 수 있다. 전기 화학 반응은 작업 전극을 통해 측정될 수 있는 전류 측정 전류(amperometric current)를 생성할 수 있다. 전류 측정 전류는 분석물질 농도에 의존할 수 있다. 그러므로, 작업 전극을 통해 측정되는 전류 측정 전류의 양은 분석물질 농도의 표시를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 인터페이스 모듈(152)은 작업 전극을 통해 전류를 측정하면서 작업 전극과 기준 전극 사이에 전압차를 인가하도록 구성된 전위 가변기일 수 있다.
일부 예들에서, 시약은 하나 이상의 원하는 분석물질에 대해 전기 화학 센서를 민감하게 하기 위해 또한 포함될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극에 근접한 글루코오스 옥시다제("GOx")의 층은 과산화수소(H2O2)를 생성하기 위해 글루코오스 산화를 촉진시킬 수 있다. 과산화수소는 이후 작업 전극에서 전기 산화될 수 있고, 이것은 작업 전극에 전자들을 방출하여, 작업 전극을 통해 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 초래하게 한다.
글루코오스 + O2
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H2O2 + 글루코노락톤
H2O2 → 2H+ + O2 + 2e-
환원 또는 산화 반응에 의해 발생된 전류는 반응 속도에 대략 비례한다. 또한, 반응 속도는 직접 또는 시약을 통한 촉매 반응에 의해, 환원 또는 산화 반응을 촉진하기 위해 전기 화학 센서 전극에 도달하는 분석물질 분자의 비율에 의존한다. 정상 상태에서, 분석물질 분자가 추가의 분석물질 분자가 주변 영역으로부터 샘플링된 영역에 확산되는 속도와 대략 동일한 속도로 샘플링된 영역으로부터 전기 화학적 센서 전극에 확산되는 경우에, 반응 속도는 분석물질 분자의 농도에 대략 비례한다. 따라서, 작업 전극을 통해 측정된 전류는 분석물질 농도의 표시를 제공한다.
제어기(150)는 화소 어레이(164)를 작동시키기 위한 디스플레이 드라이버 모듈(154)을 선택적으로 포함할 수 있다. 화소 어레이(164)는 행과 열로 배열된 별개로 프로그램가능한 광 투과, 광 반사, 및/또는 광 방출 화소들의 어레이일 수 있다. 개개의 화소 회로는 디스플레이 드라이버 모듈(154)로부터의 정보에 따라 광을 선택적으로 투과, 반사, 및/또는 방출하기 위해, 액정 기술, 마이크로전자기계 기술, 발광 다이오드 기술, 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 화소 어레이(164)는 시각적 콘텐츠를 컬러로 렌더링하기 위해 하나보다 많은 컬러의 화소(예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 화소)를 또한 선택적으로 포함할 수 있다. 디스플레이 드라이버 모듈(154)은, 예를 들어 화소 어레이(164) 내의 별개로 프로그램된 화소들에 프로그래밍 정보를 제공하는 하나 이상의 데이터 라인과 이러한 프로그래밍 정보를 수신하도록 화소의 그룹을 설정하기 위한 하나 이상의 어드레싱 라인을 포함할 수 있다. 눈 위에 위치한 이러한 화소 어레이(164)는 화소 어레이로부터의 광을 눈이 인지할 수 있는 초점 면으로 향하게 하기 위한 하나 이상의 렌즈를 또한 포함할 수 있다.
제어기(150)는 안테나(170)를 통해 정보를 송신 및/또는 수신하기 위한 통신 회로(156)를 또한 포함할 수 있다. 통신 회로(156)는 안테나(170)에 의해 송신 및/또는 수신될 캐리어 주파수 상의 정보를 변조 및/또는 복조하기 위해 하나 이상의 발진기, 믹서, 주파수 인젝터, 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 안구-장착형 장치(110)는 판독기(180)가 인지할 수 있는 방식으로 안테나(170)의 임피던스를 변조함으로써 생체 센서로부터의 출력을 표시하도록 구성된다. 예를 들어, 통신 회로(156)는 안테나(170)로부터의 후방산란(backscatter) 방사의 진폭, 위상, 및/또는 주파수에서의 변동을 야기할 수 있고, 이러한 변동은 판독기(180)에 의해 검출될 수 있다.
제어기(150)는 인터커넥트들(151)을 통해 생체 상호작용 전자 장치(160)에 접속된다. 예를 들어, 제어기(150)가 센서 인터페이스 모듈(152) 및/또는 디스플레이 드라이버 모듈(154)을 형성하기 위해 집적 회로로 구현된 로직 요소들을 포함하는 경우, 패턴화된 도전성 재료(예를 들어, 금, 백금, 팔라듐, 티타늄, 구리, 알루미늄, 은, 금속들, 및 이들의 조합, 등)는 칩 상의 단자를 생체 상호작용 전자 장치(160)에 접속할 수 있다. 유사하게, 제어기(150)는 인터커넥트들(157)을 통해 안테나(170)에 접속된다.
도 1에 도시된 블록도는 설명의 편의를 위해 기능 모듈들과 관련하여 설명된다는 점에 유의한다. 그러나, 안구-장착형 장치(110)의 실시예들은 단일 칩, 집적 회로, 및/또는 물리적 소자로 구현된 하나 이상의 기능 모듈들("서브 시스템들")로 배열될 수 있다. 예를 들어, 정류기/조정기(146)가 전원 블록(140) 내에 도시되어 있지만, 정류기/조정기(146)는 제어기(150)의 로직 요소들 및/또는 안구-장착형 장치(110) 내의 내장된 전자 장치의 다른 특징들을 또한 포함하는 칩 내에 구현될 수 있다. 따라서, 전원(140)으로부터 제어기(150)에 제공되는 DC 공급 전압(141)은 동일한 칩 내에 위치한 정류기 및/또는 조정기 소자들에 의해 칩 상의 소자들에 제공되는 공급 전압일 수 있다. 즉, 전원 블록(140)과 제어기 블록(150)으로서 도시된 도 1의 기능 블록들은 물리적으로 분리된 모듈들로서 구현될 필요는 없다. 게다가, 도 1에 설명된 하나 이상의 기능 모듈들은 서로 전기적으로 접속되어 있는 별도로 패키징된 칩들에 의해 구현될 수 있다.
추가로 또는 대안적으로, 에너지 획득 안테나(142)와 통신 안테나(170)는 동일한 물리적 안테나로 구현될 수 있다. 예를 들어, 루프 안테나는 전력 발생을 위해 입사 방사를 획득할 수 있으면서 후방산란 방사를 통해 정보를 전달할 수 있다.
판독기(180)는 눈 밖에 있도록 구성될 수 있고; 즉, 안구-장착형 장치의 부분이 아니다. 판독기(180)는 안구-장착형 장치(110)에 및 이로부터 무선 신호(171)를 송신하고 수신하기 위해 하나 이상의 안테나(188)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 판독기(180)는, 이에 제한되지는 않지만, RFID 표준, 블루투스 표준, Wi-Fi 표준, ZigBee 표준, 등과 같은, 하나 이상의 표준에 따라 작동하는 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 이용하여 통신할 수 있다.
판독기(180)는 메모리(182)와 통신하는 프로세서(186)를 갖춘 컴퓨팅 시스템을 또한 포함한다. 메모리(182)는 프로세서(186)에 의해 판독 가능한 자기 디스크, 광 디스크, 유기 메모리, 및/또는 임의의 다른 휘발성(예를 들어, RAM) 또는 비휘발성(예를 들어, ROM) 저장 시스템을, 제한 없이, 포함할 수 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체이다. 메모리(182)는, 센서 판독(예를 들어, 분석물질 생체 센서(162)로부터), 프로그램 설정(예를 들어, 안구-장착형 장치(110) 및/또는 판독기(180)의 거동을 조절하기 위해), 등과 같은 데이터의 표시를 저장하는 데이터 저장소(183)를 포함할 수 있다. 메모리(182)는 또한 판독기(180)가 명령어(184)에 의해 지정된 프로세스를 수행하게 하는 프로세서(186)에 의한 실행에 대한 프로그램 명령어(184)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로그램 명령어들(184)은 판독기(180)로 하여금 안구-장착형 장치(110)로부터 전달된 정보(예를 들어, 분석물질 생체 센서(162)로부터의 센서 출력)를 회수하는 것을 허용하는 사용자-인터페이스를 제공하게 할 수 있다. 판독기(180)는 무선 신호들(171)을 안구-장착형 장치(110)에 및 이로부터 송신 및 수신하기 위해 안테나(188)를 작동시키기 위한 하나 이상의 하드웨어 소자를 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 발진기, 주파수 인젝터, 인코더, 디코더, 증폭기, 필터, 등은 프로세서(186)로부터의 명령어에 따라 안테나(188)를 구동할 수 있다.
일부 실시예들에서, 판독기(180)는 무선 통신 링크(171)를 제공하기에 충분한 무선 접속을 갖춘 스마트폰, 디지털 어시스턴트, 또는 다른 휴대형 컴퓨팅 장치일 수 있다. 다른 실시예들에서, 판독기(180)는 예를 들어, 통신 링크(171)가 휴대형 컴퓨팅 장치에 보통 채택되지 않는 캐리어 주파수에서 동작하는 시나리오에서, 휴대형 컴퓨팅 장치 내에 플러그될 수 있는 안테나 모듈로서 구현될 수 있다. 최소한 도5의 문맥에서 하기에 더욱 상세하게 논의된 다른 실시예에서도, 판독기(180)는 상대적으로 무선 통신 링크(171)가 저 전력 예산으로 작동하게 하기 위해 착용자의 눈 근처에 착용되게 하도록 구성된 특수 목적 장치일 수 있다. 예를 들어, 판독기(180)는 안경에 통합되거나, 목걸이, 귀걸이, 등의 보석류에 통합되거나, 모자, 머리띠, 등의 머리 부근에 착용된 의류 제품에 통합될 수 있다.
안구-장착형 장치(110)가 분석물질 생체 센서(162)를 포함하는 예에서, 시스템(100)은 눈의 표면 위의 눈물 막 내의 분석물질 농도를 모니터링하도록 작동될 수 있다. 따라서, 안구-장착형 장치(110)는 눈 분석물질 생체 센서를 위한 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 눈물 막은 눈을 코팅하기 위해 눈물샘으로부터 분비된 수분 층이다. 눈물 막은 눈의 구조 내의 모세관을 통한 혈액 공급과 접촉하며 사람의 건강 상태(들)을 특성화하기 위해 분석되는 혈액에서 발견된 많은 바이오마커들을 포함한다. 예를 들어, 눈물 막은 글루코오스, 칼슘, 나트륨, 콜레스테롤, 칼륨, 다른 바이오마커, 등을 포함한다. 눈물 막 내의 바이오마커 농도는 혈액 내의 바이오마커의 대응하는 농도와는 시스템적으로 상이할 수 있지만, 눈물 막 바이오마커 농도 값을 혈액 농도 레벨로 맵핑하도록 2개의 농도 레벨 간의 관계가 설정될 수 있다. 예를 들어, 글루코오스의 눈물 막 농도는 대응하는 혈액 글루코오스 농도의 약 10분의 1이 되도록 설정(예를 들어, 경험적으로 결정)될 수 있다. 또 다른 비율 관계 및/또는 비-비율 관계가 사용될 수 있다. 그러므로, 눈물 막 분석물질 농도 레벨들을 측정하는 것은 사람의 신체 외부에서 분석될 혈액의 양을 빼냄으로써 수행된 혈액 샘플링 기술들과 비교하여 바이오마커 레벨들을 모니터링하기 위한 비침습식 기술을 제공한다. 게다가, 본 명세서에 개시된 눈 분석물질 생체 센서 플랫폼은 실질적으로 연속적으로 작동될 수 있어서 분석물질 농도의 실시간 모니터링을 가능케 한다.
눈물 막 분석물질 모니터로서 구성된 시스템(100)으로 판독을 수행하기 위해, 판독기(180)는 전원(140)을 통해 안구-장착형 장치(110)에 전력을 공급하기 위해 획득된 무선 주파수 방사(171)를 방출할 수 있다. 에너지 획득 안테나(142)(및/또는 통신 안테나(170))에 의해 포착된 무선 주파수 전기 신호들은 정류기/조정기(146)에서 정류 및/또는 조정되고, 조정된 DC 공급 전압(147)은 제어기(150)에 제공된다. 따라서, 무선 주파수 방사(171)는 안구-장착형 장치(110) 내의 전자 소자들을 온시킨다. 온으로 되면, 제어기(150)는 분석물질 생체 센서(162)를 작동시켜 분석물질 농도 레벨을 측정한다. 예를 들어, 센서 인터페이스 모듈(152)은 분석물질 생체 센서(162) 내의 작업 전극과 기준 전극 사이에 전압을 인가할 수 있다. 인가된 전압은 분석물질로 하여금 작업 전극에서 전기 화학적 반응을 겪게 하고 이에 의해 작업 전극을 통해 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 발생하게 하기에 충분할 수 있다. 측정된 전류 측정 전류는 분석물질 농도를 나타내는 센서 판독값("결과")을 제공할 수 있다. 제어기(150)는 (예를 들어, 통신 회로(156)를 통해) 판독기(180)에 센서 판독값을 다시 전달하기 위해 안테나(170)를 작동시킬 수 있다. 센서 판독값은, 예를 들어, 임피던스에서의 변조가 판독기(180)에 의해 검출되도록 통신 안테나(170)의 임피던스를 변조함으로써 전달될 수 있다. 안테나 임피던스에서의 변조는, 예를 들어, 안테나(170)로부터의 후방산란 방사에 의해 검출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 제어기(150) 및 전자 장치(160)에 전력을 공급하기 위해 안구-장착형 장치(110)에 비연속적으로("간헐적으로") 에너지를 공급하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 무선 주파수 방사(171)는 눈물 막 분석물질 농도 측정을 수행하고 그 결과를 전달하기에 충분히 오래 동안 안구-장착형 장치(110)에 전력을 공급하도록 공급될 수 있다. 예를 들어, 공급된 무선 주파수 방사는 작업 전극에서의 전기 화학적 반응을 유도하기에 충분한 전위를 작업 전극과 기준 전극 사이에 인가하고, 결과적 전류 측정 전류를 측정하고, 측정된 전류 측정 전류를 나타내는 방식으로 후방산란 방사를 조정하기 위해 안테나 임피던스를 변조하기에 충분한 전력을 제공할 수 있다. 이러한 예에서, 공급된 무선 주파수 방사(171)는 측정을 요구하기 위해 판독기(180)로부터 안구-장착형 장치(110)로의 질의 신호(interrogation signal)로 간주될 수 있다. (예를 들어, 장치를 일시적으로 온시키기 위해 무선 주파수 방사(171)를 공급함으로써) 안구-장착형 장치(110)에 주기적으로 질의하고 (예를 들어, 데이터 스토리지(183)를 통해) 센서 결과를 저장함으로써, 판독기(180)는 안구-장착형 장치(110)에 계속 전력을 공급하지 않고도 시간에 따른 일련의 분석물질 농도 측정을 누적할 수 있다.
도 2a는 예시적 안구-장착형 전자 장치(210)(또는 눈 전자 장치 플랫폼)의 하면도이다. 도 2b는 도 2a에 도시된 예시적 안구-장착형 전자 장치의 측면도이다. 도 2a 및 도 2b의 상대적 치수는 반드시 축척 비율대로 그려진 것은 아니고, 예시적 안구-장착형 전자 장치(210)의 배치를 기술하는 데 단지 설명의 목적을 위해 제공되었다는 점에 유의한다. 안구-장착형 장치(210)는 만곡된 디스크로서 성형된 중합체 재료(220)로 형성된다. 일부 실시예들에서, 안구-장착형 장치(210)는 안구-장착형 장치(110)의 상기 양태들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 안구-장착형 장치(110)는 안구-장착형 장치(210)의 본 명세서에서 언급된 양태들 중 일부 또는 전부를 더 포함할 수 있다.
중합체 재료(220)는 안구-장착형 장치(210)가 눈에 장착되어 있는 동안 입사 광이 눈으로 투과되게 하는 실질적으로 투명한 재료일 수 있다. 중합체 재료(220)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET"), 폴리메틸 메타크릴레이트("PMMA"), 폴리하이드록시에틸메타크릴레이트("polyHEMA"), 실리콘 하이드로겔, 이들의 조합, 등과 같은, 시력 측정법에서의 시야 교정 및/또는 미용 콘택트 렌즈들을 형성하기 위해 사용된 것들과 유사한 생체 적합 재료일 수 있다. 중합체 재료(220)는 오목면 (226)을 갖는 한 측면이 눈의 각막 표면 위에 적합하게 잘 맞도록 형성될 수 있다. 디스크의 반대 측은 안구-장착형 장치(210)가 눈에 장착되어 있는 동안 눈꺼풀 움직임에 간섭하지 않는 볼록면(224)을 가질 수 있다. 원형 외측 에지(228)는 오목면(224)과 볼록면(226)을 연결시킨다.
안구-장착형 장치(210)는 약 1센티미터의 직경 및 약 0.1 내지 약 0.5밀리미터의 두께 등, 시력 교정 및/또는 미용 콘택트 렌즈와 유사한 치수를 가질 수 있다. 그러나, 직경 및 두께 값들은 단지 설명의 목적을 위해 제공된다. 일부 실시예들에서, 안구-장착형 장치(210)의 치수는 착용자의 눈의 각막 표면의 크기 및/또는 형상에 따라 선택될 수 있다.
중합체 재료(220)는 다양한 방식으로 만곡된 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 열 몰딩, 주입 몰딩, 스핀 캐스팅, 등과 같은, 시야 교정 콘택트 렌즈를 형성하기 위해 사용된 것들과 유사한 기술이 중합체 재료(220)를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 안구-장착형 장치(210)가 눈에 장착되어 있는 동안, 볼록면(224)은 주위 환경 쪽으로 밖으로 향하고 반면에 오목면(226)은 각막 표면 쪽으로 안으로 향한다. 따라서, 볼록면(224)은 안구-장착형 장치(210)의 외측 상부 면으로 간주될 수 있고 반면에 오목면(226)은 내측 하부 면으로 간주될 수 있다. 도 2a에 도시된 "하면"도는 오목면(226)을 향하고 있는 것이다. 도 2a에 도시된 하면도로부터, 만곡된 디스크의 외곽 원주 근처의, 바깥 둘레(222)는 페이지 밖으로 확장하도록 만곡되고, 디스크의 중심 근처의, 중심 영역(221)은 페이지 안으로 확장하도록 만곡된다.
기판(230)은 중합체 재료(220)에 내장된다. 기판(230)은 중심 영역(221)으로부터 멀리, 중합체 재료(220)의 바깥 둘레(222)를 따라 위치하도록 내장될 수 있다. 기판(230)은 시야에 간섭하지 않는데, 그 이유는 기판이 눈에 너무 가까이 있어서 초점 내에 있지 않고 입사 광이 눈의 눈-감지 부위로 투과되는 중심 영역(221)으로부터 떨어져 배치되기 때문이다. 게다가, 기판(230)은 시각적 인지에 대한 영향을 더욱 완화하도록 투명한 재료로 형성될 수 있다.
기판(230)은 평평한 원형의 링(예를 들어, 중심 홀을 갖는 디스크)으로서 성형될 수 있다. (예를 들어, 방사상 폭을 따르는) 기판(230)의 평평한 표면은 (예를 들어, 플립-칩 장착을 통해) 칩 등의 전자 장치를 장착하고 (예를 들어, 포토리소그래피, 퇴적, 도금 등의 미세 제조 기술을 통해) 도전성 재료를 패터닝하여 전극들, 안테나(들), 및/또는 인터커넥션들을 형성하기 위한 플랫폼이다. 기판(230) 및 중합체 재료(220)는 공통의 중심 축에 관해 대략 원통 대칭일 수 있다. 기판(230)은, 예를 들어 약 10밀리미터의 직경, 약 1밀리미터의 방사상 폭(예를 들어, 내경보다 1밀리미터 큰 외경), 및 약 50마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이러한 치수는 단지 예의 목적을 위해 제공되고, 결코 본 개시 내용을 제한하지 않는다. 기판(230)은 상기 도 1과 관련하여 기판(130)의 논의와 유사하게, 다양한 다른 폼 팩터로 구현될 수 있다.
루프 안테나(270), 제어기(250), 및 생체 상호작용 전자 장치(260)는 내장된 기판(230) 상에 배치된다. 제어기(250)는 생체 상호작용 전자 장치(260) 및 루프 안테나(270)를 작동시키도록 구성된 로직 요소를 포함하는 칩일 수 있다. 제어기(250)는 기판(230) 상에 또한 위치한 인터커넥트들(257)에 의해 루프 안테나(270)에 전기적으로 접속된다. 유사하게, 제어기(250)는 인터커넥트(251)에 의해 생체 상호작용 전자 장치(260)에 전기적으로 접속된다. 인터커넥트(251, 257), 루프 안테나(270), 및 임의의 전도성 전극(예를 들어, 전기 화학 분석물질 생체 센서, 등을 위한)은 정확히 퇴적, 포토리소그래피, 등과 같은, 그러한 물질을 패터닝하기 위한 프로세스에 의해 기판(230) 상에 패턴화된 도전성 재료로부터 형성될 수 있다. 기판(230) 상에 패턴화된 도전성 재료는 예를 들어, 금, 백금, 팔라듐, 티타늄, 탄소, 알루미늄, 구리, 은, 은-염화물, 귀금속(noble materials)으로부터 형성된 도전체, 금속, 이것들의 조합, 등일 수 있다.
안구-장착형 장치(210)의 볼록면(224)을 향하는 도면인, 도 2a에 도시된 바와 같이, 생체 상호작용 전자 장치(260)는 볼록면(224)을 향하는 기판(230)의 측에 장착된다. 생체 상호작용 전자 장치(260)는 분석물질 생체 센서를 포함할 경우, 예를 들어, 볼록면(224)에 대면하여 기판(230) 상에 그러한 생체 센서를 장착하는 것은, 생체 센서가 볼록면(224)에의 중합체 재료(220) 내의 (도 2c 및 2d에 도시된) 채널(272)을 통해 눈물 막에서 분석물질 농도를 감지하게 한다. 일부 실시예들에서, 일부 전자 소자들은 기판(230)의 한 측에 장착될 수 있는 반면, 다른 전자 소자들은 반대 측에 장착되고, 이 둘 간의 접속은 기판(230)을 관통하는 도전성 재료를 통해 이루어질 수 있다.
루프 안테나(270)는 평평한 도전성 링을 형성하기 위해 기판의 평평한 표면을 따라 패턴화된 도전성 재료의 층이다. 일부 경우에서, 루프 안테나(270)는 완전한 루프를 만들지 않고서도 형성될 수 있다. 예를 들어, 루프 안테나는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제어기(250) 및 생체 상호작용 전자 장치(260)를 위한 공간을 허용하는 컷아웃을 가질 수 있다. 그러나, 루프 안테나(270)는 또한 기판(230)의 평평한 표면을 1회 이상 완전히 감싸는 도전성 재료의 연속하는 스트립으로서 배열될 수도 있다. 예를 들어, 복수의 권선을 갖는 도전성 재료의 스트립은 제어기(250) 및 생체 상호작용 전자 장치(260) 반대쪽의 기판(230) 측 상에 패터닝될 수 있다. 이러한 권선형 안테나의 단부들(예를 들어, 안테나 리드들) 간의 인터커넥트들은 그리고 나서 기판(230)을 통해 제어기(250)까지 통과할 수 있다.
도 2c는 눈(10)의 각막 표면(22)에 장착되어 있는 동안의 예시적 안구-장착형 전자 장치(210)의 측단면도이다. 도 2d는 예시적 안구-장착형 장치(210)의 노출된 표면들(224, 226)을 둘러싸는 눈물 막 층들(40, 42)을 보여주도록 확대된 근접 측단면도이다. 도 2c 및 도 2d의 상대적 치수는 반드시 축척 비율대로 그려진 것은 아니고, 예시적 안구-장착형 전자 장치(210)의 배치를 설명하는데 있어서 단지 설명의 목적을 위해 제공되었다는 점에 유의한다. 예를 들어, 안구-장착형 장치의 총 두께는 약 200마이크로미터인 반면, 눈물 막 층들(40, 42)의 두께는 각각 약 10마이크로미터일 수 있지만, 이러한 비율은 도면들에서 반영되지 않을 수도 있다. 일부 양태들은 예시를 가능하게 하고 설명을 용이하게 하기 위해 과장된다.
눈(10)은 윗 눈꺼풀(30)과 아랫 눈꺼풀(32)을 눈(10)의 상부 위에서 함께 붙임으로써 덮이는 각막(20)을 포함한다. 입사 광은 각막(20)을 통해 눈(10)에 들어오고, 여기서, 광은 선택적으로 눈(10)의 광 감지 요소들(예를 들어, 간상체와 추상체, 등)로 향하게 하여 시각적 지각을 자극한다. 눈꺼풀(30, 32)의 움직임은 눈(10)의 노출된 각막 표면(22)에 걸쳐 눈물 막을 분산시킨다. 눈물 막은 눈(10)을 보호하고 윤활시키기 위해 눈물샘에 의해 분비된 수용액이다. 안구-장착형 장치(210)가 눈(10)에 장착될 때, 눈물 막은 (오목면(226)을 따라) 내측 층(40)과 (볼록면(224)을 따라) 외측 층(42)으로 볼록면과 오목면(224, 226) 양쪽을 코팅한다. 눈물 막 층들(40, 42)은 두께가 약 10마이크로미터이고 함께 약 10마이크로리터를 차지할 수 있다.
눈물 막 층들(40, 42)은 눈꺼풀(30, 32)의 움직임에 의해 각막 표면(22) 및/또는 볼록면(224)에 걸쳐 분포된다. 예를 들어, 눈꺼풀(30, 32)은 각각 열리거나 닫혀서, 각막 표면(22) 및/또는 안구-장착형 장치(210)의 볼록면(224)에 걸쳐 소량의 눈물 막을 확산시킨다. 각막 표면(22) 상의 눈물 막 층(40)은 또한 오목면(226)과 각막 표면(22) 간의 모세관력에 의해 안구-장착형 장치(210)의 장착을 용이하게 한다. 일부 실시예들에서, 안구-장착형 장치(210)는 또한 눈으로 향하는 오목면(226)의 오목한 만곡으로 인해 각막 표면(22)에 대한 진공력에 의해 부분적으로 눈 위에 유지될 수 있다.
도 2c 및 2d의 단면도에 도시된 바와 같이, 기판(230)은 기판(230)의 평평한 장착 표면들이 대략 볼록면(224)의 인접한 부분과 평행하도록 기울어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 기판(230)은 내향 표면(232)(중합체 재료(220)의 오목면(226)에 대면하는)과 외향 표면(234)(볼록면(224)에 대향하는)을 갖는 평평한 링이다. 기판(230)은 장착 표면(232, 234)의 한쪽 또는 양쪽에 장착된 전자 소자들 및/또는 패턴화된 도전성 재료들을 가질 수 있다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 생체 상호작용 전자 장치(260), 제어기(250), 및 도전성 인터커넥트(251)는 생체 상호작용 전자 장치(260)가 볼록면(224)에 대향하도록 외향 표면(234) 상에 장착된다.
전방 측을 한정하는 중합체 층은 50 마이크로미터보다 더 두꺼울 수 있는 반면, 후방 측을 한정하는 중합체 층은 두께가 150 마이크로미터 미만일 수 있다. 따라서, 생체 상호작용 전자 장치(260)는 볼록면(224)으로부터 최소한 50 마이크로미터 떨어져 있을 수 있고 오목면(226)으로부터 더 멀리 떨어져 있을 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 생체 상호작용 전자 장치(260)는 생체 상호작용 전자 장치(260)가 오목면(226)에 대향하도록 기판(230)의 내향 표면(232) 상에 장착될 수 있다. 생체 상호작용 전자 장치(260)는 또한 볼록면(224)보다 오목면(226)에 더 가까이 위치할 수 있다. 이러한 배치로, 생체 상호작용 전자 장치(160)는 채널(272)을 통해 눈물 막(292) 내의 분석물질 농도들을 수신할 수 있다.
도 3은 눈물 막 분석물질 농도를 전기 화학적으로 측정하고 표시하기 위한 시스템(300)의 기능 블록도이다. 시스템(300)은 판독기(340)와 통신하고 이에 의해 가동되는 내장된 전자 소자들을 갖는 안구-장착형 장치(310)를 포함한다. 판독기(340)는 디스플레이 장치(350)와 통신하도록 또한 구성될 수 있다. 판독기(340)와 안구-장착형 장치(310)는 프로토콜 1로서 도 3에 도시된, 하나의 통신 프로토콜 또는 표준에 따라 통신할 수 있고, 판독기(340)와 디스플레이 장치(350)는 프로토콜 2로서 도 3에 도시된, 하나의 통신 프로토콜 또는 표준에 따라 통신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로토콜 1과 프로토콜 2는 동일하고; 반면에 다른 실시예에서, 프로토콜 1은 프로토콜 2와 다르다. 특별한 실시예에서, 프로토콜 1은 RFID 프로토콜이고 프로토콜 2는 또한 블루투스 프로토콜, Wi-Fi 프로토콜, 또는 ZigBee 프로토콜이다. 다른 특별한 실시예에서, 프로토콜 1은 또한 블루투스 프로토콜, Wi-Fi 프로토콜, 또는 ZigBee 프로토콜이다. 또 다른 특별한 실시예에서, 프로토콜 2는 유선 프로토콜이고; 예를 들어, USB(Universal Serial Bus) 프로토콜, 등록잭 프로토콜(예를 들어, RJ-25), 또는 유선 근거리 통신망 프로토콜(예를 들어, 이더넷)과 같지만, 이에 한정되지는 않는다.
안구-장착형 장치(310)는 판독기(340)로부터 무선 주파수(RF) 전력(341)을 포착하기 위한 안테나(312)를 포함한다. 일부 실시예들에서, RF 전력(341) 및/또는 후방산란 통신(343)은 도 3에 도시된 프로토콜 1과 같은, 통신 표준 또는 프로토콜에 따라 제공될 수 있다.
안구-장착형 장치(310)는 내장된 전자 장치를 작동시키기 위해 전원 전압들(330, 332)을 발생시키기 위한 정류기(314), 에너지 저장소(316), 및 조정기(318)를 포함한다. 안구-장착형 장치(310)는 센서 인터페이스(321)에 의해 구동되는 작업 전극(322) 및 기준 전극(323)을 갖는 전기 화학 센서(320)를 포함한다. 안구-장착형 장치(310)는 안테나(312)의 임피던스를 변조함으로써 센서(320)로부터의 결과들을 판독기(340)에 전달하기 위한 하드웨어 로직(324)을 포함한다. 임피던스 변조기(325)(도 3에서 스위치로서 상징적으로 도시됨)는 하드웨어 로직(324)으로부터의 명령어들에 따라 안테나 임피던스를 변조하는 데 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 안구-장착형 장치(110) 및 도 2에 도시된 안구-장착형 장치(210)와 유사하게, 안구-장착형 장치(310)는 눈에 장착되도록 구성된 중합체 재료에 내장된 장착 기판을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 전기 화학 센서(320)는 시약에 의해 촉매 작용이 된 분석물질의 산물들이 작업 전극(322)에서 전기 화학적으로 반응(예를 들어, 환원 및/또는 산화 반응)하게 하기에 충분한 전압을 전극들(322, 323) 사이에 인가함으로써 분석물질 농도를 측정한다. 작업 전극(322)에서의 전기 화학 반응들은 작업 전극(322)에서 측정될 수 있는 전류 측정 전류를 생성한다. 센서 인터페이스(321)는, 예를 들어, 작업 전극(322)에서 시약-촉매 작용된 분석물질로부터의 산물들을 환원시키기 위해 작업 전극(322)과 기준 전극(323) 사이에 환원 전압을 인가한다. 추가로 또는 대안적으로, 센서 인터페이스(321)는 작업 전극(322)에서 시약-촉매 작용된 분석물질로부터의 산물들을 산화시키기 위해 작업 전극(322)과 기준 전극(323) 사이에 산화 전압을 인가할 수 있다. 센서 인터페이스(321)는 전류 측정 전류를 측정하고 출력을 하드웨어 로직(324)에 제공한다. 센서 인터페이스(321)는 예를 들어, 작업 전극(322)과 기준 전극(323) 사이에 전압을 동시에 인가하고 작업 전극(322)을 통해 결과적인 전류 측정 전류를 측정하기 위해 양쪽 전극들(322, 323)에 접속된 전위 가변기를 포함할 수 있다.
정류기(314), 에너지 저장소(316), 및 전압 조정기(318)는 수신된 RF 전력(341)으로부터 에너지를 획득하도록 작동한다. RF 전력(341)은 안테나(312)의 리드들 상에서 무선 주파수 전기 신호들을 발생시킨다. 정류기(314)는 안테나 리드들에 접속되고 무선 주파수 전기 신호들을 DC 전압으로 변환한다. 에너지 저장소(316)(예를 들어, 커패시터)는 DC 전압의 고주파 성분들을 필터링하기 위해 정류기(314)의 출력 양단에 접속된다. 조정기(318)는 필터링된 DC 전압을 수신하고 하드웨어 로직(324)을 작동시키기 위한 디지털 공급 전압(330)과 전기 화학 센서(320)를 작동시키기 위한 아날로그 공급 전압(332) 둘 다를 출력한다. 예를 들어, 아날로그 공급 전압은 전류 측정 전류를 발생하기 위해 센서 전극들(322, 323) 사이에 전압을 인가하도록 센서 인터페이스(321)에 의해 이용된 전압일 수 있다. 디지털 공급 전압(330)은 디지털 로직 회로를 구동하는데 적합한 전압, 예를 들어, 대략 1.2 볼트, 대략 3 볼트, 등일 수 있다. 판독기(340)(또는 주변 방사, 등과 같은, 또 다른 소스)로부터의 RF 전력(341)의 수신은 공급 전압(330, 332)이 센서(320)와 하드웨어 로직(324)에 공급되게 한다. 가동되는 동안, 센서(320) 및 하드웨어 로직(324)은 전류 측정 전류를 발생시켜 측정하고 결과들을 전달하도록 구성된다.
센서 결과들은 안테나(312)로부터의 후방산란 방사(343)를 통해 판독기(340)에 다시 전달될 수 있다. 하드웨어 로직(324)은 전기 화학 센서(320)로부터 출력 전류를 수신하고 센서(320)에 의해 측정된 전류 측정 전류에 따라 안테나(312)의 임피던스를 변조한다(325). 안테나 임피던스 및/또는 안테나 임피던스에서의 변화는 후방산란 신호(343)를 통해 판독기(340)에 의해 검출된다.
판독기(340)는 프로토콜 1을 이용하여 통신하기 위해 프로토콜 1 프론트 엔드(342a) 및 로직 성분(344)을 포함하고, 후방산란 신호(343)에 의해 표시된 정보를 디코딩하고, 디지털 입력을 처리 시스템(346)에 제공하고 사용자 인터페이스(348)를 통해 입력을 수신하고 및/또는 출력을 제공할 수 있다. 프로토콜 1은, 예를 들어, RFID 프로토콜일 수 있다. 일부 실시예들에서, 안구-장착형 장치(310)의 일부 또는 전부는 RFID 태그의 일부 또는 모든 특징을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 안구-장착형 장치(210)의 태그(370)로서 도시된 부품들; 예를 들어, 안테나(312), 정류기(314), 에너지 저장소(316), 전압 조정기(318), 하드웨어 로직(324), 등의 일부 또는 전부는 RFID 태그의 일부 또는 모든 특징을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 분리된 기능 블록들로서 도시된 특징들 중 하나 이상은 단일 칩 상에 구현될("패키지될") 수 있다. 예를 들어, 안구-장착형 장치(310)는 단일 칩 또는 제어기 모듈에서 함께 패키지된 정류기(314), 에너지 저장소(316), 전압 조정기(318), 센서 인터페이스(321), 및 하드웨어 로직(324)으로 구현될 수 있다. 이러한 제어기는 루프 안테나(312) 및 센서 전극들(322, 323)에 접속된 인터커넥트들("리드들")을 가질 수 있다. 이러한 제어기는 루프 안테나(312)에서 수신된 에너지를 획득하고, 전류 측정 전류를 발생하기에 충분한 전압을 전극들(322, 323) 사이에 인가하고, 전류 측정 전류를 측정하고, 측정된 전류를 안테나(312)를 통해(예를 들어, 후방산란 방사(343)를 통해) 표시하도록 작동한다.
이에 제한되지는 않지만, 처리 시스템(346) 또는 처리 시스템(356)과 같은, 처리 시스템은 하나 이상의 프로세서와 하나 이상의 스토리지 부품을 포함할 수 있다. 예시적 프로세서(들)는 CPU들, 그래픽 처리 유닛(GPU)들, 디지털 신호 처리기(DSP)들, 주문형 집적 회로(ASIC)들을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 예시적 스토리지 부품(들)은 이에 제한되지 않지만, 휘발성 및/또는 비-휘발성 부품, 예를 들어, 광학적, 자기성, 유기 또는 다른 메모리, 디스크 스토리지; 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 광 메모리 유닛, 및 디스크 메모리를 포함한다. 스토리지 부품(들)은, 처리 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 처리 시스템으로 하여금, 예를 들어, 이에 한정되지는 않지만, 판독기(340), 안구-장착형 장치(310), 및/또는 디스플레이 장치(350)의 본 명세서에서 설명된 기능들과 같은 기능들을 실행하게 하도록 구성된 소프트웨어와 데이터; 예를 들어, 컴퓨터-판독가능 명령어를 저장하도록 구성될 수 있다.
판독기(340)는 (예를 들어, 안테나(312)의 임피던스를 센서(320)로부터의 출력과 연관시키는 사전 프로그램된 관계에 따라 처리 시스템(346)을 통해) 후방산란 신호(343)를 센서 결과를 연관시킨다. 처리 시스템(346)은 그리고 나서 표시된 센서 결과들(예를 들어, 눈물 막 분석물질 농도 값들)을 (예를 들어, 디스플레이 장치(350) 상에서 또는 네트워크를 통해 외부 메모리와 통신함으로써) 로컬 메모리 및/또는 외부 메모리에 저장할 수 있다.
판독기(340)의 사용자 인터페이스(348)는, 판독기(340)가 작동하고 있는 것을 나타내고 그 상태에 관한 일부 정보를 제공할 수 있는, 이에 제한되지는 않지만 하나 이상의 발광 다이오드(LED)들과 같은, 표시자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 판독기(340)는 정상적으로 동작할 때 하나의 컬러(예를 들어, 녹색)를 표시하고 비정상적으로 동작할 때 또 다른 컬러(예를 들어, 적색)를 표시하는 LED로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, LED(들)는 유휴 상태일 때에 비해 데이터를 처리 및/또는 전달할 때 디스플레이를 변경할 수 있다(예를 들어, 데이터를 처리하는 동안에는 주기적으로 온 및 오프로 하며, 유휴 상태일 동안에는 계속 온으로 머물거나 계속 오프로 머문다).
일부 실시예들에서, 사용자 인터페이스(348)의 LED(들)의 하나 이상은 센서 데이터의 상태를 표시할 수 있고; 예를 들어, 센서 데이터가 정상 범위(들) 내에 있거나 사용가능하지 않을 때 표시하지 않고, 센서 데이터가 정상 범위(들) 밖에 있지만 매우 높거나 낮을 때 제1 컬러로 표시하고, 센서 데이터가 매우 높고 및/또는 낮을 때 제2 컬러를 표시한다. 예를 들어, 센서 데이터가 혈당 레벨이 매우 높거나 낮은 것을 나타내면, 사용자 인터페이스(348)는 제2 컬러를 이용하여 표시하기 위해 처리 시스템(346)에 의해 지시될 수 있다. 특별한 실시예에서, 사용자 인터페이스(348)는 판독기(340)가 사운드; 예를 들어, 센서 데이터가 매우 높고 및/또는 낮은 경우의 경고 사운드(들)및/또는 톤(들)을 생성하는 것을 가능하게 하는 스피커 또는 다른 사운드-방출 장치를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 판독기(340)는 입력을 수신하기 위해 하나 이상의 버튼 및/또는 다른 장치를 가질 수 있다. 예를 들어, 판독기(340)는 교정 데이터가 생성되는 것을 나타내기 위해 교정 버튼을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 판독기(340)는 안구-장착형 장치(310)/태그(370)뿐만 아니라 장치와 통신할 수 있다. 예를 들어, 도 3은 프로토콜 2를 이용하는 판독기(340)와 디스플레이 장치(350) 사이의 통신(360)을 도시한다.
디스플레이 장치(350)와 통신하기 위해서, 판독기(340)는 프로토콜 2 프론트 엔드(342b)를 포함할 수 있고 하드웨어 로직(344)은 프로토콜 2를 이용하여 전달하기 위해 프로토콜 2 프론트 엔드(342b)를 이용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 처리 시스템(346)은 하드웨어 로직(344)의 본 명세서에서 설명된 기능을 포함하고 및/또는 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3은 디스플레이 장치(350)가 프로토콜 2 프론트 엔드(352), 하드웨어 로직(354), 처리 시스템(356), 및 사용자 인터페이스(UI)(358)를 포함할 수 있다는 것을 도시한다. 하드웨어 로직(354)은 프로토콜 2를 이용하여 최소한 판독기(340)와 통신하기 위해 프로토콜 2 프론트 엔드(352)를 이용하도록 구성될 수 있다. 처리 시스템(356)은, 실행될 때, 디스플레이 시스템(350)의 본 명세서에서 설명된 기능들의 일부 또는 전부를 수행하도록 구성된 컴퓨터-판독가능 명령어를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 처리 시스템(356)은 하드웨어 로직(354)의 본 명세서에서 설명된 기능을 포함하고 및/또는 수행하도록 구성될 수 있다. UI(358)는, 예를 들어, 통신(360)의 일부로서 판독기(180)로부터 수신된 데이터와 관련되는 이미지, 텍스트, 오디오, 및/또는 비디오 정보를 제공하는 것을 포함하나, 이에 제한되지는 않는 이미지, 텍스트, 사운드, 햅틱 피드백, 등을 제공하도록 구성된 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 장치(350)는 프로토콜 3 프론트 엔드(362)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 하드웨어 로직(354)은 프로토콜 3을 이용하여 하나 이상의 다른 장치(도 3에서 도시되지 않음)와의 통신(364)을 전송하고 수신하기 위해 프로토콜 3 프론트 엔드(362)를 이용하도록 구성될 수 있다. 프로토콜 3은, 이에 한정되지는 않지만, RFID 프로토콜, 블루투스 프로토콜, Wi-Fi 프로토콜, ZigBee 프로토콜, WiMax 프로토콜, 또는 무선 광역 통신망 프로토콜(예를 들어, TDMA, CDMA, GSM, UMTS, EV-DO, LTE)와 같은 하나 이상의 무선 프로토콜 및/또는 이에 한정되지는 않지만, USB(Universal Serial Bus) 프로토콜, 등록잭 프로토콜(예를 들어, RJ-25), 또는 유선 근거리 통신망 프로토콜(예를 들어, 이더넷)과 같은 하나 이상의 유선 프로토콜을 포함할 수 있다. 특히 이러한 실시예에서, 프로토콜 2 프론트 엔드(352) 및 프로토콜 3 프론트 엔드(362)가 결합될 수 있다.
프로토콜 3을 이용하는 실시예에서, 디스플레이 장치(350)는 하나 이상의 기타 장치를 이용하여 데이터를 전달하고 및/또는 브리지하는데 사용될 수 있다. 특히 이러한 실시예에서, 하나 이상의 기타 장치들 중 한 장치는 디스플레이 장치(350)로부터 데이터를 수집하기 위한 하나 이상의 애플리케이션; 예를 들어, 클라우드 데이터 콜렉션 애플리케이션을 실행하도록 구성된 서버일 수 있다.
III. 예시적 전위 가변기
도4는 개략적으로 예시적 전위 가변기(400)를 설명한다. 전위 가변기(400)는, 예를 들어, 도1에 도시된 센서 인터페이스(152) 또는 도 3에 도시된 센서 인터페이스(321)에 해당되고 또는 포함될 수 있다. 따라서, 전위 가변기(400)는 안구-장착형 장치와 같은, 신체-장착형 장치의 일부일 수 있다. 선택적으로, 전위 가변기(400)는 일부 다른 타입의 장치 또는 시스템에 포함될 수 있다.
전위 가변기(400)는 또한 작업 전극을 통해 입력 전류를 측정하는 동안 전기 화학 센서의 작업 전극(예를 들어, 기준 전극에 대하여)의 바람직한 전압을 유지하도록 기능할 수 있다. 입력 전류는 분석물질과 관련된 산화 또는 환원 반응으로부터 유래할 수 있다. 도4에서, 작업 전극은 입력 전류(Iin)의 전류 소스(402)로서 표현된다. 전위 가변기(400)의 "접지"는 그러므로 기준 전극에 해당될 수 있다.
전위 가변기(400)는 작업 전극(전류 소스(402))에 결합된 전류 미러(404)를 포함한다. 전류 미러(404)는 입력 전류(Iin)를 미러링하는 미러 전류(Imirror)를 생성하도록 구성된다. 미러 전류는 입력 전류에서의 변화가 미러 전류에서의 변화에 의해 반영되도록 입력 전류와 관련된다. 일부 예들에서, 미러 전류는 대략 입력 전류와 동일하다. 다른 예에서, 미러 전류는 스케일링 계수에 의해 승산되고/또는 고정된 오프셋이 첨가된 입력 전류와 동일하다. 도시된 바와 같이, 전류 미러(404)는 공급 전압(Vsupply)에 연결된 2개의 전류 경로를 포함한다. 입력 전류는 제1 전류 경로를 통해 흐르고, 미러 전류는 제2 전류 경로를 통해 흐른다. 이 예에서, 제1 전류 경로는 직렬로 연결된 전계 효과 트랜지스터(406과 408)을 포함하고, 제2 전류 경로는 직렬로 연결된 전계 효과 트랜지스터(410과 412)를 포함한다. 그러나, 전류 미러(404)의 이러한 구성은 단지 하나의 가능한 예인 것으로 이해되어야 한다. 일반적으로, 전류 미러(404)는 많거나 적은 수의 트랜지스터를 각각의 전류 경로에 포함할 수 있고, 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터 또는 일부 다른 타입의 트랜지스터일 수 있다.
전위 가변기(400)는 또한 기준 전압(Vref)에 기초하여 작업 전극의 전압을 유지하도록 구성된 전압 조정기를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전압 조정기는 차동 증폭기(414)의 형태이다. 차동 증폭기(414)는 기준 전압(Vref)에 연결된 반전 입력과 작업 전극(전류 소스(402))에 연결된 비반전 입력을 가지고 있다. 차동 증폭기(414)의 출력은 전계 효과 트랜지스터(406)의 게이트와 전계 효과 트랜지스터(410)의 게이트에 연결된다. 전계 효과 트랜지스터(408과 412)의 게이트는 고정 바이어스 전압(Vbias)에 연결된다. 이런 방식으로, 고정 바이어스 전압(Vbias)과 결합된 차동 증폭기(414)의 출력은, 작업 전극에서의 전압이 기준 전압(Vref)과 동일(또는 거의 동일)하도록 전류 미러(404)를 제어한다.
전위 가변기(400)에서, 미러 전류(Imirror)는 커패시터(416)로서 도4에 도시된 수동 적분기에 의해 적분된다. 그러므로, 커패시터(416)가 미러 전류에 의해 충전되고 있을 때, 커패시터 양단의 전압은 미러 전류의 크기와 관련된 비율로 증가한다. 하기에 더욱 상세하게 논의된 것처럼, 커패시터(416)는 또한 제어 전류(Icontrol)에 의해 방전될 수 있다. 커패시터(416)가 제어 전류에 의해 방전되고 있을 때, 커패시터 양단의 전압은 제어 전류의 크기와 미러 전류의 크기 사이의 차이와 관련된 비율로 감소된다. 커패시터(416)의 충전과 방전의 교대 주기에, 커패시터 전압(Vcap)은 도5에 도시된 바와 같이, 톱니 패턴으로 변동한다.
전위 가변기(400)는 또한 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터(418)를 포함하고, 그것은 미러 전류(Imirror)의 크기, 따라서 입력 전류(Iin)의 크기를 나타내는 디지털 출력(dout)를 생성한다. 도시된 바와 같이, 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터(418)는 비교기(420), 전류 소스(422), 및 카운터(424)를 포함한다.
비교기(420)는 커패시터(416)에 결합된 하나의 입력과 비교 전압(Vcomp)에 결합된 또 하나의 입력을 가지고 있다. 비교 전압은, 예를 들어 기준 전압(Vref)과 동일할 수 있다. 이러한 배열로, 비교기(420)는 비교 전압(Vcomp)에 대한 커패시터 전압(Vcap)의 변화에 기초한 파형을 출력하도록 구성된다. 파형은 제1 전압 레벨(예를 들어, 로직 로우 레벨)과 제2 전압 레벨(예를 들어, 로직 하이 레벨) 사이에서 교대할 수 있다. 커패시터 전압(Vcap)이 비교 전압(Vcomp)보다 높은 레벨로 증가할 때, 비교기(420)의 출력은 제1 전압 레벨에서부터 제2 전압 레벨까지 전이할수 있다. 커패시터 전압(Vcap)이 비교 전압(Vcomp)보다 낮은 레벨로 감소할 때, 비교기(420)의 출력은 제2 전압 레벨에서부터 제1 전압 레벨까지 전이할 수 있다. 도5는 어떻게 비교기(420)로부터의 전압 출력(Vout)이 커패시터 전압(Vcap)의 변화에 따라 다를 수 있는지의 예를 도시한다.
전류 소스(422)와 카운터(424)는 비교기(420)에 의해 출력되는 파형을 입력으로서 수신한다. 전류 소스(422)는 파형에 기초하여 제어 전류(Icontrol)를 제공하도록 구성된다. 일례에서, 전류 소스(422)는 1-비트, 전류 디지털-아날로그 컨버터이다. 그러므로, 전류 소스(422)는 비교기(420)로부터 출력된 파형에 기초하는 듀티 사이클을 가진 제1 전류 레벨과 제2 전류 레벨 사이에서 제어 전류를 교대할 수 있다. 제1 전류 레벨은 전류 소스(422)가 비교기(420)로부터 출력된 파형이 제1 전압 레벨(예를 들어, 로직 로우 레벨)에 있을 때 제공하는 낮은 전류 레벨(예를 들어, 0 전류)일 수 있다. 제2 전류 레벨은 전류 소스(422)가 비교기(420)로부터 출력된 파형이 제2 전압 레벨(예를 들어, 로직 하이 레벨)에 있을 때 제공하는 높은 전류 레벨(Ihigh)일 수 있다.
도5는, 차례대로, Vcap(커패시터(416) 양단의 전압)의 변화에 기초하는, Vout(비교기(420)의 출력)의 변화에 응답하여, 제어 전류(Icontrol)가 낮은 레벨(Icontrol = 0)과 높은 레벨(Icontrol = Ihigh) 사이에서 변하는 예를 설명한다. Icontrol가 0일 때(그리고 Vout이 낮은 레벨 있을 때), 커패시터(416)는 Imirror에 의해 충전되고, Vcap은 Imirror의 크기와 관련된 비율로 증가한다. Vcap는 Vout가 낮은 레벨에서부터 높은 레벨까지 전이하게 하는 Vcomp보다 높은 레벨에 도달할 때까지 증가한다. 도5는 그와 같은 전이가 시간 t1, t3, 및 t5에서 발생한다는 것을 도시한다. 낮은 레벨에서부터 높은 레벨까지의 Vout의 전이는 제어 전류가 높은 레벨(Icontrol = Ihigh)로 증가하게 한다. 이는 차례로, 커패시터(416)가 방전되게 한다. 그러므로, Vcap는 제어 전류와 미러 전류(Ihigh - Imirror) 사이의 크기에서의 차이와 관련된 비율로 감소된다. Vcap는 Vout가 높은 레벨에서부터 낮은 레벨까지 전이하게 하는 Vcomp보다 낮은 레벨에 도달할 때까지 감소된다. 도5는 그와 같은 전이가 시간 t2, t4, 및 t6에서 발생한다는 것을 도시한다. 높은 레벨에서부터 낮은 레벨까지의 Vout의 전이는 제어 전류가 낮은 레벨(Icontrol = 0)로 감소되게 한다.
제어 전류(Icontrol)가 도5에 도시된 바와 같이, 0과 Ihigh 사이에서 변경하면, 제어 전류(Icontrol)의 시간-평균 값은 미러 전류(Imirror)와 동일하고, 따라서 작업 전극으로부터의 입력 전류(Iin)와 관련될 것이다. 제어 전류의 시간-평균 값을 측정하기 위해, 카운터(424)는, 파형의 상향 전이 또는 하향 전이와 같은, 비교기(420)에 의해 생성된 파형(Vout)의 특정한 특징을 검출하고, 사전 결정된 샘플링 주기 동안 파형의 특정한 특징이 발생한 횟수를 카운트하도록 구성된다. 사전 결정된 샘플링 주기는 작업 전극으로부터의 입력 전류, 따라서 미러 전류가 상대적으로 안정적인 동안의 임의의 시간 주기일 수 있다. 일부 예들에서, 사전 결정된 샘플링 주기는 0.01과 1.0 초 사이에 있을 수 있다. 예를 들어, 사전 결정된 샘플링 주기는 0.1 초일 수 있다.
카운터(424)에 의해 제공된 디지털 출력(dout)은 사전 결정된 샘플링 주기의 끝에서의 카운트에 해당될 수 있다. 이런 방식으로, dout의 값은 미러 전류(Imirror), 따라서 작업 전극으로부터 입력 전류(Iin)의 크기를 나타낸다. Iin가 Imirror와 동일하다고 가정하면, dout와 Iin 사이의 관계는 다음과 같이 최대 가능한 디지털 출력(dmax)과 제어 전류(Ihigh)의 높은 레벨의 값에 의존한다: Iin =(dout/dmax)Ihigh.
그러나, Iin과 Ihigh 사이의 상기 관계는 단지 하나의 가능한 예인 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 전류 소스(422)는 영점 회귀(return-to-zero)(RTZ) DAC일 수 있다. 그러한 경우에, 로직 높은 입력을 위해, RTZ DAC는 특별한 듀티 사이클(D)로, 낮은 레벨(예를 들어, 0)에서 시작해서, 높은 레벨(Ihigh)로 간 다음, 다시 낮은 레벨로 돌아가는 전류 펄스를 생성한다. 따라서, 최대 가능한 디지털 출력(dmax)을 위한 Icontrol(Imirror에 해당)의 시간-평균 값은 DAC 듀티 사이클(D)에 의해 승산된 높은 전류 레벨(Ihigh)과 동일할 것이다. 이러한 예시적 구현에서, Iin이 Imirror와 동일하다고 가정하면, dout와 Iin 사이의 관계는 다음과 같다: Iin = D(dout/dmax)Ihigh.
일부 예들에서, Imirror는 Iin과 동일하지 않고, 오히려, 체계적으로는 Iin보다 크거나 Iin보다 작다. 예를 들어, 전류 미러(404)는 미러 전류(Imirror)가 스케일링 계수(s)에 의해 승산된 입력 전류(Iin)와 동일하도록 설계될 수 있다. 일부 구현에서, s는 예를 들어, 전력 소모를 줄이기 위해서 1보다 작을 수 있다(s < 1). 다른 구현에서, s는 예를 들어, 측정의 정밀도를 증가시키기 위해서 1보다 클 수 있다 (s > 1).
카운터(424)로부터의 디지털 출력(dout)은 예를 들어, 글루코오스와 같은, 분석물질의 농도를 계산하기 위해 다른 성분에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 센서 인터페이스(321)에 해당하는 전위 가변기(400)로 인해, 로직 회로(324)는 디지털 출력(dout)을 수신하고 안테나(312)의 임피던스를 변조하여, 디지털 출력을 판독기(340)에 전달할 수 있다. 판독기(340)는 그리고 나서 디지털 출력에 기초하여 분석물질 농도를 계산할 수 있다. 선택적으로, 판독기(340)는 디지털 출력을 디스플레이 장치(350)에 전달할 수 있고, 디스플레이 장치(350)는 디지털 출력에 기초하여 분석물질 농도를 계산할 수 있다.
Ⅳ. 예시적 동작
도6은 예시적 방법(600)의 흐름도이다. 방법(600)은 도4에 도시되고 위에서 설명된 전위 가변기(400)와 같은, 전위 가변기에 의해 실행된 동작에 해당할 수 있다.
방법(600)은 블록(610)에서 시작할 수 있다. 블록(610)에서, 전류 미러(예를 들어, 전류 미러(404))는 전기 화학 센서의 작업 전극으로부터 입력 전류를 수신한다. 입력 전류는 전기 화학 센서가 노출되는 액체에서 분석물질과 관련된 산화 또는 환원 반응으로부터 있을 수 있다. 따라서, 입력 전류의 측정은 액체에서 분석물질의 농도와 관계될 수 있다.
블록(620)에서, 전류 미러는 입력 전류를 미러링하는 미러 전류를 생성한다. 미러 전류는 입력 전류와 동일하거나 본질적으로 동일할 수 있다(예를 들어, 측정 프로세스의 분해능 내에서 동일하다). 선택적으로, 미러 전류는 고정된 오프셋 및/또는 스케일링 계수만큼 입력 전류와 다를 수 있고, 그것은 개별 교정 프로세스에서 결정될 수 있다. 따라서, 입력 전류와 미러 전류 사이의 공지된 관계가 있을 수 있다.
블록(630)에서, 전류 소스는 파형에 기초하여 제어 전류를 제공한다. 일 예에서, 전류 소스는 도4에 도시된 전류 소스(422)와 같은, 1-비트, 전류 DAC일 수 있다. 파형은, 전류 소스가 제1 레벨(예를 들어, 0 전류)에서 제어 전류를 제공하게 하는 로직 로우 레벨과 전류 소스가 제2 레벨(예를 들어, Ihigh)에서 제어 전류를 제공하게 하는 로직 하이 레벨 사이에서 교호할 수 있다. 도5는 파형(Vout)과 제어 전류(Icontrol) 사이의 예시적 관계를 나타낸다. 그러나, 파형 및/또는 제어 전류가 다른 방식에서는 다를 수 있다는 것을 이해해야 한다. 게다가, 전류 소스는 1-비트, 전류 DAC와는 다르게 구성될 수 있다.
블록(640)에서, 커패시터(예를 들어, 커패시터(416))는 최소한 미러 전류와 제어 전류에 응답하여 커패시터 전압을 생성한다. 일 예에서, 미러 전류와 제어 전류는 커패시터 전압이 도5에 도시된 바와 같이, 톱니 패턴으로 변동하게 할 수 있다. 이러한 예에서, 커패시터는 미러 전류에 의해 충전되는 커패시터의 결과로서, 시간의 제1 주기 동안 증가하는 커패시터 전압을 생성하고, 제어 전류에 의해 방전되는 커패시터의 결과로서, 시간의 제2 주기 동안 감소하는 커패시터 전압을 생성한다.
블록(650)에서, 비교기(예를 들어, 비교기(420))는 비교 전압에 대한 커패시터 전압의 변화에 기초하여 파형을 생성한다. 도5는 커패시터 전압(Vcap)과 비교기(Vout)에 의해 생성된 파형 사이의 예시적 관계를 설명한다. 이러한 예에서, 파형은 비교기가 커패시터 전압이 비교 전압보다 높은 레벨로 증가할 때 제1 전압 레벨로부터 제2 전압 레벨로 전이하고 커패시터 전압이 비교 전압보다 낮은 레벨로 감소할 때 제2 전압 레벨로부터 제1 전압 레벨로 전이하기 때문에, 제1 전압 레벨(예를 들어, 로직 로우 레벨)과 제2 전압 레벨(예를 들어, 로직 하이 레벨) 사이에서 변한다.
블록(660)에서, 카운터(예를 들어, 카운터(424))는 파형의 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생한 횟수에 기초하여 디지털 출력을 제공한다. 파형이 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨 사이에서 변하는 경우에, 파형의 특정한 특징은 제1 전압 레벨로부터 제2 전압 레벨로의 상향 전이 또는 제2 전압 레벨로부터 제1 전압 레벨로의 하향 전이일 수 있다. 카운터는 각각의 그와 같은 상향 또는 하향 전이를 검출하고, 그에 따라, 그와 같은 전이의 수의 카운트를 증가시킬 수 있다. 이런 방식으로, 카운터는 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생하는 상향 또는 하향 전이의 수를 카운트할 수 있고, 사전 결정된 샘플링 주기의 끝에서, 카운트에 기초하여 디지털 출력을 제공한다. 따라서, 디지털 출력은 미러 전류, 따라서 작업 전극으로부터의 입력 전류의 크기를 나타낼 수 있다.
일부 예들에서, 방법(600)은 기준 전압(Vref)에 기초하여 작업 전극 상의 전압을 유지하는 전압 조정기를 더 포함할 수 있다. 전압 조정기는, 예를 들어, 기준 입력에 연결된 반전 입력, 작업 전극에 연결된 비반전 입력, 및 전류 미러에 연결된 출력을 가진 차동 증폭기일 수 있다. 출력은 전류 미러를 제어하여, 작업 전극에서의 그와 같은 전압이 본질적으로 기준 전압(예를 들어, 차동 증폭기의 한정된 이득과 입력 오프셋의 제한 내에서 동일한)과 동일하게 된다. 예를 들어, 도4에 도시된 바와 같이, 차동 증폭기(414)는 전계 효과 트랜지스터(406과 410)의 게이트에 출력을 제공하는 것에 의해 전류 미러(404)를 제어한다.
전압 조정기가 본질적으로 기준 전압(Vref)과 동일한 작업 전극 상의 전압을 유지하는 예에서, 비교기에 의해 이용된 비교 전압은 또한 본질적으로 기준 전압(Vref)과 동일할 수 있다. 따라서, 작업 전극 상의 전압은 측정 프로세스의 결과로서 커패시터 전압(Vcap)이 Vref보다 높은 레벨과 Vref보다 낮은 레벨 사이에서 변동하는 동안 Vref에 고정될 수 있다. 변동은 Vref에 비해 작을 수 있다. 더욱이, 전류 미러는 커패시터 전압(Vcap)에서의 변동으로부터 작업 전극을 보호할 수 있다.
V. 결론
다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에 개시되었지만, 본 기술 분야의 통상의 기술자에게는 다른 양태들 및 실시예들이 명백할 것이다. 본 명세서에서 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시의 목적을 위한 것이고, 한정하고자 하는 것이 아니며, 진정한 범위는 다음의 청구항들에 의해 규정된다.
또한, 예시적 실시예가 사람 또는 사람이 소유한 장치에 관련된 정보를 포함하는 경우에, 일부 실시예는 개인 정보 보호 제어를 포함할 수 있다. 그러한 개인 정보 보호 제어는, 적어도, 장치 식별자의 무명화, 투명성, 및 사용자가 사용자의 제품 사용에 관련된 정보를 변형 또는 삭제하는 것을 가능케 하는 기능을 포함한 사용자 제어를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 논의된 실시예가 사용자에 대한 개인 정보를 수집하거나, 개인 정보를 사용할 수 있는 상황에서, 사용자는 프로그램 또는 특징이 사용자 정보(예컨대, 사용자의 의무 기록에 대한 정보, 사회적 관계, 사회적 행동 또는 활동, 직업, 사용자의 선호도, 또는 사용자의 현재 위치)를 수집하는 지의 여부를 제어하거나, 사용자에 대해 더 관련될 수 있는 콘텐츠 서버로부터의 내용을 수신하는 지의 여부 및/또는 수신 방법을 제어하는 기회를 제공받을 수 있다. 게다가, 소정 데이터가 저장되거나 사용되기 전에 하나 이상의 방식으로 처리될 수 있어, 개인적으로 식별 가능한 정보가 제거될 수 있다. 예를 들어, 개인 식별 정보가 사용자에 대해 결정될 수 없도록, 사용자의 신원이 처리될 수 있다. 따라서, 사용자는 사용자에 관해 어떻게 정보가 수집되고 사용되는지를 제어할 수 있다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    전기 화학 센서의 작업 전극 - 상기 작업 전극은 입력 전류를 생성하도록 구성됨 -;
    커패시터;
    상기 작업 전극에 결합된 전류 미러 - 상기 전류 미러는 전원과 상기 작업 전극 사이의 제1 전류 경로와, 상기 전원과 상기 커패시터 사이의 제2 전류 경로와, 상기 제1 전류 경로에서 직렬로 연결된 제1 전계 효과 트랜지스터와 제2 전계 효과 트랜지스터, 및 상기 제2 전류 경로에서 직렬로 연결된 제3 전계 효과 트랜지스터와 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함하고, 상기 전류 미러는 상기 입력 전류를 미러링하는 미러 전류를 생성하도록 구성됨 -;
    상기 작업 전극과 전류 미러에 결합된 전압 조정기 - 상기 전압 조정기는 기준 전압에 기초하여 상기 작업 전극 상의 전압을 유지하도록 구성됨 -;
    제어 전류를 제공하도록 구성된 전류 소스 - 상기 커패시터는 최소한 상기 미러 전류와 제어 전류에 응답하여 커패시터 전압을 생성하도록 구성됨 -;
    상기 커패시터에 결합된 비교기 - 상기 비교기는 비교 전압에 대한 상기 커패시터 전압의 변화에 기초하여 파형을 출력하도록 구성됨 -; 및
    상기 비교기에 결합된 카운터 - 상기 카운터는 상기 비교기로부터 출력된 상기 파형에서의 특정한 특징을 검출하고 상기 파형에서의 상기 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생한 횟수에 기초하여 디지털 출력을 제공하도록 구성됨 - 를 포함하는, 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압 조정기는 상기 기준 전압에 연결된 반전 입력, 상기 작업 전극에 연결된 비반전 입력, 및 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트와 상기 제3 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 연결된 출력을 가지고 있는 차동 증폭기를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전류 소스는 상기 비교기에 결합되고 상기 비교기로부터 출력된 상기 파형에 기초하여 상기 제어 전류를 제공하도록 구성되는, 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전류 소스는 상기 비교기로부터 출력된 상기 파형에 기초한 듀티 사이클로 제1 전류 레벨과 제2 전류 레벨 사이에서 상기 제어 전류를 교호시키도록 구성되는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 비교기는 제1 전압 레벨과 제2 전압 레벨 사이에서 상기 파형을 출력하여, 상기 파형이 상기 커패시터 전압이 상기 비교 전압보다 높은 레벨로 증가할 때 상기 제1 전압 레벨로부터 상기 제2 전압 레벨로 전이하고 상기 커패시터 전압이 상기 비교 전압보다 낮은 레벨로 감소할 때 상기 제2 전압 레벨로부터 상기 제1 전압 레벨로 전이하게 하도록 구성되는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비교 전압은 상기 기준 전압과 동일한, 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전류 소스는 상기 파형이 상기 제1 전압 레벨에 있을 때 상기 제1 전류 레벨에서의 상기 제어 전류를 제공하고 상기 파형이 상기 제2 전압 레벨에 있을 때 상기 제2 전류 레벨에서의 상기 제어 전류를 제공하도록 구성된 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 전류 레벨에서의 상기 제어 전류는 상기 커패시터 전압이 상기 미러 전류와 관련된 비율로 증가하도록 상기 커패시터를 충전시키기에 충분하고, 상기 제2 전류 레벨에서의 상기 제어 전류는 상기 커패시터 전압이 감소하도록 상기 커패시터를 방전시키기에 충분한, 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전류 소스는 디지털-아날로그 컨버터를 포함하는, 시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 특정한 특징은 상기 파형에서 상기 제1 전압 레벨로부터 상기 제2 전압 레벨로의 전이인, 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 사전 결정된 샘플링 주기는 0.01과 1.0 초의 사이에 있는, 시스템.
  13. 방법으로서,
    전류 미러에 의해, 전기 화학 센서의 작업 전극으로부터 입력 전류를 수신하는 단계 - 상기 전류 미러는 전원과 상기 작업 전극 사이의 제1 전류 경로와, 상기 전원과 커패시터 사이의 제2 전류 경로와, 상기 제1 전류 경로에서 직렬로 연결된 제1 전계 효과 트랜지스터와 제2 전계 효과 트랜지스터, 및 상기 제2 전류 경로에서 직렬로 연결된 제3 전계 효과 트랜지스터와 제4 전계 효과 트랜지스터를 포함함 -;
    상기 전류 미러에 의해, 상기 입력 전류를 미러링하는 미러 전류를 생성하는 단계;
    전류 소스에 의해, 파형에 기초하여 제어 전류를 제공하는 단계;
    상기 커패시터에 의해, 최소한 상기 미러 전류와 제어 전류에 응답하여 커패시터 전압을 생성하는 단계;
    비교기에 의해, 비교 전압에 대한 상기 커패시터 전압의 변화에 기초하여 상기 파형을 생성하는 단계; 및
    카운터에 의해, 상기 파형에서의 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생하는 횟수에 기초하여 디지털 출력을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    전압 조정기에 의해, 기준 전압에 기초하여 상기 작업 전극 상의 전압을 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전압 조정기는 상기 기준 전압에 연결된 반전 입력, 상기 작업 전극에 연결된 비반전 입력, 및 상기 제1 전계 효과 트랜지스터의 게이트와 상기 제3 전계 효과 트랜지스터의 게이트에 연결된 출력을 갖는 차동 증폭기를 포함하는, 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 커패시터에 의해, 최소한 상기 전류 미러와 제어 전류에 응답하여 커패시터 전압을 생성하는 단계는,
    상기 커패시터에 의해, 제1 시간 주기 동안 증가하는 커패시터 전압을 생성하는 단계; 및
    상기 커패시터에 의해, 제2 시간 주기 동안 감소하는 커패시터 전압을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 시간 주기 동안의 상기 증가하는 커패시터 전압은 상기 커패시터를 충전하는 상기 미러 전류로부터 생성되고, 상기 제2 시간 주기 동안의 상기 감소하는 커패시터 전압은 상기 커패시터를 방전하는 제어 전류로부터 생성되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 파형은 제1 전압 레벨로부터 제2 전압 레벨로의 전이와 상기 제2 전압 레벨로부터 제1 전압 레벨로의 전이를 포함하고, 상기 비교기에 의해, 비교 전압에 대한 상기 커패시터 전압의 변화에 기초하여 상기 파형을 생성하는 단계는,
    상기 비교기에 의해, 상기 커패시터 전압이 상기 비교 전압보다 높은 레벨로 증가할 때 상기 제1 전압 레벨로부터 상기 제2 전압 레벨로 전이하는 단계; 및
    상기 비교기에 의해, 상기 커패시터 전압이 상기 비교 전압보다 낮은 레벨로 감소할 때 상기 제2 전압 레벨로부터 상기 제1 전압 레벨로 전이하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 전류 소스에 의해, 파형에 기초하여 제어 전류를 제공하는 단계는,
    상기 전류 소스에 의해, 상기 파형이 상기 제1 전압 레벨에 있을 때 제1 전류 레벨에서의 상기 제어 전류를 제공하는 단계; 및
    상기 전류 소스에 의해, 상기 파형이 상기 제2 전압 레벨에 있을 때 제2 전류 레벨에서의 상기 제어 전류를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 파형에서의 상기 특정한 특징은 상기 제1 전압 레벨로부터 상기 제2 전압 레벨로의 상향 전이 또는 상기 제2 전압 레벨로부터 상기 제1 전압 레벨로의 하향 전이 중 하나이고, 상기 카운터에 의해, 상기 파형에서의 상기 특정한 특징이 사전 결정된 샘플링 주기 동안 발생하는 횟수에 기초하여 디지털 출력을 제공하는 단계는,
    상기 카운터에 의해, 상기 사전 결정된 샘플링 주기 동안 상기 파형에서 발생하는 상향 또는 하향 전이의 수를 카운트하는 단계를 포함하는, 방법.
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