KR102483988B1 - 생체 신호 측정 장치, 및 생체 신호 측정 장치의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시의 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 대상체의 피부에 접촉되어 상기 대상체에서 발생하는 생체 신호를 센싱하는 전극, 상기 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 전극으로부터 수신되는 제1 센싱 신호를 기초로 생체 데이터를 생성하는 생체 신호 처리 회로, 일 단이 상기 생체 신호 처리 회로의 입력단에 연결되는 정전기 보호 소자 및 상기 정전기 보호 소자의 타 단에 연결되며, 상기 정전기 보호 소자의 타 단으로부터 제2 센싱 신호를 수신하고, 상기 제2 센싱 신호를 기초로 상기 대상체의 커패시턴스를 측정함으로써 커패시턴스 값을 생성하는 커패시터 센싱 회로를 포함할 수 있다.

Description

생체 신호 측정 장치, 및 생체 신호 측정 장치의 동작 방법{BIOSIGNAL MEASURING APPARATUS AND METHOD OF OPERATING THEREOF}

본 개시의 기술적 사상은 대상체로부터 생체 신호를 수신하는 전극과 대상체 간의 커패시턴스를 측정 가능한 생체 신호 측정 장치 및 생체 신호 측정 장치의 동작 방법에 관한 것이다.

심장의 이상 유무를 검사하기 위하여 임상적 진찰과 더불어 영상검사 등이 이용되고 있으며, 조기 진단의 방법으로 심전도를 측정하여 측정된 심전도 신호를 그래프의 형태로 표시하여 환자의 심장에서의 이상 유무를 판단하는 방법 또한 널리 이용되고 있다. 심전도란 심장 근육이 수축하거나 확장하는 등 심장 박동의 기계적 활동에 따라 체표면에서 나타나는 전위변화를 그래프로 기록하는 것을 의미하는 것으로, 심전도는 측정이 간단하며, 재현성이 있고, 쉽게 반복하여 기록할 수 있으며 검사 비용이 비싸지 않는 비관혈 검사로서, 부정맥과 관상동맥질환(심장동맥질환)의 진단, 심장 환자들의 경과를 관찰하는데 유용하게 활용되고 있다.

일반적으로 심전도는 대상체, 예컨대 인체의 흉부의 상부 좌우와 하부 좌우에 심전도 측정용 전극을 부착하고 전극의 위치에 따라 감지되는 전위차를 이용하게 측정하게 된다. 심장의 정확한 진단을 위해서는 장기간의 심전도 모니터링이 필요하므로, 전극이 대상체에 부착되었는지 여부를 지속적으로 확인할 필요가 있다.

본 개시의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 필요성에 따른 것으로, 대상체의 커패시턴스를 측정하여 전극이 대상체에 부착되었는지 여부를 판단하는 생체 신호 측정 장치 및 생체 신호 측정 장치의 동작 방법에 관한 것이다.

본 개시의 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치는, 대상체의 피부에 접촉되어 상기 대상체에서 발생하는 생체 신호를 센싱하는 전극, 상기 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 전극으로부터 수신되는 제1 센싱 신호를 기초로 생체 데이터를 생성하는 생체 신호 처리 회로, 일 단이 상기 생체 신호 처리 회로의 입력단에 연결되는 정전기 보호 소자 및 상기 정전기 보호 소자의 타 단에 연결되며, 상기 정전기 보호 소자의 타 단으로부터 제2 센싱 신호를 수신하고, 상기 제2 센싱 신호를 기초로 상기 전극과 상기 피부 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 커패시턴스 값을 생성하는 커패시터 센싱 회로를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 커패시터 센싱 회로는, 상기 생체 신호 처리 회로가 상기 생체 데이터를 생성하는 제1 기간에 상기 정전기 보호 소자의 상기 타 단에 접지 전압을 인가할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 커패시터 센싱 회로는, 상기 제1 기간에 연속한 제2 기간에, 상기 정전기 보호 소자의 상기 타 단으로부터 상기 제2 센싱 신호를 수신하고, 상기 제2 센싱 신호를 기초로 상기 커패시턴스를 측정할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 커패시터 센싱 회로는, 상기 제2 센싱 신호를 기초로 커패시턴스 값을 생성하는 센싱 회로부 및 상기 제1 기간에 상기 정전기 보호 소자의 상기 타 단에 상기 접지 전압을 인가하고, 상기 제2 기간에 상기 정전기 보호 소자의 상기 타 단을 상기 센싱 회로부에 연결하는 스위칭부를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 정전기 보호 소자는, 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드의 캐소드는 상기 일 단을 구성하고, 상기 다이오드의 애노드는 상기 타 단을 구성할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 생체 데이터 및 상기 커패시턴스 값을 처리하는 처리 장치를 더 포함하고, 상기 처리 장치는, 상기 커패시턴스 값을 기초로 상기 피부와 상기 전극 간의 접촉 여부 및 접촉 상태 중 하나를 판단할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 처리 장치는, 상기 커패시턴스 값이 임계값 미만이면, 상기 전극이 상기 피부에 접촉되지 않은 비접촉 상태를 판단할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 처리 장치는, 상기 비접촉 상태를 기초로 상기 생체 데이터가 유효하지 않다고 판단할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 처리 장치는, 상기 비접촉 상태를 기초로, 상기 생체 신호 측정 장치가 저전력 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 처리 장치는, 상기 비접촉 상태를 기초로, 상기 비접촉 상태를 나타내는 알람 신호가 출력되도록 제어하거나 또는 상기 비접촉 상태를 나타내는 정보 신호가 외부 장치로 전송되도록 제어할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 생체 데이터 및 상기 커패시턴스 값을 처리하는 처리 장치를 더 포함하고, 상기 처리 장치는, 상기 커패시턴스 값을 상기 생체 데이터와 상이한 종류의 다른 생체 데이터로서 처리할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 생체 데이터는 심전도 데이터를 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 동작 방법은, 생체 신호 처리 회로가, 대상체의 피부에 접촉된 전극에서 센싱된 심전도 신호를 기초로 심전도 데이터를 생성하는 단계, 및 커패시터 센싱 회로가, 상기 생체 신호 처리 회로의 입력단에 연결된 정전기 보호 소자를 통해 수신되는 신호를 기초로 상기 피부와 상기 전극 간의 커패시턴스 나타내는 커패시턴스 값을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 처리 장치가 상기 커패시턴스 값을 임계값과 비교함으로써, 상기 피부와 상기 전극 간의 접촉 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 처리 장치가 상기 접촉 여부를 기초로 상기 심전도 데이터의 유효성 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 상기 전극이 미접촉 상태로 판단되면, 상기 미접촉 상태에 기초한 제어 단계를 더 포함하고, 상기 제어 단계는, 상기 미접촉 상태를 나타내는 알람의 출력, 상기 미접촉 상태를 나타내는 경고 신호를 외부 장치로 전송 및 저전력 모드 동작 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 처리 장치가 상기 커패시턴스 값을 기초로 상기 피부와 상기 전극 간의 접촉 상태를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예에 있어서, 처리 장치가, 상기 커패시턴스 값을 상기 심전도 데이터와 상이한 생체 데이터로서 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.

본 개시의 실시예들에 따른 생체 신호 측정 장치 및 생체 신호 측정 장치의 동작 방법에 따르면, 대상체에 부착되는 전극, 및 전극에 전기적으로 연결되는 정전기 보호 소자를 이용하여 대상체의 커패시턴스를 측정하여 전극이 대상체로부터 분리되었는지 여부를 판단함으로써, 별도의 전극이나 커패시턴스 측정을 위한 별도의 복잡한 회로가 요구되지 않는다.

도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치를 나타낸다.
도 2은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치를 나타낸다.
도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 방법을 나타내는 타이밍도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 단계들을 나타낸다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 처리 회로의 일 구현예를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 커패시터 센싱 회로의 일 구현예를 나타낸다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 단계들을 설명한다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 방법을 나타내는 타이밍도다.
도 10, 도 11 및 도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 동작 방법의 실시예들을 나타내는 흐름도이다.
도 13a, 및 도 13b는 본 개시의 실시예들에 따른 생체 신호 측정 장치 및 생체 데이터 처리 시스템을 나타낸다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용될 수 있는 "포함한다." 또는 "포함할 수 있다." 등의 표현은 개시(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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.

본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 사용자 기기와 제2 사용자 기기는 모두 사용자 기기이며, 서로 다른 사용자 기기를 나타낸다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 실시예의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.

본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정일 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시의 다양한 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 다양한 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 블록도이다.

생체 신호 측정 장치(100)는 센싱 장치(110), 처리 장치(120), 통신 장치(130), 및 메모리(140)를 포함할 수 있다. 생체 신호 측정 장치(100)는 사용자 인터페이스(150)를 더 포함할 수 있으며, 이외에도 전원부, 클럭 신호 생성부와 같이 전자 장치에서 사용될 수 있는 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 사람, 동물 등의 생체 신호를 측정하는 장치일수 있다. 예를 들어, 생체 신호는 체온, 맥박, 심전도, 뇌파, 호흡량, 걸음수, 스트레스, 호르몬, 운동량, 소모된 칼로리, 체지방, 체내 수분량, 혈당 값, 혈압 등을 나타내는 신호들 중 하나일 수 있다. 이하, 본 개시에서 생체 신호는 심전도를 나타내는 심전도 신호이고, 생체 신호 측정 장치(100)는 심전도 측정 장치임을 예를 들어 설명하기로 한다.

생체 신호 측정 장치(100)는 대상체(도 2의 OBJ)에 비침습적 또는 침습적으로 장착되어 대상체의 심장 박동에 따른 심전도를 측정할 수 있다. 생체 신호 측정 장치(100)는 대상체(OBJ)의 피부 또는 신체에 부착되는 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 여기서, 대상체(OBJ)는 사람이나 동물 또는 흉부와 같이 사람이나 동물의 신체 일부가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 심전도를 센싱하거나 측정할 수 있다면 모두 대상체(OBJ)가 될 수 있는 것으로 한다. 또한, 심전도(Electrocardiogram; ECG)는 심근의 수축/확장과 같이 심장 박동의 기계적 활동에 따라 체표면에서 나타나는 전위변화를 그래프로 기록하는 것으로서, '심전도를 센싱한다'는 의미는 대상체(OBJ)의 심장 박동에 따라 체표면에 발생하는 '전위를 센싱한다'는 의미와 동일한 것으로 한다.

센싱 장치(110)는 대상체(OBJ)에 침습 또는 비침습적으로 부착되어 대상체(OBJ)의 심전도 신호를 센싱함으로써, 심전도 데이터를 획득할 수 있다. 센싱 장치(110)는 다수의 전극에 의해 1 채널 이상의 심전도 신호를 센싱할 수 있다. 센싱 장치(110)는 전기적으로 연결된 전극에 의해 측정된 1 채널 이상의 심전도 신호를 입력 받을 수 있다.

본 개시의 실시예에서, 센싱 장치(110)는 심전도 신호를 센싱할 뿐만 아니라, 대상체(OBJ)에 의한 커패시터를 센싱할 수 있다. 다시 말해서, 센싱 장치(110)는 대상체(OBJ)의 피부에 전극이 부착됨에 의하여 형성되는 대상체(OBJ)의 커패시터의 커패시턴스(정전 용량)를 측정할 수 있다. 센싱 장치는, 정전기 보호 소자로부터의 신호를 이용하여 커패시턴스를 측정하여 커패시턴스 값을 생성할 수 있다. 센싱 장치는, 주기적 또는 비주기적으로 커패시터를 센싱할 수 있으며, 실시예에 있어서, 심전도 신호의 센싱과 커패시터의 센싱은 교번적으로 수행될 수 있다. 이에 대하여, 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세하게 후술하기로 한다.

처리 장치(120)는 센싱 장치(110), 통신 장치(130), 메모리(140)와 전기적으로 연결되어 대상체의 생체 신호에 따른 생체 데이터, 예컨대 심전도 데이터를 처리하고, 처리된 데이터를 메모리(140)에 저장하거나, 통신 장치(130)를 통해 외부의 수신 장치로 전송할 수 있다. 예를 들어, 처리 장치(120)는 생체 신호 측정 장치(100)의 전원 용량을 고려하여 소모 전력이 감소하도록 심전도 데이터를 변환하거나, 전송 특성을 고려하여 전송 데이터 크기를 조절하도록 심전도 데이터를 변환할 수 있다. 처리 장치(120)는 생체 데이터를 기초로 대상체의 심장 상태를 나타내는 정보를 생성할 수 있다.

처리 장치(120)는 센싱 장치(110)로부터 수신되는 커패시턴스 값을 기초로 전극이 대상체(OBJ)에 접촉되어 있는지 여부(전극 접촉 여부) 또는 접촉 상태(접촉 품질)를 판단하고, 판단 결과를 기초로 생체 데이터를 처리하거나 생체 신호 측정 장치(100)를 제어할 수 있다.

실시예에 있어서, 처리 장치(120)는 전극 접촉 여부 또는 접촉 품질을 기초로 생체 데이터의 유효성을 판단할 수 있다. 처리 장치(120)는 유효성을 기초로 생체 데이터를 처리할 수 있으며, 예를 들어, 생체 데이터 변환 시, 무효한 생체 데이터를 무시하거나 또는 유효한 생체 데이터가 변환된 데이터를 주로 구성하도록 데이터 변환을 수행할 수 있다.

실시예에 있어서, 처리 장치(120)는 전극이 대상체(OBJ)에 비접촉되었다고 판단되면, 생체 신호 측정 장치(100)가 저전력 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 처리 장치(120)는 생체 신호 측정 장치(100)의 동작 주파수 또는 전원 전압을 감소시킬 수 있다. 실시예에 있어서, 처리 장치(120)는 전극이 대상체(OBJ)에 비접촉 상태임을 나타내는 경고 신호를 사용자 인터페이스(150)를 통해 출력하거나, 통신 장치(130)를 통해 외부 장치로 전송할 수 있다.

처리 장치(120)는 또한 센싱 장치(110)로부터 수신되는 커패시턴스 값을 다른 생체 데이터, 다시 말해서 심전도 데이터 이외의 생체 데이터로서 이용할 수 있다. 예컨대, 처리 장치(120)는 커패시턴스 값을 피부의 수분정보를 나타내는 생체 데이터, 또는 호흡 정보를 나타내는 생체 데이터로서 이용할 수 있다.

처리 장치(120)는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 구체적으로, 프로세서는 생체 신호 측정 장치(100)의 메모리(140)에 저장된 각종 기능과 프로그램을 실행시켜 생체 신호 측정 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP)), 마이크로 프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 프로세서는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.

통신 장치(130)는 통신망을 통해 서버, 다른 전자 장치 등의 장치와 데이터를 송수신하기 위한 장치이다. 통신 장치(130)는 무선 망 또는 유선 망 등을 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 통신 장치(130)는 처리 장치(120)의 제어 하에 의해 데이터를 처리하여 송수신할 수 있다. 실시예에 있어서, 통신 장치(130)는 WiFi(Wireless Fidelity), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee), 적외선 통신 및 홈알에프(Home RF) 등과 같은 근거리 무선 통신을 통하여 외부 장치와 통신할 수 있다.

메모리(140)는 센싱 장치(110)에 의해 센싱된 심전도 데이터 등을 포함하는 생체 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는 처리 장치(120)의 처리 및 제어를 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(140)는 통신 장치(130)를 통해 전송되는 데이터 및 통신 장치(130)를 통해 수신되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는 처리 장치(120)에 의해 생성된 심전도 데이터, 대상체(OBJ)의 심장 상태 정보 등을 저장할 수 있다. 메모리(140)는 측정된 심전도 데이터 등의 생체 데이터를 변환없이 그대로 저장할 수도 있다.

사용자 인터페이스(150)는 사용자의 명령을 입력 받는 조작부 및 생체 신호 측정 장치(100)의 동작 상태에 관련된 정보를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(150)는 사용자의 조작, 예를 들어, 파워-온 또는 파워-오프에 대응하는 명령을 생성하고, 이를 처리 장치(110)로 출력할 수 있다. 조작부는, 물리적 버튼, 광학키, 키패드, 음성 입력 장치 등과 같은 다양한 형태의 입력 장치들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 표시부는 처리 장치(110)의 제어 하에, 생체 신호 측정 장치(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 표시부는 시각적 방법, 청각적 방법 또는 다른 감각을 통한 방법에 의해 생체 신호 측정 장치(100)의 동작에 관한 다양한 정보를 제공할 수 있다. 이를 위해, 표시부는 디스플레이부 및/또는 스피커를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극이 대상체(OBJ)의 피부로부터 분리된 경우, 표시부는 처리 장치(110)의 제어에 따라, 전극이 분리되었음을 경고하는 경고 신호를 출력할 수 있다. 실시예에 있어서, 사용자 인터페이스(150)의 조작부와 표시부는 하나의 장치로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스(150)는 조작부와 표시부가 결합된 터치 디스플레이로 구현될 수 있다.

한편, 도 1에는 처리 장치(120) 및 센싱 장치(110)가 하나의 장치 내에 구비되어 있으나, 처리 장치(120) 및 센싱 장치(110)는 별도의 장치 내에 구비되어 구현될 수 있다. 이런 경우, 처리 장치(120) 및 센싱 장치(110)는 유선 통신망 또는 무선 통신망으로 연결될 수 있다.

도 2은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 센싱 장치(110)는 전극(111) 및 아날로그 전단(112, analog front end)을 포함하고, 아날로그 전단(112)은 생체 신호 처리 회로(10), 정전기 보호 회로(20) 및 커패시터 센싱 회로(30)를 포함할 수 있다.

전극(111), 예컨대 ECG 전극은 심전도를 측정하기 위한 전극으로서 심장의 박동에 따라 심근에서 발생하는 활동 전류를 체표면에서 유도함으로써, 심전도 신호를 센싱할 수 있다.

생체 신호 처리 회로(10)는 전극(111)을 통해 생체 신호를 수신하고, 생체 신호를 증폭하고 아날로그-디지털 변환함으로써, 생체 데이터(BSD)를 생성할 수 있다. 이로써 생체 데이터(BSD)가 획득될 수 있다. 생체 신호 처리 회로(10)의 입력단(I1)이 전극(111)과 전기적으로 연결되며, 전극(111)으로부터 생체 신호를 수신할 수 있다.

정전기 보호 회로(20)는 생체 신호 처리 회로(10)의 입력단(I1)에 정전기,과전압 등이 인가되더라도 이로 인해 생체 신호 처리 회로(10)가 파손되지 않도록 보호할 수 있다. 정전기 보호 회로(20)는 정전기 보호 소자(21)를 포함할 수 있다. 정전기 보호 소자(21)의 일단(T1)은 생체 신호 처리 회로(10)의 입력단(I1)에 연결되고, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)은 커패시터 센싱 회로(30)의 입력단(I2)에 연결될 수 있다. 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)은 도 6b에 도시되는 바와 같이, 커패시터 센싱 회로(30)를 통해 접지될 수 있다. 다시 말해서, 타 단(T2)에는 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다.

정전기 보호 소자(21)(또는 정전기 방전 보호 소자라고 함)는 양 단(T1, T2) 간의 전압이 소정의 고전압 이상으로 증가되면, 전도 상태로 전환되며 이에 따라 일 단(T1)(예컨대 다이오드의 캐소드)과 타 단(T2)(예컨대 다이오드의 애노드) 간에 방전 경로가 형성될 수 있다. 이에 따라, 양 단(T1, T2) 간의 전압이 일정 전압으로 유지될 수 있다. 정전기 보호 소자(21)는 다이오드, 예컨대 다이오드, 제너 다이오드 등으로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 정전기 보호 소자(21)는 바리스터(varister) 등과 같은 다른 다양한 종류의 소자로 구현될 수도 있다.

한편, 정전기 보호 소자(21)의 양 단(T1, T2) 간의 전압이 소정의 고전압 미만일 때, 정전기 보호 소자(21)는 등가적으로 커패시터(도 4b의 제1 커패시터(Cesd))로 표현될 수 있으며, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)에 연결된 커패시터 센싱 회로(30)는 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 신호를 기초로, 대상체(OBJ)에 의해 형성되는 커패시터(도 4b의 제2 커패시터(Cbd))의 커패시턴스를 측정할 수 있다.

커패시터 센싱 회로(30)는 정전기 보호 소자(21)를 접지시키되, 커패시터 센싱 구간(도 3의 S2)에는 정전기 보호 소자(21)의 타단(T2)으로부터 신호를 수신하여 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 커패시터 센싱 회로(30)는 수신되는 신호를 증폭하고, 아날로그-디지털 변환하여, 대상체(OBJ)에 의한 커패시턴스를 나타내는 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 전극(111)이 대상체(OBJ)로부터 분리될 경우, 커패시턴스 값(CV)은 전극(111)이 대상체(OBJ)에 접촉한 경우의 커패시턴스 값(CV)보다 감소될 수 있다. 한편, 도 2에서는, 전극(111), 생체 신호 처리 회로(10), 커패시터 센싱 회로(30) 및 보호 소자(21)가 각각 하나로 구성되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 센싱 장치(110)는 복수의 전극(111) 및 복수의 전극(111)에 대응하는 복수의 생체 신호 처리 회로(10), 복수의 커패시터 센싱 회로(30) 및 복수의 보호 소자(21)를 포함할 수 있다.

도 3은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 방법을 나타내는 타이밍도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 방법에 따른 단계들을 나타낸다. 도 3, 도 4a 및 도 4b는 도 2의 센싱 장치(110)에서 생체 신호 센싱 및 커패시터 센싱이 수행되는 방법을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 센싱 장치(110)는 시간적으로 연속하는 복수의 샘플링기간에 생체 신호 처리(S1) 및 커패시터 센싱(S2)을 수행할 수 있다. 복수의 샘플링 기간은 일정할 수 있다. 센싱 장치(110)는 한 샘플링 기간 동안, 시분할 적으로(time division) 생체 신호 처리(S1) 및 커패시터 센싱(S2)을 수행할 수 있다. 제N 샘플링 기간(Ts(N))(N은 1 이상의 양의 정수)에 생체 신호 처리(S1) 및 커패시터 센싱(S2)이 순차적으로 수행되고, 또한 다음의 제(N+1) 샘플링 기간(Ts(N+1))에 다시 생체 신호 처리(S1) 및 커패시터 센싱(S2)이 순차적으로 수행될 수 있다. 이와 같이 계속적으로 생체 신호 처리(S1) 및 커패시터 센싱(S2)이 수행될 수 있다.

도 4a를 참조하며, 생체 신호 처리(S1) 시, 생체 신호 처리 회로(10)는 전극(111)으로부터 생체 신호, 예컨대 제1 신호(SS1)(또는 제1 센싱 신호라고 함)를 수신하고, 제1 신호(SS1)를 처리하여, 생체 신호 데이터(BSD)를 생성할 수 있다. 이 때, 커패시터 센싱 회로(30)는 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 접지시킬 수 있으며, 정전기 보호 소자(21)는 생체 신호 처리 회로(10)에 고전압 또는 과전압이 인가될 시에 방전 경로(EP)를 형성함으로써, 생체 신호 처리 회로(10)를 보호할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 커패시터 센싱(S2) 시, 커패시터 센싱 회로(30)는 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 신호, 예컨대 제2 신호(SS2)(또는 제2 센싱 신호라고 함)를 처리하여, 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 이 때, 생체 신호 처리 회로(10)는 동작하지 않으며, 생체 신호 처리 회로(10)의 입력 임피던스(Zin)은 매우 클 수 있다. 예컨대 입력 임피던스(Zin)는 10 메가옴(10MΩ) 이상일 수 있다. 따라서, 등가적으로 커패시터 센싱 회로(30)의 입력단(I2)에는 전극(111)과 대상체(OBJ)에 의한 커패시터(Cbd)(이하, 제1 커패시터라고 함) 및 정전기 보호 소자(21)에 의한 커패시터(Cesd)(이하, 제2 커패시터라고 함)가 직렬연결된 것으로 보여질 수 있다. 따라서, 커패시터 센싱 회로(30)는 입력단(I2)을 통해 수신되는 제2 신호(SS2)를 기초로, 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다.

커패시턴스 값(CV)은 제1 커패시터(Cbd) 및 제2 커패시터(Cesd)의 직렬 연결에 따른 커패시턴스를 나타낼 수 있다. 다만, 제2 커패시터(Cesd)는 일정하고, 제1 커패시터(Cbd)는 대상체(OBJ)와 전극(111)간의 접촉 상태에 따라 가변될 수 있다. 따라서, 커패시턴스 값(CV)은 제1 커패시터(Cbd)에 대응하는 커패시턴스를 나타낸다고 볼 수 있다. 대상체(OBJ)와 전극(111)이 멀어질수록 제1 커패시터(Cbd)의 커패시턴스는 작아질 수 있으며, 이에 따라 커패시턴스 값(CV)이 감소될 수 있다. 도 3 내지 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 생체 신호 처리 회로(10) 및 커패시터 센싱 회로(30)가 샘플링 기간에 교번적으로 수신되는 신호(SS1, SS2)를 처리함으로써, 생체 데이터(BSD) 및 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다.

도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 처리 장치(도 1의 120)는 커패시터 센싱 회로(30)로부터 수신되는 커패시턴스 값(CV)을 기초로 전극(111)이 대상체(OBJ)에 접촉되어 있는지 여부(전극 접촉 여부) 또는 접촉 상태(접촉 품질)를 판단하고, 판단 결과를 기초로 생체 데이터(BSD)를 처리하거나 생체 신호 측정 장치(도 1의 100)를 제어할 수 있다.

도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 처리 회로의 일 구현예를 개략적으로 나타낸다.

도 5를 참조하면, 생체 신호 처리 회로(20a)는 증폭기(21), 필터(22) 및아날로그-디지털 변환기(23)를 포함할 수 있으며, 증폭기(21)는 수신되는 신호, 즉 제1 신호(SS1)를 증폭하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 신호(SS1)는 전압 신호일 수 있으며, 증폭기(21)는 증폭된 전압 신호를 출력할 수 있다. 필터(22)는 증폭된 전압 신호에서 저주파 또는 고주파 노이즈를 제거할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(23)는 전압 신호를 디지털 값으로 변환하고, 변환된 값을 생체 데이터(BSD)로서 출력할 수 있다.

도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 커패시터 센싱 회로의 일 구현예를 개략적으로 나타낸다. 설명의 편의를 위하여, 정전기 보호 소자(21)를 함께 도시하기로 한다.

도 6을 참조하면, 커패시터 센싱 회로(30a)는 스위칭부(31) 및 센싱 회로부(32)를 포함하며, 회로부(32)는 전류-전압 변환기(1) 및 아날로그-디지털 변환기(2)를 포함할 수 있다.

스위칭부(31)는 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 접지시키거나, 또는 타 단(T2)을 센싱 회로부(32)에 연결할 수 있다. 스위칭부(31)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함하는 멀티플랙서로 구현될 수 있으며, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)는 상보적으로 활성 레벨을 갖는 스위칭 신호(SS) 및 상보 스위칭 신호(SSB)를 기초로 상보적으로 동작할 수 있다.

예컨대, 센싱 장치(도 2의 110)가 생체 신호 처리(도 3의 S1) 시, 제1 스위치(SW1)는 스위칭 신호(SS)의 활성 레벨, 예컨대 로직 하이에 응답하여 턴-온 되어, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 접지시킬 수 있다. 다시 말해서, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)에 접지 전압(GND)이 인가될 수 있다. 이 때, 이 때, 제2 스위치(SW2)는 상보 스위칭 신호(SSB)의 비활성 레벨, 예컨대 로직 로우에 응답하여 턴-오프될 수 있다.

센싱 장치(도 2의 110)가 커패시터 센싱(도 3의 S2) 시, 제2 스위치(SW2)는 상보 스위칭 신호(SS)의 활성 레벨, 예컨대 로직 하이에 응답하여 턴-온 되어, 정전기 보호 소자(21)의 타 단(T2)을 센싱 회로부(32)에 연결할 수 있다. 다시 말해서, 제2 스위치(SW2)는 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 제2 신호(SS2)를 센싱 회로부(32)에 제공할 수 있다. 이 때, 제1 스위치(SW1)는 스위칭 신호(SS)의 비활성 레베, 예컨대 로직 로우에 응답하여 턴-오프될 수 있다.

전류-전압 변환기(1)는 전류원(CS) 및 버퍼(BF)를 포함할 수 있다.전류원(CS)을 기초로 전압이 생성되며, 커패시턴스를 나타내는 제2 신호(SS2)에 따라 전압이 가변될 수 있다. 버퍼(BF)는 전압을 증폭하여 출력할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(2)는 증폭기(1)로부터 수신되는 전압을 디지털 값으로 변환하고, 변환된 값을 커패시턴스 값(CV)으로서 출력할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 생체 신호 처리 회로(20a) 및 커패시터 센싱 회로(30a)를 예시적으로 설명하였으나, 이는 일 예일 뿐이며, 본 개시의 실시예에 따른 센싱 장치(도 2의 110)에 구비되는 생체 신호 처리 회로(20) 및 커패시터 센싱 회로(30)는 전술한 바와 같이 기능하는 범위에서 구성들 및 구성들의 동작이 변형될 수 있다.

도 7은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치를 나타낸다. 도 8a 및 도 8b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 단계들을 설명한다.

도 7을 참조하면, 센싱 장치(110a)는 복수의 전극(111_1, 111_2) 및 아날로그 전단(112a)을 포함하고, 아날로그 전단(112a)은 복수의 전극(111_1, 111_2)에 각각 대응하는 복수의 생체 신호 처리 회로(10_1, 10_2), 커패시터 센싱 회로(30_1, 30_2), 및 복수의 정전기 보호 소자(21, 22)를 포함할 수 있다. 도 7에서는 두 개의 전극(111_1, 111_2) 및 두 개의 전극(111_1, 111_2) 각각에 대응하는 구성들(정전기 보호 소자, 생체 신호 처리 회로 및 커패시터 센싱 회로)을 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 센싱 장치(110a)는 세 개 이상의 전극 및 전극들 각각에 대응하는 구성들을 포함할 수 있다.

제1 생체 신호 처리 회로(10_1)는 제1 전극(111_1)으로부터 수신되는 생체 신호를 처리하여, 제1 생체 데이터(BSD1)를 생성하고, 제1 커패시터 센싱 회로(30_1)은 제1 정전기 보호 소자(21)로부터 수신되는 신호를 처리하여, 제1 커패시턴스 값(CV1)을 생성할 수 있다. 제1 커패시턴스 값(CV1)은 제1 전극(111_1)의 접촉 상태를 판별함에 있어서 이용될 수 있으며, 제1 생체 데이터(BSD1)를 처리할 때 이용될 수 있다.

제2 생체 신호 처리 회로(10_2)는 제1 전극(111_2)으로부터 수신되는 생체 신호를 처리하여, 제2 생체 데이터(BSD2)를 생성하고, 제2 커패시터 센싱 회로(30_2)는 제2 정전기 보호 소자(22)로부터 수신되는 신호를 처리하여, 제2 커패시턴스 값(CV2)을 생성할 수 있다. 제2 커패시턴스 값(CV2)은 제2 전극(111_2)의 접촉 상태를 판별함에 있어서 이용될 수 있으며, 제2 생체 데이터(BSD2)를 처리할 때 이용될 수 있다.

제1 및 제2 생체 신호 처리 회로(10_1, 10_2) 각각은 도 5를 참조하여 설명한바와 같이, 증폭기(도 5의 21), 필터(도 5의 22), 및 아날로그-디지털 변환기(도 5의 23) 등을 구비할수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 있어서, 제1 및 제2 생체 신호 처리 회로(10_1, 10_2)는 아날로그-디지털 변환기(23)를 공유하거나 또는 다른 일부 구성들을 공유할 수 있다. 다시 말해서, 도 7에서, 제1 및 제2 생체 신호 처리 회로(10_1, 10_2)는 별개의 회로로 도시되었으나, 제1 및 제2 생체 신호 처리 회로(10_1, 10_2)는 제1 전극(111_1) 및 제2 전극(111_2)으로부터 생체 신호를 수신하는 입력단들(I1-1, I1-2) 및 입력단들(I1-1, I1-2) 각각에 바로 연결되는 일부 구성을 제외하고, 다른 구성들을 공유하는 하나의 회로일 수 있다.

제1 및 제2 커패시터 센싱 회로(30_1, 30_2) 각각은 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 스위칭부(도 6의 31), 증폭기(도 6의 1), 및 아날로그-디지털 변환기(도 6의 2) 등을 구비할수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 실시예에 있어서, 제1 및 제2 커패시터 센싱 회로(30_1, 30_2)는 회로부(32) 또는 아날로그-디지털 변환기(2)를 공유할 수 있다.

도 8a에 도시된 바와 같이, 생체 신호 처리 회로들(10_1, 10_2)이 동작할 때, 제1 커패시터 센싱 회로(30_1) 및 제2 커패시터 센싱 회로(30_2)는 각각 대응하는 정전기 보호 소자(21, 22)의 타 단을 접지시킬 수 있다. 제1 생체 신호 처리 회로(10_1)가 동작할 때, 제2 생체 신호 처리 회로(10_2)는 동작하지 않을 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 생체 신호 처리 회로(10_1) 및 제2 생체 신호 처리 회로(10_2)는 동시에 동작할 수 있다.

도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터 센싱 회로(30_1)가 동작할 때, 예컨대 제1 커패시터 센싱 회로(30_1)가 수신되는 신호를 기초로 제1 커패시턴스 값(CV1)을 생성할 때, 생체 신호 처리 회로들(10_1, 10_2)은 동작하지 않으며, 제2 커패시터 센싱 회로(30_2)는 제2 정전기 보호 소자(22)의 타 단을 접지시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 및 제2 생체 신호 처리 회로(10_1, 10_2) 제1 및 제2 커패시터 센싱 회로(30_1, 30_2)는 순차적으로 생체 신호 센싱 또는 커패시터 센싱을 수행할 수 있다.

도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 센싱 장치의 동작 방법을 나타내는 타이밍도다. 도 9는 복수의 전극, 복수의 정전기 보호 소자, 복수의 생체 신호 처리 회로, 및 복수의 커패시터 센싱 회로를 포함하는 센싱 장치(예컨대 도 7의 110a)의 동작 방법을 나타낸다.

도 7 및 도 9를 참조하면, 센싱 장치(110a)는 한 샘플링 기간에 시분할 적으로(time division) 복수의 생체 신호 처리(S1-1~S1-n)(n은 2이상의 양의 정수) 및 복수의 커패시터 센싱(S2-1~2-n)을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제1 생체 신호 처리(S1-1) 시, 제1 생체 신호 처리 회로(10_1)가 제1 전극(110_1)으로부터 수신되는 생체 신호를 처리하여 제1 생체 데이터(BSD1)를 생성할 수 있다. 이후, 제1 커패시터 센싱(S2-1) 시, 제1 커패시터 센싱 회로(30_1)가 제1 보호 소자(21)로부터 수신되는 신호를 처리하여 제1 커패시턴스 값(CV1)을 생성할 수 있다. 이후, 제2 생체 신호 처리(S1-2) 시, 제2 생체 신호 처리 회로(10_2)가 제2 전극(110_2)으로부터 수신되는 생체 신호를 처리하여 제2 생체 데이터(BSD2)를 생성할 수 있다. 이후, 제2 커패시터 센싱(S2-2) 시, 제2 커패시터 센싱 회로(30_2)가 제2 보호 소자(22)로부터 수신되는 신호를 처리하여 제2 커패시턴스 값(CV2)을 생성할 수 있다. 이와 같이, 생체 신호 처리 및 커패시터 센싱이 교번적으로 수행될 수 있다.

제N 샘플링 기간(Ts(N))에 복수의 생체 신호 처리(S1-1~S1-n) 및 복수의 커패시터 센싱(S2-1~2-n)이 순차적으로 수행되고, 또한 다음의 제N+1 샘플링 기간(Ts(N+1))에 다시 복수의 생체 신호 처리(S1-1~S1-n) 및 복수의 커패시터 센싱(S2-1~2-n)이 순차적으로 수행될 수 있다.

도 10, 도 11 및 도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 생체 신호 측정 장치의 동작 방법의 실시예들을 나타내는 흐름도이다. 도 10, 도 11 및 도 12의 동작은 도 1의 생체 신호 측정 장치(100)에서 수행될 수 있으며, 생체 신호 측정 장치(100) 및 그 구성들에 대하여 설명한 내용은 본 실시예들에 적용될 수 있다.

도 10은 생체 신호 측정 장치(100)가 측정되는 커패시턴스 값(CV)을 기초로 대상체(OBJ)에 전극(111)이 접촉되었는지를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 동작하는 실시예를 나타낸다.

도 1, 도 2 및 도 10을 참조하면, 센싱 장치(110)의 생체 신호 처리 회로(10)가 생체 데이터(BSD)를 생성하고(S101), 커패시터 센싱 회로(30)가 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다(S102). 전술한 바와 같이, 생체 신호 처리 회로(10)는 생체 신호를 수신 및 처리하고, 커패시터 센싱 회로(30)은 정전기 보호 소자(21)로부터의 신호를 수신 및 처리함으로써, 각각 생체 데이터(BSD) 및 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다. 이때, 생체 데이터는 대상체(OBJ)의 심전도 데이터를 나타내며, 커패시턴스 값(CV)는 대상체(OBJ)와 전극(111) 간의 접촉 여부 또는 접촉 상태를 나타낸다.

처리 장치(120)는 커패시터 센싱 회로(30)로부터 수신된 커패시턴스 값(CV)을 임계값과 비교할 수 있다(S103). 처리 장치(120)는 커패시턴스 값(CV)이 임계값 미만인지 판단할 수 있다.

처리 장치(120)는 커패시턴스 값(CV)이 임계값 미만이면, 전극(111)이 대상체(OBJ)에 비접촉되었다고 판단할 수 있다(S104). 처리 장치(120)는 전극 비접촉 감지에 따른 제어를 수행할 수 있다(S105). 실시예에 있어서, 처리 장치(120)는 생체 신호 처리 회로(10)로부터 수신되는 생체 데이터(BSD)가 유효하지 않다고 판단할 수 있다. 실시예에 있어서, 처리 장치(120)는 생체 신호 측정 장치가 저전력 모드로 동작하도록 제어할 수 있다. 실시예에 있어서, 처리 장치(120)는 사용자 인터페이스(150)를 통해 전극(111)이 대상체(OBJ)의 피부로부터 분리되었음을 나타내는 경고 신호를 출력하거나 또는 통신 장치(130)를 통해 경고 신호를 외부 장치로 전송할 수 있다.

처리 장치(120)는 커패시턴스 값(CV)이 임계값 이상이면, 전극(111)이 대상체(OBJ)에 접촉되었다고 판단할 수 있다(S106). 처리 장치(120)는 생체 데이터에 대한 정상적인 처리를 수행할 수 있다(S107). 예컨대 처리 장치(120)는 생체 신호 처리 회로(10)로부터 수신되는 생체 데이터(BSD)가 유효하다고 파단하고, 생체 데이터(BSD)를 처리할 수 있다.

도 11은 생체 신호 측정 장치(100)가 측정되는 커패시턴스 값(CV)을 기초로 대상체(OBJ)에 대한 전극(111)의 접촉 품질을 판단하고, 판단 결과에 기초하여 동작하는 실시예를 나타낸다.

도 1, 도 2 및 도 11을 참조하면, 센싱 장치(110)의 생체 신호 처리 회로(10)가 생체 데이터(BSD)를 생성하고(S201), 커패시터 센싱 회로(30)가 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다(S202). 단계 S201 및 S202는 도 10의 단계 S101 및 S102와 동일한 바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

처리 장치(120)는 커패시터 센싱 회로(30)로부터 수신된 커패시턴스 값(CV)을 기초로 전극(111)의 접촉 품질을 판단할 수 있다(S104). 예를 들어, 처리 장치(120)는 커패시턴스 값(CV)을 복수의 기준 값들을 기초로 접촉 품질을 나타내는 복수의 그룹 중 하나로 구분할 수 있다.

처리 장치(120)는 전극(111)의 접촉 품질에 따라 생체 데이터(BSD)를 처리하거나 또는 생체 신호 츨정 장치(100)를 제어할 수 있다(204). 예를 들어, 처리 장치(120)는 생체 데이터(BSD)에 대하여 접촉 품질을 라벨링함으로써, 생체 데이터(BSD)가 생성될 때의 전극(111)의 접촉 상태를 생체 데이터(BSD)에 대한 부가 정보로서 제공할 수 있다.

도 12는 생체 신호 측정 장치(100)가 측정되는 커패시턴스 값(CV)을 대상체(OBJ)에 대한 생체 데이터로서 이용하는 실시예를 나타낸다.

도 1, 도 2 및 도 12를 참조하면, 센싱 장치(110)의 생체 신호 처리 회로(10)가 제1 생체 데이터를 생성할 수 있다(301). 생체 신호 처리 회로(10)가 제1 생체 데이터를 생성할 수 있으며, 제1 생체 데이터는 심전도 데이터일 수 있. 커패시터 센싱 회로(30)가 커패시턴스 값(CV)을 생성할 수 있다(S302). 단계 S301 및 S302는 도 10의 단계 S101 및 S102와 동일한 바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

처리 장치(120)는 커패시턴스 값(CV)을 기초로 제2 생체 데이터를 생성할 수 있다(S303). 예컨대, 처리 장치(120)는 커패시턴스 값(CV)을 그대로 제2 생체 데이터로서 이용하거나 또는 커패시턴스 값(CV)을 제2 생체 특성에 부합하게 교정함으로써, 제2 생체 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 생체 데이터는 대상체의 호흡량, 피부의 수분량 등을 나타낼 수 있다.

처리 장치(120)는 제1 생체 데이터 및 제2 생체 데이터를 처리할 수 있다(S304). 처리 장치(120)는 처리된 데이터를 메모리(140)에 저장하거나, 통신 장치(130)를 통해 외부로 전송할 수 있다. 또한 처리 장치(120)는 제1 생체 데이터 및 제2 생체 데이터를 사용자 인터페이스(150)를 통해 표시할 수 있다.

도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 생체 신호 측정 장치(100)는 정전기 보호 소자(21)를 이용하여 측정된 대상체(OBJ)와 전극(111) 간의 커패시터에 해당하는 커패시턴스 값(CV)을 기초로 전극(111)이 대상체(OBJ)에 접촉되어 있는지 여부 또는 접촉 상태를 판단하고, 판단 결과를 기초로 생체 데이터(BSD)를 처리하거나 생체 신호 측정 장치(100)의 동작을 결정할 수 있다. 또한, 생체 신호 측정 장치(100)는 커패시턴스 값(CV)을 생체 신호 센싱 회로(10)에서 생성되는 데이터, 예컨대 심전도 데이터와 종류가 다른 생체 데이터로서 이용할 수 있다.

도 13a, 및 도 13b는 본 개시의 실시예들에 따른 생체 신호 측정 장치 및 생체 데이터 처리 시스템을 나타낸다.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 생체 데이터 처리 시스템(1000, 2000)은 생체 신호 측정 장치(100) 및 데이터 수신 장치(200)를 포함할 수 있으며, 생체 데이터 처리 시스템(2000)은 관리 서버(300)를 더 포함할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 도 1을 참조하여 설명한 구성들을 포함하는 모듈로 구현될 수 있으며, 생체 신호 측정 장치(100)는 대상체에 부착되어, 전극에 의해 생체 데이터, 예컨대 심전도 데이터를 측정할 수 있다. 생체 신호 측정 장치(100)는 전술한 바와 같이, 정전기 보호 소자들을 이용하여, 대상체에 의하여 형성되는 커패시터의 커패시턴스를 측정할 수 있다. 대상체에 대한 전극의 접촉 여부 또는 접촉 상태에 따라 측정된 커패시턴스 값이 상이할 수 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 유선 또는 무선 통신을 통해 데이터 수신 장치(200)와 통신할 수 있다. 도 13a 및 도 13b에서는 생체 신호 측정 장치(100)가 데이터 수신 장치(200)와 직접 통신하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 생체 신호 측정 장치(100)는 중계기(미도시)를 거쳐 데이터 수신 장치(200)와 통신할 수도 있다.

생체 신호 측정 장치(100)는 측정된 심전도 데이터 및/또는 커패시턴스 값에 기초하여 생성되는 부가 정보를 데이터 수신 장치(200)로 제공할 수 있다. 생체 신호 측정 장치(100)는 심전도 데이터에 기초하여 판단되는 심장 상태 정보를 데이터 수신 장치(200)로 제공할 수도 있다. 예를 들어, 커패시턴스 값에 기초하여 생성되는 부가 정보는 복수의 전극들 중 적어도 하나가 대상체의 피부로부터 분리되었음을 나타내는 경고 신호이거나, 심전도 데이터의 유효성을 나타내거나 또는 복수의 전극들의 접촉 품질(접촉 상태)를 나타낼 수 있다. 또한, 부가 정보는 커패시턴스 값에 기초하여 생성되는 데이터는 심전도 데이터를 제외한 다른 생체 데이터일 수 있다.

데이터 수신 장치(200)는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 웨어러블 장치 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 하나 이상의 프로세서를 가지는 컴퓨팅 장치, 분산 컴퓨팅 장치, 서버 장치 등도 포함될 수 있다. 데이터 수신 장치(200)는 디스플레이를 포함하는 전자 장치로 도시되어 있으나 출력 장치를 포함하지 않는 장치 일 수 있다.

데이터 수신 장치(200)는 하나 이상의 생체 신호 측정 장치(100)들로부터 데이터, 예컨대 심전도 데이터, 심장 상태 정보, 및/또는 부가 정보를 수신할 수 있다. 데이터 수신 장치(200)는 생체 신호 측정 장치(100)로부터 수신된 데이터를 처리하거나, 또는 디스플레이에 표시할 수 있다. 예를 들어, 데이터 수신 장치(200)는 생체 신호 측정 장치(100)로부터 전극이 대상체의 피부로부터 분리되었음을 나타내는 경고 신호를 수신하고, 디스플레이 또는 알람부를 통해 경고 신호를 출력할 수 있다.

도 13b에 도시된 바와 같이, 데이터 수신 장치(200)는 네트워크를 통해 관리 서버(300)와 통신할 수 있으며, 하나 이상의 생체 신호 측정 장치(100)로부터 수신된 데이터, 또는 상기 데이터를 처리한 데이터를 네트워크를 통해 관리 서버(300)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 관리 서버(300)는 데이터 수신 장치(200)로부터 수신된 생체 데이터, 예컨대 심전도 데이터를 대상체와 연계하여 관리할 수 있다. 관리 서버(300)는 각 대상체의 심전도 데이터 및 다른 생체 데이터를 각 대상체의 계정과 관련하여 저장 및 관리할 수 있다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 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 어플리케이션을 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 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.

100: 생체 신호 측정 장치 110: 센싱 장치
120: 처리 장치 130: 통신 장치
140: 메모리 150: 사용자 인터페이스
200: 수신 장치

Claims (18)

1. 대상체의 피부에 접촉되어 상기 대상체에서 발생하는 생체 신호를 센싱하는 전극;
   상기 전극과 전기적으로 연결되어 상기 전극으로부터 제1 센싱 신호를 수신하는 제1 입력단을 포함하고, 상기 제1 입력단을 통해 수신되는 상기 제1 센싱 신호를 아날로그-디지털 변환하여 생체 데이터를 생성하는 생체 신호 처리 회로;
   제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자가 상기 전극 및 상기 생체 신호 처리 회로의 상기 제1 입력단에 연결되는 정전기 보호 소자; 및
   상기 정전기 보호 소자의 상기 제2 단자에 연결되는 제2 입력단을 포함하고, 상기 제2 입력단을 통해 상기 정전기 보호 소자의 상기 제2 단자로부터 제2 센싱 신호를 수신하고, 상기 제2 센싱 신호를 기초로 상기 대상체의 커패시턴스를 측정함으로써 커패시턴스 값을 생성하는 커패시터 센싱 회로를 포함하는 생체 신호 측정 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 생체 신호 처리 회로 및 상기 커패시터 센싱 회로는 교번적으로 상기 생체 데이터 및 상기 커패시턴스 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
3. 제2 항에 있어서, 상기 커패시터 센싱 회로는,
   상기 생체 신호 처리 회로가 상기 생체 데이터를 생성하는 제1 기간에 상기 정전기 보호 소자의 상기 제2 단자에 접지 전압을 인가하고,
   상기 제1 기간에 연속한 제2 기간에, 상기 정전기 보호 소자의 상기 제2 단자로부터 상기 제2 센싱 신호를 수신하고, 상기 제2 센싱 신호를 기초로 상기 커패시턴스를 측정하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 커패시터 센싱 회로는,
   상기 제2 센싱 신호를 기초로 커패시턴스 값을 생성하는 센싱 회로부; 및
   상기 제1 기간에 상기 정전기 보호 소자의 상기 제2 단자에 상기 접지 전압을 인가하고, 상기 제2 기간에 상기 정전기 보호 소자의 상기 제2 단자를 상기 센싱 회로부에 연결하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
5. 제1 항에 있어서, 상기 정전기 보호 소자는,
   다이오드를 포함하고, 상기 다이오드의 캐소드는 상기 제1 단자를 구성하고, 상기 다이오드의 애노드는 상기 제2 단자를 구성하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 생체 데이터 및 상기 커패시턴스 값을 처리하는 처리 장치를 더 포함하고,
   상기 처리 장치는, 상기 커패시턴스 값을 기초로 상기 피부와 상기 전극 간의 접촉 여부 및 접촉 상태 중 하나를 판단하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
7. 제6 항에 있어서, 상기 처리 장치는,
   상기 커패시턴스 값이 임계값 미만이면, 상기 전극이 상기 피부에 접촉되지 않은 비접촉 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
8. 제7 항에 있어서, 상기 처리 장치는,
   상기 비접촉 상태를 기초로 상기 생체 데이터가 유효하지 않다고 판단하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
9. 제7 항에 있어서, 상기 처리 장치는,
   상기 비접촉 상태를 기초로, 상기 생체 신호 측정 장치가 저전력 모드로 동작하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
10. 제7 항에 있어서, 상기 처리 장치는,
    상기 비접촉 상태를 기초로, 상기 비접촉 상태를 나타내는 알람 신호가 출력되도록 제어하거나 또는 상기 비접촉 상태를 나타내는 정보 신호가 외부 장치로 전송되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 생체 데이터 및 상기 커패시턴스 값을 처리하는 처리 장치를 더 포함하고,
    상기 처리 장치는, 상기 커패시턴스 값을 상기 생체 데이터와 상이한 종류의 다른 생체 데이터로서 처리하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
12. 제1 항에 있어서, 상기 생체 데이터는,
    심전도 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치.
13. 대상체의 피부에 접촉된 전극에 입력단이 연결된 생체 신호 처리 회로가, 상기 전극으로부터 상기 대상체에서 센싱된 심전도 신호를 수신하고, 상기 심전도 신호를 아날로그-디지털 변환하여 심전도 데이터를 생성하는 단계; 및
    제1 단자 및 제2 단자를 포함하고 상기 전극 및 상기 생체 신호 처리 회로의 상기 입력단에 상기 제1 단자가 연결된 정전기 보호소자의 상기 제2 단자에 커패시터 센싱 회로의 입력단이 연결되어, 상기 커패시터 센싱 회로가 상기 전극 및 상기 정전기 보호 소자를 통해 수신되는 신호를 기초로 상기 대상체에 의한 커패시터의 커패시턴스를 측정하여 커패시턴스 값을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 심전도 데이터를 생성하는 단계 및 상기 커패시턴스 값을 생성하는 단계는 교번적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
14. 제13 항에 있어서,
    처리 장치가 상기 커패시턴스 값을 임계값과 비교함으로써, 상기 피부와 상기 전극 간의 접촉 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 처리 장치가 상기 접촉 여부를 기초로 상기 심전도 데이터의 유효성 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
16. 제14 항에 있어서,
    상기 전극이 미접촉 상태로 판단되면, 상기 미접촉 상태에 기초한 제어 단계를 더 포함하고,
    상기 제어 단계는, 상기 미접촉 상태를 나타내는 알람의 출력, 상기 미접촉 상태를 나타내는 경고 신호를 외부 장치로 전송 및 저전력 모드 동작 중 적어도 하나를 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
17. 제13 항에 있어서,
    처리 장치가 상기 커패시턴스 값을 기초로 상기 피부와 상기 전극 간의 접촉 상태를 판단하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법.
18. 제13 항에 있어서,
    처리 장치가, 상기 커패시턴스 값을 상기 심전도 데이터와 상이한 생체 데이터로서 처리하는 단계를 더 포함하는 생체 신호 측정 장치의 동작 방법.

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