KR102070406B1 - A non-contact electrocardiography monitoring circuit and an appratus for electrocardiography monitoring - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 비접촉 심전도 측정 회로는, 신호원의 측정신호를 비접촉으로 획득하여 증폭 제어부의 제1 입력 단자로 출력하는 비접촉 측정부; 상기 측정신호를 증폭하여 출력단으로 출력하는 증폭 제어부; 및 상기 증폭 제어부의 제2 입력 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 비접촉 측정부를 차폐하는 병합형 능동 실드를 포함한다.Non-contact electrocardiogram measuring circuit according to an embodiment of the present invention, the non-contact measuring unit for obtaining a non-contact measurement signal of the signal source and outputs to the first input terminal of the amplification control unit; An amplification controller for amplifying the measurement signal and outputting the amplified signal to an output terminal; And a merged active shield electrically connected to the second input terminal of the amplification controller to shield the non-contact measuring unit.

Description

비접촉 심전도 측정 회로 및 이를 이용한 심전도 측정 장치{A NON-CONTACT ELECTROCARDIOGRAPHY MONITORING CIRCUIT AND AN APPRATUS FOR ELECTROCARDIOGRAPHY MONITORING}Non-contact electrocardiogram measuring circuit and electrocardiogram measuring apparatus using the same {A NON-CONTACT ELECTROCARDIOGRAPHY MONITORING CIRCUIT AND AN APPRATUS FOR ELECTROCARDIOGRAPHY MONITORING}

본 발명은 전위 측정 방법, 회로 및 그 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 비접촉 심전도 측정 방법, 비접촉 심전도 측정 회로 및 이를 이용한 심전도 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a potential measurement method, a circuit and an apparatus thereof. More specifically, the present invention relates to a non-contact electrocardiogram measuring method, a non-contact electrocardiogram measuring circuit, and an electrocardiogram measuring apparatus using the same.

생체 전기 신호 계측 분야에서, 전통적으로, 신호 검출을 위해서 인체 피부 표면에 전도성 전극이 직접 부착된다. 생체 전기 신호는 인체의 질환 진단이나 치료 경과 등을 위해 필요한 정보를 제공한다. 그러나 신호 계측 과정에서 인체 피부에 직접적으로 전도성 전극을 부착해야 한다. 이로 인하여 피검자는 검사에 대한 거부감을 갖는다.In the field of bioelectrical signal metrology, traditionally, conductive electrodes are directly attached to the human skin surface for signal detection. The bioelectrical signal provides information necessary for diagnosing or treating a disease in a human body. However, conductive signals must be attached directly to human skin during signal measurement. As a result, the subject has a feeling of rejection of the test.

결과적으로, 피검자가 의식하지 않는 상태에서 장기간 동안 실시간 측정이 이루어져야 하지만, 기존에 사용되던 습식 전극과 건식 전극의 경우 이 조건을 충족하기 어렵다. 따라서, 전기적 비접촉 전극(electrical non-contact electrode 혹은 non-contact electrode)을 이용하고자 하는 방법이 대두되었다.As a result, real-time measurements should be made for a long time without the subject's consciousness, but it is difficult to meet this condition with conventional wet and dry electrodes. Therefore, a method of using an electrical non-contact electrode (non-contact electrode or non-contact electrode) has emerged.

그러나, 이와 같은 비접촉 방식에 있어서, 피검자가 옷을 입은 상태에서도 피부 표면의 전위를 측정할 수 있도록 하려면, 입력 임피던스를 증가시키기 위한 회로구성이 필요하다. 그러나, 이를 해결하기 위한 기존의 많은 방식들은 입력 임피던스 증가를 위해 정귀환 회로(POSITIVE FEEDBACK)을 구성하고, 이에 대한 저항과 캐패시턴스의 인위적 조절을 채용하고 있다.However, in such a non-contact method, a circuit configuration for increasing the input impedance is required in order to be able to measure the potential of the skin surface even when the subject is dressed. However, many existing methods to solve this problem configure a positive feedback circuit (POSITIVE FEEDBACK) to increase the input impedance, and employs artificial adjustment of the resistance and capacitance.

그러나, 이와 같은 비접촉 심전도 측정의 임피던스 증가를 위한 기존의 방식들은 먼저, 입력단의 전단 증폭기의 게인이 1인 아날로그 버퍼를 이용해야 한다는 한계가 있다. 즉, 상기 정귀환 구성을 위한 첫 단의 버퍼 게인이 등가 입력으로 제한됨으로써, 회로의 잡음 효율이 좋지 않을 뿐만 아니라, 필요 전력이 증가하게 되는 문제점이 있다. 이는, 저전력 시스템 구성을 어렵게 할 수 있다.However, conventional methods for increasing the impedance of such a non-contact ECG measurement have a limitation that, first, an analog buffer having a gain of the front-end amplifier of the input stage should be used. That is, since the first stage buffer gain for the positive feedback configuration is limited to the equivalent input, the noise efficiency of the circuit is not good and the power required is increased. This can make the construction of low power systems difficult.

특히, 이를 해결하기 위해 인위적인 전압이득을 갖는 증폭기를 병합 설계하는 경우, 노이즈 성능을 위한 전력 공급량이 높아지게 되며, 이는 저전력 바이오 메디컬 시스템에서의 사용을 어렵게 한다. 특히, 웨어러블 메디컬 센서 등의 경우 1~2uW 이내의 전력소모를 요구하기 때문에, 단순히 전압이득만을 위한 증폭기 회로를 연결하는 설계는 전력 소모면에서 적합하지 않다.In particular, in order to solve this problem, incorporating an amplifier having artificial voltage gain, the power supply for noise performance is increased, which makes it difficult to use in a low power biomedical system. In particular, since wearable medical sensors require power consumption within 1 to 2 uW, a design for simply connecting an amplifier circuit for voltage gain is not suitable in terms of power consumption.

이에 따라, 현재로서는 상기 문제점을 해결하지 못하여, 장시간 동안 실시간 모니터링이 가능하면서도 양산가능한 해결방안이 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, at present, the above problem cannot be solved, and a solution capable of real time monitoring for a long time and mass production is required.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저전력 저잡음 회로를 구성하면서도 입력신호의 증폭을 가능하게 함으로써, 장시간 동안 실시간 모니터링이 가능하면서도 양산을 가능하게 하는 비접촉 심전도 측정 회로 및 이를 이용한 심전도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, by configuring a low-power low-noise circuit while enabling the amplification of the input signal, non-contact electrocardiogram measuring circuit that enables real-time monitoring for a long time and the electrocardiogram measuring apparatus using the same The purpose is to provide.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 회로는, 비접촉 심전도 측정 회로에 있어서, 신호원의 측정신호를 비접촉으로 획득하여 증폭 제어부의 제1 입력 단자로 출력하는 비접촉 측정부; 상기 측정신호를 증폭하여 출력단으로 출력하는 증폭 제어부; 및 상기 증폭 제어부의 제2 입력 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 비접촉 측정부를 차폐하는 병합형 능동 실드를 포함한다.A circuit according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, the non-contact electrocardiogram measuring circuit, a non-contact measuring unit for obtaining a non-contact measurement signal of the signal source and outputs it to the first input terminal of the amplification controller; An amplification controller for amplifying the measurement signal and outputting the amplified signal to an output terminal; And a merged active shield electrically connected to the second input terminal of the amplification controller to shield the non-contact measuring unit.

한편, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 상기 회로를 포함하는 심전도 측정 장치로 구현될 수 있다.On the other hand, the device according to an embodiment of the present invention for solving the above problems, may be implemented as an electrocardiogram measuring device including the circuit.

본 발명의 실시 예에 따르면, 입력단의 병합형 능동 실드 회로를 이용함으로써 입력단 버퍼의 게인 제한을 자유롭게 하고 이에 따른 1 마이크로 와트 이하의 초저전력, 저잡음 시스템을 구현할 수 있으며, 양산 가능성을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, by using the merged active shield circuit of the input stage, the gain limit of the input stage buffer can be freed, and thus, an ultra low power and low noise system of less than 1 microwatt can be realized, and the possibility of mass production can be greatly increased. It works.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전체 시스템을 개념적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템을 회로로서 구현한 경우를 보다 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시뮬레이션 검증 결과를 나타내는 그래프이다.1 is a block diagram conceptually illustrating an entire system according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram for describing in more detail a case where a system according to an embodiment of the present invention is implemented as a circuit.
3 is a graph illustrating a simulation verification result according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전체 시스템을 개념적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram conceptually illustrating an entire system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이하의 내용은 단지 본 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 발명의 원리를 구현하고 본 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 본 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.The following merely illustrates the principles of the invention. Therefore, those skilled in the art, although not explicitly described or illustrated herein, can embody the principles of the present invention and invent various devices that fall within the spirit and scope of the present invention. In addition, all conditional terms and embodiments listed herein are in principle clearly intended to be understood only for the purpose of understanding the concept of the invention and are not to be limited to the specifically listed embodiments and states. do.

또한, 본 발명의 원리, 관점 및 실시 예들뿐만 아니라 특정 실시 예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, it is to be understood that all detailed descriptions, including the specific embodiments, as well as the principles, aspects, and embodiments of the present invention, are intended to include structural and functional equivalents of these matters. In addition, these equivalents should be understood to include not only equivalents now known, but also equivalents to be developed in the future, that is, all devices invented to perform the same function regardless of structure.

따라서, 예를 들어, 본 명세서의 블록도는 본 발명의 원리를 구체화하는 예시적인 회로의 개념적인 관점을 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 이와 유사하게, 모든 흐름도, 상태 변환도, 의사 코드 등은 컴퓨터가 판독 가능한 매체에 실질적으로 나타낼 수 있고 컴퓨터 또는 프로세서가 명백히 도시되었는지 여부를 불문하고 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 수행되는 다양한 프로세스를 나타내는 것으로 이해되어야 한다.Thus, for example, the block diagrams herein should be understood to represent a conceptual aspect of exemplary circuitry embodying the principles of the invention. Similarly, all flowcharts, state transitions, pseudocodes, etc., are understood to represent various processes performed by the computer or processor, whether the computer may be substantially represented on a readable medium and whether the computer or processor is clearly shown. Should be.

프로세서 또는 이와 유사한 개념으로 표시된 기능 블록을 포함하는 도면에 도시된 다양한 소자의 기능은 전용 하드웨어뿐만 아니라 적절한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어의 사용으로 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 상기 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서 또는 복수의 개별적 프로세서에 의해 제공될 수 있고, 이들 중 일부는 공유될 수 있다.The functionality of the various elements shown in the figures, including functional blocks represented by a processor or similar concept, can be provided by the use of dedicated hardware as well as hardware capable of executing software in association with appropriate software. When provided by a processor, the functionality may be provided by a single dedicated processor, a single shared processor or a plurality of individual processors, some of which may be shared.

또한 프로세서, 제어 또는 이와 유사한 개념으로 제시되는 용어의 명확한 사용은 소프트웨어를 실행할 능력을 가진 하드웨어를 배타적으로 인용하여 해석되어서는 아니되고, 제한 없이 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 롬(ROM), 램(RAM) 및 비 휘발성 메모리를 암시적으로 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 주지관용의 다른 하드웨어도 포함될 수 있다.In addition, the explicit use of terms presented in terms of processor, control, or similar concept should not be interpreted exclusively as a citation of hardware capable of executing software, and without limitation, ROM for storing digital signal processor (DSP) hardware, software. (ROM), RAM, and non-volatile memory are to be understood to implicitly include. Other hardware for the governor may also be included.

본 명세서의 청구범위에서, 상세한 설명에 기재된 기능을 수행하기 위한 수단으로 표현된 구성요소는 예를 들어 상기 기능을 수행하는 회로 소자의 조합 또는 펌웨어/마이크로 코드 등을 포함하는 모든 형식의 소프트웨어를 포함하는 기능을 수행하는 모든 방법을 포함하는 것으로 의도되었으며, 상기 기능을 수행하도록 상기 소프트웨어를 실행하기 위한 적절한 회로와 결합된다. 이러한 청구범위에 의해 정의되는 본 발명은 다양하게 열거된 수단에 의해 제공되는 기능들이 결합되고 청구항이 요구하는 방식과 결합되기 때문에 상기 기능을 제공할 수 있는 어떠한 수단도 본 명세서로부터 파악되는 것과 균등한 것으로 이해되어야 한다.In the claims of this specification, a component expressed as a means for performing a function described in the detailed description includes all types of software including, for example, a combination of circuit elements or firmware / microcode for performing the function. It is intended to include all methods of performing a function which are combined with appropriate circuitry for executing the software to perform the function. The invention, as defined by these claims, is equivalent to what is understood from this specification, as any means capable of providing such functionality, as the functionality provided by the various enumerated means are combined, and in any manner required by the claims. It should be understood that.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. The above objects, features, and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전체 시스템을 개념적으로 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시스템을 회로로서 구현한 경우를 보다 구체적으로 설명하기 위한 회로도이다.FIG. 1 is a block diagram conceptually illustrating an entire system according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram for more specifically describing a case where a system according to an exemplary embodiment of the present invention is implemented as a circuit.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉 심전도 시스템은, 신호원인 신체(200)와 비접촉에 의한 간접적으로 연결되는 심전도 측정 장치(100)로 구성될 수 있으며, 심전도 측정 장치(100)는 비접촉 측정부(110), 병합형 능동 실드(121), 고역 통과 필터(115), 전압 이득 설정부(130), 증폭 제어부(160) 및 출력부(170)를 포함하여 구성될 수 있다.1 and 2, a non-contact ECG system according to an exemplary embodiment of the present invention may be configured as an ECG measuring device 100 which is indirectly connected to a body 200 as a signal source by non-contact, and an ECG measuring device. The 100 may be configured to include a non-contact measuring unit 110, a merged active shield 121, a high pass filter 115, a voltage gain setting unit 130, an amplifying control unit 160, and an output unit 170. Can be.

비접촉 측정부(110)에는 인체와 심전도 측정 장치(100)간 배치되어, 인체와 비접촉식 전극 사이에 형성되는 각각의 축전기 및 전단 증폭기가 구비될 수 있으며, 생체 신호의 주파수 변화에 따른 입력 심전도 신호(ECG, electrocardogram) 를 획득하여 증폭 제어부(160)로 전달한다. 증폭 제어부(160)는 아날로그 연산 증폭기를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 비접촉 측정부(110)는 상기 증폭기의 비반전 입력 단자(양 전압 입력 단자)에 대응하는 제1 입력 단자로 상기 입력 심전도 신호를 전달할 수 있다.The non-contact measuring unit 110 may be disposed between the human body and the electrocardiogram measuring device 100, and may include respective capacitors and shear amplifiers formed between the human body and the non-contact electrode, and may include an input electrocardiogram signal according to a frequency change of the bio signal. ECG (electrocardogram) is obtained and transferred to the amplification controller 160. The amplification control unit 160 may include an analog operational amplifier, wherein the non-contact measuring unit 110 transmits the input ECG signal to a first input terminal corresponding to a non-inverting input terminal (positive voltage input terminal) of the amplifier. I can deliver it.

그리고, 제2 입력 단자는 상기 증폭 제어부(160)의 증폭기의 반전 입력 단자(음 전압 입력 단자)에 연결될 수 있으며, 상기 제2 입력 단자는 비접촉 측정부(110)에 대응하여, 상기 비접촉 측정부(110)를 차폐하는 병합형 능동 실드(121)와 연결될 수 있다.The second input terminal may be connected to an inverting input terminal (negative voltage input terminal) of the amplifier of the amplification controller 160, and the second input terminal corresponds to the non-contact measuring unit 110. It may be connected to the merged active shield 121 that shields 110.

이에 따라, 상기 병합형 능동 실드는 상기 비접촉 측정부(110)는 입력 심전도 신호 전압에 대한 노이즈를 제거하고, 저전력, 저잡음 구동을 가능하게 하는 실드 회로로서 동작할 수 있다.Accordingly, the merged active shield may operate as the shield circuit that removes noise with respect to the input ECG signal voltage and enables low power and low noise driving.

특히, 이와 같은 실드 회로는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 비접촉 측정부(110)의 측정 단자(V_ELECTRODE) 외측에 구비되어, 상기 측정 단자를 감싸는 형태로 연장 형성될 수 있으며, 비접촉 측정부(110) 상기 비접촉 측정부 및 상기 비접촉 측정부와 상기 증폭 제어부 사이에 연결된 신호 라인의 전부 또는 일부를 차폐함으로써, 노이즈 제거를 구현할 수 있다.In particular, such a shield circuit is provided outside the measurement terminal V_ELECTRODE of the non-contact measurement unit 110 as shown in FIG. 3, and may be formed to extend in a form surrounding the measurement terminal. The noise reduction may be implemented by shielding all or part of the non-contact measuring unit and the signal line connected between the non-contact measuring unit and the amplifying control unit.

특히 병합형 능동 실드(121)의 상기 차폐에 따른 노이즈 제거는 기생 캐패시턴스의 제거로 구현될 수 있다. 기생 캐패시턴스는 캐패시터의 원치 않는 기생 성분으로서, 전극에 의한 저항과 유전체 재료에 의한 유전 손실, 전극 및 단자 길이, 절연 저항 성분 등으로 인해 발생될 수 있으며, 병합형 능동 실드(121)는 그 성분들을 감쇠시키기 위한 에어 공간 형성 및 제2 연결 단자로 감쇠 신호를 제공함으로써 전력 소모는 최소화하면서도 그 기생 캐패시턴스의 제거 효과를 극대화할 수 있다.In particular, noise cancellation due to the shielding of the merged active shield 121 may be implemented by eliminating parasitic capacitance. Parasitic capacitance is an unwanted parasitic component of a capacitor, which may be caused by resistance by electrodes and dielectric losses by dielectric materials, electrode and terminal lengths, insulation resistance components, and the like. By forming an air space to attenuate and providing an attenuation signal to the second connection terminal, the parasitic capacitance can be maximized while minimizing power consumption.

또한, 병합형 능동 실드(121)에 의해 형성되는 실드 노드는, 음 전압 입력 단자인 제2 입력 단자와 연결되도록 구성됨으로써, 후술할 전압 이득 설정부(130)와 고역 통과 필터(115)에 의한 전압이득증폭 및 아날로그 버퍼의 역할을 병합(Merge)하여 저전력으로 처리할 수 있는 회로 구현을 가능하게 한다.In addition, the shield node formed by the merged active shield 121 is configured to be connected to the second input terminal, which is a negative voltage input terminal, so that the voltage gain setting unit 130 and the high pass filter 115 to be described later will be described. It combines the role of voltage gain and analog buffers to enable circuitry that can be processed at low power.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 심전도 측정 장치(100)는 증폭 제어부(160)의 출력단과 상기 제2 입력 단자 사이에 연결되어, 바이어스 전원 인가에 따른 상기 증폭 제어부(160)의 전압 이득을 조절하는 전압 이득 설정부(130)와, 바이어스 전원 인가에 따라, 상기 비접촉 측정부(110)로부터 출력된 측정신호를 고역 통과 필터링하여 상기 증폭 제어부의 상기 제1 입력 단자로 전달하는 고역 통과 필터(115)를 포함할 수 있다.To this end, the electrocardiogram measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is connected between the output terminal of the amplification control unit 160 and the second input terminal to adjust the voltage gain of the amplification control unit 160 according to the bias power applied. A high pass filter configured to pass-pass filter the measurement signal output from the non-contact measuring unit 110 according to the voltage gain setting unit 130 and the bias power applied to the first input terminal of the amplification control unit ( 115).

먼저, 고역 통과 필터(115)는 상기 비접촉 측정부(110)와 일단이 연결되고 타단이 제1 입력 단자와 연결된 필터 캐패시터와, 상기 제1 입력 단자와 양 바이어스 전원단 사이에 연결된 필터 저항을 포함할 수 있다. 캐패시터의 필터 캐패시턴스 Chpf와, 상기 필터 저항 Rhpf는 교류 커플링(AC coupling)을 통해 상기 바이어스 전압에 따른 입력 전원을 설정하고, 비접촉 측정부(110)로부터 수신되는 일정 주파수, 예를 들어 약 0.1Hz 대역의 신호를 고역 패스 필터링할 수 있다. First, the high pass filter 115 includes a filter capacitor having one end connected to the non-contact measuring unit 110 and the other end connected to a first input terminal, and a filter resistor connected between the first input terminal and a positive bias power supply terminal. can do. The filter capacitance Chpf of the capacitor and the filter resistor Rhpf set an input power according to the bias voltage through AC coupling, and receive a constant frequency received from the non-contact measuring unit 110, for example, about 0.1 Hz. High pass filtering of the signal in the band can be performed.

그리고, 전압 이득 설정부(130)는 상기 제2 입력 단자와 음 바이어스 전원단 사이에 연결되는 제1 캐패시터(C1) 및, 상기 제2 입력 단자와 증폭 제어부(160)의 출력단 사이에 연결되는 제2 캐패시터(C2)를 포함하며, 상기 제2 입력 단자와 증폭 제어부(160)의 출력단 사이에 상기 제2 캐패시터와 병렬 연결되는 제2 저항(R2)를 더 포함할 수 있다.In addition, the voltage gain setting unit 130 may include a first capacitor C1 connected between the second input terminal and the negative bias power supply terminal, and a second connection terminal connected between the second input terminal and the output terminal of the amplification controller 160. A second resistor (C2) and may further include a second resistor (R2) connected in parallel with the second capacitor between the second input terminal and the output terminal of the amplification control unit 160.

전압 이득 설정부(130)는 상기 제1 캐패시터와 제2 캐패시터의 용량에 따른 전압 이득을 설정할 수 있다. 예를 들어, 전압 이득은 AV = 1 + C1/C2 의 형태로 결정될 수 있다. 그리고, 제2 저항 R2에 따라, 출력부(170)로 출력되는 출력 전압 V_OUT의 DC 바이어스는 입력 바이어스 (V_BIAS) 전압과 동일하게 설정될 수 있다.The voltage gain setting unit 130 may set a voltage gain according to the capacities of the first capacitor and the second capacitor. For example, the voltage gain may be determined in the form of AV = 1 + C1 / C2. In addition, according to the second resistor R2, the DC bias of the output voltage V_OUT output to the output unit 170 may be set to be the same as the input bias (V_BIAS) voltage.

한편, 증폭 제어부(160)는 비접촉 측정부(110)로부터 전달되는 입력 신호를 증폭하고, 출력부(170)로 출력하기 위한 증폭기를 포함할 수 있다.The amplification controller 160 may include an amplifier for amplifying the input signal transmitted from the non-contact measuring unit 110 and outputting the amplified input signal to the output unit 170.

특히, 증폭 제어부(160)의 증폭기는 기존의 아날로그 버퍼 등으로만 구성되던 단순 연결 형태와 달리, 본 발명의 실시 예에 따른 병합형 능동 실드(121), 전압 이득 설정부(130) 및 고역 통과 필터(115)와의 연결에 따라, 소모전력은 최소화되면서도 전압 이득 성능 및 노이즈 저감을 유지할 수 있는 저전력 시스템 구성을 가능하게 한다.In particular, the amplifier of the amplification control unit 160, unlike the simple connection form that is composed only of the conventional analog buffer, etc., the merged active shield 121, the voltage gain setting unit 130 and the high pass according to an embodiment of the present invention The connection with the filter 115 enables a low power system configuration that can maintain voltage gain performance and noise reduction while minimizing power consumption.

한편, 출력부(170)는 증폭된 신호로부터 심전도 측정 결과를 출력하기 위한 하나 이상의 출력 모듈을 포함할 수 있다. 출력 모듈은 예를 들어, 생체 정보의 처리, 출력 및 표시 등이 가능한 단말 장치의 구성일 수 있으며, 퍼스널 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 등의 다양한 컴퓨터 장치의 출력 모듈이 예시될 수 있다.The output unit 170 may include one or more output modules for outputting an electrocardiogram measurement result from the amplified signal. The output module may be, for example, a configuration of a terminal device capable of processing, outputting, and displaying biometric information, and an output module of various computer devices such as a personal computer, a smartphone, and a tablet may be exemplified.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시뮬레이션 검증 결과를 나타내는 그래프이다.3 is a graph illustrating a simulation verification result according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 종래기술의 경우(아날로그 버퍼 방식)와, 본 발명의 경우와, 이상적인 경우 각각에 대한 회로를 구성하여 AC 시뮬레이션을 실행한 결과를 나타낸다.Fig. 3 shows the results of performing AC simulations by configuring circuits for the prior art (analog buffer method), the present invention, and the ideal case, respectively.

이상적인 경우는 기생 캐패시턴스가 없는 경우를 나타내고 있으며, 결과적으로 실드 효과가 높을수록 이상적인 경우의 시뮬레이션 결과와 dB 가 같아야 한다. 시뮬레이션 결과에서 보듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 병합형 능동 실드(121) 기반의 증폭기가 이용된 경우, 종래 기술과 달리 이상적인 경우와 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다. 이는 기존의 아날로그 버퍼만을 이용하거나, 별도의 증폭기로 인한 전력 소모를 크게 증가시키지 않고도, 노이즈 저감된 저전력 심전도 측정 장치(100)를 구현할 수 있음을 나타낸다.The ideal case represents the absence of parasitic capacitance, and as a result, the higher the shielding effect, the dB should be equal to the simulation result of the ideal case. As shown in the simulation results, when the merged active shield 121-based amplifier according to the embodiment of the present invention is used, it can be seen that almost identical to the ideal case unlike the prior art. This indicates that the noise reduction low power electrocardiogram measuring apparatus 100 may be implemented without using only an existing analog buffer or greatly increasing power consumption due to a separate amplifier.

또한, 이와 같은 본 발명의 실시 예에 따라, 비접촉 측정이 가능한 심전도 측정 장치(100)에 있어서, 1uW 이하 전력을 소모하는 초저전력 저잡음 증폭기를 설계할 수 있고, 이를 통해 장시간 동안 실시간 모니터링이 가능한 헬스케어 시스템을 구축할 수 있다. 특히, 최적의 심전도 측정을 위한 기생 임피던스 최소화 및 시스템 임피던스 최적화를 가능하게 하여, 양산 가능성을 크게 높일 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, in the electrocardiogram measuring apparatus 100 capable of non-contact measurement, it is possible to design an ultra-low power low noise amplifier that consumes less than 1uW power, thereby enabling a real-time monitoring for a long time You can build a care system. In particular, by enabling parasitic impedance minimization and system impedance optimization for optimal ECG measurement, the possibility of mass production can be greatly increased.

Claims (7)

비접촉 심전도 측정 회로에 있어서,
신호원의 측정신호를 비접촉으로 획득하여 증폭 제어부의 제1 입력 단자로 출력하는 비접촉 측정부;
상기 측정신호를 증폭하여 출력단으로 출력하는 증폭 제어부; 및
상기 증폭 제어부의 제2 입력 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 비접촉 측정부를 차폐하는 병합형 능동 실드를 포함하고,
상기 증폭 제어부는 아날로그 연산 증폭기를 포함하며,
상기 제1 입력 단자는 상기 증폭기의 비반전 입력 단자에 연결되며,
상기 제2 입력 단자는 일단이 상기 증폭기의 반전 입력 단자에 연결되고, 상기 제2 입력 단자의 타단은 상기 병합형 능동 실드에 연결되며,
상기 병합형 능동 실드는 상기 비접촉 측정부의 측정 단자 외측에 구비되어, 상기 측정 단자를 감싸는 형태로 연장 형성되면서 기생 캐패시턴스를 감쇠시키기 위한 에어 공간을 형성하여, 제2 연결 단자로 기생 캐패시턴스 감쇠 신호를 제공하는
비접촉 심전도 측정 회로.In the non-contact electrocardiogram measuring circuit,
A non-contact measuring unit which acquires the measurement signal of the signal source in a non-contact manner and outputs it to the first input terminal of the amplification controller;
An amplification controller for amplifying the measurement signal and outputting the amplified signal to an output terminal; And
A merged active shield electrically connected to the second input terminal of the amplification control unit and shielding the non-contact measuring unit;
The amplification control unit includes an analog operational amplifier,
The first input terminal is connected to a non-inverting input terminal of the amplifier,
One end of the second input terminal is connected to the inverting input terminal of the amplifier, and the other end of the second input terminal is connected to the merged active shield;
The merged active shield is provided outside the measurement terminal of the non-contact measuring unit to form an air space for attenuating parasitic capacitance while extending in a shape surrounding the measurement terminal, thereby providing a parasitic capacitance attenuation signal to the second connection terminal. doing
Non-contact ECG measurement circuit. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 병합형 능동 실드는
상기 비접촉 측정부 및 상기 비접촉 측정부와 상기 증폭 제어부 사이에 연결된 신호 라인의 전부 또는 일부를 차폐하는
비접촉 심전도 측정 회로.The method of claim 1,
The merged active shield
Shielding all or part of the signal line connected between the non-contact measuring unit and the non-contact measuring unit and the amplification control unit
Non-contact ECG measurement circuit. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 증폭 제어부의 상기 제2 입력 단자와 상기 출력단 사이에 연결되어, 전원 인가에 따른 상기 증폭 제어부의 전압 이득을 조절하는 전압 이득 설정부를 더 포함하는
비접촉 심전도 측정 회로.The method of claim 1,
A voltage gain setting unit connected between the second input terminal and the output terminal of the amplification control unit and adjusting a voltage gain of the amplification control unit according to power application;
Non-contact ECG measurement circuit. 제1항에 있어서,
전원 인가에 따라, 상기 비접촉 측정부로부터 출력된 측정신호를 고역 통과 필터링하여 상기 증폭 제어부의 상기 제1 입력 단자로 전달하는 고역 통과 필터를 더 포함하는
비접촉 심전도 측정 회로.The method of claim 1,
The apparatus may further include a high pass filter configured to high pass filter the measured signal output from the non-contact measurement unit according to the power applied to the first input terminal of the amplification controller.
Non-contact ECG measurement circuit. 제1항, 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 기재된 비접촉 심전도 측정 회로를 포함하는 비접촉 심전도 측정 장치.A non-contact electrocardiogram measuring device comprising the non-contact electrocardiogram measuring circuit according to any one of claims 1, 3, 5, and 6.
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