KR102449611B1 - Human body communication receiver and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인체 통신 수신기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 저주파 잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 인체 통신 수신기 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기는 수신 전극; 가상 전극; 상기 수신 전극과 상기 가상 전극 사이에 연결되고, 상기 수신 전극을 통하여 수신된 신호의 저주파 잡음을 제거하여 고주파 신호를 생성하는 필터 회로; 상기 필터 회로의 후단에 연결되고, 상기 고주파 신호를 정류하여 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 저주파 재구성 회로; 및 상기 저주파 재구성 회로의 후단에 연결되고, 상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 증폭 회로를 포함한다.The present invention relates to a human body communication receiver, and more particularly, to a human body communication receiver capable of effectively removing low-frequency noise and an operating method thereof. A human body communication receiver according to an embodiment of the present invention includes a receiving electrode; virtual electrode; a filter circuit connected between the receiving electrode and the virtual electrode, the filter circuit generating a high-frequency signal by removing low-frequency noise of a signal received through the receiving electrode; a low frequency reconstruction circuit connected to the rear end of the filter circuit and configured to rectify the high frequency signal and reconstruct the low frequency baseband signal; and an amplifier circuit connected to the rear end of the low-frequency reconstruction circuit and amplifying the low-frequency baseband signal.
Description
본 발명은 인체 통신 수신기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 저주파 잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 인체 통신 수신기 및 그 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a human body communication receiver, and more particularly, to a human body communication receiver capable of effectively removing low-frequency noise and an operating method thereof.
인체통신은 인체를 매질로 하여 송신기에서 수신기로 신호 및 정보를 전달하는 통신 방법의 하나로서, 무선통신처럼 공기 중으로 방사되는 정보가 아닌 인체를 통하여 신호가 전달되므로 신호에 대한 구속력이 있으며, 신호의 변복조가 필요 없이 디지털 신호를 직접 인체로 전달하여 송수신할 수 있으므로 간단한 구조와 낮은 소모 전력을 가지는 통신 방법이다.Human body communication is a communication method that transmits signals and information from a transmitter to a receiver using the human body as a medium. It is a communication method having a simple structure and low power consumption because it can transmit and receive digital signals directly to the human body without the need for modulation and demodulation.
인체통신 수신기로 유입되는 신호 중 송신기에서 송신하는 신호의 대역 외에 불필요한 신호 대역을 거르기 위한 대역 통과 필터를 구비하게 되는데, 대역 통과를 효과적으로 완성하기 위하여 최적의 필터 구조를 구현하는 것이 신호의 무결성을 위하여 매우 중요하다.A bandpass filter is provided to filter unnecessary signal bands other than the band of the signal transmitted from the transmitter among the signals flowing into the human body communication receiver. Implementing an optimal filter structure to effectively complete the bandpass is essential for signal integrity. very important.
본 발명의 목적은 수신 신호에서 저주파 잡음을 제거하여 얻어진 고주파 신호를 본래의 저주파 기저대역 신호로 재구성하기 위한 저주파 재구성 회로를 포함하는 인체 통신 수신기 및 그 동작 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a human body communication receiver including a low-frequency reconstruction circuit for reconstructing a high-frequency signal obtained by removing low-frequency noise from a received signal into an original low-frequency baseband signal, and an operating method thereof.
본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기는 수신 전극; 가상 전극; 상기 수신 전극과 상기 가상 전극 사이에 연결되고, 상기 수신 전극을 통하여 수신된 신호의 저주파 잡음을 제거하여 고주파 신호를 생성하는 필터 회로; 상기 필터 회로의 후단에 연결되고, 상기 고주파 신호를 정류하여 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 저주파 재구성 회로; 및 상기 저주파 재구성 회로의 후단에 연결되고, 상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 증폭 회로를 포함한다.A human body communication receiver according to an embodiment of the present invention includes a receiving electrode; virtual electrode; a filter circuit connected between the receiving electrode and the virtual electrode, the filter circuit generating a high-frequency signal by removing low-frequency noise of a signal received through the receiving electrode; a low frequency reconstruction circuit connected to the rear end of the filter circuit and configured to rectify the high frequency signal and reconstruct the low frequency baseband signal; and an amplifier circuit connected to the rear end of the low-frequency reconstruction circuit and amplifying the low-frequency baseband signal.
본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기의 동작 방법은 수신 전극과 가상 전극 사이에 연결된 필터 회로가 상기 수신 전극을 통하여 수신된 신호에서 저주파 잡음을 제거하는 단계; 상기 필터 회로의 후단에 연결된 저주파 재구성 회로가 상기 고주파 신호를 정류하여 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 단계; 및 상기 저주파 재구성 회로의 후단에 연결된 증폭 회로가 상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 단계를 포함한다.A method of operating a human body communication receiver according to an embodiment of the present invention includes: removing, by a filter circuit connected between a receiving electrode and a virtual electrode, low-frequency noise from a signal received through the receiving electrode; rectifying, by a low frequency reconstruction circuit connected to the rear end of the filter circuit, the high frequency signal and reconstructing it into a low frequency baseband signal; and an amplifying circuit connected to the rear end of the low-frequency reconstruction circuit amplifying the low-frequency baseband signal.
본 발명의 실시 예에 따르면, 인체 통신의 수신 신호에 포함된 정보 중 불필요한 잡음을 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, unnecessary noise may be removed from information included in a received signal of human body communication.
나아가 본 발명의 실시 예에 따르면, 잡음 신호가 제거된 고주파 신호를 본래의 저주파 기저대역 신호로 재구성함으로써 저주파 잡음을 효과적으로 회피할 수 있다.Furthermore, according to an embodiment of the present invention, the low-frequency noise can be effectively avoided by reconstructing the high-frequency signal from which the noise signal has been removed into the original low-frequency baseband signal.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기의 예시적인 구성을 나타내는 회로도이다.
도 2a는 일반적인 저주파 기저대역 신호의 파형을 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 신호의 파형을 나타낸다.
도 3은 도 1의 수신 전극에 입력되는 제 1 수신 신호의 파형과 가상 전극에 입력되는 제 2 수신 신호의 파형을 나타낸다.
도 4a는 도 1의 정입력 신호의 파형과 제 1 노드에서 신호의 파형을 나타낸다.
도 4b는 도 1의 제 2 노드 및 제 3 노드에서 신호의 파형을 나타낸다.
도 4c는 도 1의 제 4 노드에서 신호의 파형을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기의 동작 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신을 위한 장치를 나타낸다.1 is a circuit diagram illustrating an exemplary configuration of a human body communication receiver according to an embodiment of the present invention.
2A shows a waveform of a typical low-frequency baseband signal.
2B shows a waveform of a transmission signal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 shows a waveform of a first reception signal input to the reception electrode of FIG. 1 and a waveform of a second reception signal input to the virtual electrode of FIG. 1 .
4A shows the waveform of the positive input signal of FIG. 1 and the waveform of the signal at the first node.
Figure 4b shows the waveforms of the signals at the second node and the third node of Figure 1;
Fig. 4c shows the waveform of the signal at the fourth node of Fig. 1;
5 is an exemplary flowchart illustrating a method of operating a human body communication receiver according to an embodiment of the present invention.
6 shows an apparatus for human body communication according to an embodiment of the present invention.
아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described clearly and in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the present invention.
상세한 설명에서 사용되는 부 또는 유닛(unit), 모듈(module), 블록(block), ~기(~or, ~er) 등의 용어들을 참조하여 설명되는 구성 요소들 및 도면에 도시된 기능 블록들은 소프트웨어, 또는 하드웨어, 또는 그것들의 조합의 형태로 구현될 수 있다. 예시적으로, 소프트웨어는 기계 코드, 펌웨어, 임베디드 코드, 및 애플리케이션 소프트웨어일 수 있다. 예를 들어, 하드웨어는 전기 회로, 전자 회로, 프로세서, 컴퓨터, 집적 회로, 집적 회로 코어들, 압력 센서, 관성 센서, 멤즈 (microelectromechanical system; MEMS), 수동 소자, 또는 그것들의 조합을 포함할 수 있다.Components described with reference to terms such as units or units, modules, blocks, and groups (~or, ~er) used in the detailed description and functional blocks shown in the drawings are It may be implemented in the form of software, hardware, or a combination thereof. Illustratively, the software may be machine code, firmware, embedded code, and application software. For example, hardware may include an electrical circuit, an electronic circuit, a processor, a computer, an integrated circuit, integrated circuit cores, a pressure sensor, an inertial sensor, a microelectromechanical system (MEMS), a passive element, or a combination thereof. .
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기(100)의 예시적인 구성을 나타내는 회로도이다. 인체 통신 수신기(100)는 인체를 매질로 이용하여 인체 통신 송신기(도시하지 않음)로부터 전송된 신호(이하, 송신 신호라고 한다)의 수신에 있어서, 수신한 신호에 포함된 저주파 잡음을 제거할 수 있고, 저주파 잡음이 제거된 신호를 저주파 기저대역 신호로 재구성한 후 증폭할 수 있다. 인체 통신 수신기(100)는 수신 전극(110), 가상 전극(120), 필터 회로(130), 저주파 재구성 회로(140), 및 증폭 회로(150)를 포함할 수 있다.1 is a circuit diagram showing an exemplary configuration of a human
수신 전극(110)은 제 1 수신 신호(IN_1)를 입력 받을 수 있다. 제 1 수신 신호(IN_1)는 송신 신호 및 인체 주변의 잡음원(예를 들어, 형광등)으로부터 유입된 저주파 잡음을 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신 신호는 고주파 펄스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수신 전극(110)은 인체의 표피에 직접 부착될 수 있다. 예를 들어, 수신 전극(110)은 차동 증폭기(151)의 정입력으로 연결될 수 있다.The
가상 전극(120)은 증폭 회로(150)에 의한 저주파 기저대역 신호의 차동 증폭을 위한 제 2 수신 신호(IN_2)을 입력 받을 수 있다. 제 2 수신 신호(IN_2)는 잡음원으로부터 유입된 저주파 잡음을 포함할 수 있으나, 제 1 수신 신호(IN_1)와 달리 송신 신호를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 가상 전극(120)은 수신 전극이 부착된 위치의 반대 편에 위치할 수 있고, 인체 통신 수신기(100)의 외부에 돌출되거나 또는 인체 통신 수신기(100)의 내부에 위치할 수 있다. 예를 들어, 가상 전극(120)은 인체의 표피에 접촉되지 않을 수 있다. 예를 들어, 가상 전극(120)은 차동 증폭기(151)의 부입력으로 연결될 수 있다.The
필터 회로(130)는 제 1 수신 신호(IN_1)에 포함된 저주파 잡음을 제거할 수 있다. 필터 회로(130)는 수신 전극(110) 및 가상 전극(120)과, 증폭 회로(150) 사이에 연결될 수 있다. 필터 회로(130)는 적어도 하나의 인덕터(131)를 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The
인덕터(131)의 임피던스는 저주파 대역에서 낮아질 수 있다. 따라서, 인덕터(131)는 수신 전극(110)에 입력된 제 1 수신 신호(IN_1)에 포함된 저주파 잡음에 대하여 수신 전극(110)과 가상 전극(120)이 단락되도록 할 수 있고, 저주파 잡음을 제거할 수 있다. 필터 회로(130)는 인덕터(131)에 의해 저주파 잡음이 제거된 고주파 신호를 저주파 재구성 회로(140)로 출력할 수 있다.The impedance of the
상술한 바와 같이 가상 전극(120)에 입력된 제 2 수신 신호(IN_2)는 송신 신호를 포함하지 않을 수 있고, 이 경우 고주파 대역의 신호를 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 인덕터(131)에 의해 제 2 수신 신호(IN_2)에서 저주파 대역의 신호가 제거되는 경우, 신호의 크기가 0에 가까워질 수 있다. 필터 회로(130)는 크기가 0에 가까워진 부입력 신호(IN_N)를 출력할 수 있다.As described above, the second reception signal IN_2 input to the
저주파 재구성 회로(140)는 저주파 잡음이 제거된 고주파 신호를 저주파 기저대역 신호로 재구성할 수 있다. 저주파 재구성 회로(140)는 수신 전극(110) 및 가상 전극(120)과, 증폭 회로(150) 사이에 연결될 수 있으며, 필터 회로(130)의 후단에 연결될 수 있다. 저주파 재구성 회로(140)는 수신 전극(110)과 직렬로 연결된 커패시터(141), 커패시터(141)와 직렬로 연결된 다이오드(142), 다이오드(142)와 가상 전극(120) 사이에 병렬로 연결된 커패시터(143) 및 부하 저항(144)을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 저주파 재구성 회로(140)는 커패시터(141)의 후단에 전원 전압(VDD)과 그라운드(GND) 사이에 연결된 저항들을 포함할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The low-
저주파 재구성 회로(140)는 필터 회로(130)가 출력한 저주파 잡음이 제거된 신호를 입력 받을 수 있다. 저주파 잡음이 제거된 신호는 커패시터(141)를 통과할 수 있고, 커패시터(141)를 통과한 정입력 신호(IN_P)는 다이오드(142)의 양극으로 입력될 수 있다. 전원 전압(VDD)과 그라운드(GND) 사이에 연결된 저항들은 정입력 신호(IN_P)가 다이오드(142)의 문턱 전압을 넘을 수 있도록 다이오드(142)의 양극에 바이어스 전압을 인가할 수 있다.The low-
다이오드(142)는 정입력 신호(IN_P)를 정류한 정류 신호를 음극으로 출력할 수 있다. 커패시터(143)는 정류 신호를 저장할 수 있고, 커패시터(143)에 저장된 정류 신호는 부하 저항(144)에 의해 방전될 수 있다. 이로써, 커패시터(143) 및 부하 저항(144)은 다이오드(142)의 음극으로 출력된 정류 신호가 유지되는 시간을 조절할 수 있고, 정류 신호를 저주파 기저대역 신호로 재구성할 수 있다. 제 1 노드(ND_1)로 출력된 신호는 재구성된 저주파 기저대역 신호일 수 있다.The
증폭 회로(150)는 재구성된 저주파 기저대역 신호를 증폭하여 출력할 수 있다. 증폭 회로(150)는 적어도 하나의 차동 증폭기(151)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 차동 증폭기(151)의 정입력 단자 및 부입력 단자에는 각각 적어도 하나의 커패시터가 직렬로 연결될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 증폭 회로(150)의 각 커패시터의 후단과 각 입력 단자 사이에는 전원 전압(VDD)과 그라운드(GND) 사이에 연결된 저항들이 병렬로 연결될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The
제 1 노드(ND_1)로 출력된 재구성된 저주파 기저대역 신호는 차동 증폭기(151)의 정입력 단자와 연결된 커패시터를 통하여 제 2 노드(ND_2)로 출력될 수 있다. 차동 증폭기(151)의 정입력 단자는 제 2 노드(ND_2)로 출력된 신호를 입력 받을 수 있다.The reconstructed low-frequency baseband signal output to the first node ND_1 may be output to the second node ND_2 through a capacitor connected to the positive input terminal of the
제 3 노드(ND_3)에는 가상 전극(120)에 입력된 제 2 수신 신호(IN_2)가 인덕터(131)를 통과한 부입력 신호(IN_N)가 그대로 전달될 수 있다. 이로써, 제 3 노드(ND_3)에는 부입력 단자와 연결된 전압(VDD)과 그라운드(GND) 사이의 저항들에 의해 인가된 바이어스 전압이 나타날 수 있다. 차동 증폭기(151)의 부입력 단자는 제 3 노드(ND_3)로 출력된 신호를 입력 받을 수 있다. 제 3 노드(ND_3)로 출력된 신호는 차동 증폭의 기준이 되는 전압일 수 있다.The negative input signal IN_N through which the second reception signal IN_2 input to the
차동 증폭기(151)는 정입력 단자에 입력된 제 2 노드(ND_2)의 신호와 부입력 단자에 입력된 제 3 노드(ND_3)의 신호를 차동 증폭할 수 있고, 증폭된 신호를 제 4 노드(ND_4)로 출력할 수 있다.The
도 2a는 일반적인 저주파 기저대역 신호의 파형을 나타낸다. 구간 T1은 신호의 값이 디지털 하이에 대응하는 구간을 나타내고, 구간 T2는 신호의 값이 디지털 로우에 대응하는 구간을 나타낸다. 예를 들어, 구간 T1 및 구간 T2의 길이는 각각 10μs일 수 있다.2A shows a waveform of a typical low-frequency baseband signal. The section T1 represents a section in which the signal value corresponds to a digital high, and the section T2 represents a section in which the signal value corresponds to a digital low. For example, each of the sections T1 and T2 may have a length of 10 μs.
인체 통신의 송신 신호로서 도 2a에 나타난 저주파 기저대역 디지털 신호가 그대로 사용될 수 있다. 그러나, 송신 신호의 주파수 대역과 잡음의 주파수 대역이 유사할 경우, 송신 신호와 잡음이 중첩될 수 있고, 잡음을 제거하는 과정에서 본래의 송신 신호도 제거될 수 있으며, 송신 신호의 복구가 불가능할 수 있다.As a transmission signal for human body communication, the low-frequency baseband digital signal shown in FIG. 2A may be used as it is. However, when the frequency band of the transmission signal and the frequency band of the noise are similar, the transmission signal and the noise may overlap, the original transmission signal may be removed in the process of removing the noise, and the transmission signal may not be recoverable. have.
도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 신호의 파형을 나타낸다. 구간 T1의 경우, 인체 신호 송신기(도시되지 않음)는 도 2a에 나타난 저주파 기저대역 신호에 대응하는 고주파 펄스를 맵핑(mapping)할 수 있다. 예를 들어, 구간 T1의 길이가 10μs인 경우, 구간 T1의 신호에 대하여 주파수(fCLK)가 10MHz인 고주파 펄스를 맵핑할 수 있다. 이 경우, 맵핑된 펄스의 폭(1/fCLK)은 100ns일 수 있다. 구간 T2의 경우, 도 2a와 마찬가지로 구간 T1과 같은 길이의 시간 동안 신호의 값은 디지털 로우로 유지될 수 있다.2B shows a waveform of a transmission signal according to an embodiment of the present invention. In the case of section T1, a human body signal transmitter (not shown) may map a high-frequency pulse corresponding to the low-frequency baseband signal shown in FIG. 2A . For example, when the length of the section T1 is 10 μs, a high-frequency pulse having a frequency fCLK of 10 MHz may be mapped to the signal of the section T1. In this case, the width (1/fCLK) of the mapped pulse may be 100 ns. In the case of the period T2, the value of the signal may be maintained as a digital low for the same length of time as the period T1 as in FIG. 2A .
도 2b와 같이 저주파 기저대역 신호에 고주파 펄스를 맵핑한 신호를 인체 통신의 송신 신호로서 사용하는 경우, 송신 신호와 저주파 잡음은 중첩되지 않을 수 있고, 도 1의 필터 회로(130)에서 저주파 잡음을 제거하는 과정에서도 본래의 송신 신호가 제거되지 않을 수 있다.When a signal obtained by mapping a high-frequency pulse to a low-frequency baseband signal as shown in FIG. 2B is used as a transmission signal for human body communication, the transmission signal and low-frequency noise may not overlap, and the
도 3은 도 1의 수신 전극(110)에 입력되는 제 1 수신 신호(IN_1)의 파형과 가상 전극(120)에 입력되는 제 2 수신 신호(IN_2)의 파형을 나타낸다. 제 1 수신 신호(IN_1) 및 제 2 수신 신호(IN_2)는 인체 주변의 잡음원으로부터 유입된 잡음을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인체 주변의 잡음원은 형광등일 수 있고, 잡음의 주파수는 60kHz일 수 있다.FIG. 3 illustrates a waveform of a first reception signal IN_1 input to the
제 1 수신 신호(IN_1)는 송신 신호와 인체 주변의 잡음원으로부터 유입된 잡음이 중첩된 신호일 수 있다. 예를 들어, 도 2b를 참조하여 설명한 바와 같이, 송신 신호는 고주파 펄스를 포함한 신호일 수 있고, 고주파 펄스의 주파수는 10MHz일 수 있다.The first reception signal IN_1 may be a signal in which a transmission signal and noise introduced from a noise source around the human body are superimposed. For example, as described with reference to FIG. 2B , the transmission signal may be a signal including a high frequency pulse, and the frequency of the high frequency pulse may be 10 MHz.
제 2 수신 신호(IN_2)는 임의의 기준 전압과 인체 주변의 잡음원으로부터 유입된 잡음이 중첩된 신호일 수 있다. 제 2 수신 신호(IN_2)는 제 1 수신 신호(IN_1)와 달리 송신 신호를 포함하지 않을 수 있으므로, 고주파 펄스를 포함하지 않는 저주파 신호일 수 있다.The second reception signal IN_2 may be a signal in which an arbitrary reference voltage and noise introduced from a noise source around the human body are superimposed. Unlike the first reception signal IN_1 , the second reception signal IN_2 may not include a transmission signal, and thus may be a low frequency signal that does not include a high frequency pulse.
도 4a는 도 1의 정입력 신호(IN_P)의 파형과 제 1 노드(ND_1)에서 신호의 파형을 나타낸다. 도 4b는 도 1의 제 2 노드(ND_2) 및 제 3 노드(ND_3)에서 신호의 파형을 나타낸다. 도 4c는 도 1의 제 4 노드(ND_4)에서 신호의 파형을 나타낸다. 이하 도 4a 내지 도 4c와 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.FIG. 4A shows the waveform of the positive input signal IN_P and the waveform of the signal at the first node ND_1 of FIG. 1 . FIG. 4B shows waveforms of signals at the second node ND_2 and the third node ND_3 of FIG. 1 . FIG. 4C shows a waveform of a signal at the fourth node ND_4 of FIG. 1 . Hereinafter, it will be described with reference to FIG. 1 together with FIGS. 4A to 4C.
도 4a를 참조하면, 정입력 신호(IN_P)는 인덕터(131)에 의해 제 1 수신 신호(IN_1)에 포함된 저주파 잡음이 제거된 후 커패시터(141)를 통과한 신호로서, 정입력 신호(IN_P)의 파형은 도 3에 나타난 제 1 수신 신호(IN_1)의 파형에서 고주파 대역의 신호만 남아있는 형태일 수 있다.Referring to FIG. 4A , the positive input signal IN_P is a signal passing through the
제 1 노드(ND_1)의 신호는 정입력 신호(IN_P)가 다이오드(142)에 의해 정류된 정류 신호를 포함하는 재구성된 저주파 기저대역 신호로서, 제 1 노드(ND_1)에서 신호의 파형은 정류 신호가 유지되다가 방전되는 형태일 수 있다. 제 1 노드(ND_1)의 신호에 포함된 정류 신호가 유지되는 시간은 커패시터(143) 및 부하 저항(144)의 값에 의해 조절될 수 있다.The signal of the first node ND_1 is a reconstructed low-frequency baseband signal including a rectified signal in which the positive input signal IN_P is rectified by the
도 4b를 참조하면, 제 2 노드(ND_2)의 신호는 제 1 노드(ND_1)의 신호가 차동 증폭기(151) 정입력의 전단에 연결된 커패시터를 통과한 신호일 수 있다. 제 3 노드(ND_3)의 신호는 부입력 신호(IN_N)가 차동 증폭기(151) 부입력의 전단에 연결된 커패시터를 통과한 신호일 수 있다.Referring to FIG. 4B , the signal of the second node ND_2 may be a signal of the signal of the first node ND_1 passing through a capacitor connected to the front end of the positive input of the
부입력 신호(IN_N)는 제 2 수신 신호(IN_2)가 인덕터(131)에 의해 그 크기가 0에 가까워진 신호이기 때문에, 제 3 노드(ND_3)의 신호는 차동 증폭기(151)의 부입력 전단에 병렬로 연결된, 전원 전압(VDD)과 그라운드(GND) 사이에 연결된 저항들에 의해 인가되는 바이어스 전압으로 나타날 수 있다. 즉, 도 4b에 나타난 바와 같이, 제 2 노드(ND_2) 및 제 3 노드(ND_3)에서 신호의 파형은 바이어스 전압을 기준으로 나타날 수 있다. 제 2 노드(ND_2)의 신호는 차동 증폭기(151)의 정입력으로 입력될 수 있고, 제 3 노드(ND_3)의 신호는 차동 증폭기(151)의 부입력으로 입력될 수 있다. 제 2 노드(ND_2)의 신호는 제 3 노드(ND_3)의 신호의 크기에 기반하여 증폭될 수 있다.Since the negative input signal IN_N is a signal whose magnitude is close to 0 by the
도 4c를 참조하면, 제 4 노드(ND_4)의 신호는 차동 증폭기로 입력된 제 2 노드(ND_2)의 신호 및 제 3 노드(ND_3)의 신호가 차동 증폭되어 출력되는 신호일 수 있다. 제 4 노드(ND_4)에서 최종적인 신호의 파형은 도 2a에 나타난 바와 같이, 고주파 펄스가 맵핑되기 이전의 저주파 기저대역 신호의 파형으로 나타날 수 있다.Referring to FIG. 4C , the signal of the fourth node ND_4 may be a signal output by differentially amplifying the signal of the second node ND_2 and the signal of the third node ND_3 input to the differential amplifier. The waveform of the final signal at the fourth node ND_4 may appear as the waveform of the low-frequency baseband signal before the high-frequency pulse is mapped, as shown in FIG. 2A .
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신 수신기(100)의 동작 방법을 나타내는 예시적인 흐름도이다. 이하 도 5와 함께, 도 1을 참조하여 설명한다.5 is an exemplary flowchart illustrating a method of operating the human
단계 S110에서, 필터 회로(130)가 제 1 수신 신호(IN_1)에 포함된 저주파 잡음을 제거할 수 있다. 단계 S120에서, 저주파 재구성 회로(140)가 저주파 잡음이 제거된 고주파 신호를 저주파 기저대역 신호로 재구성할 수 있다. 단계 S130에서, 증폭 회로(150)가 저주파 재구성 회로(140)에서 재구성된 저주파 기저대역 신호를 증폭할 수 있다.In operation S110 , the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 인체 통신을 위한 장치(1000)를 개념적으로 나타낸다. 인체 통신을 위한 장치(1000)는 인체 통신 송신기(1100) 및 인체 통신 수신기(1200)를 포함할 수 있다.6 conceptually illustrates an
인체 통신 송신기(1100)는 송신 디지털 모뎀(1110), 송신 전극 구동 회로(1120), 및 송신 전극(1130)을 포함할 수 있다. 인체 통신 송신기(1100)는 인체 통신 송신기(1100)의 그라운드와 지표면 접지 사이에 형성된 전기장과, 인체와 송신 전극(1130) 사이에 형성된 전기장에 기반하여 인체로 송신 신호(Tx)를 전달할 수 있다.The human
예를 들어, 송신 전극(1130)에 시간에 따라 변하는 전압이 인가되는 경우, 시간에 따라 변하는 전기장이 인체와 송신 전극(1130) 사이에 형성될 수 있고, 인체에도 시간에 따라 변하는 전하가 발생할 수 있다. 이로써, 인체 통신 송신기(1100)는 인체로 송신 신호(Tx)를 전달할 수 있다. 예를 들어, 상술한 각 전기장의 세기는, 인체 통신 송신기(1100)의 그라운드와 지표면 접지 사이의 커패시턴스(C1), 인체와 송신 전극(1130) 사이의 커패시턴스(C2)에 기반하여 달라질 수 있다.For example, when a voltage varying with time is applied to the
송신 디지털 모뎀(1110)은 클럭 발생기(도시되지 않음)에서 발생한 클럭 신호에 기반하여 송신 데이터를 생성할 수 있다. 송신 전극 구동 회로(1120)는 송신 디지털 모뎀(1110)에서 생선한 송신 데이터를 입력 받아 송신 전극(1130)으로 출력할 수 있다. 송신 전극(1130)은 인체로 송신 신호(Tx)를 전달할 수 있다. 예를 들어, 송신 전극(1130)은 인체의 표피에 직접 부착될 수 있다. 예를 들어, 송신 신호(Tx)는 도 2b에 나타난 송신 신호와 동일할 수 있다.The transmission
인체 통신 수신기(1200)는 수신 전극(1210), 가상 전극(1220), 아날로그 회로부(1230), 클럭 데이터 복구 회로(1240), 및 수신 디지털 모뎀(1250)을 포함할 수 있다. 인체 통신 수신기(1200)는 인체 통신 수신기(1200)의 그라운드와 지표면 접지 사이에 형성된 전기장과, 인체와 수신 전극(1210) 사이에 형성된 전기장에 기반하여 수신 신호(Rx)를 수신할 수 있다.The human
예를 들어, 인체에 발생한 시간에 따라 변하는 전하는 인체와 수신 전극(1210) 사이에 시간에 따라 변하는 전기장을 형성할 수 있다. 이로써, 수신 전극(1210)에 시간에 따라 변하는 전압이 인가될 수 있고, 인체에서 인체 통신 수신기(1200)로 수신 신호(Rx)가 전달될 수 있다. 예를 들어, 상술한 각 전기장의 세기는 인체와 수신 전극(1210) 사이의 커패시턴스(C3), 및 인체 통신 수신기(1200)의 그라운드와 지표면 접지 사이의 커패시턴스(C4)에 기반하여 달라질 수 있다.For example, a time-varying electric charge generated in the human body may form an electric field varying with time between the human body and the receiving
수신 전극(1210)은 수신 신호(Rx)를 수신할 수 있다. 예를 들어, 수신 전극(1210)은 인체의 표피에 직접 부착될 수 있다. 예를 들어, 수신 신호(Rx)에는 인체 주변의 잡음원으로부터 유입된 잡음이 포함될 수 있다. 가상 전극(1220)은 수신 신호(Rx)의 증폭에 필요한 전압을 제공할 수 있다. 예를 들어, 가상 전극(1220)은 인체의 표피에 접촉되지 않을 수 있다.The
아날로그 회로부(1230)는 수신 신호(Rx)에서 잡음을 제거하고, 적정 크기로 증폭하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 아날로그 회로부(1230)는 도 1의 필터 회로(130), 저주파 재구성 회로(140), 및 증폭 회로(150)를 포함할 수 있다. 클럭 데이터 복구 회로(1240)는 아날로그 회로부(1230)가 출력한 신호로부터 클럭을 추출하여 재구성한 신호를 생성할 수 있다. 수신 디지털 모뎀(1250)은 재구성한 신호를 입력 받아 송신 디지털 모뎀(1110)에서 생선한 송신 데이터를 복구할 수 있다.The
상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.The above are specific embodiments for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also simple design changes or easily changeable embodiments. In addition, the present invention will include techniques that can be easily modified and implemented using the embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents of the present invention.
100: 인체 통신 수신기 110: 수신 전극
120: 가상 전극 130: 필터 회로
140: 저주파 재구성 회로 150: 증폭 회로100: human body communication receiver 110: receiving electrode
120: virtual electrode 130: filter circuit
140: low frequency reconstruction circuit 150: amplification circuit
Claims (14)
가상 전극;
상기 수신 전극과 상기 가상 전극 사이에 연결되고, 상기 수신 전극을 통하여 수신된 신호의 저주파 잡음을 제거하여 고주파 신호를 생성하는 필터 회로;
상기 필터 회로의 후단에 연결되고, 상기 고주파 신호를 정류하여 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 저주파 재구성 회로; 및
상기 저주파 재구성 회로의 후단에 연결되고, 상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 증폭 회로를 포함하는 인체 통신 수신기.receiving electrode;
virtual electrode;
a filter circuit connected between the receiving electrode and the virtual electrode, the filter circuit generating a high-frequency signal by removing low-frequency noise of a signal received through the receiving electrode;
a low frequency reconstruction circuit connected to the rear end of the filter circuit and configured to rectify the high frequency signal and reconstruct the low frequency baseband signal; and
and an amplifier circuit connected to a rear end of the low frequency reconstruction circuit and amplifying the low frequency baseband signal.
상기 필터 회로는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 인체 통신 수신기.The method of claim 1,
wherein the filter circuit includes at least one inductor.
상기 저주파 재구성 회로는:
다이오드;
상기 다이오드의 양극과 상기 수신 전극 사이에 연결된 제 1 커패시터;
상기 다이오드의 음극과 상기 가상 전극 사이에 연결된 제 2 커패시터;
상기 다이오드의 음극과 상기 가상 전극 사이에 연결된 부하 저항; 및
상기 제 1 커패시터 및 상기 다이오드의 양극 사이에 연결된 제 1 복수의 저항들을 포함하는 인체 통신 수신기.The method of claim 1,
The low-frequency reconstruction circuit comprises:
diode;
a first capacitor connected between the anode of the diode and the receiving electrode;
a second capacitor connected between the cathode of the diode and the virtual electrode;
a load resistor connected between the cathode of the diode and the virtual electrode; and
and a first plurality of resistors coupled between the first capacitor and an anode of the diode.
상기 제 1 복수의 저항들은 전원 전압과 그라운드 사이에 연결되고, 상기 다이오드의 양극에 제 1 바이어스 전압을 제공하는 인체 통신 수신기.4. The method of claim 3,
The first plurality of resistors are connected between a power supply voltage and a ground, and provide a first bias voltage to the anode of the diode.
상기 증폭 회로는:
차동 증폭기;
상기 저주파 재구성 회로의 상기 후단과 상기 차동 증폭기의 제 1 입력 단자 사이에 연결되는 제 3 커패시터;
상기 저주파 재구성 회로의 상기 후단과 상기 차동 증폭기의 제 2 입력 단자 사이에 연결되는 제 4 커패시터;
상기 제 1 입력 단자에 연결되는 제 2 복수의 저항들; 및
상기 제 2 입력 단자에 연결되는 제 3 복수의 저항들을 포함하는 인체 통신 수신기.The method of claim 1,
The amplification circuit is:
differential amplifier;
a third capacitor connected between the rear end of the low frequency reconstruction circuit and a first input terminal of the differential amplifier;
a fourth capacitor connected between the rear end of the low frequency reconstruction circuit and a second input terminal of the differential amplifier;
a second plurality of resistors coupled to the first input terminal; and
and a third plurality of resistors connected to the second input terminal.
상기 제 2 복수의 저항들 및 상기 제 3 복수의 저항들은 전원 전압과 그라운드 사이에 연결되고,
상기 제 2 복수의 저항들은 상기 차동 증폭기의 상기 제 1 입력 단자에 제 2 바이어스 전압을 제공하고, 그리고
상기 제 3 복수의 저항들은 상기 차동 증폭기의 상기 제 2 입력 단자에 제 3 바이어스 전압을 제공하는 인체 통신 수신기.6. The method of claim 5,
The plurality of second resistors and the plurality of third resistors are connected between a power supply voltage and a ground,
the second plurality of resistors provide a second bias voltage to the first input terminal of the differential amplifier; and
wherein the third plurality of resistors provide a third bias voltage to the second input terminal of the differential amplifier.
상기 차동 증폭기의 상기 제 1 입력 단자는 상기 제 1 입력 단자와 연결된 상기 제 3 커패시터를 통과한 제 1 신호를 입력 받고,
상기 차동 증폭기의 상기 제 2 입력 단자는 상기 제 2 입력 단자와 연결된 상기 제 4 커패시터를 통과한 제 2 신호를 입력 받고,
상기 차동 증폭기는 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 차동 증폭하는 인체 통신 수신기.6. The method of claim 5,
The first input terminal of the differential amplifier receives a first signal passing through the third capacitor connected to the first input terminal,
The second input terminal of the differential amplifier receives a second signal passing through the fourth capacitor connected to the second input terminal,
wherein the differential amplifier differentially amplifies the first signal and the second signal.
수신 전극과 가상 전극 사이에 연결된 필터 회로가 상기 수신 전극을 통하여 수신된 신호에서 저주파 잡음을 제거하여 고주파 신호를 생성하는 단계;
상기 필터 회로의 후단에 연결된 저주파 재구성 회로가 상기 고주파 신호를 정류하여 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 단계; 및
상기 저주파 재구성 회로의 후단에 연결된 증폭 회로가 상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 단계를 포함하는 동작 방법.A method of operating a human body communication receiver, comprising:
generating, by a filter circuit connected between the receiving electrode and the virtual electrode, low-frequency noise from the signal received through the receiving electrode to generate a high-frequency signal;
rectifying, by a low frequency reconstruction circuit connected to the rear end of the filter circuit, the high frequency signal and reconstructing it into a low frequency baseband signal; and
and an amplifying circuit connected to a rear end of the low-frequency reconstruction circuit amplifying the low-frequency baseband signal.
상기 저주파 재구성 회로는:
다이오드;
상기 다이오드의 양극과 상기 수신 전극 사이에 연결된 제 1 커패시터;
상기 다이오드의 음극과 상기 가상 전극 사이에 연결된 제 2 커패시터;
상기 다이오드의 음극과 상기 가상 전극 사이에 연결된 부하 저항; 및
상기 제 1 커패시터 및 상기 다이오드의 양극 사이에 연결된 제 1 복수의 저항들을 포함하는 동작 방법.9. The method of claim 8,
The low-frequency reconstruction circuit comprises:
diode;
a first capacitor connected between the anode of the diode and the receiving electrode;
a second capacitor connected between the cathode of the diode and the virtual electrode;
a load resistor connected between the cathode of the diode and the virtual electrode; and
and a first plurality of resistors coupled between the first capacitor and the anode of the diode.
상기 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 단계는:
상기 다이오드가 상기 고주파 신호를 정류하여 정류 신호를 생성하는 단계;
상기 정류 신호를 상기 제 2 커패시터에 저장하는 단계; 및
상기 부하 저항이 상기 저장된 상기 정류 신호를 방전시키는 단계를 포함하는 동작 방법.10. The method of claim 9,
The step of reconstructing the low-frequency baseband signal includes:
generating a rectified signal by rectifying the high frequency signal by the diode;
storing the rectified signal in the second capacitor; and
and discharging the stored rectified signal by the load resistor.
상기 제 1 복수의 저항들은 전원 전압과 그라운드 사이에 연결되고,
상기 저주파 기저대역 신호로 재구성하는 단계는:
상기 정류 신호를 생성하는 단계 이전에, 상기 제 1 복수의 저항들에 의해, 상기 다이오드의 양극에 제 1 바이어스 전압을 제공하는 단계를 더 포함하는 동작 방법.11. The method of claim 10,
The first plurality of resistors are connected between the power supply voltage and the ground,
The step of reconstructing the low-frequency baseband signal includes:
and prior to generating the rectified signal, providing a first bias voltage to the anode of the diode by the first plurality of resistors.
상기 증폭 회로는:
차동 증폭기;
상기 저주파 재구성 회로의 상기 후단과 상기 차동 증폭기의 제 1 입력 단자 사이에 연결되는 제 3 커패시터;
상기 저주파 재구성 회로의 상기 후단과 상기 차동 증폭기의 제 2 입력 단자 사이에 연결되는 제 4 커패시터;
상기 제 1 입력 단자에 연결되는 제 2 복수의 저항들; 및
상기 제 2 입력 단자에 연결되는 제 3 복수의 저항들을 포함하는 동작 방법.9. The method of claim 8,
The amplification circuit is:
differential amplifier;
a third capacitor connected between the rear end of the low frequency reconstruction circuit and a first input terminal of the differential amplifier;
a fourth capacitor connected between the rear end of the low frequency reconstruction circuit and a second input terminal of the differential amplifier;
a second plurality of resistors coupled to the first input terminal; and
and a third plurality of resistors coupled to the second input terminal.
상기 제 2 복수의 저항들 및 상기 제 3 복수의 저항들은 전원 전압과 그라운드 사이에 연결되고,
상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 단계는:
상기 제 2 복수의 저항들이, 상기 차동 증폭기의 상기 제 1 입력 단자에 제 2 바이어스 전압을 제공하는 단계;
상기 제 3 복수의 저항들이, 상기 차동 증폭기의 상기 제 2 입력 단자에 제 3 바이어스 전압을 제공하는 단계를 포함하는 동작 방법.13. The method of claim 12,
The plurality of second resistors and the plurality of third resistors are connected between a power supply voltage and a ground,
The step of amplifying the low frequency baseband signal comprises:
providing, by the second plurality of resistors, a second bias voltage to the first input terminal of the differential amplifier;
and the third plurality of resistors providing a third bias voltage to the second input terminal of the differential amplifier.
상기 저주파 기저대역 신호를 증폭하는 단계는:
상기 차동 증폭기의 상기 제 1 입력 단자가, 상기 제 1 입력 단자와 연결된 상기 제 3 커패시터를 통과한 제 1 신호를 입력 받는 단계;
상기 차동 증폭기의 상기 제 2 입력 단자가, 상기 제 2 입력 단자와 연결된 상기 제 4 커패시터를 통과한 제 2 신호를 입력 받는 단계; 및
상기 차동 증폭기가, 상기 제 1 신호와 상기 제 2 신호를 차동 증폭하는 단계를 포함하는 동작 방법.13. The method of claim 12,
The step of amplifying the low frequency baseband signal comprises:
receiving, by the first input terminal of the differential amplifier, a first signal passing through the third capacitor connected to the first input terminal;
receiving, by the second input terminal of the differential amplifier, a second signal passing through the fourth capacitor connected to the second input terminal; and
and differentially amplifying, by the differential amplifier, the first signal and the second signal.
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