KR102455629B1

KR102455629B1 - 생체 신호 처리 장치 및 생체 신호 처리 방법

Info

Publication number: KR102455629B1
Application number: KR1020140192674A
Authority: KR
Inventors: 이탁형; 김종팔
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2022-10-17
Also published as: US20160183884A1; US9999397B2; KR20160080900A

Abstract

생체 신호 처리 장치가 개시된다. 일 실시예는 복수의 센서들로부터 서로 다른 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 수신하고, 생체 신호를 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신하여 처리한다.

Description

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

아래 실시예들은 생체 신호 처리 장치 및 생체 신호 처리 방법에 관한 것이다.

다양한 생체 신호가 기기에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 심전도(ECG, electrocardiogram), 근전도(EMG, electromyogram), 광용적맥파(PPG, photoplethysmogram), 호 등과 같은 생체 신호가 측정될 수 있다. 심전도를 측정하기 위해 심전도를 전처리하는 회로가 필요하고, 근전도를 측정하기 위해 근전도를 전처리하는 회로가 필요하다. 또한, 광용적맥파를 측정하기 위해 광용적맥파를 전처리하는 회로가 필요하다.

기기를 통해 심전도, 근전도, 및 광용적맥파를 측정하고자 할 경우, 각각의 생체 신호를 전처리하기 위한 회로가 기기에 포함되어야 한다. 각각의 전처리 회로가 기기에 포함되는 경우, 기기의 소형화에 어려움이 있을 수 있다.

일 측에 따른 생체 신호 처리 장치는 복수의 센서들로부터 서로 다른 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 수신하는 신호 수신부; 및 전압 입력부 및 전류 입력부를 포함하고, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신하고, 상기 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 상기 생체 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함한다.

상기 신호 처리부는, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 미리 정해진 시간 구간 별로 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다.

상기 신호 처리부는, 사용자의 입력에 따라 발생한 제어 이벤트에 기초하여, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다.

상기 신호 처리부는, 상기 생체 신호의 센싱을 위한 시간 구간의 종료에 따라 발생한 제어 신호에 기초하여, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다.

상기 생체 신호의 전기적 물리량이 전류인 경우, 상기 신호 처리부는, 상기 전류 입력부를 통해 상기 생체 신호를 수신할 수 있고, 상기 전압 입력부를 통해 기준 전압 신호를 수신할 수 있다.

상기 생체 신호의 전기적 물리량이 전압인 경우, 상기 신호 처리부는, 상기 전압 입력부를 통해 상기 생체 신호를 수신할 수 있고, 상기 전류 입력부는, 상기 신호 처리부에 포함된 전기적 소자와의 연결을 제어할 수 있다.

상기 신호 수신부는, 상기 생체 신호의 센싱을 위한 전류를 수신할 수 있다.

상기 신호 수신부는, 멀티플렉서를 포함할 수 있다.

다른 일 측에 따른 생체 신호 처리 장치는 복수의 센서들을 포함하는 서브 모듈과 연결되는 메인 모듈을 포함하고, 상기 메인 모듈은, 상기 복수의 센서들로부터 서로 다른 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 수신하는 신호 수신부; 및 전압 입력부 및 전류 입력부를 포함하고, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신하고, 상기 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 상기 생체 신호를 처리하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End)를 포함한다.

상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 미리 정해진 시간 구간 별로 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다.

상기 아날로그 프론트 엔드는, 사용자의 입력에 따라 발생한 제어 이벤트에 기초하여, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다.

상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 생체 신호의 센싱을 위한 시간 구간의 종료에 따라 발생한 제어 신호에 기초하여, 상기 신호 수신부가 출력한 생체 신호를 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다.

상기 생체 신호의 전기적 물리량이 전류인 경우, 상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 전류 입력부를 통해 상기 생체 신호를 수신할 수 있고, 상기 전압 입력부를 통해 기준 전압 신호를 수신할 수 있다.

상기 생체 신호의 전기적 물리량이 전압인 경우, 상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 전압 입력부를 통해 상기 생체 신호를 수신할 수 있고, 상기 전류 입력부는, 상기 아날로그 프론트 엔드에 포함된 전기적 소자와의 연결을 제어할 수 있다.

상기 메인 모듈은, 상기 생체 신호의 센싱을 위한 전류를 생성하는 전류 생성부를 더 포함할 수 있다.

일 측에 따른 생체 신호 처리 방법은 센서로부터 출력된 생체 신호를 수신하는 단계; 상기 생체 신호를 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나로 전달하는 단계; 및 상기 전압 입력부 및 상기 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신한 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 상기 생체 신호를 처리하는 단계를 포함한다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치에 포함된 신호 처리부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치(100)는 신호 수신부(120) 및 신호 처리부(130)를 포함한다.

신호 수신부(120)는 복수의 센서들(110 내지 113)로부터 서로 다른 전기적 물리량(electrical physical quantity)을 갖는 생체 신호를 수신한다. 복수의 센서들은, 예를 들어, 심전도(electrocardiogram) 센서, 심박수(heart rate) 측정 센서, 체온 측정 센서, 또는 생체 임피던스(bio impedance) 측정 센서 등을 포함할 수 있다.

심전도 센서는 사용자의 심장의 전기적 활동을 나타내는 심전도 신호를 센싱할 수 있다. 심전도 신호의 센싱을 기초로 심전도 센서가 출력하는 신호는 전기적 신호이고, 출력된 전기적 신호의 전기적 물리량은 전압일 수 있다.

심박수 측정 센서는 발광부(예를 들어, LED) 및 광수신부(예를 들어, 포토 다이오드(photodiode))를 포함할 수 있다. 심박수 측정 센서가 사용자의 신체 일부(예를 들어, 손가락)와 접촉되는 경우, 심박수 측정 센서의 발광부는 빛을 발생할 수 있고, 광수신부는 혈관 내의 혈액양의 변화에 따라 반사 또는 투과되는 빛을 수신할 수 있다. 반사 또는 투과 되는 빛의 수신에 따라 혈관의 수축 및 팽창이 감지될 수 있고, 감지된 혈관의 수축 및 팽창은 심박수를 나타낼 수 있다. 광수신부의 출력은 전기적 신호이고, 출력된 전기적 신호의 전기적 물리량은 전류일 수 있다.

체온 측정 센서는 서미스터(thermistor)를 포함할 수 있다. 체온이 상승하면 서미스터의 저항값이 변하고, 저항값의 변화를 통해 사용자의 체온이 측정될 수 있다. 보다 구체적으로, 서미스터가 사용자의 신체와 접촉되는 경우, 사용자의 체온에 의해 서미스터의 저항값이 변하고, 서미스터에 의해 흐르는 전류에 의해 서미스터의 저항에 걸리는 전압이 변한다. 전압의 변화를 통해 사용자의 체온이 측정될 수 있다. 체온 측정 센서의 출력은 전기적 신호이고, 출력된 전기적 신호의 전기적 물리량은 전압일 수 있다.

생체 임피던스 측정 센서는 사용자의 체지방량 등을 센싱할 수 있다. 생체 임퍼던스 측정 센서가 사용자의 신체와 접촉하는 경우, 미세한 전류가 사용자에게 인가된다. 미세한 전류가 인가됨으로써 사용자의 생체 임피던스가 측정될 수 있다. 이 때, 생체 임피던스 측정 센서는 생체 임피던스에 걸리는 전압을 출력할 수 있다. 생체 임피던스 측정 센서의 출력은 전기적 신호이고, 출력된 전기적 신호의 전기적 물리량은 전압일 수 있다.

전술한 복수의 센서들(110 내지 113)은 일 실시예에 따른 예시적인 사항일 뿐, 복수의 센서들은 전술한 사항들로 한정되지 않는다.

신호 수신부(120)는 복수의 센서들(110 내지 113)로부터 전기적 물리량이 전압 또는 전류인 생체 신호를 수신할 수 있다. 전압 또는 전류의 전기적 물리량을 갖는 경우를 예로 들었으나, 일 실시예에 따른 예시적인 사항일 뿐, 전기적 물리량은 전술한 예로 한정되지 않는다. 예를 들어, 전기적 물리량은 전력, 전력량, 주파수, 또는 진동수 등을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 신호 수신부(120)는 멀티플렉서(multiplexer, MUX)를 포함할 수 있다. 멀티플렉서는 복수의 센서들(110 내지 113)과 연결되고, 신호 처리부(130)와 연결될 수 있다. 멀티플렉서는 복수의 센서들(110 내지 113) 중 어느 하나의 센서가 센싱한 생체 신호를 신호 처리부(130)의 전압 입력부(131) 및 전류 입력부(132) 중 어느 하나로 전달할 수 있다.

신호 처리부(130)는 전압 입력부(131) 및 전류 입력부(132)를 포함한다. 신호 처리부(130)는 신호 수신부(120)가 출력한 생체 신호를 전압 입력부(131) 및 전류 입력부(132) 중 어느 하나를 통해 수신한다. 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 생체 신호가 입력되는 입력부가 다를 수 있다.

전압 입력부(131)는 제어 신호에 의해 제어되는 스위치를 포함할 수 있고, 스위치를 통해 생체 신호 및 기준 전압 신호 중 어느 하나를 수신할 수 있다. 전류 입력부(132)는 제어 신호에 의해 제어되는 초퍼(chopper)를 포함할 수 있고, 초퍼를 통해 신호 처리부(130)에 포함된 전기적 소자와의 연결을 제어할 수 있다. 여기서, 전기적 소자는 저항과 같은 부하 소자 또는 능동 소자 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 생체 신호의 전기적 물리량이 전압인 경우, 스위치를 통해 신호 수신부(120)와 전압 입력부(131)가 연결될 수 있고, 생체 신호는 전압 입력부(131)로 입력될 수 있다. 전류 입력부(132)는 초퍼를 통해 신호 처리부(130)에 포함된 전기적 소자와의 연결을 디스커넥트(disconnect)할 수 있다. 생체 신호의 전기적 물리량이 전류인 경우, 신호 처리부(130)는 전류 입력부(132)를 통해 신호 수신부(120)가 출력한 생체 신호를 수신할 수 있다. 전압 입력부(131)는 스위치를 통해 기준 전압 신호를 제공하는 소스와 연결될 수 있고, 전압 입력부(131)는 기준 전압 신호를 수신할 수 있다.

달리 표현하면, 신호 처리부(130)는 전압 측정 모드 및 전류 측정 모드 중 어느 하나의 측정 모드에서 동작할 수 있다. 신호 수신부(120)의 멀티플렉서와 전압 입력부(131)가 연결되고, 전류 입력부(132)가 전기적 소자와 연결이 되지 않는 경우는 신호 처리부(130)의 전압 측정 모드와 대응할 수 있다. 멀티플렉서가 전류 입력부(132)를 통해 신호 처리부(130)와 연결되고, 전압 입력부(131)와 연결되지 않는 경우는 신호 처리부(130)의 전류 측정 모드와 대응할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 신호 처리부(130)는 신호 수신부(120)가 출력한 생체 신호를 미리 정해진 시간 구간 별로 전압 입력부(131) 및 전류 입력부(132) 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 구간 동안 심전도 신호가 측정되고, 제2 시간 구간 동안 심박수를 측정하는 생체 신호 측정 시나리오가 있는 경우, 신호 처리부(130)는 제1 시간 구간 동안 측정된 심전도 신호를 전압 입력부(131)를 통해 수신할 수 있다. 또한, 신호 처리부(130)는 제2 시간 구간 동안 측정된 심박수를 전류 입력부(132)를 통해 수신할 수 있다.

제1 시간 구간 동안 신호 수신부(120)는 심전도 신호를 심전도 센서로부터 수신할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 심전도 신호는 전압의 전기적 물리량을 가질 수 있다. 전압 입력부(131)는 신호 수신부(120)와 연결될 수 있고, 전류 입력부(132)는 신호 처리부(130) 내의 전기적 소자와 연결되지 않을 수 있다. 신호 수신부(120)는 심전도 신호를 전압 입력부(131)로 전달할 수 있다. 전류 입력부(132)로 전류의 유입이 있더라도 유입된 전류는 신호 처리부(130) 내의 전기적 소자로 전달되지 않는다.

제1 시간 구간이 종료되면 프로세서(160)는 심박수의 센싱을 위한 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어 신호는 심박수 센서 및 신호 처리부(130)로 전달될 수 있다. 심박수 센서는 제어 신호를 기초로 심박수를 센싱할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 심박수 센서가 센싱한 심박수는 전류의 전기적 물리량을 가질 수 있다. 제어 신호에 기초하여, 신호 수신부(120)는 센싱된 심박수를 전압 입력부(131)가 아닌 전류 입력부(132)로 전달할 수 있다. 제어 신호에 기초하여, 전류 입력부(132)는 신호 처리부(130) 내의 전기적 소자와 연결될 수 있고, 전류 입력부(132)로 유입된 센싱된 심박수는 신호 처리부(130) 내로 전달될 수 있다. 제1 시간 구간 동안 신호 수신부(120)는 전압 입력부(131)와 연결되었고, 제2 시간 구간이 시작하면서 제어 신호에 따라 동작하는 스위치를 통해 전압 입력부(131)는 신호 수신부(120)가 아닌 기준 전압 신호를 제공하는 소스와 연결될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 신호 처리부(130)는 사용자의 입력에 따라 발생한 제어 이벤트에 기초하여, 신호 수신부(120)가 출력한 생체 신호를 전압 입력부(131) 및 상기 전류 입력부(132) 중 어느 하나를 통해 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 심박수 측정 어플리케이션을 실행시킬 수 있고, 프로세서(160)는 심박수 측정 어플리케이션의 실행에 기초한 제어 이벤트를 생성할 수 있다. 제어 이벤트는 심박수 측정 센서로 전달되어, 심박수 측정 센서가 구동될 수 있다. 또한, 제어 이벤트는 신호 처리부(130)로 전달되어 전류 입력부(132)의 초퍼를 제어할 수 있다. 심박수 측정 센서가 센싱한 심박수는 전류 입력부(132)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 신호 수신부(120)는 전류 생성부(140)로부터 생체 신호의 센싱을 위한 전류를 수신할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 생체 임피던스는 사용자에게 미세한 전류를 인가함으로써 측정될 수 있다. 전술한 생체 신호 측정 시나리오에서 제3 시간 구간 동안 생체 임피던스가 측정된다고 하자. 제2 시간 구간이 종료되면 프로세서(160)는 생체 임피던스 측정을 위한 제어 신호를 생성할 수 있고, 제어 신호는 생체 임피던스 측정 센서 및 신호 처리부(130)로 전달될 수 있다. 또한, 제어 신호는 전류 생성부(140)로 전달될 수 있고, 전류 생성부(140)는 제어 신호를 기초로 사용자에게 인가할 전류 신호를 생성할 수 있다. 전류 신호가 사용자에게 인가됨으로써 생체 임피던스 측정 센서는 생체 임피던스를 측정할 수 있다. 전술하였듯이, 측정된 생체 임피던스의 전기적 물리량은 전압일 수 있다. 제2 시간 구간 동안 전압 입력부(131)는 기준 전압 신호를 제공하는 소스와 연결되었고, 스위치는 제어 신호에 따라 스위칭되어 전압 입력부(131)는 신호 수신부(120)와 연결될 수 있다. 신호 수신부(120)는 측정된 생체 임피던스를 전압 입력부(131)로 전달할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 전류 생성부(140)는 생체 신호 처리 장치(100)에 포함되어 구현될 수 있다. 또한, 전류 생성부(140)는 생체 신호 처리 장치(100) 외부에 위치할 수 있고, 신호 수신부(120)는 외부에 위치한 전류 생성부(140)로부터 전류를 수신할 수 있다.

신호 처리부(130)는 신호 수신부(120)가 출력한 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 생체 신호를 처리한다. 신호 처리부(130)는 처리된 생체 신호를 ADC(150)로 전달한다. 이하, 도 2를 참조하여 신호 처리부(130)의 생체 신호 처리를 설명한다.

도 2는 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치에 포함된 신호 처리부를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 처리부(200)는 전압 입력부(210), 전류 입력부(220), 입력 소자(230), 및 전기적 소자(240)를 포함한다.

신호 처리부(200)의 동작 모드는 전압 측정 모드 및 전류 측정 모드를 포함한다. 전압 측정 모드는 전압의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호가 전압 입력부(210)로 입력되는 경우와 대응할 수 있고, 전류 측정 모드는 전류의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호가 전류 입력부(220)로 인가되는 경우와 대응할 수 있다.

전압 측정 모드에서 전압 입력부(210)는 복수의 입력 전압들 중 어느 하나의 입력 전압을 선택한다. 복수의 입력 전압들은 측정하고자 하는 대상 전압과 미리 설정된 기준 전압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상 전압은 심전도 센서에 의해 측정된 심전도 신호, 체온 측정 센서에 의해 측정된 체온, 또는 생체 임피던스 측정 센서에 의해 측정된 생체 임피던스 등을 포함할 수 있다. 대상 전압은 도 1을 통해 기술된 전기적 물리량(전압)을 갖는 생체 신호이다. 도 2에서, V_TC_ip2 및 V_TC_in2의 차동 전압은 대상 전압을 나타내고, Vref_TCp 및 Vref_TCn은 기준 전압을 나타낸다. Vref_TCp 및 Vref_TCn은 서로 동일한 전압 레벨을 가지거나 서로 전압 레벨이 다를 수 있다. 또한, Vref_TCp 및 Vref_TCn은 시간에 따라 고정된 전압 레벨을 가지거나 시간에 따라 가변되는 전압 레벨을 가질 수도 있다.

전압 입력부(210)는 입력 소자(230)에 연결된다. 전압 입력부(210)는 스위치를 이용하여 입력 소자(230)에 인가할 입력 전압을 선택할 수 있다. 제어 신호를 통해 입력 소자(230)에 인가될 입력 전압이 결정될 수 있다. 도 2에서, REG__TC_SEL_ip 및 REG__TC_SEL_in은 전압 입력부(210)의 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호를 나타낸다. 입력 소자(230)는 전압 측정 모드에서 전압 입력부(210)에 의해 선택된 입력 전압에 응답하여 전류를 생성할 수 있다. 예를 들어, 입력 소자(230)는 트랜스컨덕턴스 소자(trans-conductance element)로서, 트랜지스터일 수 있고, 복수 개의 트랜스컨덕턴스 소자로 구성될 수 있다. 입력 소자(230)는 입력 전압을 전류로 변환할 수 있다.

전류 입력부(220)는 전압 입력부(210)의 동작과 관련하여 입력 전류의 유입을 제어한다. 예를 들어, 신호 처리부(200)가 전압 측정 모드에서 동작하는 경우, 전류 입력부(220)는 입력 전류의 유입을 차단할 수 있다.

전류 측정 모드에서 전류 입력부(220)를 통해 측정하고자 하는 입력 전류가 신호 처리부(200)로 입력된다. 예를 들어, 심박수 센서에 의해 센싱된 심박수가 입력 전류로서 신호 처리부(200)에 입력될 수 있다. 입력 전류는 도 1을 통해 기술된 전기적 물리량(전류)를 갖는 생체 신호이다. 전류 입력부(220)는 제어 신호에 의해 제어되는 스위치를 이용하여 입력 전류의 유입을 제어할 수 있다. 도 2에서, V_Current_ip 및 V_Current_in의 차동 전류는 측정하고자 하는 입력 전류를 나타내고, REG__TC_ch_discon는 전류 입력부(220)의 초퍼(260)의 스위칭 동작을 제어하는 제어 신호를 나타낸다.

전기적 소자(240)는 전류 입력부(220) 및 입력 소자(230)와 커플링된다. 예를 들어, 전류 입력부(220)의 출력단은 전기적 소자(240) 양단에 연결될 수 있고, 입력 소자(230)의 일단은 전기적 소자(240)와 연결될 수 있다. 여기서, 커플링된다는 것은 전기적 소자(240)가 전류 입력부(220) 및 입력 소자(230)에 직접 연결된 경우 또는 다른 소자를 경유하여 전기적 소자(240)가 전류 입력부(220) 및 입력 소자(230)의 영향을 받는 경우를 모두 포함한다. 예를 들어, 전기적 소자(240)는 저항일 수 있다. 입력 소자(230)에 의해 흐르는 전류 또는 전류 입력부(220)에 의해 흐르는 입력 전류에 의해 전기적 소자(240)의 양단에 흐르는 전류가 변동될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전류 입력부(220)는 입력 전류의 레벨을 조절하는 입력 전류 보상부(250)를 더 포함할 수도 있다. 입력 전류 보상부(250)는 입력 전류의 레벨을 조절하기 위한 보상 전류를 생성한다. 입력 전류의 레벨이 신호 처리부(200)의 운용 가능한 범위를 넘어서는 경우, 입력 전류 보상부(250)는 상쇄 전류를 출력하여 입력 전류의 레벨이 신호 처리부(200)의 운영 가능한 범위에 포함되도록 조절할 수 있다.

예를 들어, 입력 전류 보상부(250)는 입력 전류의 직류(DC) 레벨을 미리 설정된 범위로 낮추기 위한 보상 전류를 출력할 수 있다. 입력 전류의 직류 레벨을 감소시키기 위해, 입력 전류 보상부(250)는 음의 직류 레벨(예를 들어, - 3 mA)을 가지는 보상 전류를 출력할 수 있다. 유입된 입력 전류에 입력 전류 보상부(250)로부터 출력된 보상 전류가 더해져서 입력 전류의 레벨이 조절될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 입력 전류 보상부(250)는 수동(manual) 조절 모드 또는 자동(automatic) 조절 모드로 동작한다. 수동 조절 모드에서, 입력 전류 보상부(250)는 사용자의 제어에 의해 입력 전류의 레벨을 수동적으로 조절할 수 있다. 자동 조절 모드에서, 입력 전류 보상부(250)는 신호 처리부(200)의 출력 신호에 기초하여 입력 전류의 레벨을 적응적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 입력 전류 보상부(250)는 자동 조절 모드에서, 신호 처리부(200)의 출력 신호로부터 저주파수 대역의 신호를 추출하고, 추출된 저주파수 대역의 신호의 레벨에 기초하여 입력 전류의 레벨 조정이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 입력 전류 보상부(250)는 판단 결과에 따라, 입력 전류의 레벨을 조정하기 위한 보상 전류의 레벨을 결정하고, 결정된 레벨의 보상 전류를 출력하여 신호 처리 장치(200) 내부에 흐르는 입력 전류의 레벨을 조절할 수 있다.

자동 조절 모드에서, 신호 처리부(200)는 입력 전류 보상부(250)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 입력 전류 보상 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력 전류 보상 제어부는 신호 처리부(200)의 출력 신호에 기초하여 입력 전류 보상부(250)가 출력하는 보상 전류의 레벨을 제어한다. 일 실시예에 따르면, 신호 처리부(200)는 신호 처리부(200)의 출력 신호로부터 저주파수 대역의 신호를 출력하는 로우 패스 필터(미도시) 및 로우 패스 필터의 출력 신호의 레벨과 미리 설정된 기준 신호의 레벨을 비교하고, 비교 결과를 입력 전류 보상 제어부에 출력하는 비교기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 입력 전류 보상 제어부는 비교기의 비교 결과에 기초하여 입력 전류 보상부(250)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전류 입력부(220)에 포함된 초퍼(260)는 제어 신호에 기초하여 입력 전류의 주파수 성분을 변조(modulation)한다. 초퍼(260)는 제어 신호에 기초하여 전류 입력부(320)의 입력단들과 출력단들 사이의 연결을 변경할 수 있다. 초퍼(260)에 의해 입력 전류의 주파수 성분이 변조되어 저주파수 노이즈(또는, 1/f 노이즈, flicker 노이즈)가 저감될 수 있다. 예를 들어, 초퍼(260)에 의해 입력 전류가 고주파수 대역의 신호로 변조될 수 있고, 저주파수 대역의 신호에 나타나는 저주파수 노이즈가 저감될 수 있다. 초퍼(260)가 신호의 변조 동작을 수행하지 않는 경우, 초퍼(260)는 입력 전류의 유입을 허용/차단하는 스위치로 동작할 수 있다.

이하에서는, 전압 측정 모드에서의 신호 처리부(200)의 동작 및 전류 측정 모드에서의 신호 처리부(200)의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.

<신호 처리부(200)가 전압 측정 모드에서 동작하는 경우>

전압 측정 모드에서, 신호 처리부(200)는 입력 전류의 유입을 차단하고, 측정하고자 하는 대상 전압을 입력 전압으로 선택한다.

전압 입력부(210)는 입력 전압을 입력 소자(230)에 인가한다. 예를 들어, 전압 입력부(210)는 입력 전압인 V_TC_ip2(V_TC_in2)를 입력 소자(230)의 게이트 노드 V_Gp(V_Gn)에 인가할 수 있다. 입력 전압 V_TC_ip2과 V_TC_in2는 차동 입력의 관계를 가질 수 있다. 제어 신호 REG__TC_SEL_ip이 논리적으로 'High(H)' 값이 되면 게이트 노드 V_Gp에 입력 전압 V_TC_ip2이 인가되고, 제어 신호 REG_TC_SEL_in이 논리적으로 'High(H)' 값이 되면 게이트 노드 V_Gn에 입력 전압 V_TC_in2이 인가되어 입력 전압이 신호 처리부(200)에 입력될 수 있다.

차동 입력 전압 V_TC_ip2 및 V_TC_in2에 의해 전기적 소자(240)의 양단 사이에 흐르는 전류가 변동될 수 있다.

입력 소자(230)는 인가된 입력 전압에 응답하여 소스 노드 V_Sp에서 드레인 노드 V_Dp로 흐르는 전류 및 소스 노드 V_Sn에서 드레인 노드 V_Dn으로 흐르는 전류를 생성한다. 드레인 노드 V_Dp는 신호 처리부(200)의 출력 노드 V_TC_op2와 연결될 수 있고, 드레인 노드 V_Dn은 신호 처리부(200)의 출력 노드 V_TC_on2와 연결될 수 있다.

전류 입력부(220)는 입력 전류가 신호 처리부(200) 내로 유입되는 것을 차단한다. 예를 들어, 제어 신호 REG__TC_ch_discon이 논리적으로 'High' 값이 되면, 전류 입력부(220)의 초퍼(260)에 포함된 스위치들의 연결이 끊기게 되어 전류 입력부(220)의 입력단이 전기적 소자(240)와 연결되지 않을 수 있다.

<신호 처리부(200)가 전류 측정 모드에서 동작하는 경우>

전류 측정 모드에서, 신호 처리부(200)는 입력 전류의 유입을 허용하고, 측정하고자 하는 전압이 아닌 미리 설정된 기준 전압을 입력 전압으로 선택한다.

전압 입력부(210)는 고정된 전압 레벨을 가지는 기준 전압을 입력 소자(230)에 인가한다. 예를 들어, 입력 전압 선택부(210)는 제어 신호 REG__TC_SEL_ip이 논리적으로 'Low(L)' 값이 되면 게이트 노드 V_Gp에 고정된 전압 레벨의 기준 전압 Vref_TCp이 인가되고, 제어 신호 REG_TC_SEL_in이 논리적으로 'Low(L)' 값이 되면 게이트 노드 V_Gn에 고정된 전압 레벨의 기준 전압 Vref_TCn이 인가될 수 있다.

입력 소자(230)에는 고정 전류 ib2가 흐르므로, 입력 소자(230)의 소스 노드 V_Sp, V_Sn에는 일정한 전압 레벨이 유지될 수 있다. 기준 전압 Vref_TCp의 전압 레벨을 조정하는 것에 의해 소스 노드 V_Sp에 원하는 전압 레벨을 발생시킬 수 있다. 기준 전압 Vref_TCn의 전압 레벨을 조정하는 것에 의해 소스 노드 V_Sn에 원하는 전압 레벨을 발생시킬 수 있다.

전류 입력부(220)는 측정하고자 하는 입력 전류를 신호 처리부(200)로 인가한다. 예를 들어, 전류 입력부(220)는 측정하고자 하는 입력 전류인 V_Current_ip(V_Current_in)를 인가할 수 있다. 입력 전류 V_Current_ip와 V_Current_in은 차동 입력의 관계를 가질 수 있다. 제어 신호 REG__TC_ch_discon이 논리적으로 'Low' 값이 되면 초퍼(260)에 포함된 스위치들이 연결되어 전류 입력부(220)의 입력단은 초퍼(260)를 통해 전기적 소자(240)와 연결될 수 있다.

차동 입력 전류 V_Current_ip와 V_Current_in에 의해 전기적 소자(240)의 양단 사이에 흐르는 전류가 변동될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치는 신호 수신부(310) 및 제1 신호 처리부(330)를 포함한다. 또한, 생체 신호 처리 장치는 입력 초퍼(320) 및 제2 신호 처리부(340)를 더 포함할 수 있다.

신호 수신부(310)는 복수의 센서들과 연결된다. 예를 들어, 신호 수신부(310)는 심전도 센서, 심박수 측정 센서, 체온 측정 센서, 및 생체 임피던스 측정 센서 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 또한, 신호 수신부(310)는 전술한 센서 외에도 생체 신호를 센싱할 수 있는 센서와 연결될 수 있다. 신호 수신부(310)는 생체 신호의 센싱을 위해 사용되는 전류를 생성하는 전류 생성부(360)와 연결될 수 있다. 신호 수신부(310)는 멀티 플렉서를 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 시나리오에 따른 제어 신호가 생성된다. 제1 신호 처리부(330)는 제어 신호에 따라 동작 모드를 결정한다. 예를 들어, 제1 신호 처리부(330)는 전압 측정 모드 및 전류 측정 모드 중 어느 하나의 측정 모드에서 동작할 수 있다.

생체 신호 측정 시나리오의 제1 시간 구간을 심전도 신호를 센싱하는 시간 구간이라 하자. 심전도 센서에 의해 센싱된 심전도 신호의 전기적 물리량은 전압일 수 있다. 제어 신호 REG__TC_SEL_in, REG__TC_SEL_ip, 및 REG__TC_ch_discon를 기초로 제1 신호 처리부(330)는 전압 측정 모드에서 동작한다. 신호 수신부(310)를 통해 심전도 신호가 입력 초퍼(320)에 입력된다. 심전도 신호는 입력 초퍼(320)에 의해 변조될 수 있다.

제1 신호 처리부(330)는 입력 초퍼(320)를 통과한 심전도 신호 V_TC_in2 및 V_TC_ip2를 수신한다. 제1 신호 처리부(330)는 제어 신호 REG__TC_ch_discon를 통해 전류의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 입력 받는 입력단과 제1 신호 처리부(330)에 포함된 전기적 소자 간의 연결을 디스커넥트할 수 있다.

제1 시간 구간 이후의 제2 시간 구간을 심박수를 센싱하는 시간 구간이라 하자. 심박수 센서에 의해 센싱된 심박수는 전류의 전기적 물리량을 가질 수 있다. 제어 신호 REG__TC_SEL_in, REG__TC_SEL_ip, 및 REG__TC_ch_discon를 기초로 제1 신호 처리부(330)는 전류 측정 모드에서 동작한다.

신호 처리부(330)는 제어 신호 REG__TC_SEL_in 및 REG__TC_SEL_ip을 기초로 기준 전압 신호 Vref_TCp 및 Vref_TCn을 수신한다. 입력 초퍼(320)는 제어 신호 REG__input_ch_discon를 기초로 동작하지 않을 수 있다. REG__input_ch_discon에 의해 전압의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 입력 받은 입력단과 신호 처리부(330)가 연결되지 않을 수 있다.

제1 시간 구간 동안 제1 신호 처리부(330)에 포함된 전기적 소자와 심박수 신호를 입력 받은 입력단 사이의 연결이 디스커넥트되었다. 제2 시간 구간 동안 전기적 소자와 심박수 신호를 입력 받은 입력단이 연결되고, 제1 신호 처리부(330)는 심박수 신호 V_Current_ip 및 V_Current_in을 수신할 수 있다. 예를 들어, 제2 시간 구간 이후의 제3 시간 구간을 체온을 센싱하는 시간 구간이라 하자. 체온 측정 센서로부터 출력된 생체 신호는 전압의 전기적 물리량을 가질 수 있다. 제1 신호 처리부(330)는 제어 신호 REG__TC_SEL_in, REG__TC_SEL_ip, 및 REG__TC_ch_discon를 기초로 전압 측정 모드에서 동작한다.

제2 시간 구간 동안 제1 신호 처리부(330)는 전압의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 입력 받는 입력단과 연결되지 않았다. 제1 신호 처리부(330)는 제어 신호 REG__TC_SEL_in 및 REG__TC_SEL_ip을 기초로 전압의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 입력 받는 입력단과 연결될 수 있고, 기준 전압 신호 Vref_TCp 및 Vref_TCn을 수신하지 않을 수 있다.

제1 신호 처리부(330)는 제어 신호 REG__TC_ch_discon를 통해 전류의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 입력 받은 입력단과 신호 처리부(330)에 포함된 전기적 소자간의 연결을 디스커넥트할 수 있다.

생체 신호 측정 시나리오의 각 시간 구간 동안 제2 신호 처리부(340)는 제1 신호 처리부(330)부터 출력된 전류에 기초하여 출력 전압 V_TI_op2 및 V_TI_on2를 생성한다.

제2 신호 처리부(340)는 입력 초퍼(320)에 의해 고주파수 대역의 신호로 변조된 심박수 신호를 다시 저주파수 대역의 신호로 복조(demodulation)하는 출력 초퍼(350)를 포함할 수 있다. 제어 신호 f_ch_o는 출력 초퍼(350)에 포함된 각 스위치들의 연결을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 출력 초퍼(350)에 인가되는 제어 신호 f_ch_o는 입력 초퍼(320)에 인가되는 제어 신호 f_ch_i와 동일한 신호 파형을 가질 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 입력 초퍼(320), 제1 신호 처리부(330), 제2 신호 처리부(340), 및 출력 초퍼(350)은 도 4의 아날로그 프론트 엔드(422)와 대응할 수 있다.

생체 신호 처리 장치는 메인 모듈(420)을 포함한다. 메인 모듈(420)은 복수의 센서들을 포함하는 서브 모듈(410)과 연결될 수 있다. 서브 모듈(410)의 형태는 서브 모듈(410)이 신체에 착용되는 방법 또는 착용되는 부위에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 서브 모듈(410)의 형태는 손목 시계형, 의복형, 또는 가슴 벨트형 등을 포함할 수 있다. 메인 모듈(420)은 서브 모듈(410)과 탈부착이 가능할 수 있다. 복수의 센서들은, 예를 들어, 심전도 센서, 심박수 측정 센서, 체온 측정 센서, 또는 생체 임피던스 측정 센서 등을 포함할 수 있다. 이하, 메인 모듈(420)과 서브 모듈(410)이 연결된 경우를 가정하여 설명한다.

메인 모듈(420)은 복수의 센서들로부터 서로 다른 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 수신하는 신호 수신부(421)를 포함한다. 예를 들어, 심전도 센서에 의해 센싱된 심전도 신호, 체온 측정 센서에 의해 센싱된 체온, 및 생체 임피던스 측정 센서에 의해 센싱된 생체 임피던스는 전압의 전기적 물리량을 가질 수 있고, 심박수 센서에 의해 센싱된 심박수는 전류의 전기적 물리량을 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 신호 수신부(421)는 적어도 하나의 입력단 및 적어도 하나의 출력단을 갖는 멀티플렉서를 포함할 수 있다. 멀티플렉서의 적어도 하나의 입력단은 서브 모듈(410)과 연결될 수 있고, 멀티플렉서의 적어도 하나의 출력단은 아날로그 프론트 엔드(422)와 연결될 수 있다.

아날로그 프론트 엔드(Analog Front End, AFE)(422)는 전압 입력부(미도시) 및 전류 입력부(미도시)를 포함한다. 또한, AFE(422)는 신호 수신부(421)가 출력한 생체 신호를 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신한다. 예를 들어, AFE(422)는 전압의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 전압 입력부를 통해 수신할 수 있고, 전류의 전기적 물리량을 갖는 생체 신호를 전류 입력부를 통해 수신할 수 있다.

생체 신호의 전기적 물리량이 전압인 경우, AFE(422)의 전류 입력부는 AFE(422)에 포함된 전기적 소자와의 연결을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전류 입력부는 제어 신호에 의해 제어되는 초퍼를 포함할 수 있고, 초퍼를 통해 전류 입력부와 전기적 소자 사이의 연결이 디스커넥트될 수 있다.

생체 신호의 전기적 물리량이 전류인 경우, AFE(422)는 전압 입력부를 통해 기준 전압 신호를 수신한다. 멀티플렉서는 전압 입력부와 연결되지 않고, 기준 전압 신호를 제공하는 소스가 전압 입력부와 연결될 수 있다.

AFE(422)는 신호 수신부(421)가 출력한 생체 신호를 미리 정해진 시간 구간 별로 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신한다. 예를 들어, 제1 시간 구간에서 AFE(422)는 심전도 신호를 전압 입력부를 통해 수신할 수 있다. 제1 시간 구간 동안 AFE(422)의 전압 입력부는 멀티플렉서와 연결될 수 있고, 전류 입력부와 AFE(422)의 내부의 전기적 소자 사이의 연결은 디스커넥트될 수 있다.

제1 시간 구간이 종료한 후, 제2 시간 구간의 시작을 기초로 프로세서(424)는 심박수 센싱을 위한 제어 신호를 생성한다. 제어 신호는 심박수 센서를 구동시킬 수 있고, AFE(422)를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 시간 구간 동안 전류 입력부와 AFE(422) 내부의 전기적 소자 사이의 연결은 디스커넥트되었고, 제2 시간 구간의 시작에 기초하여, 전류 입력부는 제어 신호를 통해 전류 입력부 자신을 전기적 소자와 연결할 수 있다. AFE(422)는 전류 입력부 및 전기적 소자 사이의 연결을 통해 심박수를 수신할 수 있다. 또한, 제1 시간 구간 동안 전압 입력부는 멀티플렉서와 연결되었고, 제2 시간 구간의 시작에 기초하여, 전압 입력부는 제어 신호를 통해 멀티플렉서와 연결되지 않을 수 있다. 전압 입력부는 기준 전압 신호를 제공하는 소스와 연결될 수 있고, AFE(422)는 전압 입력부를 통해 기준 전압 신호를 수신할 수 있다.

제2 시간 구간 종료 후, 제3 시간 구간의 시작을 기초로 프로세서(424)는 체온 측정을 위한 제어 신호를 생성한다. 제어 신호는 체온 측정 센서 및 전류 생성부(425)를 구동시킨다. 체온 측정 센서는 서미스터를 포함할 수 있고, 서미스터의 저항값은 온도 변화에 따라 변할 수 있다. 변화하는 저항값을 측정하기 위해 전류 생성부(425)가 생성한 전류(예를 들어, DC 전류)가 서미스터에 인가될 수 있고, 변화하는 저항값에 따라 전압값도 변화할 수 있다. 체온 측정 센서는 전압값의 변화를 신호 수신부(421)로 전달한다.

제2 시간 구간 동안 전류 입력부는 AFE(422) 내부의 전기적 소자와 연결되었고, 제3 시간 구간의 시작에 기초하여, 전류 입력부는 제어 신호를 통해 전류 입력부 자신과 AFE(422) 내부의 전기적 소자 사이의 연결을 디스커넥트할 수 있다. 또한, 제2 시간 구간 동안 전압 입력부는 기준 전압 신호를 제공하는 소스와 연결되었고, 신호 수신부(421)와 연결되지 않았다. 제3 시간 구간의 시작에 기초하여, 전압 입력부는 제어 신호를 통해 신호 수신부(421)와 연결할 수 있고, AFE(422)는 전압 입력부를 통해 전압값의 변화를 수신할 수 있다.

전술한 제1 시간 구간, 제2 시간 구간, 및 제3 시간 구간은 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 시간 구간이 종료하면 제2 시간 구간이 시작될 수 있고, 제2 시간 구간이 종료되면, 제3 시간 구간이 시작할 수 있다. 예를 들어, 60분 중에서, 처음 20분은 제1 시간 구간이고, 다음 20분은 제2 시간 구간이며, 마지막 20분은 제3 시간 구간일 수 있다. 각각의 시간 구간이 연결되는 경우, 제1 시간 구간의 종료와 동시에 심박수의 센싱을 위한 제어 신호가 생성될 수 있고, 제2 시간 구간의 종료와 동시에 체온 측정을 위한 제어 신호가 생성될 수 있다.

또한, 제2 시간 구간은 제1 시간 구간의 종료와 동시에 시작되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 구간은 오늘 오후 2시부터 3시까지일 수 있고, 제2 시간 구간은 내일 오후 2시부터 3시까지일 수 있다. 생체 신호가 센싱되고, 처리되는 시간 구간은 사용자에 의해 설정될 수 있다.

일 실시예에 있어서, AFE(422)는 사용자의 입력에 따라 발생한 제어 이벤트에 기초하여, 신호 수신부(421)가 출력한 생체 신호를 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신한다. 예를 들어, 사용자는 사용자 자신의 체지방량을 확인하기 위해 생체 임피던스 측정 어플리케이션을 구동시킬 수 있다. 생체 임피던스 측정 어플리케이션의 구동을 기초로 프로세서(424)는 생체 임피던스의 측정을 위한 제어 이벤트를 생성한다. 생체 임피던스 측정 센서는 생체 임피던스에 따른 전압값을 신호 수신부(421)로 출력한다. 제어 이벤트는 AFE(422)로 전달되고, AFE(422)는 신호 수신부(421)가 출력한 전압값을 전압 입력부를 통해 수신한다.

AFE(422)는 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 생체 신호를 처리한다. 예를 들어, 생체 신호의 전기적 물리량이 전압인 경우, 생체 신호는 AFE(422) 내의 트랜스컨덕턴스(trans-conductance) 소자의 게이트 노드로 전달될 수 있다. 트랜스컨덕턴스 소자의 게이트 노드에 전압이 인가될 수 있다. AFE(422)는 인가된 전압을 기초로 트랜스컨덕턴스 소자의 소스 노드로부터 드레인 노드로 흐르는 전류를 제어 할 수 있다. 드레인 노드로부터 출력된 전류는 트랜스임피던스(trans-impedance) 소자로 전달될 수 있다. 트랜스임피던스 소자는 전류를 전압으로 변환할 수 있고, 전압은 ADC(423)로 전달될 수 있다.

다른 일례로, 생체 신호의 전기적 물리량이 전류인 경우, 기준 전압 신호는 AFE(422) 내의 트렌스컨덕턴스 소자의 게이트 노드로 전달된다. 트랜스컨덕턴스 소자의 게이트 노드에 일정한 레벨을 갖는 기준 전압이 인가될 수 있다. 트랜스컨덕턴스 소자의 게이트 노드는 일정한 전압이 인가될 수 있다. 수신된 생체 신호는 전류의 전기적 특성을 가지고, 트랜스컨덕턴스 소자의 소스 노드 및 드레인 노드를 통해 트랜스임피던스 소자로 전달될 수 있다. 트랜스임피던스 소자는 전류를 전압으로 변환할 수 있고, 전압을 ADC(423)로 전달할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 통해 기술된 사항들은 도 4를 통해 기술된 사항들에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

일 실시예에 따른 생체 신호 처리 방법은 생체 신호 처리 장치에 의해 수행될 수 있다.

생체 신호 처리 장치는 센서로부터 출력된 생체 신호를 수신한다(510).

생체 신호 처리 장치는 생체 신호를 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나로 전달한다(520).

생체 신호 처리 장치는 전압 입력부 및 전류 입력부 중 어느 하나를 통해 수신한 생체 신호의 전기적 물리량에 따라 생체 신호를 처리한다(530).

도 1 내지 도 4를 통해 기술된 사항들은 도 5를 통해 기술된 사항에 적용될 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.

복수의 센서들이 출력하는 생체 신호는 전기 신호로서, 복수의 센서들 각각이 출력한 전기 신호를 처리하는 AFE는 서로 다를 수 있다. 센서에 적합한 AFE가 필요하고, 복수의 센서들이 웨어러블 디바이스에 내장되는 경우, 센서의 개수만큼 AFE가 웨어러블 디바이스에 내장되어, 웨어러블 디바이스의 크기가 클 수 있다.

일 실시예에 따르면, 복수의 센서들로부터 출력된 다양한 신호는 하나의 AFE로 처리될 수 있다. 일 실시예에 따른 생체 신호 처리 장치는 특성이 다양한 생체 신호를 처리할 수 있어, 웨어러블 디바이스의 크기가 감소할 수 있다. 또한, 복수의 생체 신호를 측정하는 시나리오에서 생체 신호 각각의 측정 주기가 짧은 경우, 생체 신호 각각을 동시에 측정하는 것과 같은 결과가 획득될 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 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 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

복수의 센서들로부터 제1 생체 신호에 해당하는 전압 신호와 제2 생체 신호에 해당하는 전류 신호를 수신하고, 상기 전압 신호를 전압 입력부로 전송하며, 상기 전류 신호를 전류 입력부로 전송하는 신호 수신부; 및
상기 전압 입력부를 통해 수신된 상기 전압 신호를 처리하고, 상기 전류 입력부를 통해 수신된 상기 전류 신호를 처리하는 신호 처리부
를 포함하고,
상기 신호 처리부가 상기 전압 입력부를 통해 상기 전압 신호를 수신하는 경우, 상기 전압 입력부는 상기 신호 처리부의 트랜스컨덕턴스 소자에 상기 전압 신호를 입력 전압으로 인가하고, 상기 전류 입력부는 상기 신호 처리부의 전기적 소자와 연결이 차단되며,
상기 신호 처리부가 상기 전류 입력부를 통해 상기 전류 신호를 수신하는 경우, 상기 전압 입력부는 상기 트랜스컨덕턴스 소자에 기준 전압을 상기 입력 전압으로 인가하고, 상기 전류 입력부는 상기 전기적 소자와 연결되며, 상기 전류 신호를 상기 전기적 소자에 출력하는,
생체 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 전압 신호 또는 상기 전류 신호를 미리 정해진 시간 구간 별로 상기 신호 수신부로부터 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
사용자의 입력에 따라 발생한 제어 이벤트에 기초하여, 상기 전압 신호 또는 상기 전류 신호를 상기 신호 수신부로부터 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 생체 신호의 센싱을 위한 시간 구간의 종료에 따라 발생한 제어 신호에 기초하여, 상기 전압 신호 또는 상기 전류 신호를 상기 신호 수신부로부터 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 신호 수신부는,
상기 제1 생체 신호의 센싱을 위한 전류를 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
제1항에 있어서,
상기 신호 수신부는,
멀티플렉서를 포함하는,
생체 신호 처리 장치.
복수의 센서들을 포함하는 서브 모듈과 연결되는 메인 모듈
을 포함하고,
상기 메인 모듈은,
상기 복수의 센서들로부터 제1 생체 신호에 해당하는 전압 신호와 제2 생체 신호에 해당하는 전류 신호를 수신하고, 상기 전압 신호를 전압 입력부로 전송하며, 상기 전류 신호를 전류 입력부로 전송하는 신호 수신부; 및
상기 전압 입력부를 통해 수신된 상기 전압 신호를 처리하고, 상기 전류 입력부를 통해 수신된 상기 전류 신호를 처리하는 아날로그 프론트 엔드(Analog Front End)
를 포함하고,
상기 아날로그 프론트 엔드는 상기 전압 입력부를 통해 상기 전압 신호를 수신하는 경우, 상기 전압 입력부는 상기 아날로그 프론트 엔드의 트랜스컨덕턴스 소자에 상기 전압 신호를 입력 전압으로 인가하고, 상기 전류 입력부는 상기 아날로그 프론트 엔드의 전기적 소자와 연결이 차단되며,
상기 아날로그 프론트 엔드가 상기 전류 입력부를 통해 상기 전류 신호를 수신하는 경우, 상기 전압 입력부는 상기 트랜스컨덕턴스 소자에 기준 전압을 상기 입력 전압으로 인가하고, 상기 전류 입력부는 상기 전기적 소자와 연결되며, 상기 전류 신호를 상기 전기적 소자에 출력하는,
생체 신호 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 아날로그 프론트 엔드는,
상기 전압 신호 또는 상기 전류 신호를 미리 정해진 시간 구간 별로 상기 신호 수신부로부터 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 아날로그 프론트 엔드는,
사용자의 입력에 따라 발생한 제어 이벤트에 기초하여, 상기 전압 신호 또는 상기 전류 신호를 상기 신호 수신부로부터 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
제9항에 있어서,
상기 아날로그 프론트 엔드는,
상기 생체 신호의 센싱을 위한 시간 구간의 종료에 따라 발생한 제어 신호에 기초하여, 상기 전압 신호 또는 상기 전류 신호를 상기 신호 수신부로부터 수신하는,
생체 신호 처리 장치.
삭제
삭제
제9항에 있어서,
상기 메인 모듈은,
상기 제1 생체 신호의 센싱을 위한 전류를 생성하는 전류 생성부
를 더 포함하는,
생체 신호 처리 장치.
생체 신호 처리 장치에 의해 수행되는 생체 신호 처리 방법에 있어서,
제1 생체 신호에 해당하는 전압 신호를 전압 입력부를 통해 제1 센서로부터 수신하거나 제2 생체 신호에 해당하는 전류 신호를 제2 센서로부터 전류 입력부를 통해 수신하는 단계;
상기 전압 신호를 수신하는 경우, 상기 전압 신호를 상기 생체 신호 처리 장치 내의 신호 처리부의 트랜스컨덕턴스 소자에 입력 전압으로 인가하고, 상기 전류 입력부를 상기 신호 처리부의 전기적 소자와 연결을 차단하는 단계; 및
상기 전류 신호를 수신하는 경우, 기준 전압을 상기 트랜스컨덕턴스 소자에 입력 전압으로 인가하고, 상기 전류 입력부를 상기 전기적 소자와 연결하며, 상기 전기적 소자에 상기 전류 신호를 출력하는 단계
를 포함하는,
생체 신호 처리 방법.