KR102399562B1

KR102399562B1 - 신호 처리 장치 및 방법, 생체 신호 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102399562B1
Application number: KR1020140095734A
Authority: KR
Inventors: 김종팔; 고형호; 이탁형
Original assignee: 삼성전자주식회사; 충남대학교산학협력단
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2022-05-18
Also published as: CN105310684A; US9762227B2; EP2979627A1; KR20160013661A; JP6784478B2; JP2016030210A; CN105310684B; EP2979627B1; US20160028388A1

Abstract

신호 처리 장치 및 방법, 생체 신호 처리 방법 및 장치가 개시된다. 신호 처리 장치는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 신호 처리 장치는 제1 제어 신호를 이용하여 측정 대상으로부터 측정된 제1 신호를 주파수 성분이 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제2 신호를 증폭한 후 관심 주파수 대역의 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

Description

신호 처리 장치 및 방법, 생체 신호 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING SIGNAL, APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING BIO-SIGNAL PROCESSING}

아래의 설명은 전기적 신호를 처리하는 기술에 관한 것이다.

계측 증폭기(Instrumentation Amplifier, IA)는 다양한 신호를 측정하기 위해 이용된다. 예를 들어, 계측 증폭기는 의료 분야에서 심전도(ECG, electrocardiogram)나 근전도(EMG, electromyogram), 광체적변동파형(PPG, photoplethysmogram), 체저항 또는 움직임 신호 등과 같은 생체 신호를 증폭할 수 있다. 일반적으로, 계측 증폭기는 낮은 오프셋(offset), 적은 잡음, 높은 동상 신호 제거(high common mode rejection), 높은 루프 이득, 높은 입력 저항을 나타내는 차동 증폭기(differential amplifier)로 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 측정 대상에 인가되는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호를 수신하는 단계; 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호를 수신하는 단계; 및 상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 이용하여, 상기 측정 대상으로부터 측정된 제1 신호를 주파수 성분이 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 신호를 상기 제2 신호로 변환하는 단계는, 상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 조합하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 제어 신호를 이용하여 상기 제1 신호를 상기 제2 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 제어 신호는, 신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 적어도 2개의 서로 다른 제1 시간 폭 및 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 적어도 2개의 서로 다른 제3 시간 폭 및 제4 시간 폭을 가질 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 상기 증폭기를 이용하여 상기 제2 신호가 증폭된 제3 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계는, 상기 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가지는 제2 제어 신호를 이용하여 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계는, 상기 제2 기준 신호를 90도만큼 위상을 쉬프트한 제2 제어 신호를 이용하여 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 신호는, 상기 증폭기의 주파수 대역폭 범위 밖에 위치하는 주파수 성분을 가지고, 상기 제2 신호는, 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 중간 주파수 성분을 가질 수 있다.

다른 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 측정 모드에 기초하여 복수의 제1 기준 신호들 중 어느 하나의 제1 기준 신호를 선택하는 단계; 상기 선택된 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호를 이용하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 제어 신호를 이용하여, 측정 대상으로부터 측정된 제1 신호를 주파수 성분이 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 기준 신호를 선택하는 단계는, 제1 측정 모드에서 상기 측정 대상에 인가되는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호를 선택하고, 제2 측정 모드에서 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 제1 기준 신호를 선택하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 측정 모드는, 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 모드이고, 상기 제2 측정 모드는, 생체 전위 정보를 측정하기 위한 모드일 수 있다.

다른 실시예에 따른 신호 처리 방법에서, 상기 제1 제어 신호는, 신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 적어도 2개의 서로 다른 제1 시간 폭 및 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 적어도 2개의 서로 다른 제3 시간 폭 또는 제4 시간 폭을 가질 수 있다.

다른 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 상기 증폭기를 이용하여 상기 제2 신호가 증폭된 제3 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법은, 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되지 않는 생체 신호의 주파수 성분을 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변환하는 단계; 및 상기 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 증폭하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법에서, 상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은, 측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 작을 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법에서, 상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은, 측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 클 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법에서, 상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은, 베이스밴드 신호의 주파수 성분보다 클 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법은, 상기 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 신호 처리 장치는, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는 제어기; 상기 제1 제어 신호에 기초하여 제1 신호를 주파수 성분이 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환하는 제1 변환기; 상기 제2 신호를 증폭하여 제3 신호를 출력하는 증폭기; 및 상기 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환하는 제2 변환기를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치는, 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되지 않는 생체 신호의 주파수 성분을 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변환하는 제1 변환기; 및 상기 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치는, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치가 웨어러블 디바이스에 적용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3b는 다른 실시예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제1 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 제2 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 제3 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 제4 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치의 회로 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 제어기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 제1 변환기 및 제2 변환기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 신호 처리 장치의 회로 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 일 실시예에 따른 제1 측정 모드에서 입력 또는 출력되는 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 제1 제어 신호의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 일 실시예에 따른 제4 측정 모드에서 입력 또는 출력되는 신호의 일례를 도시한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 신호 처리 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 17은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 권리 범위가 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 공지된 기능 및 구조는 생략하도록 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치가 웨어러블 디바이스(wearable device)에 적용된 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

생체 신호 처리 장치(110)는 생체 신호를 측정하고, 측정된 생체 신호를 처리할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 처리 장치(110)는 사용자 신체(120)로부터 생체 임피던스(bio-impedance) 정보, 사용자의 신체 성분 정보, 근전도(EMG), 심전도(ECG), 또는 광체적변동파형(PPG) 등의 생체 신호를 측정하고, 측정된 생체 신호를 처리할 수 있다. 생체 신호는 사용자의 건강 상태 또는 사용자의 감정 상태를 모니터링하기 위해 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 생체 신호 처리 장치(110)는 모바일 환경에서 생체 임피던스를 측정 및 처리하여 체지방 등의 생체 신호를 검출하는 것과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다. 생체 신호 처리 장치(110)는 사용자 신체에 장착되어 동작하는 웨어러블 디바이스에 포함되어 동작할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 처리 장치(110)는 시계, 장갑, 의류, 모자, 안경, 또는 신발 등의 형태를 가지는 웨어러블 디바이스에 포함되어 동작할 수 있다. 생체 신호 처리 장치(110)는 사용자 신체(120)로부터 측정된 생체 신호를 적합한 형태로 처리하고, 처리된 생체 신호를 모바일 디바이스(130)에 전송할 수 있다. 모바일 디바이스(130)는 생체 신호 처리 장치(110)로부터 수신한 생체 신호를 분석하고, 분석 결과에 기초하여 사용자의 신체 상태, 건강 상태 또는 감정 상태 등을 결정할 수 있다.

생체 신호 처리 장치(110)는 측정 신호를 생성하고, 생성된 측정 신호를 인터페이스부(미도시)를 통해 사용자 신체(120)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부는 사용자 신체(120)와 같은 측정 대상으로부터 생체 신호를 측정하는 생체 전극일 수 있다. 인터페이스부는 웨어러블 디바이스에서 접촉 또는 비접촉 방식에 의해 사용자 신체(120)에 부착될 수 있고, 생체 신호 처리 장치(110)로부터 출력된 측정 신호에 기초하여 사용자의 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부는 사용자 신체(120)의 피부에 직접 접촉되어 생체 신호를 측정하거나 또는 비접촉 방식과 같이 사용자 신체(120)의 피부로부터 일정 거리 이상 이격된 상태에서 생체 신호를 측정할 수 있다. 인터페이스부는 생체 신호를 측정하기 위한 복수 개의 전극들 또는 발광 다이오드(LED), 포토다이오드(photodiode), 광 검출기 등의 센서들을 포함할 수 있다.

생체 신호 처리 장치(110)는 인터페이스부로부터 출력되는 생체 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 처리 장치(110)는 계측 증폭기(Instrumentation Amplifier; IA)를 이용하여 인터페이스부로부터 전달된 생체 신호를 증폭할 수 있다. 예를 들어, 사용자 신체(120)에 측정 신호로서 전류를 주입하고, 반응 신호로서 전압을 측정하는 것에 의해 사용자 신체(120)의 생체 임피던스 정보가 추출될 수 있다. 다른 예로, 사용자 신체(120)에 전압을 인가하고, 인가된 전압의 반응 신호로서 전류를 측정하는 것에 의해 사용자 신체(120)의 생체 임피던스 정보가 추출될 수 있다.

생체 신호를 정상적으로 증폭하기 위해서는, 생체 신호 처리 장치(110) 내 증폭기(미도시)에 입력되는 신호의 주파수 성분이 증폭기의 증폭 가능한 주파수 대역폭(bandwidth) 내에 포함되어야 한다. 예를 들어, 증폭기에 입력되는 생체 신호의 주파수 성분이 1MHz이면, 증폭기는 적어도 1MHz보다 큰 주파수 대역폭을 가져야 생체 신호를 정상적으로 증폭할 수 있다. 따라서, 증폭기에 입력되는 생체 신호의 주파수가 고주파일수록, 증폭기의 주파수 대역폭도 그에 따라 넓어져야 증폭기가 정상적으로 생체 신호를 증폭할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 증폭기의 주파수 대역폭이 넓어질수록 증폭기의 소비 전력이 증가하는 경향이 있다.

증폭기에 입력되는 생체 신호가 증폭기의 증폭 가능한 주파수 대역폭을 벗어나는 주파수 성분을 가지고 있는 경우, 생체 신호 처리 장치(110)는 생체 신호의 주파수 성분이 증폭기의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되도록 생체 신호를 변조할 수 있다. 그 후, 생체 신호 처리 장치(110)는 증폭기를 이용하여 생체 신호를 증폭하고, 증폭된 생체 신호를 복조할 수 있다.

증폭기가 정상적으로 생체 신호를 증폭하기 위한 주파수 대역폭은, 원래의 생체 신호가 아닌 변조된 생체 신호의 주파수 성분을 포함할 수 있으면 된다. 따라서, 생체 신호 처리 장치(110)는 측정 신호의 중심 주파수보다 작은 주파수 대역폭을 가지는 증폭기를 이용하여 생체 신호를 증폭할 수 있다. 보다 작은 주파수 대역폭을 가지는 증폭기를 이용함으로써 증폭기의 소비 전력이 저감될 수 있다. 또한, 일반적으로, 증폭기의 주파수 대역폭을 크게 하기 위해서는 증폭기를 구성하는 트랜지스터의 크기가 증가되어야 하므로, 생체 신호 처리 장치(110)는 작은 주파수 대역폭을 가지는 증폭기를 이용함으로써 생체 신호 처리 장치의 설계 면적을 줄일 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 생체 신호 처리 장치(110)는 다양한 측정 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 처리 장치(110)는 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 측정 모드 또는 사용자의 ECG 또는 EMG 등의 생체 전위 정보를 측정하기 위한 측정 모드로 동작할 수 있다. 생체 신호 처리 장치(110)는 제어 신호에 기초하여 회로 동작을 제어하여 동일한 회로 구성에서 생체 임피던스 정보 및 생체 전위 정보를 모두 측정할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 생체 신호 처리 장치(200)는 측정 신호 생성기(210), 제어기(220), 제1 변환기(230), 증폭기(240), 및 제2 변환기(250)를 포함할 수 있다.

생체 신호 처리 장치(200)는 복수의 측정 모드들 중 어느 하나의 측정 모드로 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 생체 신호 처리 장치(200)는 제1 측정 모드, 제2 측정 모드, 제3 측정 모드, 및 제4 측정 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 생체 신호 처리 장치(200)는 제1 측정 모드, 제3 측정 모드, 및 제4 측정 모드에서 생체 임피던스 정보를 측정할 수 있고, 제2 측정 모드에서 생체 전위 정보를 측정할 수 있다. 각 제1 측정 모드, 제3 측정 모드, 및 제4 측정 모드에서, 생체 신호 처리 장치(200)는 측정하고자 하는 생체 임피던스의 종류 및 신호 특성에 따라 서로 다른 방식으로 생체 신호를 처리할 수 있다.

제어기(220)는 제어 신호를 이용하여 측정 신호 생성기(210), 제1 변환기(230), 증폭기(240) 및 제2 변환기(250)를 제어할 수 있다. 제어기(220)는 생체 신호 처리 장치(200)의 측정 모드에 기초하여 제1 변환기(230)를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.

제어기(220)는 측정 모드에 따라 High, Low와 같은 static 신호, 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호의 주파수 성분 또는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호, 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호, 제2 기준 신호의 위상이 쉬프트(shift)된 신호, 제2 변환기(250)를 제어하기 위한 제2 제어 신호, 및 제2 제어 신호의 위상이 쉬프트된 신호 중 적어도 하나를 이용하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 기준 신호는 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되면서 저잡음 주파수 대역보다는 큰 주파수 성분을 가질 수 있다. 제어기(220)는 위 신호들 중 하나의 신호만을 이용하거나 또는 복수의 신호들을 조합하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 기준 신호는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호에 대응할 수 있고, 제2 기준 신호는 제2 변환기(250)를 제어하는 제2 제어 신호에 대응할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 기준 신호는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호에 대응할 수 있고, 제2 기준 신호는 제2 변환기(250)를 제어하는 제2 제어 신호의 위상이 쉬프트된 신호에 대응할 수 있다.

제어기(220)는 생체 신호 처리 장치(200)의 측정 모드에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는데 이용될 제1 기준 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 제1 측정 모드에서, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택하고, 제2 측정 모드에서, 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택할 수 있다.

<제1 측정 모드에서 생체 신호 처리 장치(200)의 동작>

생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제1 측정 모드에서, 측정 신호 생성기(210)는 생체 신호를 측정하기 위한 측정 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정 신호 생성기(210)는 특정 주파수 성분을 가지는 교류 전류 또는 교류 전압을 생성하여 인터페이스부(260)에 전달할 수 있다. 인터페이스부(260)는 측정 신호 생성기(210)로부터 전달된 측정 신호를 전극을 통해 측정 대상에 인가할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부(260)는 사용자 신체와 같은 측정 대상으로부터 생체 신호를 측정하는 생체 전극일 수 있다.

측정 신호 생성기(210)는 제어기(220)의 제어에 의해 다양한 주파수 성분을 가지는 측정 신호를 생성할 수 있다. 측정하고자 하는 대상에 따라 측정 신호의 주파수 성분이 달라질 수 있다. 제어기(220)는 측정하고자 하는 대상에 따른 측정 신호의 주파수 성분을 결정하고, 측정 신호 생성기(210)가 해당 주파수 성분을 가지는 측정 신호를 생성하도록 측정 신호 생성기(210)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)가 사용자의 체지방을 측정하기 위해 50kHz의 주파수 성분을 가지는 측정 신호를 생성하도록 제어할 수 있다.

측정 신호 생성기(210)에 의해 생성된 측정 신호는 인터페이스부(260)를 통해 측정 대상에 인가되고, 측정 신호에 대한 반응 신호로서 생체 신호가 측정될 수 있다. 예를 들어, 인터페이스부(260)는 양의 전극 단자와 음의 전극 단자를 포함할 수 있고, 측정 신호가 측정 대상에 흐름으로 인하여 인터페이스부(260)의 두 전극 단자들 사이에 전위 차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 측정 신호가 특정한 중심 주파수 성분을 가지는 교류 전류인 경우, 인터페이스부(260)의 두 전극 단자들 사이에서 발생되는 전압 차는 측정 신호의 중심 주파수 성분을 가지는 교류 전압일 수 있다.

예를 들어, 측정 신호 생성기(210)는 사각파 또는 사인파 등의 신호 형태를 가지는 측정 신호를 생성할 수 있다. 측정 신호 생성기(210)는 wien bridge oscillator와 같은 방식을 이용하여 사인파를 생성할 수 있다. 이 때, 제1 변환기(230) 또는 제2 변환기(250)이 클록(clock) 형태의 신호를 필요로 하는 경우, 측정 신호 생성기(210)는 사인파를 비교기(미도시)에 통과시키는 방식으로 클록 형태의 신호를 생성할 수 있다. 또는, 측정 신호 생성기(210)는 디지털-아날로그 컨버터(digital-to-analog converter)와 아날로그 필터를 이용하여 룩업 테이블(look-up table)에 저장된 데이터로부터 사인파를 생성할 수도 있다. 측정 신호 생성기(210)는 사인파의 크기 및 시점 관련 정보를 이용하여 필요한 클록 형태의 신호를 생성하고, 생성된 클록 형태의 신호는 제1 변환기(230) 또는 제2 변환기(250)에서 활용될 수 있다.

예를 들어, 사용자 신체에 교류 전류가 흘려 보내지는 경우, 세포막에 전류가 통과하면서 전하가 세포막에 충전될 수 있다. 이 경우, 세포막이 커패시터의 기능을 하고, 세포막에 의한 커패시터를 이용하여 사용자 신체의 전기적 특성이 모델링될 수 있다. 측정 신호로서 이용되는 교류 전류 또는 교류 전압의 주파수 성분에 따라 사용자 신체에 대한 전기의 투과 정도가 달라질 수 있고, 이러한 특성을 이용하여 사용자의 다양한 신체 성분 정보가 측정될 수 있다. 예를 들어, 교류 전류가 측정 부위에 인가되면, 측정 부위는 생체 임피던스로 인하여 전압 강하가 일어날 수 있고, 이러한 전압 강하로 인한 전위 차를 측정함으로써 생체 임피던스 정보가 측정될 수 있다.

제어기(220)는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기(240)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어기(220)는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 변환기(230)를 제어할 수 있다.

제1 변환기(230)는 인터페이스부(260)로부터 전달된 생체 신호의 주파수 성분을 변조할 수 있다. 예를 들어, 제1 변환기(230)는 제어기(220)로부터 출력된 제1 제어 신호에 기초하여 증폭기(240)의 주파수 대역폭에 포함되지 않는 생체 신호의 주파수 성분이 증폭기(240)의 주파수 대역폭에 포함되도록 생체 신호를 변조할 수 있다. 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호의 주파수 성분 또는 측정 신호의 주파수 성분이 증폭기(240)의 주파수 대역폭을 벗어나거나 또는 증폭기(240)의 주파수 대역폭에 근접한 경우, 제1 변환기(230)는 증폭기(240)에 입력될 생체 신호를 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되면서 저주파 잡음 대역(또는, 플리커 노이즈(Flicker Noise) 영역)보다 높은 주파수 대역의 신호로 변환할 수 있다.

제1 변환기(230)에 의해 변환된 생체 신호의 주파수 성분은, 측정 신호의 주파수 성분보다는 작고, 베이스밴드(baseband)보다 크며, 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되는 중간 주파수 대역의 신호일 수 있다. 베이스밴드는 원래 측정 대상의 신호가 존재하는 주파수 대역을 나타낸다.

예를 들어, 제1 변환기(230)는 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 초퍼(chopper)를 이용하여 생체 신호의 주파수 성분을 변조할 수 있다. 제1 변환기(230)는 인터페이스부(260)로부터 전달된 생체 신호의 입출력 경로를 시간에 따라 변경하여 생체 신호의 주파수 성분을 변조할 수 있다.

증폭기(240)는 제1 변환기(230)에 의해 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 증폭할 수 있다. 증폭기(240)는 미리 결정된 증폭기(240)의 이득에 기초하여 생체 신호를 증폭할 수 있다. 증폭기(240)에 의해 증폭된 생체 신호는 제2 변환기(250)에 의해 주파수 성분이 복조될 수 있다. 제2 변환기(250)는 증폭기(240)에 의해 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 변환기(250)는 증폭기(240)에 포함되어 동작할 수 있다. 제2 변환기(250)는 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 초퍼를 이용하여, 증폭기(240)로부터 출력된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다.

제어기(220)는 제2 변환기(250)를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 생성할 수 있고, 제2 변환기(250)는 제어기(220)로부터 출력된 제2 제어 신호에 기초하여 증폭기(240)에 의해 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 복조할 수 있다. 제2 제어 신호도 제2 기준 신호와 마찬가지로 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되면서 증폭기(240)의 저주파 잡음 대역보다는 큰 주파수 성분을 가질 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제2 제어 신호는 제2 기준 신호의 위상을 쉬프트한 신호일 수 있다. 예를 들어, 제2 변환기(250)는 제2 기준 신호를 90도만큼 쉬프트한 제2 제어 신호를 이용하여 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 복조할 수 있다.

제2 변환기(250)에 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가지는 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 증폭된 생체 신호로부터 실수 성분이 복조될 수 있다. 제2 변환기(250)에 제2 기준 신호를 90도만큼 쉬프트한 제2 제어 신호가 인가되는 경우, 증폭된 생체 신호로부터 허수 성분이 복조될 수 있다.

생체 신호 처리 장치(200)는 제2 변환기(250)로부터 출력된 신호를 로우 패스 필터(low pass filter)를 통해 필터링한 후, 필터링된 신호를 아날로그-디지털 변환할 수 있다. 생체 신호 처리 장치(200)는 디지털 형식으로 변환된 신호를 외부로 전송하기 위한 통신기(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

<제2 측정 모드에서 생체 신호 처리 장치(200)의 동작>

생체 전위 정보를 측정하기 위한 제2 측정 모드에서, 생체 신호 처리 장치(200)의 제1 변환기(230)는 증폭기(240)에 입력될 신호를 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되나 증폭기(240)의 저주파 잡음 대역에는 포함되지 않는 신호로 변환할 수 있다. 제어기(220)는 제1 변환기(230)를 제어하는 제1 제어 신호로서, 제2 변환기(250)를 제어하는 제2 제어 신호와 동일한 신호 또는 제2 제어 신호의 위상이 쉬프트된 신호를 출력할 수 있다.

제어기(220)는 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택하고, 제1 기준 신호와 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 제2 측정 모드에서 시간에 따라 항상 High 논리 상태를 가지는 기준 전압 신호와 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하는 경우, XNOR 논리 연산에 의해 생성된 제1 제어 신호는 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가질 수 있다. 제2 기준 신호는 제2 제어 신호와 동일한 신호이거나 제2 제어 신호의 위상이 쉬프트된 신호일 수 있다.

제2 측정 모드에서, 제1 변환기(230)에 의해 변환된 생체 신호의 주파수 성분은 변환되기 전의 생체 신호의 주파수 성분 및 베이스밴드보다 크고, 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되는 중간 주파수 대역의 신호일 수 있다. 측정 대상의 생체 전위를 측정하기 위해 측정 대상에 별도의 측정 신호를 인가할 필요가 없으므로, 제2 측정 모드에서는 측정 신호 생성기(210)가 비활성화되거나 또는 측정 신호 생성기(210)의 출력을 차단할 수 있다.

제2 변환기(250)는 제어기(220)로부터 출력된 제2 제어 신호에 기초하여 증폭기(240)에 의해 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 복조할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 제어 신호의 주파수 성분은 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일할 수 있다.

<제3 측정 모드에서 생체 신호 처리 장치(200)의 동작>

생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제3 측정 모드에서, 생체 신호 처리 장치(200)는 예를 들어, 피부의 수분 정도와 같은 생체 임피던스 정보를 측정할 수 있다. 생체 신호 처리 장치(200)는 피부의 수분 정도를 측정하기 위해 피부에 특정 주파수의 측정 신호를 인가하고, 측정 신호에 대한 전기적 반응 신호인 생체 신호를 측정할 수 있다.

측정 신호 생성기(210)는 특정 주파수(예를 들어, 30Hz) 성분을 포함하는 측정 신호를 생성하고, 생성된 측정 신호는 인터페이스부(260)를 통해 사용자 신체에 주입될 수 있다. 예를 들어, 측정 신호는 사각파 형태 또는 사인파 형태의 전류 신호일 수 있다. 측정 대상으로부터 측정 신호의 반응 신호인 생체 신호를 측정하는 것은 측정 신호가 주입되는 위치 또는 해당 위치와는 다른 위치에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 측정 신호의 주입 위치에서 생체 신호를 측정하는 경우, 측정 대상과 전기적으로 인터페이스하는 위치는 2 곳이 될 수 있고, 측정 신호의 주입 위치가 아닌 다른 위치에서 생체 신호를 측정하는 경우, 측정 대상과의 전기적으로 인터페이스하는 위치는 4 곳이 될 수 있다.

측정된 생체 신호는 측정 신호의 특정 주파수(30Hz)를 기준으로 하는 주파수 대역에 측정하고자 하는 정보를 포함하고 있고, 생체 신호에 포함되는 정보는 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 충분히 포함되므로, 제1 변환기(230)는 인터페이스부(260)로부터 전달된 생체 신호를 변환하지 않고 입력된 생체 신호를 그대로 출력할 수 있다. 제1 변환기(230)를 제어하기 위한 제1 제어 신호는 논리적으로 High 상태 또는 Low 상태의 static 신호일 수 있다.

증폭기(240)에 의해 증폭된 생체 신호는 제2 변환기(250)에 의해 복조될 수 있다. 복조를 위해 제2 변환기(250)에 공급되는 제2 제어 신호는 기본적으로 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호(또는, 측정 신호 생성기(210)에 의해 생성된 측정 신호)와 동일한 주파수(예를 들어, 30Hz) 성분을 가질 수 있다. 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호를 그대로 제2 제어 신호로 이용하거나, 또는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호의 위상을 쉬프트한 신호를 제2 제어 신호로 이용할 수 있다. 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호와 제2 제어 신호 간에 위상 차가 없을 경우, 제2 변환기(250)에 입력되는 신호로부터 실수 성분이 추출될 수 있다. 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호와 제2 제어 신호 간에 90도의 위상 차가 있는 경우, 제2 변환기(250)에 입력되는 신호로부터 허수 성분이 추출될 수 있다.

<제4 측정 모드에서 생체 신호 처리 장치(200)의 동작>

생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제4 측정 모드에서, 생체 신호 처리 장치(200)는 제3 측정 모드에서와 유사하게 피부의 수분 정도와 같은 생체 임피던스 정보를 측정할 수 있다. 생체 신호 처리 장치(200)는 피부의 수분 정도를 측정하기 위해 피부에 특정 주파수의 측정 신호를 인가하고, 측정 신호에 대한 전기적 반응 신호인 생체 신호를 측정할 수 있다.

제3 측정 모드에서 달리, 제4 측정 모드에서 생체 신호 처리 장치(200)는 측정된 생체 신호를 변환한 뒤 증폭할 수 있다. 측정 신호 생성기(210)는 특정 주파수(예를 들어, 30Hz) 성분을 포함하는 측정 신호를 생성하고, 생성된 측정 신호는 인터페이스부(260)를 통해 사용자 신체에 주입될 수 있다. 제1 변환기(230)에 입력되는 생체 신호는 측정 신호의 특정 주파수 성분을 중심으로 하는 주파수 대역을 가지고, 생체 신호의 주파수 대역은 증폭기(240)의 저주파 잡음 대역(예를 들어, 1kHz 이내의 주파수 대역)에 포함될 수 있다.

생체 신호를 증폭기(240)의 저주파 잡음 대역을 회피하여 증폭시키기 위해, 제1 변환기(230)는 생체 신호를 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역에 포함되면서 저주파 잡음 대역을 회피할 수 있는 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1 변환기(230)는 4kHz의 주파수 성분을 가지는 제1 제어 신호에 기초하여 생체 신호의 주파수 성분을 변조시킬 수 있다.

제1 변환기(230)에 의해 주파수 변조된 생체 신호는 증폭기(240)에 의해 증폭될 수 있다. 증폭기(240)에 의해 증폭된 생체 신호는 제2 변환기(250)에 의해 다시 베이스밴드의 신호로 복조될 수 있다. 제2 변환기(250)에 입력되는 제2 제어 신호는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호 및 제1 제어 신호에 기초하여 생성될 수 있다. 일 실시예로서, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호와 제1 제어 신호를 XNOR 논리 연산하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시예로서, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호의 위상을 쉬프트한 신호와 제1 제어 신호를 XNOR 논리 연산하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다.

도 3a는 일 실시예에 따른 신호 처리 장치의 구성을 도시한 도면이다.

신호 처리 장치(310)는 증폭기의 주파수 대역폭에 기초하여 입력 신호의 주파수 성분을 변조하여 증폭한 후, 베이스밴드의 신호로 복조할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 신호 처리 장치(310)는 고주파 성분을 가지는 신호를 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 중간 주파수 대역의 신호로 변조하여 증폭한 후, 증폭된 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치(310)는 웨어러블 디바이스에 포함되어 동작할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 신호 처리 장치(310)는 제1 변환기(320), 제어기(330), 증폭기(340) 및 제2 변환기(350)를 포함할 수 있다.

제어기(330)는 제1 변환기(320)를 제어하는 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어기(330)는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호를 이용하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(330)는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하는 것에 의해 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제2 기준 신호는 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되면서 증폭기(340)의 저잡음 주파수 대역보다는 큰 주파수 성분을 가질 수 있다.

제1 변환기(320)는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 신호를 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환할 수 있다. 제1 신호는 신호 처리의 대상이 되는 신호로서 신호 처리 장치(310)에 입력되는 신호이다. 예를 들어, 제1 신호는 측정 대상에 인가된 측정 신호에 대한 반응 신호로서 측정된 생체 신호일 수 있다. 제1 신호는 증폭기(340)의 주파수 대역폭 보다 크거나 또는 증폭기(340)의 주파수 대역폭 크기에 상당하는 주파수 성분을 가질 수 있고, 제1 변환기(320)로부터 출력되는 제2 신호는 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분을 가질 수 있다.

제1 변환기(320)는 제1 신호를 변조하여 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되면서 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역에는 포함되지 않는 신호로 변조할 수 있다. 제1 변환기(320)는 예를 들어, 복수 개의 스위치들로 구성되고, 제어 신호에 기초하여 입력되는 신호의 주파수 성분을 변조시키는 초퍼를 포함할 수 있다. 제1 변환기(320)는 제1 제어 신호에 기초하여 초퍼의 스위칭 동작을 제어하는 것에 의해 제1 신호의 주파수 성분을 변조하고, 제2 신호를 생성할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 도 3b에 도시된 것과 같이 제1 변환기(320)는 제1 서브 변환기(322) 및 제2 서브 변환기(324)를 포함할 수 있다. 제1 서브 변환기(322)는 제2 서브 변환기(324)와 연결되고, 제2 서브 변환기(324)는 증폭기(340)와 연결될 수 있다. 제1 서브 변환기(322)는 제1 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다. 제2 서브 변환기(324)는 제1 서브 변환기(322)에 의해 베이스밴드의 신호로 변환된 제1 신호를 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환할 수 있다.

제어기(330)는 제1 신호를 측정하는데 이용된 측정 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가지는 제어 신호를 제1 서브 변환기(322)에 인가할 수 있다. 제어기(330)는 또한 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제어 신호를 제2 서브 변환기(324)에 인가할 수 있다. 이와 같이, 제1 서브 변환기(322) 및 제2 서브 변환기(324)에는 제어기(330)로부터 출력된 각각의 제어 신호가 순차적으로 적용되어 입력 신호의 주파수 성분이 변조될 수 있다.

다시 도 3a로 돌아오면, 증폭기(340)는 제1 변환기(320)로부터 전달된 제2 신호를 증폭하고 제3 신호를 출력할 수 있다. 제2 변환기(350)는 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환할 수 있다. 제어기(330)는 제2 변환기(350)를 제어하기 위한 제2 제어 신호를 생성하고, 제2 변환기(350)에 전달할 수 있다. 제2 변환기(350)는 제2 제어 신호에 기초하여 제3 신호의 주파수 성분을 변조시키고, 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 변환기(350)는 복수 개의 스위치들로 구성되고, 제어 신호에 기초하여 입력되는 신호의 주파수 성분을 변화시키는 초퍼를 포함할 수 있다. 제2 변환기(350)는 제2 제어 신호에 기초하여 제3 신호가 입력되는 초퍼의 스위칭 동작을 제어하는 것에 의해 제3 신호를 제4 신호로 변환할 수 있다.

제어기(330)는 제2 기준 신호의 주파수 성분에 기초하여 제2 제어 신호의 주파수 성분을 결정할 수 있다. 제2 제어 신호 및 제1 제어 신호를 생성하는데 이용되는 제2 기준 신호는 서로 동일한 주파수 성분을 가지거나 90도의 위상차를 가질 수 있다. 제어기(330)에 의해 생성된 제2 제어 신호에 기초하여 제3 신호가 제2 변환기(350)에 의해 복조될 수 있고, 제2 변환기(350)로부터 제4 신호가 출력될 수 있다. 제2 제어 신호가 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가지는 경우, 제2 변환기(350)로부터 출력된 제4 신호는 실수 성분을 포함할 수 있다. 다른 예로, 제2 변환기(350)는 제2 기준 신호를 90도만큼 위상을 쉬프트한 제2 제어 신호를 이용하여 제3 신호를 제4 신호로 변환할 수 있다. 제2 제어 신호가 제2 기준 신호와 90도의 위상차를 가지는 경우, 제2 변환기(350)로부터 출력된 제4 신호는 허수 성분을 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 신호 처리 장치(310)는 제1 측정 모드, 제2 측정 모드, 제3 측정 모드, 및 제4 측정 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 제1 측정 모드는 임피던스 정보를 측정하기 위한 모드로서, 임피던스 정보를 측정하는데 이용되는 측정 신호의 주파수 성분이 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 상당하거나 증폭 가능한 주파수 대역폭보다 큰 경우에 수행될 수 있다. 제2 측정 모드는 생체 전위 정보를 측정하기 위한 모드일 수 있다.

제3 측정 모드는 임피던스 정보를 측정하기 위한 모드로서, 임피던스 정보를 측정하는데 이용되는 측정 신호의 주파수 성분이 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭 내에 포함되는 경우에 수행될 수 있다. 제4 측정 모드는 임피던스 정보를 측정하기 위한 모드로서, 임피던스 정보를 측정하는데 이용되는 측정 신호의 주파수 성분이 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭 내에 포함되고, 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역에 포함되거나 상당하는 경우에 수행될 수 있다.

제어기(330)는 측정 모드에 기초하여 제1 변환기(320)를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(330)는 측정 모드에 따라 High, Low와 같은 static 신호, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호, 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호, 제2 기준 신호의 위상이 쉬프트된 신호, 제2 변환기(350)를 제어하기 위한 제2 제어 신호, 및 제2 제어 신호의 위상이 쉬프트된 신호 중 적어도 하나를 이용하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어기(330)는 위 신호들 중 하나의 신호만을 이용하거나 또는 복수의 신호들을 조합하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 제어 신호는 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가질 수 있다.

제어기(330)는 복수의 신호들 중 측정 모드에 기초하여 어느 하나의 신호를 선택하고, 선택된 신호와 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어기(330)는 신호 처리 장치(310)의 측정 모드에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는데 이용될 제1 기준 신호를 선택할 수 있다.

예를 들어, 제어기(330)는 제1 측정 모드에서, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택하고, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호와 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제2 측정 모드에서, 제어기(330)는 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택하고, 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호와 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호는, 시간의 흐름과 관계 없이 항상 High 논리 값을 가지는 신호일 수 있다. 제1 측정 모드 및 제2 측정 모드에서, 제1 변환기(320)에 입력된 제1 신호는 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되도록 변조될 수 있다. 제2 측정 모드에서, 제1 신호는 제1 변환기(320)에 의해 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭 범위 내에서 변조될 뿐이다.

제3 측정 모드에서, 제1 변환기(320)는 제1 신호를 변환하지 않고 입력된 제1 신호를 그대로 증폭기(340)에 출력할 수 있다. 제1 변환기(320)를 제어하기 위한 제1 제어 신호는 논리적으로 High 상태 또는 Low 상태의 static 신호일 수 있다. 증폭기(340)에 의해 증폭된 제1 신호는 제2 변환기(350)에 의해 복조될 수 있다. 복조를 위해 제2 변환기(350)에 공급되는 제2 제어 신호는 기본적으로 측정 신호와 동일한 주파수 성분을 가질 수 있다. 제2 제어 신호의 위상에 따라, 제2 변환기(350)에 입력되는 신호로부터 실수 성분 또는 허수 성분이 추출될 수 있다.

제4 측정 모드에서 신호 처리 장치(310)는 제3 측정 모드에서 달리, 입력된 제1 신호를 변환한 뒤 증폭할 수 있다. 제1 신호를 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역을 회피하여 증폭시키기 위해, 제1 변환기(320)는 제1 신호를 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역에 포함되면서 저주파 잡음 대역을 회피할 수 있는 제2 신호로 변환할 수 있다. 제2 신호는 증폭기(340)에 의해 증폭되고, 증폭기(340)로부터 증폭된 제2 신호인 제3 신호가 출력될 수 있다. 증폭기(340)로부터 출력된 제3 신호는 제2 변환기(350)에 의해 다시 베이스밴드의 신호로 복조될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 도 3a 및 도 3b의 제1 변환기(320), 제어기(330), 증폭기(340) 및 제2 변환기(350)는 각각 도 2의 제1 변환기(230), 제어기(220), 증폭기(240) 및 제2 변환기(250)에 대응할 수 있다. 따라서, 위 제1 변환기(320), 제어기(330), 증폭기(340) 및 제2 변환기(350)와 관련하여 도 3a 및 도 3b에서 설명되지 않은 내용은 도 2에 기재된 내용을 참조할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 제1 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

(a)는 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제1 측정 모드에서, 제1 변환기(320)에 입력되는 제1 신호(430)의 일례를 나타낸다. 제1 신호(430)의 주파수 성분 f는 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭(410) 범위 밖에 위치하고 있다. 일반적으로, 증폭기(340)는 주파수 대역폭(410)에 포함되는 신호를 정상적으로 증폭할 수 있으므로, 제1 신호(430)가 증폭기(340)에 입력되는 경우, 증폭기(340)는 제1 신호(430)를 정상적으로 증폭하지 못하게 된다. 제1 신호(430)가 증폭기(340)에서 정상적으로 증폭되기 위해서는, 제1 신호(430)의 주파수 성분 f가 증폭기(340)의 주파수 대역폭(410)의 컷오프 주파수(cutoff frequency)보다 작아야 한다.

(b)는 제1 변환기(320)로부터 출력된 제2 신호(440)의 일례를 나타낸다. 제1 변환기(320)는 제1 신호(430)의 주파수 성분을 변조하여 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭(410)에 포함되는 제2 신호(440)를 출력할 수 있다. 제1 변환기(320)는 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(420)을 고려하여 제1 신호(430)를 바로 베이스밴드의 신호로 변환하지 않고, 제1 신호를 증폭기(340)의 주파수 대역폭(410) 내에 포함되면서 저주파 잡음 대역(420)보다 큰 주파수 성분을 가지는 제2 신호(440)로 변환할 수 있다.

(c)는 제2 변환기(350)에 입력되는 제3 신호(460)의 일례를 나타낸다. 증폭기(340)는 제2 신호(440)를 증폭하여 제3 신호(460)를 생성할 수 있다. 제1 신호(430)를 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(420) 밖의 주파수 성분을 가지는 제2 신호(440)로 변환하여 증폭하는 것에 의해 노이즈가 줄어들 수 있다. 영역(450)은 증폭기(340)에 의해 증폭된 증폭기(340)의 저주파 잡음을 나타낸다.

(d)는 제2 변환기(350)로부터 출력된 제4 신호(470)의 일례를 나타낸다. 제2 변환기(350)는 증폭기(340)로부터 출력된 제3 신호(460)를 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호(470)로 변환할 수 있다. 베이스밴드의 신호로 변환된 제4 신호(470)는 제1 신호(430)의 실수 성분 또는 허수 성분을 포함할 수 있다. 영역(480)은 증폭기(340)의 저주파 잡음이 증폭된 후 주파수 변환된 것을 나타낸다.

도 4에서와 같이, 신호 처리 장치(310)는 입력 신호의 주파수 성분이 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭에 포함되지 않더라도, 입력 신호의 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 신호로 변환한 후 변환된 신호를 증폭하여 출력할 수 있다. 따라서, 신호 처리 장치(310)는 작은 주파수 대역폭을 가지는 증폭기(340)의 이용을 가능하게 하여 증폭기의 저전력화가 가능하다.

도 5는 일 실시예에 따른 제2 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

(a)는 생체 전위 정보를 측정하기 위한 제2 측정 모드에서, 제1 변환기(320)에 입력되는 제1 신호(530)의 일례를 나타낸다. 제1 신호(530)의 주파수 성분은 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭(510)에 포함되면서, 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(520)에도 포함되어 있다.

(b)는 제1 변환기(320)로부터 출력된 제2 신호(540)의 일례를 나타낸다. 제1 변환기(320)는 제1 신호(530)의 주파수 성분을 변조하여 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭(410)에 포함되나 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(520)에는 포함되지 않는 제2 신호(540)를 출력할 수 있다. 제2 신호(540)의 주파수 성분은 제1 신호(530)의 주파수 성분 및 베이스밴드보다 크고, 증폭기(340)의 주파수 대역폭(510)에 포함되는 중간 주파수 대역의 신호일 수 있다.

(c)는 제2 변환기(350)에 입력되는 제3 신호(560)의 일례를 나타낸다. 증폭기(340)는 제2 신호(540)를 증폭하고 제3 신호(560)를 출력할 수 있다. 제1 신호(530)를 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(520) 밖의 주파수 성분을 가지는 제2 신호(540)로 변환하여 증폭하는 것에 의해 노이즈가 줄어들 수 있다. 영역(550)은 증폭기(340)에 의해 증폭된 증폭기(340)의 저주파 잡음을 나타낸다.

(d)는 제2 변환기(350)로부터 출력된 제4 신호(570)의 일례를 나타낸다. 제2 변환기(350)는 증폭기(340)로부터 출력된 제3 신호(560)를 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호(570)로 변환할 수 있다. 베이스밴드의 신호로 변환된 제4 신호(570)는 제1 신호(530)의 실수 성분 또는 허수 성분을 포함할 수 있다. 영역(580)은 증폭기(340)의 저주파 잡음이 증폭된 후 주파수 변환된 것을 나타낸다.

도 5에서와 같이, 신호 처리 장치(310)는 입력 신호의 주파수 성분이 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(520)에 포함되더라도, 입력 신호를 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭(510)에 포함되나 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(520)에는 포함되지 않는 신호로 변환한 후 변환된 신호를 증폭하여 출력할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 제3 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

(a)는 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제3 측정 모드에서, 제1 변환기(320)에 입력되는 제1 신호(630)의 일례를 나타낸다. 제1 신호(630)의 주파수 성분은 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭(610)에 포함되면서, 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(620)에도 포함되어 있다.

(b)는 제1 변환기(320)로부터 출력된 제2 신호(640)의 일례를 나타낸다. 제3 측정 모드에서, 제1 변환기(320)는 제1 신호(630)를 변환하지 않고 입력된 제1 신호(630)를 그대로 제2 신호(640)로서 증폭기(340)에 출력할 수 있다.

(c)는 제2 변환기(350)에 입력되는 제3 신호(660)의 일례를 나타낸다. 증폭기(340)는 제2 신호(640)를 증폭하고, 제3 신호(660)를 출력할 수 있다. 영역(650)은 증폭기(340)에 의해 증폭된 증폭기(340)의 저주파 잡음을 나타낸다.

(d)는 제2 변환기(350)로부터 출력된 제4 신호(670)의 일례를 나타낸다. 제2 변환기(350)는 증폭기(340)로부터 출력된 제3 신호(660)를 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호(670)로 변환할 수 있다. 베이스밴드의 신호로 변환된 제4 신호(670)는 제1 신호(630)의 실수 성분 또는 허수 성분을 포함할 수 있다. 영역(680)은 증폭기(340)의 저주파 잡음이 증폭된 후 주파수 변환된 것을 나타낸다.

도 7은 일 실시예에 따른 제4 측정 모드에서의 신호 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.

(a)는 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제4 측정 모드에서, 제1 변환기(320)에 입력되는 제1 신호(730)의 일례를 나타낸다. 제1 신호(730)의 주파수 성분은 증폭기(340)의 증폭 가능한 주파수 대역폭(710)에 포함되면서, 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(720)에도 포함되어 있다.

(b)는 제1 변환기(320)로부터 출력된 제2 신호(740)의 일례를 나타낸다. 제1 변환기(320)는 제1 신호(730)의 주파수 성분을 변조하여 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭(410)에 포함되나 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(720)에는 포함되지 않는 제2 신호(740)를 출력할 수 있다. 제2 신호(740)의 주파수 성분은 제1 신호(730)의 주파수 성분 및 베이스밴드보다 크고, 증폭기(340)의 주파수 대역폭(710)에 포함되는 중간 주파수 대역의 신호일 수 있다.

(c)는 제2 변환기(350)에 입력되는 제3 신호(760)의 일례를 나타낸다. 증폭기(340)는 제2 신호(740)를 증폭하고 제3 신호(760)를 출력할 수 있다. 제1 신호(730)를 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(720) 밖의 주파수 성분을 가지는 제2 신호(740)로 변환하여 증폭하는 것에 의해 노이즈가 줄어들 수 있다. 영역(750)은 증폭기(340)에 의해 증폭된 증폭기(340)의 저주파 잡음을 나타낸다.

(d)는 제2 변환기(350)로부터 출력된 제4 신호(770)의 일례를 나타낸다. 제2 변환기(350)는 증폭기(340)로부터 출력된 제3 신호(760)를 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호(770)로 변환할 수 있다. 베이스밴드의 신호로 변환된 제4 신호(770)는 제1 신호(730)의 실수 성분 또는 허수 성분을 포함할 수 있다. 영역(780)은 증폭기(340)의 저주파 잡음이 증폭된 후 주파수 변환된 것을 나타낸다.

도 7에서와 같이, 신호 처리 장치(310)는 입력 신호를 주파수 성분이 증폭기(340)의 주파수 대역폭(710)에 포함되나 증폭기(340)의 저주파 잡음 대역(720)에는 포함되지 않는 신호로 변환한 후 변환된 신호를 증폭하여 출력할 수 있다.

이하, 도 8 내지 도 11은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치가 제1 신호로서 생체 신호를 입력받아 처리하는 실시예를 설명하도록 한다. 하지만, 권리 범위가 신호 처리 장치가 생체 신호를 처리하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 신호 처리 장치는 다양한 종류의 전기적 신호를 처리할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 신호 처리 장치의 회로 구성의 일례를 도시한 도면이다. 신호 처리 장치는 제1 변환기(830), 제어기(840), 증폭기(850) 및 제2 변환기(860)를 포함할 수 있다. 측정 신호 생성기(810)는 신호 처리 장치에 포함되거나 또는 신호 처리 장치의 외부에서 동작할 수 있다.

측정 신호 생성기(810)는 특정 주파수 성분을 가지는 측정 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정 신호 생성기(810)는 1 Mhz의 주파수 성분을 가지는 교류 전류 신호를 생성하여 인터페이스부(820)의 Ip 단자 및 In 단자로 전달할 수 있다. 인터페이스부(820)의 각 Ip 단자 및 In 단자로 전달되는 교류 전류 신호들은 서로 180도의 위상차를 가질 수 있다. 다른 예로, 측정 신호 생성기(820)는 특정 주파수 성분을 가지는 교류 전압 신호를 측정 신호로 생성할 수도 있다.

인터페이스부(820)는 측정 신호 생성기(810)로부터 전달된 교류 전류를 Ip 단자 및 In 단자를 통해 측정 대상에 흘릴 수 있다. 인터페이스부(820)의 Ip 단자 및 In 단자를 통해 측정 대상에 유입된 교류 전류는 인터페이스부(820)의 Vp 단자 및 Vn 단자 사이에서 교류 전압을 형성할 수 있다. 인터페이스부(820)의 Vp 단자 및 Vn 단자 사이에 형성된 교류 전압은 측정 신호 생성기(810)로부터 출력된 교류 전류 신호와 동일한 주파수 성분을 가질 수 있다. 인터페이스부(820)는 교류 전압 신호 형태로 측정된 생체 신호 Vp 및 Vn을 제1 변환기(830)에 전달할 수 있다.

제어기(840)는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 f_c 및 증폭기(850)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호 f_ch_in에 기초하여, 합성 주파수 성분을 가지는 제1 제어 신호 f_syn을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(840)는 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in을 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호 f_syn을 생성할 수 있다. 제어기(840)는 제1 제어 신호 f_syn을 이용하여 제1 변환기(830)를 제어할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 신호 처리 장치는 복수 개의 측정 모드로 동작할 수 있고, 제어기(840)는 신호 처리 장치의 측정 모드에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 제1 측정 모드에서, 제어기(840)는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 f_c 및 증폭기(850)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호 f_ch_in를 합성하여 제1 제어 신호 f_syn을 생성할 수 있다.

생체 전위 정보를 측정하기 위한 제2 측정 모드에서, 제어기(840)는 제1 기준 신호 f_c 대신, 기준 전압과 같이 고정된 신호 레벨을 가지는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호 f_ch_in에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 기준 전압은 시간에 관계없이 항상 High 논리 상태이기 때문에, 제어기(840)가 제1 기준 신호인 기준 전압 및 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하는 경우, 제어기(840)에 의해 생성된 제1 제어 신호는 제2 기준 신호 f_ch_in과 동일한 주파수 성분을 가질 수 있다.

제1 변환기(830)는 제어기(840)로부터 수신한 제1 제어 신호에 기초하여 인터페이스부(820)로부터 전달된 생체 신호의 주파수 성분을 변조할 수 있다. 제1 변환기(830)는 제1 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 초퍼를 포함할 수 있다. 제1 변환기(830)는 제1 제어 신호에 기초하여 초퍼 내 스위치들 간의 연결 관계를 조정하여 입력된 생체 신호의 주파수 성분을 변조할 수 있다. 인터페이스부(820)로부터 전달된 생체 신호는 제1 변환기(830)의 스위칭 동작에 의해 주파수 성분이 증폭기(850)의 주파수 대역폭에 포함되는 신호로 변조될 수 있다.

인터페이스부(820)로부터 전달된 생체 신호의 주파수 성분이 증폭기(850)의 주파수 대역폭 밖에 있었다 하더라도, 제1 변환기(830)에 의해 생체 신호는 주파수 성분이 증폭기(850)의 주파수 대역폭에 포함되도록 변조될 수 있다. 제1 변환기(830)는 주파수 성분이 변조된 생체 신호를 증폭기(850)에 전달할 수 있다.

증폭기(850)는 제1 변환기(830)로부터 주파수 성분이 변조된 생체 신호를 수신하고, 주파수 성분이 변조된 생체 신호를 증폭할 수 있다. 증폭기(850)에 의해 증폭된 생체 신호는 제2 변환기(860)에 의해 베이스밴드의 신호로 복조될 수 있다. 제2 변환기(860)는 제2 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 초퍼를 포함할 수 있다. 제2 변환기(860)는 제2 제어 신호에 기초하여 초퍼 내 스위치들 간의 연결 관계를 조정하여 입력된 신호의 주파수 성분을 베이스 밴드의 신호로 복조할 수 있다.

제2 제어 신호 f_ch_out의 주파수 성분(또는, 운용 클록)은 제어기(840)에 입력되는 제2 기준 신호 f_ch_in 과 동일하거나 또는 제2 기준 신호 f_ch_in과 90도의 위상차를 가질 수 있다. 제2 제어 신호 f_ch_out의 주파수 성분이 제2 기준 신호 f_ch_in의 주파수 성분과 동일한 경우, 제2 변환기(860)의 출력 신호에 생체 신호의 실수 성분이 포함될 수 있다. 제2 제어 신호 f_ch_out의 주파수 성분이 제2 기준 신호 f_ch_in의 주파수 성분과 90도의 위상차를 가지는 경우, 제2 변환기(860)의 출력 신호에 생체 신호의 허수 성분이 포함될 수 있다.

예를 들어, 생체 신호가 교류 전압의 형태라고 하면, 제1 변환기(830)는 주파수 성분이 변조된 각각의 교류 전압 V_IA_ip 및 V_IA_in을 증폭기(850)의 각각의 두 단자들로 출력할 수 있다. 증폭기(850)에 입력된 교류 전압 V_IA_ip 및 V_IA_in는 증폭기(850)에 의해 증폭될 수 있다. 제2 변환기(860)는 베이스밴드의 신호로 복조된 교류 전압 V_IA_op 및 V_IA_on을 출력할 수 있다. 증폭기(850)의 저주파 잡음 대역을 피하기 위해, 제1 변환기(830)는 입력된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변조하지 않고, 증폭기(850)의 저주파 잡음 대역보다 크면서 증폭기(850)의 주파수 대역폭에 포함되는 중간 주파수 대역의 신호로 변조할 수 있다. 제2 변환기(860)는 중간 주파수 대역의 신호로 변조되어 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 제어기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

제어기(920)는 제1 변환기(910)를 제어하기 위한 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어기(920)는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 f_c와 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호 f_ch_in에 기초하여 합성 주파수 성분을 가지는 제1 제어 신호 f_syn을 생성할 수 있다. 제어기(920)는 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in를 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호 f_syn을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(920)에 입력되는 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in가 모두 High 논리 상태 또는 Low 논리 상태인 경우, XNOR 논리 연산에 의해 생성된 제1 제어 신호 f_syn는 High 논리 상태를 가진다. 제어기(920)에 입력되는 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in의 논리 상태가 서로 다른 경우, XNOR 논리 연산에 의해 생성된 제1 제어 신호 f_syn는 Low 논리 상태를 가진다. 제1 변환기(910)는 제어기(920)로부터 출력된 제1 제어 신호 f_syn에 기초하여 입력 신호인 제1 신호 Vp 및 Vn의 주파수 성분을 변조하고, 변조된 신호 V_IA_ip 및 V_IA_in을 제2 신호로서 출력할 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 제1 변환기 및 제2 변환기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

제1 변환기 또는 제2 변환기의 변환기(1010)는 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 초퍼로 구성될 수 있다. 변환기(1010)는 아날로그 스위치들(1030, 1040, 1050, 1060) 및 반전 신호 생성기(1020)를 포함할 수 있다. 반전 신호 생성기(1020)는 제어 신호 f_ctrl을 수신하고, 제어 신호 f_ctrl에 기초하여 중첩되지 않는 반전 신호(non-overlapping inverting signal) f_ctrl_b를 생성할 수 있다. 반전 신호 생성기(1020)는 입력 신호의 반전 신호를 생성하여 출력하고, 입력 신호와 출력 신호 사이에 시간적으로 HIGH 논리 상태가 중첩되지 않도록 출력 신호를 생성할 수 있다. 아날로그 스위치들(1030, 1060)은 변환기(1010)에 입력된 제어 신호 f_ctrl에 의해 제어되며, 아날로그 스위치들(1040, 1050)은 반전 신호 생성기(1020)의 출력 신호인 f_ctrl_b에 의해 제어될 수 있다.

도 11은 다른 실시예에 따른 신호 처리 장치의 회로 구성의 일례를 도시한 도면이다. 도 11의 측정 신호 생성기(1110), 인터페이스부(1120), 증폭기(1150) 및 제2 변환기(1160)는 각각 도 8의 측정 신호 생성기(810), 인터페이스부(820), 증폭기(850) 및 제2 변환기(860)에 대응되므로 해당 구성들에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

도 8의 제1 변환기(830)는 기능적으로 도 11에서 제1 서브 변환기(1130) 및 제2 서브 변환기(1140)에 대응될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 8의 제1 변환기(830)는 제1 서브 변환기(1130) 및 제1 서브 변환기(1130)에 연결된 제2 서브 변환기(1140)로 구성될 수 있다. 제1 서브 변환기(1130) 및 제2 서브 변환기(1140)는 제어 신호에 의해 스위칭 동작이 제어되는 초퍼를 포함할 수 있다.

제1 서브 변환기(1130)는 측정 신호 생성기(1110)에 의해 생성된 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 f_c에 기초하여 인터페이스부(1120)로부터 전달된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다. 제1 서브 변환기(1130)에 의해 베이스밴드의 신호로 변환된 생체 신호는 제2 서브 변환기(1140)에 전달될 수 있다. 제2 서브 변환기(1140)는 증폭기(1150)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 제2 기준 신호 f_ch_in에 기초하여, 베이스밴드의 신호로 변환된 생체 신호를 주파수 성분이 증폭기(1150)의 주파수 대역폭에 포함되는 신호로 변환할 수 있다. 도 8에서는 제어기(840)에서 합성된 제1 제어 신호와 제1 변환기(830)를 통해 생체 신호의 주파수 성분이 증폭기(850)의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변조되나, 도 11에서는 제1 제어 신호를 이용하지 않고 제1 서브 변환기(1130) 및 제2 서브 변환기(1140)를 이용한 두 단계의 순차적인 주파수 성분 변조 과정을 통해 생체 신호의 주파수 성분이 증폭기(1150)의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변조될 수 있다.

일반적으로 초퍼를 이용한 입력 신호의 주파수 변조는 도 11의 제1 서브 변조기(1130) 및 제2 서브 변환기(1140)에서와 같이 듀티비(duty ratio)가 일정한 제어 신호를 사용하여 수행된다. 이에 다르게, 도 8에서 제1 변환기(830)에 의해 수행되는 주파수 변조는 듀티비가 다른 신호 요소가 반복적으로 존재하는 제어 신호를 사용하여 수행된다.

도 12a 및 도 12b는 일 실시예에 따른 제1 측정 모드에서 입력 또는 출력되는 신호의 일례를 도시한 도면이다.

도 12a를 참조하면, (a)는 제어기(330)에 입력되는 제1 기준 신호 f_c로서, 측정 신호의 주파수 성분을 가진다. (b)는 제어기(330)에 입력되는 제2 기준 신호 f_ch_in으로서, 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가진다.

(c)는 제어기(330)가 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in에 기초하여 생성한 제1 제어 신호 f_syn을 나타낸다. 일 실시예에 따르면, 제어기(330)는 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in을 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호 f_syn을 합성할 수 있다. 예를 들어, 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in이 동일 시간에 모두 High 논리 상태라면, 제1 제어 신 호f_syn는 High 논리 값을 가질 수 있다. 제1 기준 신호 f_c와 제2 기준 신호 f_ch_in이 동일 시간에 서로 논리 상태가 다른 경우, 제1 제어 신호 f_syn는 Low 논리 값을 가질 수 있다.

도 12b를 참조하면, (d)는 제1 변환기(320)에 입력되는 제1 신호 Vp(1210) 및 Vn(1220)을 나타낸다. 제1 신호 Vp(1210) 및 Vn(1220)은 서로 위상이 180도 차이가 날 수 있다. 예를 들어, 제1 신호 Vp(1210) 및 Vn(1210)은 생체 전극을 통해 측정된 생체 신호일 수 있고, 교류 전압의 형태를 가질 수 있다.

(e)는 제1 변환기(320)로부터 출력되는 제2 신호 V_IA_ip(1240) 및 V_IA_in(1230)을 나타낸다. 제2 신호 V_IA_ip(1240) 및 V_IA_in(1230)은 서로 위상이 180도 차이가 날 수 있다. 제1 변환기(320)에 의해 제1 신호 Vp(1210) 및 Vn(1220)는 보다 저주파 대역의 신호인 제2 신호 V_IA_ip(1240) 및 V_IA_in(1230)로 변환될 수 있다. 제1 변환기(320)는 고주파 대역의 신호인 제1 신호 Vp(1210) 및 Vn(1220)를 증폭기(340)의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분을 가지는 제2 신호 V_IA_ip(1240) 및 V_IA_in(1230)로 변환할 수 있다. 제1 변환기(320)는 도 12a의 (c)에 도시된 제1 제어 신호 f_syn에 기초하여 도 12b의 (d)에 도시된 제1 신호 Vp(1210) 및 Vn(1220)의 주파수 성분을 변조할 수 있고, 이에 따라 (e)에 도시된 것과 같이 저주파 대역의 신호로 변조된 제2 신호 V_IA_ip(1240) 및 V_IA_in(1230)가 생성될 수 있다.

도 13은 일 실시예에 따른 제1 제어 신호 또는 제2 제어 신호의 파형을 설명하기 위한 도면이다.

제1 측정 모드에서, 제어기(220)는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 제어 신호는 신호 크기가 상한 임계값(upper threshold value)(1310)보다 큰 시간 구간이 제1 시간 폭(1330) 및 제2 시간 폭(1340)을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값(lower threshold value)(1320)보다 작은 시간 구간이 제3 시간 폭(1350) 및 제4 시간 폭(1360)을 가질 수 있다. 제1 시간 폭(1330)은 제4 시간 폭(1360)과 동일하고, 제2 시간 폭(1340)은 제3 시간 폭(1350)과 동일할 수 있다.

제4 측정 모드에서, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호 및 제1 제어 신호에 기초하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호와 제1 제어 신호를 XNOR 논리 연산하거나, 또는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호의 위상을 쉬프트한 신호와 제1 제어 신호를 XNOR 논리 연산하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 제4 측정 모드에서, 제어기(220)에 의해 생성된 제2 제어 신호도 도 13에서와 같은 신호 파형을 나타낼 수 있다. 제2 제어 신호는 신호 크기가 상한 임계값(1310)보다 큰 시간 구간이 제1 시간 폭(1330) 및 제2 시간 폭(1340)을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값(1320)보다 작은 시간 구간이 제3 시간 폭(1350) 및 제4 시간 폭(1360)을 가질 수 있다. 제1 시간 폭(1330)은 제4 시간 폭(1360)과 동일하고, 제2 시간 폭(1340)은 제3 시간 폭(1350)과 동일할 수 있다.

도 14a 및 도 14b는 일 실시예에 따른 제4 측정 모드에서 입력 또는 출력되는 신호의 일례를 도시한 도면이다.

도 14a를 참조하면, (a)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호를 나타낸다. (b)는 제1 변환기(230)에 입력되는 생체 신호들(1410, 1420)을 나타낸다. 제1 변환기(230)에 입력되는 생체 신호들(1410, 1420)은 서로 위상이 180도 차이가 날 수 있다. (c)는 제1 변환기(230)를 제어하는 제1 제어 신호를 나타낸다. 제1 변환기(230)는 제1 제어 신호에 기초하여 생체 신호를 증폭기(240)의 증폭 가능한 주파수 대역에 포함되면서 저주파 잡음 대역을 회피할 수 있는 신호로 변환할 수 있다.

도 14b를 참조하면, (d)는 제2 변환기(250)를 제어하는 제2 제어 신호를 나타낸다. 제2 제어 신호는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호 및 제1 제어 신호에 기초하여 생성될 수 있다. 일 실시예로서, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호와 제1 제어 신호를 XNOR 논리 연산하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 다른 실시예로서, 제어기(220)는 측정 신호 생성기(210)를 제어하는 제어 신호의 위상을 쉬프트한 신호와 제1 제어 신호를 XNOR 논리 연산하여 제2 제어 신호를 생성할 수 있다. 제2 제어 신호는 신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 제1 시간 폭 또는 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 제3 시간 폭 또는 제4 시간 폭을 가질 수 있다. (e)는 제2 변환기(250)의 출력 신호들(1430, 1440)를 나타낸다.

도 15는 일 실시예에 따른 신호 처리 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.

단계(1510)에서, 신호 처리 장치는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하는 것에 의해 제1 제어 신호를 생성할 수 있다.

단계(1520)에서, 신호 처리 장치는 단계(1510)에서 생성된 제1 제어 신호에 기초하여 제1 신호를 제2 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 주파수 성분이 증폭기의 주파수 대역폭 밖에 위치하는 제1 신호를 주파수 성분이 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제1 신호를 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되면서 저주파 잡음 대역 영역보다 높은 주파수 성분을 가지는 제2 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제1 제어 신호를 이용하여 제1 신호가 입력되는 초퍼를 제어하는 것에 의해 제1 신호의 주파수 성분을 변조할 수 있다.

단계(1530)에서, 신호 처리 장치는 증폭기를 이용하여 제2 신호를 증폭하고, 제3 신호를 출력할 수 있다. 신호 처리 장치는 증폭기에 입력된 제2 신호를 증폭기의 이득에 기초하여 증폭하고, 제3 신호를 생성할 수 있다.

단계(1540)에서, 신호 처리 장치는 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제2 변환기를 제어하는 제2 제어 신호를 생성하고, 제2 제어 신호에 기초하여 제3 신호를 제4 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제2 기준 신호에 기초하여 결정된 제2 제어 신호를 이용하여 제3 신호의 주파수 성분을 변화시킬 수 있다. 신호 처리 장치는 제2 제어 신호를 이용하여 제3 신호가 입력되는 초퍼를 제어하는 것에 의해 제3 신호를 복조하고, 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호를 생성할 수 있다.

제2 제어 신호는 제2 기준 신호와 동일한 주파수 성분을 가지는 신호이거나 또는 제2 기준 신호와 90도의 위상차를 가지는 신호일 수 있다. 제2 제어 신호의 주파수 성분이 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 경우, 제4 신호는 실수 성분을 포함할 수 있다. 제2 제어 신호가 제2 기준 신호와 90도의 위상차를 가지는 신호인 경우, 제4 신호는 허수 성분을 포함할 수 있다.

도 16은 다른 실시예에 따른 신호 처리 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.

단계(1610)에서, 신호 처리 장치는 측정 모드에 기초하여 복수의 제1 기준 신호들 중 어느 하나의 제1 기준 신호를 선택할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치는 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 1 측정 모드에서, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택하고, 생체 전위 정보를 측정하기 위한 제2 측정 모드에서, 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호를 제1 기준 신호로 선택할 수 있다.

단계(1620)에서, 신호 처리 장치는 선택된 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 이용하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 장치는 제1 기준 신호 및 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 제1 제어 신호를 생성할 수 있다. 제1 측정 모드에서는, 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 신호와 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 신호가 XNOR 논리 연산되어 제1 제어 신호가 생성될 수 있다. 제2 측정 모드에서는, 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 신호와 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 신호가 XNOR 논리 연산되어 제1 제어 신호가 생성될 수 있다.

단계(1630)에서, 신호 처리 장치는 제1 제어 신호를 이용하여 입력 신호인 제1 신호를 제2 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제1 제어 신호를 통해 제어되는 초퍼를 이용하여 제1 신호의 주파수 성분을 변조하고, 제2 신호를 생성할 수 있다.

단계(1640)에서, 신호 처리 장치는 증폭기를 이용하여 제2 신호를 증폭하고, 제3 신호를 출력할 수 있다. 신호 처리 장치는 증폭기에 입력된 제2 신호를 증폭기의 이득에 기초하여 증폭하고, 제3 신호를 생성할 수 있다.

단계(1650)에서, 신호 처리 장치는 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제2 변환기를 제어하는 제2 제어 신호를 생성하고, 제2 제어 신호에 기초하여 제3 신호를 제4 신호로 변환할 수 있다. 신호 처리 장치는 제2 제어 신호를 통해 제어되는 초퍼를 이용하여 제3 신호의 주파수 성분을 복조하고, 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 제4 신호를 생성할 수 있다.

도 17은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법의 동작을 도시한 흐름도이다.

단계(1710)에서, 생체 신호 처리 장치는 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되지 않는 생체 신호의 주파수 성분을 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변환할 수 있다. 예를 들어, 생체 전극으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분이 증폭기의 주파수 대역폭을 벗어나는 경우, 생체 신호 처리 장치는 생체 신호를 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되면서, 증폭기의 저주파 잡음 대역보다 큰 주파수 성분을 가지는 신호로 변환할 수 있다.

변환된 생체 신호의 주파수 성분은 측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 작거나 또는 클 수 있다. 또한, 변환된 생체 신호의 주파수 성분은, 베이스밴드 신호의 주파수 성분보다 클 수 있다.

단계(1720)에서, 생체 신호 처리 장치는 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 증폭할 수 있다. 단계(1710)에서 생체 신호는 주파수 성분이 증폭기의 증폭 가능한 대역폭에 포함되는 신호로 변환되고, 생체 신호 처리 장치의 증폭기는 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 정상적으로 증폭할 수 있게 된다.

단계(1730)에서, 생체 신호 처리 장치는 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 처리 장치는 제어 신호를 통해 제어되는 초퍼를 이용하여 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 주파수 성분을 가지는 신호로 변환할 수 있다. 제어 신호에 따라 증폭된 생체 신호로부터 실수 성분이 복조되거나 또는 허수 성분이 복조될 수 있다.

이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

측정 대상에 인가되는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호를 수신하는 단계;
증폭기의 주파수 대역폭(bandwidth)에 포함되는 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 이용하여, 상기 측정 대상으로부터 측정된 제1 신호를 주파수 성분이 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환하는 단계;
상기 증폭기를 이용하여 상기 제2 신호가 증폭된 제3 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제3 신호를 베이스밴드(baseband)의 제4 신호로 변환하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 신호의 주파수 성분은,
상기 증폭기의 주파수 대역폭 내에서 저주파 잡음 대역 보다 큰 주파수 대역에 포함되는, 신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 신호를 상기 제2 신호로 변환하는 단계는,
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 조합하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제1 제어 신호를 이용하여 상기 제1 신호를 상기 제2 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 제어 신호를 생성하는 단계는,
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 제어 신호는,
신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제1 시간 폭 및 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제3 시간 폭 및 제4 시간 폭을 가지는, 신호 처리 방법.
제4항에 있어서,
상기 제1 시간 폭은 상기 제4 시간 폭과 동일하고,
상기 제2 시간 폭은 상기 제3 시간 폭과 동일한, 신호 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 제1 신호를 상기 제2 신호로 변환하는 단계는,
상기 제1 제어 신호에 의해 제어되는 스위칭 동작을 통해 상기 제1 신호를 상기 제2 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계는,
상기 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가지는 제2 제어 신호를 이용하여 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계는,
상기 제2 기준 신호를 90도만큼 위상을 쉬프트한 제2 제어 신호를 이용하여 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는 단계는,
상기 제2 제어 신호에 의해 제어되는 스위칭 동작을 통해 상기 제3 신호를 제4 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 신호는, 상기 증폭기의 주파수 대역폭 범위 밖에 위치하는 주파수 성분을 가지고,
상기 제2 신호는, 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 중간 주파수 성분을 가지는, 신호 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 신호는,
상기 측정 대상에 인가된 전류에 기초하여 측정된 생체 신호인, 신호 처리 방법.
측정 모드에 기초하여 복수의 제1 기준 신호들 중 어느 하나의 제1 기준 신호를 선택하는 단계;
상기 선택된 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호를 이용하여 제1 제어 신호를 생성하는 단계;
상기 제1 제어 신호를 이용하여, 측정 대상으로부터 측정된 제1 신호를 주파수 성분이 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환하는 단계;
상기 증폭기를 이용하여 상기 제2 신호가 증폭된 제3 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 신호의 주파수 성분은,
상기 증폭기의 주파수 대역폭 내에서 저주파 잡음 대역 보다 큰 주파수 대역에 포함되는, 신호 처리 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 기준 신호를 선택하는 단계는,
제1 측정 모드에서 상기 측정 대상에 인가되는 측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호를 선택하고, 제2 측정 모드에서 시간에 따라 고정된 신호 레벨을 가지는 제1 기준 신호를 선택하는 단계
를 포함하는 신호 처리 방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 측정 모드는, 생체 임피던스 정보를 측정하기 위한 모드이고,
상기 제2 측정 모드는, 생체 전위 정보를 측정하기 위한 모드인, 신호 처리 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 제어 신호를 생성하는 단계는,
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는, 신호 처리 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 제어 신호는,
신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제1 시간 폭 및 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제3 시간 폭 및 제4 시간 폭을 가지는, 신호 처리 방법.
삭제
증폭기의 주파수 대역폭에 포함되지 않는 생체 신호의 주파수 성분을 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변환하는 단계;
상기 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 증폭하는 단계; 및
상기 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환하는 단계
를 포함하고,
상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은,
상기 증폭기의 주파수 대역폭 내에서 저주파 잡음 대역 보다 큰 주파수 대역에 포함되는, 생체 신호 처리 방법.
제19항에 있어서,
상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은,
측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 작은 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리 방법.
제19항에 있어서,
상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은,
측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 큰 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리 방법.
삭제
삭제
제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제17항, 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭(bandwidth)에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는 제어기;
상기 제1 제어 신호에 기초하여 제1 신호를 주파수 성분이 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 제2 신호로 변환하는 제1 변환기;
상기 제2 신호를 증폭하여 제3 신호를 출력하는 증폭기; 및
상기 제3 신호를 베이스밴드의 제4 신호로 변환하는 제2 변환기
를 포함하고,
상기 제2 신호의 주파수 성분은,
상기 증폭기의 주파수 대역폭 내에서 저주파 잡음 대역 보다 큰 주파수 대역에 포함되는, 신호 처리 장치.
제25항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는, 신호 처리 장치.
제25항에 있어서,
상기 제1 제어 신호는,
신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제1 시간 폭 및 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제3 시간 폭 및 제4 시간 폭을 가지는, 신호 처리 장치.
제25항에 있어서,
상기 제1 변환기 및 상기 제2 변환기는,
복수 개의 스위치들을 포함하고, 제어 신호에 기초하여 입력되는 신호의 주파수 성분을 변환시키는, 신호 처리 장치.
제25항에 있어서,
상기 제2 변환기는,
상기 제2 기준 신호의 주파수 성분과 동일한 주파수 성분을 가지는 제2 제어 신호를 이용하여 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는, 신호 처리 장치.
제25항에 있어서,
상기 제2 변환기는,
상기 제2 기준 신호를 90도만큼 위상을 쉬프트한 제2 제어 신호를 이용하여 상기 제3 신호를 상기 제4 신호로 변환하는, 신호 처리 장치.
제25항에 있어서,
상기 신호 처리 장치는,
웨어러블 디바이스(wearable device)에 포함되어 동작하는, 신호 처리 장치.
증폭기의 주파수 대역폭에 포함되지 않는 생체 신호의 주파수 성분을 상기 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 주파수 성분으로 변환하는 제1 변환기;
상기 주파수 성분이 변환된 생체 신호를 증폭하는 증폭기; 및
상기 증폭된 생체 신호를 베이스밴드의 신호로 변환하는 제2 변환기
를 포함하고,
상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은,
측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 작고, 상기 증폭기의 주파수 대역폭 내에서 저주파 잡음 대역 보다 큰 주파수 대역에 포함되는 것을 특징으로 하는, 생체 신호 처리 장치.
제32항에 있어서,
상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은,
측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 작은 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리 장치.
제32항에 있어서,
상기 변환된 생체 신호의 주파수 성분은,
측정 대상으로부터 측정된 생체 신호의 주파수 성분보다 큰 것을 특징으로 하는 생체 신호 처리 장치.
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제32항에 있어서,
측정 신호의 주파수 성분을 가지는 제1 기준 신호 및 증폭기의 주파수 대역폭에 포함되는 미리 결정된 주파수 성분을 가지는 제2 기준 신호에 기초하여 제1 제어 신호를 생성하는 제어기
를 더 포함하는 생체 신호 처리 장치.
제37항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 XNOR 논리 연산하여 상기 제1 제어 신호를 생성하는, 생체 신호 처리 장치.
제37항에 있어서,
상기 제1 제어 신호는,
신호 크기가 상한 임계값보다 큰 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제1 시간 폭 및 제2 시간 폭을 가지고, 신호 크기가 하한 임계값보다 작은 시간 구간이 적어도 서로 다른 2개의 제3 시간 폭 및 제4 시간 폭을 가지는, 생체 신호 처리 장치.
제32항에 있어서,
상기 생체 신호 처리 장치는,
웨어러블 디바이스(wearable device)에 포함되어 동작하는, 생체 신호 처리 장치.