KR102068145B1 - 오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법 - Google Patents

오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법 Download PDF

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Abstract

오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법에서, 상기 차동증폭기는 전압 입력부, 차동증폭유닛 및 전압 출력부를 포함한다. 상기 전압 입력부는 반응 유닛과 연결되어 전압을 입력받는다. 상기 차동증폭유닛은 상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하고, 스위칭부, 가변부 및 제어부를 포함한다. 상기 전압 출력부는 상기 차동증폭유닛을 통과한 전압을 출력한다. 상기 스위칭부는 스위칭(switching)에 따라, 상기 전압 출력부로 반응 전압과 차동 전압을 선택적으로 출력한다. 상기 가변부는 상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하고, 상기 차동 전압을 증폭한다. 상기 제어부는 상기 출력되는 반응 전압 또는 차동 전압을 바탕으로 상기 가변부를 제어한다.

Description

오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법{DIFFERENTIAL AMPLIFIER COMPENSATING AN OFFSET AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기화학 반응이 발생하는 바이오센서나 바이오 칩(chip)에서 반응이 발생하는 경우 해당 전극의 전압을 획득하는 과정에서 발생하는 오프셋 전압을 자동으로 보상하여 전압의 상대적인 변화를 보다 정확하게 검출하기 위한 오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법에 관한 것이다.
종래 전기화학적 반응이 발생하는 바이오센서나 바이오칩에서, 이온이나 바이오 물질 등에 의한 변화를 검출하는 방법으로서, 기준전극과 반응전극 사이의 차동신호(differential signal)를 검출하는 방법이 사용되어 왔다.
그러나 이와 같이 검출되는 차동신호의 경우, 바이오센서 등의 내부의 전극의 상태나 이온의 거동 차이 등의 다양한 요인으로 오프셋(offset)이 발생하게 되며, 이렇게 발생되는 오프셋은 출력되는 전압값의 정확도를 저감시키며, 이에 따라 측정 가능한 영역, 소위 동적 영역(dynamic range)이 감소하게 된다.
이에, 출력되는 전압값의 오프셋을 보상하기 위한 회로나 시스템은 다양하게 개발되고 있으며, 일본국 등록특허 제4630401호에서는 차동 증폭기의 출력 오프셋을 입력 신호로서 그 오프셋을 지우기 위한 보상 신호를 발생시켜 이를 통해 오프셋을 소거하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 일본국 등록특허 제4630401호와 같은 종래 기술에서는, 각 전극에서 취득한 전압을 별도의 보상 시스템으로 따로 입력하고, 이렇게 입력된 신호들 사이의 차이를 오프셋으로 검출하고, 최종 출력에서 이러한 오프셋을 지우거나 보상하는 시스템을 적용하고 있을 뿐이다.
이에 따라, 최종적으로 오프셋 보상을 구현할 수는 있으나, 시스템을 복잡하게 구성하여야 하는 문제가 있으며, 나아가 시스템의 동작이 용이하지 않은 문제가 있다.
일본국 등록특허 제4630401호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 발생되는 상대적으로 간단하면서도 용이한 동작을 통해서도 오프셋 전압을 자동으로 보상하여 전압의 상대적인 변화를 보다 정확하게 검출할 수 있어, 시스템의 측정 가능한 동적영역을 확장시킬 수 있는 오프셋 보상이 가능한 차동증폭기에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 차동증폭기의 구동방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 차동증폭기는 전압 입력부, 차동증폭유닛 및 전압 출력부를 포함한다. 상기 전압 입력부는 반응 유닛과 연결되어 전압을 입력받는다. 상기 차동증폭유닛은 상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하고, 스위칭부, 가변부 및 제어부를 포함한다. 상기 전압 출력부는 상기 차동증폭유닛을 통과한 전압을 출력한다. 상기 스위칭부는 스위칭(switching)에 따라, 상기 전압 출력부로 반응 전압과 차동 전압을 선택적으로 출력한다. 상기 가변부는 상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하고, 상기 차동 전압을 증폭한다. 상기 제어부는 상기 출력되는 반응 전압 또는 차동 전압을 바탕으로 상기 가변부를 제어한다.
일 실시예에서, 상기 반응 유닛은, 전기화학 반응이 발생하는 바이오센서 또는 바이오 칩(chip)일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전압 입력부는, 상기 반응 유닛의 두 개의 반응전극들로부터 각각 전압을 입력받거나, 상기 반응 유닛의 반응전극과 기준전극으로부터 각각 전압을 입력받을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 출력되는 차동 전압을 바탕으로, 보상 전압을 제어하여 상기 오프셋을 실시간으로 보상하며, 가변 저항을 제어하여 상기 차동 전압을 실시간으로 증폭할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 보상 전압은, 상기 반응 전압의 출력전에 초기 보상 전압으로 인가되며, 상기 제어부는 상기 초기 보상 전압을 보상 전압으로 제어하여 상기 오프셋을 실시간으로 보상할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 전압 출력부에 연결되어 상기 반응 전압 또는 차동 전압을 획득할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 스위칭부는, 상기 전압 입력부와 상기 전압 출력부 사이에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 스위치부들을 포함하고, 상기 제1 스위치만 온(ON) 상태이면 상기 반응 전압을 출력하고, 상기 제2 스위치만 온(ON) 상태이면 상기 차동 전압을 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 차동증폭유닛은, 상기 전압 입력부의 제1 입력단과 상기 제1 스위치부의 사이에 연결되는 제1 증폭부, 및 상기 전압 입력부의 제2 입력단과 상기 제2 스위치부의 사이에 연결되는 제2 증폭부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가변부는, 상기 제1 증폭부의 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 저항부, 및 상기 제1 증폭부의 출력단과 상기 제2 증폭부의 출력단 사이에 병렬로 연결되는 제2 가변 저항부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 가변부는, 상기 제1 가변 저항부와 상기 접지 사이에 연결되는 보상전압부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 차동 전압(VO)은,
VO=(1+Rgain/R)(Vin2-Vin1)+Vcomp 식 (1)
{Rgain: 가변부의 가변 저항값, R: 가변부의 저항값, Vin2: 기준 전압, Vin1: 반응 전압, Vcomp: 가변부의 보상 전압}
상기 식 (1)로 산출될 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 차동증폭기의 구동방법에서, 초기 보상 전압을 설정한다. 스위칭부의 스위칭에 따라 제1 스위치만 온(ON) 상태가 된다. 반응 유닛으로부터 반응 전압을 획득한다. 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 제2 스위치만 온(ON) 상태가 된다. 상기 반응 유닛으로부터 기준 전압과 반응 전압의 차이인 차동 전압을 획득한다. 상기 획득되는 차동 전압을 바탕으로, 가변부를 제어한다.
일 실시예에서, 상기 가변부를 제어하는 단계에서, 상기 획득되는 차동 전압을 바탕으로, 보상 전압을 제어하여 상기 오프셋을 실시간으로 보상하며, 가변 저항을 제어하여 상기 차동 전압을 실시간으로 증폭할 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭에 의해 상기 차동 전압이 획득되자마자, 상기 차동 전압이 획득되는 초기에, 상기 보상 전압을 1차적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 스위칭 회로를 통해 반응 전압과 차동 전압을 선택적으로 출력할 수 있어, 초기상태 또는 반응의 진행 중에 출력되는 차동 전압을 바탕으로도 오프셋을 보상할 수 있어, 오프셋의 보상을 통한 차동신호의 효과적인 획득이 가능하며, 이에 따라 측정 가능한 동적 영역을 확장할 수 있다.
즉, 종래 별도의 보상 시스템을 통해 오프셋을 보상하지 않고도, 상대적으로 간단한 회로 구성을 통해, 증폭부와 스위칭 부, 및 가변부의 조합으로 제어부를 통한 초기 및 실시간 오프셋 보상을 구현할 수 있다.
또한, 제안된 차동증폭기의 회로 구성을 통해, 차동 전압은 보상 전압의 크기에 따라 가변되어 도출되며, 동시에 차동 전압의 증폭을 가변 저항값을 변경하는 것으로 구현할 수 있어, 이러한 차동 전압의 오프셋 보상 및 증폭의 용이한 구현이 가능하다.
특히, 바이오센서나 바이오칩에서 반응이 발생하는 경우, 전기 화학적 반응에 따라 발생되는 전기 화학신호는 전압의 드리프트(drift) 현상이 필수불가결하게 발생하며 이에 따라 전압의 실시간 보상이 필요한데, 본 실시예에서와 같이 제어부를 통해 획득되는 차동 전압을 바탕으로 전압의 실시간 보상을 수행할 수 있어, 전기 화학적 반응이 발생되는 반응유닛에서의 차동신호를 보다 효과적으로 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차동증폭기를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 차동증폭기의 회로도이다.
도 3은 도 1의 차동증폭기에서 오프셋 보상 상태를 도시한 회로도이다.
도 4는 도 1의 차동증폭기에 연결되는 반응유닛의 일 예를 도시한 모식도이다.
도 5는 도 1의 차동증폭기에 연결되는 반응유닛의 다른 예를 도시한 모식도이다.
도 6은 도 1의 차동증폭기의 구동방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차동증폭기를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 차동증폭기(10)는 반응유닛(100)으로부터 차동 신호(differential signal)를 획득하기 위한 것으로, 이렇게 획득된 신호는 별도의 신호 변환유닛(500) 등을 통해 변환되어 상기 반응유닛(100)의 반응 상태에 대한 모니터링 또는 분석을 수행할 수 있다.
이 경우, 상기 차동증폭기(10)를 통해 출력되는 차동 신호는 예를 들어 차동 전압(differential voltage)일 수 있으며, 이에 따라 이하에서는 상기 차동증폭기(10)가 전압 출력부(400)를 포함하여 출력되는 신호가 전압인 것을 설명한다.
한편, 상기 신호 변환유닛(500)은 예를 들어, 상기 전압 출력부(400)에서 출력되는 차동 전압을 바탕으로 차동 pH 값을 획득하는 pH 변환유닛일 수 있으며, 이러한 신호 변환유닛(500)은 다양하게 상기 차동 전압으로부터 필요한 정보를 도출할 수 있는 것으로, 그 종류는 제한되지는 않는다.
또한, 상기 반응유닛(100)은 바이오센서나 바이오 칩(chip)일 수 있으며, 전기화학 반응이 발생하는 유닛일 수 있다.
일반적으로, 전기화학 반응이 발생하는 반응유닛으로부터 신호를 획득하는 경우, 전기화학 반응의 특수성, 예를 들어, 반응 중의 이온의 변화나 이온의 거동 등으로 인해 인가되는 전압이 그대로 검출되지는 않으며 전압의 드리프트(drift) 현상이 발생하게 된다.
이에 따라, 검출되는 전압을 반응의 상태에 따라 보상하여야 하며 본 실시예에서의 상기 차동증폭기(10)는 이러한 전압의 드리프트에 따른 보상을 수행한다.
한편, 상기 바이오센서 또는 바이오 칩 등과 같은 반응유닛(100)은 전기 화학적 반응이 발생되지 않더라도, 전극의 증착 상태, 전극의 배열, 전극의 균일성 등에 따라 출력되는 신호가 변화하게 된다. 따라서, 상기 반응유닛(100)의 종류에 따라 다양한 초기 신호가 검출될 수 있으며 이에 대한 보상이 필요하다.
본 실시예에서의 상기 차동증폭기(10)는 이러한 반응유닛에 따라 변화할 수 있는 초기 전압에 대한 차이도 보상할 수 있다.
이상과 같은, 상기 차동증폭기(10)는 전압 입력부(200), 차동 증폭유닛(300) 및 전압 출력부(400)를 포함한다.
상기 전압 입력부(200)는 상기 반응유닛(100)과 연결되어 전압을 입력받으며, 이렇게 입력된 전압은 상기 차동 증폭유닛(300)으로 제공된다.
이 경우, 상기 반응유닛(100)으로부터 입력되는 전압은, 반응 전압 또는 차동 전압일 수 있다.
상기 반응 전압이란 상기 반응유닛(100)에서 전기 화학적 반응이 발생되는 전극에 연결되어 상기 전극으로부터 입력되는 전압으로 정의된다. 이와 달리, 상기 차동 전압이란 상기 반응유닛(100)의 기준 전극으로부터 입력되는 기준 전압과 상기 반응 전압과의 차이 전압을 보상한 전압으로 정의된다.
한편, 상기 기준 전압의 경우, 기준 전극으로부터 발생되는 전압으로써, 그 크기에 대한 정보는 미리 알 수 있다.
따라서, 상기 차동 전압을 획득함으로써 상기 반응유닛(100)에서 발생되는 반응에 따라 가변되는 상기 반응 전압에 대한 정보를 획득할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는, 상기 반응이 발생하는 경우, 오프셋이 발생하게 되므로, 이에 대한 보상 및 전압의 증폭을 통해 상기 차동 전압을 획득함으로써, 상기 반응 전압에 대한 보다 정확한 정보를 획득할 수 있다.
이에 따라, 상기 차동 증폭유닛(300)은 상기 입력된 전압의 오프셋(offset)을 보상하는 회로로서, 증폭부(310), 가변부(320), 제어부(360) 및 스위칭부(370)를 포함한다.
상기 증폭부(310)는 상기 가변부(320)와 전기적으로 연결되어, 상기 전압 입력부(200)로부터 입력된 전압을 증폭하여 상기 전압 출력부(400)로 출력하는 것으로, 제1 증폭부와 제2 증폭부를 포함한다.
상기 가변부(320)는 가변 저항부(330, 340) 및 보상 전압부(350)를 포함한다.
상기 가변 저항부(330, 340)는 상기 증폭부(310)와 연결되어 차동 전압을 증폭시키며, 제1 가변 저항부(330) 및 제2 가변 저항부(340)를 포함한다.
상기 보상 전압부(350)는 상기 전압 입력부(200)로부터 입력된 전압의 오프셋을 보상한다.
상기 스위칭부(370)는 스위칭(switching)되며, 상기 증폭부(310) 및 상기 가변부(320)와 연결되어, 상기 전압 출력부(400)로 전압을 출력한다. 즉, 상기 스위칭부(370)는 온(ON)/오프(OFF) 동작되는 스위치를 포함하며, 상기 스위치의 온/오프 동작에 따라 스위칭되어, 상기 전압 출력부(400)로 전압을 출력한다.
이 경우, 상기 전압 출력부(400)로 출력되는 전압은 상기 반응유닛(100)으로부터 입력되는 상기 반응 전압 또는 상기 차동 전압일 수 있으며, 상기 스위칭부(370)가 스위칭되며 선택적으로 상기 반응 전압 또는 상기 차동 전압을 상기 전압 출력부(400)로 출력하게 된다.
상기 제어부(360)는 상기 전압 출력부(400)에 연결되어, 상기 전압 출력부(400)로부터 출력되는 상기 반응 전압 또는 상기 차동 전압을 바탕으로 상기 가변부(320)를 제어한다.
이 경우, 상기 가변부(320)는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 가변 저항부(330, 340) 및 상기 보상 전압부(350)를 포함한다.
이에 따라 상기 제어부(360)는 상기 가변 저항부(330, 340)를 통해 가변 저항을 제어하여 상기 차동 전압을 실시간으로 증폭할 수 있으며, 상기 보상 전압부(350)를 통해 보상 전압을 제어하여 상기 오프셋을 실시간으로 보상할 수도 있다.
이러한 제어부(360)의 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 상기 전압 출력부(400)는 상기 스위칭부(370)를 통해 선택되는 반응 전압 또는 차동 전압을 출력하며, 이렇게 출력된 상기 반응 전압 또는 상기 차동 전압은 앞서 설명한 바와 같이 상기 제어부(360)로 제공되거나, 그대로 출력되어 상기 반응유닛(100)의 반응 상태에 대한 모니터링 정보로 활용될 수 있으며, 이와 달리 필요에 따라서는 별도의 신호 변환유닛(500)으로 제공되어 추가로 신호가 변환되어 검출될 수도 있다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여, 상기 차동증폭기(10)의 구체적인 회로 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 차동증폭기의 회로도이다. 도 3은 도 1의 차동증폭기에서 오프셋 보상 상태를 도시한 회로도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전압 입력부(200)는 제1 입력단(201) 및 제2 입력단(202)을 포함하며, 도시하지는 않았으나, 상기 제1 입력단(201)은 상기 반응유닛(100)의 반응 전극에 연결되고, 상기 제2 입력단(202)은 상기 반응유닛(100)의 기준 전극에 연결된다.
그리하여, 상기 제1 입력단(201)을 통해서는 제1 입력전압으로서 반응 전압(Vin1)이 입력되고, 상기 제2 입력단(202)을 통해서는 제2 입력전압으로서 기준 전압(Vin2)이 입력된다.
상기 증폭부(310)는 제1 증폭부(311) 및 제2 증폭부(312)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 증폭부들(311, 312)은 각각 연산증폭기(operation amplifier)일 수 있다.
상기 전압 입력부(200)의 상기 제1 입력단(201)은 상기 제1 증폭부(311)의 비반전 입력단(+)과 연결되어 상기 반응 전압(Vin1)은 상기 제1 증폭부(311)로 입력되며, 상기 제2 입력단(202)은 상기 제2 증폭부(312)의 비반전 입력단(+)과 연결되어 상기 기준 전압(Vin2)은 상기 제2 증폭부(312)로 입력된다.
한편, 상기 스위칭부(370)는 제1 스위치(371, SW1)와 제2 스위치(372, SW2)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 스위치들(371, 372) 각각은 별도의 제어신호에 의해 온(ON)/오프(OFF) 동작을 수행한다.
이 경우, 상기 제1 스위치(371)는 일단은 상기 제1 증폭부(311)의 반전 입력단(-)과 연결되고, 상기 제1 스위치(371)의 타단은 상기 전압 출력부(400)의 출력단(401)과 연결된다.
한편, 상기 제2 스위치(372)의 일단은 상기 제2 증폭부(312)의 반전 입력단(-)과 연결되고, 상기 제2 스위치(372)의 타단은 상기 전압 출력부(400)의 출력단(401)과 연결된다.
이에 따라, 상기 제1 및 제2 스위치들(371, 372)은 상기 출력단(401)에 대하여 서로 병렬로 연결된다.
또한, 후술하겠으나, 상기 제1 및 제2 스위치들(371, 372)은 어느 하나가 온(ON) 상태이면 다른 하나는 오프(OFF) 상태가 되어, 선택적으로 어느 하나의 스위치만 온(ON) 상태를 유지하게 된다.
또한, 상기 제1 가변 저항부(330)는 상기 제1 증폭부(311)의 출력단인 제1 단(301)과 접지(305) 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 가변 저항부(340)는 상기 제1 단(301)과 상기 제2 증폭부(312)의 출력단인 제4 단(304) 사이에 전기적으로 연결된다.
이 경우, 상기 제1 가변 저항부(330)는 서로 직렬로 연결된 제1 저항(331, R)과 제1 가변저항(332, Rgain)을 포함하며, 상기 제2 가변 저항부(340)는 서로 직렬로 연결된 제2 저항(341, R)과 제2 가변저항(342, Rgain)을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 제1 저항(331)은 상기 제1 단(301)과, 상기 제1 증폭부(311)의 반전 입력단(-)과 상기 제1 스위치(371)의 일단 사이에 위치하는 제2 단(302)의 사이에 연결되며, 상기 제2 저항(341)은 상기 제1 단(301)과, 상기 제2 증폭부(312)의 반전 입력단(-)과 연결되는 제3 단(303)의 사이에 연결된다.
한편, 상기 제1 가변저항(332)은 상기 제2 단(302)과 상기 접지(305) 사이에 연결되고, 상기 제2 가변저항(342)은 상기 제3 단(303)과, 상기 제2 증폭부(312)의 출력단과 상기 제2 스위치(372)의 일단 사이에 위치하는 제4 단(304)의 사이에 연결된다.
나아가, 상기 보상 전압부(350, Vcomp)는 보상이 필요한 크기에 따라 전압의 크기를 가변할 수 있는 것으로, 상기 제1 가변저항(332)과 상기 접지(305) 사이에 연결된다.
즉, 상기 제1 증폭부(311)의 출력단인 제1 단(301)과 상기 접지(305) 사이에는 제1 저항(331), 제1 가변저항(332) 및 보상 전압부(350)가 차례로 연결된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(360)는 상기 전압 출력부(400)의 출력단(401)과 연결되어, 상기 전압 출력부(400)로부터 출력되는 전압(Vo)의 정보를 획득할 수 있으며, 이 경우, 상기 전압 출력부(400)로부터 출력되는 전압(Vo)은 앞서 설명한 바와 같이, 반응 전압 또는 차동 전압일 수 있다.
또한, 상기 제어부(360)는, 상기 제1 가변 저항부(330)의 제1 가변저항(332), 상기 제2 가변 저항부(340)의 제2 가변저항(342), 및 상기 보상 전압부(350)의 전압을 제어한다.
이상과 같이, 상기 차동 증폭유닛(300)은 상기 스위칭부(370)를 통한 스위칭으로 상기 반응유닛(100)으로부터 입력되는 반응 전압(Vin1)을 그대로 출력하거나, 또는 상기 반응유닛(100)으로부터 입력되는 반응 전압(Vin1)과 기준 전압(Vin2)의 차이를 보상한 차동 전압을 출력할 수 있다.
또한, 상기 차동 증폭유닛(300)은 상기 증폭부(310)와 함께 제1 및 제2 가변저항부들(310, 340)을 통해 출력되는 반응 전압(Vin1) 또는 차동 전압을 증폭할 수 있으며, 나아가, 초기 상태에서 출력되는 상기 반응 전압(Vin1)을 바탕을 오프셋을 초기 보상할 수 있는 것은 물론, 반응의 진행 중에 출력되는 상기 차동 전압을 바탕으로도 오프셋을 실시간을 보상할 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 상기 차동 증폭유닛(300)을 통해 출력되는 차동 전압(VO)은, 하기 식 (1)로 산출될 수 있다.
VO=(1+Rgain/R)(Vin2-Vin1)+Vcomp 식 (1)
{Rgain: 가변부의 가변 저항값, R: 가변부의 저항값, Vin2: 기준 전압, Vin1: 반응 전압, Vcomp: 가변부의 보상 전압}
즉, 상기 식 (1)을 통해 확인되는 바와 같이, 상기 차동 증폭유닛(300)을 통해 출력되는 차동 전압(VO)은 상기 기준 전압(Vin2)과 상기 반응 전압(Vin1)의 차이에, 상기 가변부(320)의 가변 저항(Rgain) 및 저항(R)의 비(比)인 이득값을 곱하고, 상기 가변부(320)의 보상 전압(Vcomp)을 더하여 도출된다.
이 경우, 상기 기준 전압(Vin2)에 대한 정보는 이미 알려진 상태이며, 상기 반응 전압(Vin1)은 초기 상태에서 출력되는 것으로 그 정보를 그대로 획득할 수 있으므로, 상기 식 (1)에서 상기 차동 전압(VO)의 획득값을 바탕으로 상기 보상 전압(Vcomp)을 변경하여야 하는가를 판단할 수 있다.
즉, 상기 차동 전압(VO)의 획득값을 바탕으로 오프셋의 발생 여부를 판단할 수 있으며, 이러한 오프셋을 보상하기 위해 상기 보상 전압(Vcomp)을 변경할 수 있다.
이 경우, 상기 이득값과 상기 보상 전압(Vcomp)은 상기 제어부(360)에 의해 제어되는 것으로, 결국, 상기 차동 전압(VO)은 상기 제어부(360)의 제어를 통해 실시간으로 제어되어 출력될 수 있다. 즉, 상기 이득값과 상기 보상 전압(Vcomp)의 제어를 통해 상기 오프셋이 보상된 상기 차동 전압(VO)이 출력된다.
이상과 같이, 본 실시예에서의 상기 차동증폭기(10)는 상기 제어부(360)의 제어를 통해 상기 차동 전압(VO)을 보상 및 증폭하여 출력할 수 있으며, 이를 통해 보다 정확한 차동 전압을 측정할 수 있으며 측정 가능한 동적영역을 확장시킬 수 있다.
도 4는 도 1의 차동증폭기에 연결되는 반응유닛의 일 예를 도시한 모식도이다. 도 5는 도 1의 차동증폭기에 연결되는 반응유닛의 다른 예를 도시한 모식도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 반응유닛(100)은 바이오센서나 바이오 칩(chip)일 수 있으며, 전기화학 반응이 발생하는 유닛일 수 있다.
또한, 상기 반응유닛(100)은 상기 차동 증폭유닛(300)의 전압 입력부(200)와 연결되어 반응 전극으로부터 발생되는 반응 전압과 기준 전극으로부터 발생되는 기준 전압이 상기 전압 입력부(200)를 통해 입력된다.
다만, 상기 반응유닛(100)의 종류에 따라 반응 전극과 기준 전극은 다를 수 있는데, 도 4에 도시된 반응유닛(100)에서는, 반응 전극이 2개인 경우이다.
즉, 도 4의 상기 반응유닛(100)에서는, 기준 전극(110)으로부터 발생되는 기준 전압(Vref)은 접지(105)와 연결되고, 2개의 반응 전극들(120)로부터 발생되는 반응 전압(WE1, WE2)은 각각 상기 제1 입력단(201) 및 상기 제2 입력단(202)을 통해 입력된다.
이 경우, 상기 제1 반응 전압(WE1)은 상기 차동 증폭유닛(300)에서는 소위, 반응 전압(Vin1)으로 간주되고, 상기 제2 반응 전압(WE2)은 상기 차동 증폭유닛(300)에서는 소위, 기준 전압(Vin2)으로 간주된다. 물론, 서로 반대로 간주될 수도 있다.
이와 같이, 반응 전극이 2개인 경우라도, 어느 하나는 반응 전극으로, 다른 하나는 기준 전극으로 간주될 수 있으며, 이 경우 상기 2개의 반응 전극 사이의 차동 전압에 대한 정보를 획득할 수 있으므로 상기 반응유닛(100)으로부터 필요한 차등 신호를 획득하는 것은 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 반응유닛(101)에서는, 반응 전극이 1개인 경우이다.
즉, 도 5의 상기 반응유닛(101)에서는, 기준 전극(111)으로부터 발생되는 기준 전압(RE)은 상기 제2 입력단(202)로 입력되고, 반응 전극(121)으로부터 발생되는 반응 전압(WE)은 상기 제1 입력단(201)을 통해 입력된다.
이 경우, 상기 반응 전압(WE1)은 상기 차동 증폭유닛(300)에서는 소위, 반응 전압(Vin1)으로 간주되고, 상기 기준 전압(RE)은 상기 차동 증폭유닛(300)에서는 소위, 기준 전압(Vin2)으로 간주된다.
이와 같이, 반응 전극이 1개인 경우라면, 기준 전극을 통해 입력되는 기준 전압과, 반응 전극을 통해 입력되는 반응 전압을 바탕으로, 기준 전압과 반응 전압 사이의 차동 전압에 대한 정보를 획득할 수 있으므로 상기 반응유닛(100)으로부터 필요한 차등 신호를 획득하는 것은 가능하다.
이와 달리, 도시하지는 않았으나, 상기 반응 유닛(100)의 반응 전극이 3개 이상인 경우라면, 한 쌍의 반응 전극을 조합하여 각각의 쌍에서의 차동 전압에 대한 정보를 획득할 수 있고, 이를 통해 반응유닛으로부터 필요한 차등 신호를 획득할 수 있다.
이하에서는, 도 6을 참조하여, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 상기 차동 증폭기(10)의 동작 내지 구동에 대하여 설명한다.
도 6은 도 1의 차동증폭기의 구동방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 우선, 상기 차동증폭기(10)의 동작 또는 구동의 경우, 우선, 초기 보상 전압을 설정한다(단계 S10).
상기 초기 보상 전압은 기 실험 결과 등을 바탕으로 임의의 초기값으로 설정될 수 있으며, 이에 따라 상기 보상 전압(Vcomp)의 값이 초기값으로 설정된다.
이 후, 상기 스위칭부(370)의 스위칭에 따라 상기 제1 스위치(371)는 온(ON) 상태가 되고, 상기 제2 스위치(372)는 오프(OFF) 상태가 된다(단계 S20).
이와 같이 상기 제1 스위치(371)만 온(ON) 상태가 되면, 상기 차동 증폭기(10)의 증폭부(310) 및 가변부(320)는 활성화되지 않는다.
이에 따라, 상기 반응 유닛(100)으로부터 반응 전압(Vin1)을 획득한다(단계 S30).
즉, 상기 제1 입력단(201)을 통해 입력되는 상기 반응유닛(100)의 제1 입력전압, 즉 상기 반응 전압(Vin1)은 상기 제1 스위치(371)의 온(ON) 상태에 따라 상기 전압 출력부(400)를 통해 상기 출력단(401)으로 출력된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 상기 기준 전압(Vin2)은 기준 전극에 입력되는 전압으로 정보를 알 수 있으며, 이상과 같이, 상기 반응 전압(Vin1)을 획득하면, 상기 식 (1)로부터 상기 차동 전압(VO)을 예측할 수 있다.
이 후, 상기 스위칭부(370)의 스위칭에 따라 상기 제1 스위치(371)는 오프(OFF) 상태가 되고, 상기 제2 스위치(372)는 온(ON) 상태가 된다(단계 S40).
이와 같이, 상기 제2 스위치(372)만 온(ON) 상태가 되면, 상기 전압 출력부(400)의 출력단(401)을 통해서는 차동 전압(VO)이 출력된다.
이 경우, 상기 차동 전압(VO)은, 도 2를 참조하여 설명한 회로도에 의해, 상기 제2 입력단(202)을 통해 입력되는 상기 기준 전압(Vin2)과 상기 제1 입력단(201)을 통해 입력되는 상기 반응 전압(Vin1)의 차이에, 상기 가변저항(Rgain) 및 저항(R)의 비(比)로 정의되는 이득값을 곱하고, 상기 보상 전압(Vcomp)(이 경우, 최초로 차동 전압(VO)을 획득하는 것이므로 보상전압의 초기값이 해당됨)을 더하는 것으로 도출되며, 구체적인 연산식은 상기 식 (1)과 같다.
이 경우, 상기 가변저항(Rgain), 즉 상기 제1 및 제2 가변저항들(332, 342)의 값과 상기 보상 전압부(350, Vcomp)의 값은 초기 설정된 값을 유지하게 된다.
따라서, 식 (1)로부터 도출되는 차동 전압(VO)을 획득할 수 있으며, 이렇게 도출되는 차동 전압(VO)이 상기 출력단(401)을 통해 출력되는 차동 전압(VO)과 그 값이 동일하여야 한다.
그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 바이오센서 또는 바이오 칩 등과 같은 반응유닛(100)은 전기 화학적 반응이 발생되지 않더라도, 전극의 증착 상태, 전극의 배열, 전극의 균일성 등에 따라 출력되는 신호가 변화하게 된다. 나아가, 반응의 지속에 따라 전압의 드리프트 현상이 발생하게 된다. 따라서, 상기 반응유닛(100)의 종류 및 전압 드리프트 등에 따라 다양한 신호가 검출될 수 있으며 이에 대한 보상이 필요하며, 이를 위해, 상기 제어부(360)는 상기 보상 전압부(350)의 보상 전압을 설정 또는 변경하여 보상(calibration)을 수행한다.
즉, 상기 출력되는 차동 전압(VO)은 식 (1)로부터 도출되는 차동 전압(VO)과 다를 수 있으며, 이는 실제 출력되는 차동 전압(VO)이 오프셋을 포함하기 때문이다.
따라서, 이후, 상기 획득되는 차동 전압(VO)을 바탕으로, 상기 제어부(360)는 상기 가변부(320)를 제어하여, 상기 오프셋을 실시간으로 보상하며, 상기 출력되는 차동 전압(VO)을 증폭시킨다(단계 S60).
즉, 상기 제어부(360)는 상기 전압 출력부(400)의 출력단(401)으로부터 출력되는 상기 차동 전압(VO)을 획득하고, 이를 바탕으로 식 (1)로부터 도출되는 상기 차동 전압(VO)과 차이가 있는 경우, 상기 가변부(320)의 보상 전압부(350)를 제어하여, 즉 상기 보상 전압부(350, Vcomp)의 전압값을 변화시키며 차동 전압(VO)의 오프셋을 실시간으로 보상한다.
한편, 실제 반응 유닛에서의 반응은 지속적으로 수행되므로, 상기 출력되는 차동 전압(VO)은 시간이 경과하여 반응이 지속적으로 수행됨에 따라 변화하게 된다.
즉, 상기 반응 전압(Vin1)만을 출력 받은 후, 상기 차동 전압(VO)을 바로 출력 받는다면 실제 출력되는 상기 차동 전압(VO)은 상기 식 (1)을 통해 연산되는 차동 전압(VO)과 동일한 값(오프셋이 없는 상태에서)으로 유지되어야 하지만, 상기 반응 전압(Vin1)이 출력된 후 시간이 경과함에 따라 출력되는 상기 차동 전압(VO)은 식 (1)을 통해 연산되는 차동 전압(VO)과는 차이가 발생하게 된다.
나아가, 이러한 차이는, 오프셋에 의한 영향인지 반응의 경과에 따른 영향인지 판단할 수 없다.
따라서, 본 실시예에서, 오프셋에 의한 영향으로 간주하고 오프셋을 실시간으로 보상하기 위한 상기 보상 전압부(350, Vcomp)의 전압값을 변화시키는 것은, 상기 반응 전압(Vin1)만을 출력 받은 후, 바로 스위칭하여 상기 차동 전압(VO)을 출력받은 경우와 같이, 상기 차동 전압(VO)이 획득되는 초기 상태(즉, 스위칭 하자마자 바로)로 한정하는 것이 바람직할 수 있다.
즉, 상기 반응 전압(Vin1)만을 출력 받은 후, 스위칭하고 일정 시간이 경과한 후에 출력되는 상기 차동 전압(VO)은 오프셋에 의한 영향 뿐 아니라 반응의 경과에 의한 영향도 포함되므로, 상기 보상 전압부(350, Vcomp)의 전압값을 변화시키는 것으로 보상하는 것은 타당하지 않다.
따라서, 시간의 경과에 따라 반응이 지속적으로 발생되는 경우에, 상기 보상 전압부(350, Vcomp)의 전압값을 변화시키는 것으로 보상하기 위해서는, 일정 반응 경과 후, 스위칭을 통해 상기 반응 전압(Vin1)만을 출력 받은 후, 다시 스위칭하여 상기 차동 전압(VO)을 출력받아 출력되는 차동 전압(VO)을 상기 식 (1)을 통해 도출되는 차동 전압과 비교하는 것으로 수행될 수 있다.
즉, 시간의 경과에 따라 반응이 지속되더라도, 본 실시예에서는, 단순한 스위칭을 반복함으로써, 해당 반응 상태에서의 반응 전압(Vin1)과 차동 전압(VO)의 출력값을 용이하게 획득할 수 있으며, 이를 바탕으로 상기 차동 전압(VO)을 용이하게 보상할 수 있다.
물론, 반응 속도가 느리거나 반응에 따라 전압의 변화가 크지 않은 경우 등의 상황에서는, 상기 스위칭을 수행한 이후 소정의 시간이 경과한 이후에도 오프셋에 의한 전압 변화가 반응에 의한 변화보다 큰 요인일 수 있으며, 이 경우에는 언제라도 차동 전압(VO)의 출력값에 대한 보상을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어부(360)는 상기 가변부(320)의 가변 저항(Rgain), 즉 상기 제1 및 제2 가변저항들(332, 342)의 값을 변화시키며 차동 전압(VO)의 크기를 실시간으로 증폭할 수도 있다.
상기 제어부(360)는 이러한 오프셋의 보상과 출력의 증폭을 스위칭을 통해 획득되는 차동 전압(VO)을 바탕으로, 실시간으로 연속적으로 수행할 수 있으며, 이를 통해 특히, 전압의 변화가 지속적으로 불규칙하게 발생하는 반응 환경에서, 상기 차동 전압(VO)의 상대적인 변화를 보상하여 이를 정확하게 검출할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 스위칭 회로를 통해 반응 전압과 차동 전압을 선택적으로 출력할 수 있어, 초기 상태에서 또는 반응의 진행 중에 출력되는 차동 전압을 바탕으로도 오프셋을 보상할 수 있어, 오프셋의 보상을 통한 차동신호의 효과적인 획득이 가능하며, 이에 따라 측정 가능한 동적 영역을 확장할 수 있다.
즉, 종래 별도의 보상 시스템을 통해 오프셋을 보상하지 않고도, 상대적으로 간단한 회로 구성을 통해, 증폭부와 스위칭 부, 및 가변부의 조합으로 제어부를 통한 초기 및 실시간 오프셋 보상을 구현할 수 있다.
또한, 제안된 차동증폭기의 회로 구성을 통해, 차동 전압은 보상 전압의 크기에 따라 가변되어 도출되며, 동시에 차동 전압의 증폭을 가변 저항값을 변경하는 것으로 구현할 수 있어, 이러한 차동 전압의 오프셋 보상 및 증폭의 용이한 구현이 가능하다.
특히, 바이오센서나 바이오칩에서 반응이 발생하는 경우, 전기 화학적 반응에 따라 발생되는 전기 화학신호는 전압의 드리프트(drift) 현상이 용이하게 발생하며 이에 따라 전압의 실시간 보상이 필요한데, 본 실시예에서와 같이 제어부를 통해 획득되는 차동 전압을 바탕으로 전압의 실시간 보상을 수행할 수 있어, 전기 화학적 반응이 발생되는 반응유닛에서의 차동신호를 보다 효과적으로 획득할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 오프셋 보상이 가능한 차동증폭기 및 이의 구동방법은 바이오센서나 바이오칩에서의 변화를 검출하는 시스템에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 차동 증폭기 100, 101 : 반응유닛
110, 111 : 기준전극 120, 121 : 반응전극
200 : 전압 입력부 300 : 차동 증폭유닛
310 : 증폭부 320 : 가변부
330, 340 : 가변 저항부 350 : 보상 전압부
360 : 제어부 370 : 스위칭부
400 : 전압 출력부 500 : 신호 변환유닛

Claims (14)

  1. 반응 유닛과 연결되어 전압을 입력받는 전압 입력부;
    상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하는 차동증폭유닛; 및
    상기 차동증폭유닛을 통과한 전압을 출력하는 전압 출력부를 포함하며,
    상기 차동증폭유닛은,
    스위칭(switching)에 따라, 상기 전압 출력부로 반응 전압과 차동 전압을 선택적으로 출력하는 스위칭부;
    상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하고, 상기 차동 전압을 증폭하는 가변부; 및
    상기 출력되는 반응 전압 또는 차동 전압을 바탕으로 상기 가변부를 제어하는 제어부를 포함하는 차동증폭기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반응 유닛은,
    전기화학 반응이 발생하는 바이오센서 또는 바이오 칩(chip)인 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전압 입력부는,
    상기 반응 유닛의 두 개의 반응전극들로부터 각각 전압을 입력받거나,
    상기 반응 유닛의 반응전극과 기준전극으로부터 각각 전압을 입력받는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 출력되는 차동 전압을 바탕으로, 보상 전압을 제어하여 상기 오프셋을 실시간으로 보상하며, 가변 저항을 제어하여 상기 차동 전압을 실시간으로 증폭하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보상 전압은, 상기 반응 전압의 출력전에 초기 보상 전압으로 인가되며,
    상기 제어부는 상기 초기 보상 전압을 보상 전압으로 제어하여 상기 오프셋을 실시간으로 보상하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 전압 출력부에 연결되어 상기 반응 전압 또는 차동 전압을 획득하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 전압 입력부와 상기 전압 출력부 사이에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 스위치부들을 포함하고,
    상기 제1 스위치부만 온(ON) 상태이면 상기 반응 전압을 출력하고,
    상기 제2 스위치부만 온(ON) 상태이면 상기 차동 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 차동증폭유닛은,
    상기 전압 입력부의 제1 입력단과 상기 제1 스위치부의 사이에 연결되는 제1 증폭부; 및
    상기 전압 입력부의 제2 입력단과 상기 제2 스위치부의 사이에 연결되는 제2 증폭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가변부는,
    상기 제1 증폭부의 출력단과 접지 사이에 연결되는 제1 가변 저항부; 및
    상기 제1 증폭부의 출력단과 상기 제2 증폭부의 출력단 사이에 연결되는 제2 가변 저항부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가변부는,
    상기 제1 가변 저항부와 상기 접지 사이에 연결되는 보상전압부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 차동 전압(VO)은,

    VO=(1+Rgain/R)(Vin2-Vin1)+Vcomp 식 (1)

    {Rgain: 가변부의 가변 저항값, R: 가변부의 저항값, Vin2: 기준 전압, Vin1: 반응 전압, Vcomp: 가변부의 보상 전압}
    상기 식 (1)로 산출되는 것을 특징으로 하는 차동증폭기.
  12. 반응 유닛과 연결되어 전압을 입력받는 전압 입력부, 상기 입력된 전압의 오프셋을 보상하며 스위칭부, 가변부 및 제어부를 포함하는 차동증폭유닛, 및 상기 차동증폭유닛을 통과한 전압을 출력하는 전압 출력부를 포함하는 차동증폭기에서,
    초기 보상전압을 설정하는 단계;
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 제1 스위치만 온(ON) 상태가 되는 단계;
    상기 전압 입력부가 상기 반응 유닛으로부터 반응 전압을 획득하는 단계;
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 제2 스위치만 온(ON) 상태가 되는 단계:
    상기 반응 유닛으로부터 기준 전압과 반응 전압의 차이인 차동 전압을 획득하는 단계; 및
    상기 제어부는, 상기 획득되는 차동 전압을 바탕으로, 상기 가변부를 제어하는 단계를 포함하는 차동증폭기의 구동방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 가변부를 제어하는 단계에서,
    상기 획득되는 차동 전압을 바탕으로, 보상 전압을 제어하여 오프셋을 실시간으로 보상하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기의 구동방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 오프셋을 실시간으로 보상하는 경우,
    스위칭에 의해 상기 차동 전압이 획득되자마자, 상기 보상 전압을 1차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차동증폭기의 구동방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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