KR20150095496A

KR20150095496A - Ecg 센서 및 이의 신호 처리 방법

Info

Publication number: KR20150095496A
Application number: KR1020140016898A
Authority: KR
Inventors: 박상욱; 기명오; 한윤철
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-08-21
Also published as: KR102151697B1; US9326732B2; US20150223758A1

Abstract

본 발명에 따른 ECG 센서는, 측정 전극으로부터 수신되는 ECG(electrocardiogram) 신호들의 DC 오프셋을 제거하고 이득 증폭 값을 조절하며, 상기 이득 증폭 값이 조절된 ECG 신호를 출력하는 아날로그 프론트 엔드(analog front end); 및 상기 아날로그 프론트 엔드로부터 출력되는 상기 ECG 신호를 소정의 알고리즘에 기초하여 분석하고 처리하여 정보를 검출하고, 상기 검출된 정보를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함하며, 상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 측정 전극으로부터 제1 구간 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거한 이후, 제2 구간 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거하는 동시에 이득 증폭 값을 조절한다.

Description

ECG 센서 및 이의 신호 처리 방법{ELECTROCARDIOGRAM SENSOR AND SIGNAL PROCESSING METHOD THEREOF}

본 발명은 ECG 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 DC 오프셋과 이득 조절을 동시에 수행할 수 있는 ECG 센서 및 이의 신호 처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 심질환 환자 또는 심질환의 예방을 원하는 사람의 심전도를 측정하기 위해 ECG(electrocardiogram) 센서를 이용하고 있다. 이러한 ECG 센서는 환자의 신체에 직접 접촉하는 전극(electrode)으로부터 측정된 신호를 처리 및 분석하게 되며, ECG 센서로부터 출력되는 ECG 신호를 이용하여 측정자의 건강상태를 파악하게 된다.

최근에는 건강에 대한 관심이 높아져 응용분야가 확장됨에 따라, ECG 센서에 의해 측정된 ECG 신호에 기초하여 측정자의 건강상태를 표시해주거나 통신 시스템과의 연결을 통해 외부로 전송하여 신속한 대처와 조기 진단 및 예방이 가능해졌다.

그러나, ECG 센서에 의해 측정된 ECG 신호에 있어서, 동잡음(Motion Artifact) 또는 DC 오프셋이 유입되는 경우 원 신호를 정확하게 파악하는데 어려움이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 DC 오프셋과 이득 조절을 동시에 수행할 수 있는 ECG 센서 및 이의 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 ECG 센서는, 측정 전극으로부터 수신되는 ECG(electrocardiogram) 신호들의 DC 오프셋을 제거하고 이득 증폭 값을 조절하며, 상기 이득 증폭 값이 조절된 ECG 신호를 출력하는 아날로그 프론트 엔드(analog front end); 및 상기 아날로그 프론트 엔드로부터 출력되는 상기 ECG 신호를 소정의 알고리즘에 기초하여 분석하고 처리하여 정보를 검출하고, 상기 검출된 정보를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함하며, 상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 측정 전극으로부터 제1 구간 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거한 이후, 제2 구간 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거하는 동시에 이득 증폭 값을 조절한다.

상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 측정 전극으로부터 ECG 신호를 수신하여 증폭하는 증폭부; 상기 증폭된 ECG 신호에 대한 아날로그 디지털 변환을 수행하고, 상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및 상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호의 피크 값을 검출하고, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값에 기초하여 상기 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호의 이득 증폭 값을 조절하는 자동이득 제어부를 포함한다.

상기 아날로그 프론트 엔드는, 상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호들의 평균값을 산출하고, 상기 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하며, 상기 산출된 DC 오프셋을 출력하는 DC 오프셋 산출부; 및 상기 출력되는 DC 오프셋에 대한 디지털 아날로그 변환을 수행하고, 상기 디지털 아날로그 변환된 DC 오프셋을 출력하는 디지털 아날로그 컨버터를 더 포함하며, 상기 증폭부는, 상기 디지털 아날로그 변환된 DC 오프셋에 기초하여 상기 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거한다.

상기 DC 오프셋 산출부는, 상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호들의 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하고, 상기 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 범위 내에 포함되는지 여부를 판단한다.

상기 DC 오프셋 산출부는, 상기 판단 결과에 기초하여, 상기 산출된 DC 오프셋이 상기 제1 기준 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 ECG 신호에 대하여 감소 또는 증가된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 상기 디지털 아날로그 컨버터로 출력한다.

상기 자동이득 제어부는, 상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호의 피크 값을 검출하고, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값이 제2 기준 범위 내에 포함되는지 여부를 판단한다.

상기 자동이득 제어부는, 상기 판단 결과에 기초하여, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값이 상기 제2 기준 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 ECG 신호에 대하여 감소 또는 증가된 이득 증폭 값에 대응하는 비트 값을 상기 증폭부로 출력한다.

상기 자동이득 제어부는, 상기 ECG 신호의 이득 증폭 값이 조절되는 경우, 상기 조절된 이득 증폭 값이 적용되기 위한 소정의 시간을 카운트하는 타이머를 포함한다.

상기 ECG 센서는, 상기 디지털 신호 처리부로부터 출력되는 상기 검출 정보를 무선으로 송신하는 RF 모듈을 더 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 ECG 센서의 신호 처리 방법은, 측정 전극으로부터 제1 구간 동안 수신되는 ECG 신호의 DC 오프셋을 산출하고, 상기 산출된 DC 오프셋을 출력하는 단계; 상기 출력된 DC 오프셋에 기초하여 제2 구간 동안 수신되는 제1 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거하는 단계; 및 상기 제2 구간 동안 수신되는 제2 ECG 신호들의 DC 오프셋을 산출하여 출력하고, 상기 제2 ECG 신호들의 이득 증폭 값을 조절하여 상기 조절된 이득 증폭 값을 출력하는 단계를 포함한다.

상기 제2 ECG 신호들의 DC 오프셋을 산출하는 단계는, 상기 ECG 신호들의 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하는 단계; 상기 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 기초하여, 상기 DC 오프셋이 상기 제1 기준 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 ECG 신호들에 대하여 감소 또는 증가된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 출력하는 단계를 포함한다.

상기 제2 ECG 신호들의 이득 증폭 값을 조절하는 단계는, 상기 수신되는 ECG 신호의 피크 값을 검출하는 단계; 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값이 제2 기준 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과에 기초하여, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값이 상기 제2 기준 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 ECG 신호에 대하여 감소 또는 증가된 이득 증폭 값에 대응하는 비트 값을 출력하는 단계를 포함한다.

상기 ECG 센서가 동작하는 동안, 상기 제2 ECG 신호들의 DC 오프셋을 산출하고 상기 제2 ECG 신호들의 이득 증폭 값을 조절하는 단계를 동시에 반복적으로 수행한다.

본 발명의 실시 예에 따른 ECG 센서는 DC 오프셋을 최소화하는 동시에 증폭기의 이득을 자동으로 조절함으로써, 측정된 ECG 신호의 크기가 원하는 범위 내에서 유지되며 더욱 정확한 ECG 신호를 감지할 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ECG 센서의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 프론트 엔드의 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 아날로그 프론트 엔드의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 DC 오프셋 산출부의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 도 2에 도시된 자동이득 제어부의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ECG(electrocardiogram) 센서의 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면, ECG 센서(10)는 사람의 신체의 일부분(예컨대, 가슴, 팔, 다리 등)으로부터 사람의 심장에 의해 발생되는 ECG 신호(또는 심전도 신호)를 검출하여 모바일 디바이스(20)로 전송할 수 있다.

ECG 센서(10)는 아날로그 프론트 엔드(AFE; Analog Front End, 100), 디지털 신호 처리부(DSP; Digital Signal Processor, 200) 및 RF(Radio Frequency) 모듈(300)을 포함할 수 있다.

아날로그 프론트 엔드(100)는, 신체의 측정 전극(electrode)으로부터 수신되는 ECG 신호들(ECG1)에 포함된 DC 오프셋을 제거하고 ECG 신호들(ECG1)에 대한 이득 증폭 값을 조절하며, 이득 증폭 값이 조절된 ECG 신호(ECG2)를 출력할 수 있다.

디지털 신호 처리부(200)는 아날로그 프론트 엔드(100)로부터 출력되는 ECG 신호(ECG2)를 소정의 알고리즘에 기초하여 분석하고 처리하여 그에 따른 정보를 검출하고, 검출된 정보를 출력할 수 있다.

RF 모듈(300)은 디지털 신호 처리부(200)로부터 출력되는 정보를 무선으로 모바일 디바이스(20)로 송신할 수 있다.

모바일 디바이스(20)는 심전도 검사 장치, 스마트 폰(smart phone), 노트북(notebook) 등 무선 통신 방식으로 ECG 센서(10)와 각종 신호를 송수신할 수 있는 장치일 수 있다.

모바일 디바이스(20)는 ECG 센서(10)로부터 출력되는 정보를 사용자가 인식할 수 있도록 화면 또는 음성으로 출력할 수 있다. 즉, 사용자는 모바일 디바이스(20)에 의해 출력되는 정보에 기초하여 측정자의 심장의 상태를 실시간으로 확인할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아날로그 프론트 엔드의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 아날로그 프론트 엔드(100)는 증폭부(110), 아날로그 디지털 컨버터(Analog Digital Converter; 이하 ADC, 120), 자동이득 제어부(130), DC 오프셋 산출부(140) 및 디지털 아날로그 컨버터(Digital Analog Converter; 이하 DAC, 150)를 포함할 수 있다.

증폭부(110)는 측정 전극으로부터 ECG 신호들(ECG1)을 수신하고, 이득 증폭 값에 기초하여 ECG 신호들(ECG1)의 이득을 증폭할 수 있다.

ADC(120)는 이득 증폭된 ECG 신호들에 대한 아날로그 디지털 변환을 수행하고, 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호들을 출력할 수 있다.

자동이득 제어부(130)는 인에이블 신호(EN)에 기초하여, ADC(120)로부터 출력되는 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호의 피크(peak) 값을 검출하고 검출된 ECG 신호의 피크 값에 기초하여 조절된 이득 증폭 값을 증폭부(110)로 출력할 수 있다.

그러면, 증폭부(110)는 자동이득 제어부(130)로부터 출력되는 이득 증폭 값에 기초하여 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호들(ECG1)에 대한 이득을 조절할 수 있게 된다.

측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호들(ECG1)의 이득이 조절되는 경우, 조절된 이득 증폭 값이 적용되도록 소정의 시간을 카운트하기 위해 자동이득 제어부(130)는 타이머(미도시)를 구비할 수 있다.

이때, 타이머(미도시)가 카운팅 동작을 수행하는 동안, 자동이득 제어부(130)는 ADC(120)로부터 출력되는 ECG 신호들에 대한 이득 증폭 값을 조절하는 동작을 수행하는 대신, 이전에 조절된 동일한 이득 증폭 값을 계속해서 출력할 수 있다.

DC 오프셋 산출부(140)는 ADC(120)로부터 출력되는 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호들의 DC 오프셋을 산출하며, 산출된 DC 오프셋을 출력할 수 있다.

이때, DC 오프셋 산출부(140)는 ECG 센서(10)의 초기 동작 시 ECG 신호의 DC 오프셋을 산출하여 출력한 이후, 수신되는 ECG 신호의 이득 증폭 값을 조절하기 위한 인에이블 신호(EN)를 자동이득 제어부(130)로 출력할 수 있다.

DAC(150)는 DC 오프셋 산출부(140)로부터 출력되는 DC 오프셋에 대한 디지털 아날로그 변환을 수행하고, 디지털 아날로그 변환된 DC 오프셋을 증폭부(110)로 출력할 수 있다. 그러면, 증폭부(110)는 디지털 아날로그 변환된 DC 오프셋에 기초하여 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호들(ECG1)의 DC 오프셋을 제거할 수 있게 된다.

즉, ADC(120)는 증폭부(110)로부터 출력되는 DC 오프셋이 제거되고 이득이 조절된 ECG 신호들(ECG2)을 디지털 신호 처리부(200)로 출력할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 아날로그 프론트 엔드의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 아날로그 프론트 엔드(100)는 측정 전극으로부터 제1 구간(Tcoarse) 동안 수신되는 ECG 신호(E1)의 DC 오프셋을 제거한 이후, 제2 구간(Tfine) 동안 수신되는 ECG 신호들(E2, E3, E4)의 DC 오프셋을 제거하는 동시에 이득 증폭 값을 조절할 수 있다.

이때, 제1 구간(Tcoarse) 및 제2 구간(Tfine)은 동일한 시간을 나타내는 구간일 수 있다. 다만, 제1 구간(Tcoarse)은 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호의 DC 오프셋을 제거하기 위한 구간을 의미하고, 제2 구간(Tfine)은 DC 오프셋이 한 차례 제거된 이후 수신되는 ECG 신호의 DC 오프셋을 제거하는 동시에 이득 증폭 값을 조절하기 위한 구간을 의미한다.

DC 오프셋 산출부(140)는 제1 구간(Tcoarse) 동안 수신되는 ECG 신호(E1)의 DC 오프셋을 산출하고, 산출된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 DAC(150)로 출력할 수 있다.

다음으로, DC 오프셋 산출부(140)는 제2 구간(Tfine) 동안 수신되는 ECG 신호들(E2)의 평균값을 산출하고, 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하며, 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 범위(offset_L 내지 offset_H) 내에 포함되는지 여부를 판단할 수 있다.

DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 범위(offset_L 내지 offset_H) 내에 포함되지 않는 경우 ECG 신호(E2)에 대하여 감소 또는 증가된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 DAC(150)로 출력할 수 있다.

이때, 제2 구간(Tfine) 동안에는 수신되는 ECG 신호들의 평균값에 대해 DC 오프셋이 산출되며, 제2 구간(Tfine) 동안 수신되는 ECG 신호들에 대하여 산출된 DC 오프셋 값은 제1 구간(Tcoarse) 동안 수신되는 ECG 신호에 대하여 산출된 DC 오프셋 값에 비해 더 작은 값으로 산출될 수 있다.

즉, 제1 구간(Tcoarse)에서 산출된 DC 오프셋에 기초하여 제2 구간(Tfine) 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋이 제거된 이후, DC 오프셋 산출부(140)는 ECG 신호들(E2_1)의 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하여 출력하고, 자동이득 제어부(130)는 ECG 신호들(E2_1)에 대하여 조절된 이득 증폭 값을 출력할 수 있다.

이때, 자동이득 제어부(130)는 ECG 신호(E2_1)의 피크 값이 제2 기준 범위(IR) 내에 포함되는지 여부를 판단하고, 판단 결과에 기초하여 ECG 신호(E2_1)에 대하여 감소 또는 증가된 이득 증폭 값에 대응하는 비트 값을 증폭부(110)로 출력할 수 있다.

자동이득 제어부(130)는 ECG 신호(E2_1)의 피크 값이 제1 기준 값(min_level) 이하인 경우 이득 증폭 값을 증가시키기 위한 비트 값을 증폭부(110)로 출력하고, 이득이 증가된 ECG 신호(E2_2)가 디지털 신호 처리부(200)로 출력될 수 있다.

또한, 자동이득 제어부(130)는 ECG 신호(E3_1)의 피크 값이 제2 기준 값(max_level) 이상인 경우 이득 증폭 값을 감소시키기 위한 비트 값을 증폭부(110)로 출력하고, 이득이 감소된 ECG 신호(E3_2)가 디지털 신호 처리부(200)로 출력될 수 있다.

즉, 각각의 제2 구간(Tfine) 동안 상기 과정을 반복적으로 수행하게 되면, ECG 신호(E4)에 나타난 바와 같이, DC 오프셋이 제1 기준 범위(offset_L 내지 offset_H) 내에 포함되는 동시에 ECG 신호(E4)의 피크 값은 제2 기준 범위(IR) 내에 포함될 수 있다.

따라서, 측정된 ECG 신호의 크기가 원하는 범위 내에서 유지될 수 있으며, 사용자는 더욱 정확한 정보를 파악할 수 있게 된다.

도 4는 도 2에 도시된 DC 오프셋 산출부의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. ECG 센서(10)가 동작되어 ADC(120)로부터 ECG 신호들이 수신되는 경우, DC 오프셋 산출부(140)는 도 4에 도시된 방법을 수행할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, DC 오프셋 산출부(140)는 제1 구간(Tcoarse) 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 산출하고(S401), 산출된 DC 오프셋을 DAC(150)로 출력한다(S402).

DC 오프셋 산출부(140)는 제2 구간(Tfine) 동안 수신되는 ECG 신호들의 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하고(S403), 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 값(offset_L) 이상인지 여부를 판단한다(S404).

DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 값(offset_L) 이하인 경우, ECG 신호들의 평균값에 대하여 증가된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 DAC(150)로 출력한다(S405). S404 단계에서의 판단 결과, 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 값(offset_L) 이상인 경우 DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제2 기준 값(offset_H) 이하인지 여부를 판단한다(S406).

DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제2 기준 값(offset_H) 이상인 경우, ECG 신호들의 평균값에 대하여 감소된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 DAC(150)로 출력한다(S407). S406 단계에서의 판단 결과, 산출된 DC 오프셋이 제2 기준 값(offset_H) 이하인 경우 DC 오프셋 산출부(140)는 ECG 신호들의 이득을 조절하기 위해 자동이득 제어부(130)로 인에이블 신호(EN)를 출력한다(S408).

다음으로, DC 오프셋 산출부(140)는 제2 구간(Tfine) 동안 수신되는 ECG 신호들의 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하고(S409), 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 값(offset_L) 이상인지 여부를 판단한다(S410).

DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 값(offset_L) 이하인 경우, ECG 신호들의 평균값에 대하여 증가된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 DAC(150)로 출력한다(S411). S410 단계에서의 판단 결과, 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 값(offset_L) 이상인 경우 DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제2 기준 값(offset_H) 이하인지 여부를 판단한다(S412).

DC 오프셋 산출부(140)는 산출된 DC 오프셋이 제2 기준 값(offset_H) 이상인 경우, ECG 신호들의 평균값에 대하여 감소된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 DAC(150)로 출력한다(S413). S412 단계에서의 판단 결과, 산출된 DC 오프셋이 제2 기준 값(offset_H) 이하인 경우 DC 오프셋 산출부(140)는 다음 ECG 신호들에 대하여 S409 단계 내지 S412 단계를 수행할 수 있다.

도 4에 도시된 S401 단계 내지 S407 단계는 ECG 센서(10)의 초기 동작 시 수행되며, S409 단계 내지 S413 단계는 ECG 센서(10)의 초기 동작 이후에 반복적으로 수행될 수 있다.

또한, S401 단계 내지 S407 단계는 자동이득 제어부(130)에 의해 초기 설정된 이득 증폭 값에 기초하여 수행되고, S409 단계 내지 S413 단계는 자동이득 제어부(130)에 의해 이득 증폭 값이 조절되는 동시에 수행될 수 있다. 이때, S403 단계 내지 S407 단계에서 증폭부(110)에 적용되는 이득 증폭 값은, S409 단계 내지 S413 단계에서 증폭부(110)에 적용되는 이득 증폭 값보다 작은 값일 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 자동이득 제어부의 신호 처리 방법을 나타내는 흐름도이다. ECG 센서(10)가 동작되어 ADC(120)로부터 ECG 신호들이 수신되고 DC 오프셋 산출부(140)로부터 인에이블 신호(EN)가 입력되는 경우, 자동이득 제어부(130)는 도 5에 도시된 방법을 수행할 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 자동이득 제어부(130)는 초기 설정된 기준 이득 증폭 값을 증폭부(110)로 출력한다(S501).

자동이득 제어부(130)는 ADC(120)로부터 출력되는 ECG 신호의 피크 값을 검출하고(S502), 검출된 피크 값이 제1 기준 값(min_level) 이하인지 여부를 판단한다(S503).

자동이득 제어부(130)는 검출된 피크 값이 제1 기준 값(min_level) 이하인 경우, ECG 신호에 대하여 증가된 이득 증폭 값에 대응하는 비트 값을 증폭부(110)로 출력한다(S504).

S503 단계에서의 판단 결과, 검출된 피크 값이 제1 기준 값(min_level) 이상인 경우 자동이득 제어부(130)는 검출된 피크 값이 제2 기준 값(max_level) 이상인지 여부를 판단한다(S505).

자동이득 제어부(130)는 검출된 피크 값이 제2 기준 값(max_level) 이상인 경우, ECG 신호에 대하여 감소된 이득 증폭 값에 대응하는 비트 값을 증폭부(110)로 출력한다(S506).

S504 단계 및 S506 단계에서 조절된 이득 증폭 값을 아날로그 프론트 엔드(100)에 적용하기 위해, 자동이득 제어부(130)는 소정의 시간 정보에 기초하여 카운팅 동작을 수행할 수 있도록 타이머(미도시)로 제어 신호를 출력하고(S507), 소정의 시간이 지난 이후 타이머(미도시)를 리셋시킨다(S508).

이때, 자동이득 제어부(130)는 S502 단계 내지 S506 단계를 수행하는 대신에, S504 단계 또는 S506 단계에서 조절된 이득 증폭 값을 계속해서 증폭부(110)로 출력할 수 있게 된다.

본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.

또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: ECG 센서
20: 모바일 디바이스
100: 아날로그 프론트 엔드
110: 증폭부
120: ADC
130: 자동이득 제어부
140: DC 오프셋 산출부
150: DAC
200: DSP
300: RF 모듈

Claims

측정 전극으로부터 수신되는 ECG(electrocardiogram) 신호들의 DC 오프셋을 제거하고 이득 증폭 값을 조절하며, 상기 이득 증폭 값이 조절된 ECG 신호를 출력하는 아날로그 프론트 엔드(analog front end); 및
상기 아날로그 프론트 엔드로부터 출력되는 상기 ECG 신호를 소정의 알고리즘에 기초하여 분석하고 처리하여 정보를 검출하고, 상기 검출된 정보를 출력하는 디지털 신호 처리부를 포함하며,
상기 아날로그 프론트 엔드는,
상기 측정 전극으로부터 제1 구간 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거한 이후, 제2 구간 동안 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거하는 동시에 이득 증폭 값을 조절하는 ECG 센서.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 프론트 엔드는,
상기 측정 전극으로부터 ECG 신호를 수신하여 증폭하는 증폭부;
상기 증폭된 ECG 신호에 대한 아날로그 디지털 변환을 수행하고, 상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호를 출력하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호의 피크 값을 검출하고, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값에 기초하여 상기 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호의 이득 증폭 값을 조절하는 자동이득 제어부를 포함하는 ECG 센서.
제2항에 있어서, 상기 아날로그 프론트 엔드는,
상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호들의 평균값을 산출하고, 상기 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하며, 상기 산출된 DC 오프셋을 출력하는 DC 오프셋 산출부; 및
상기 출력되는 DC 오프셋에 대한 디지털 아날로그 변환을 수행하고, 상기 디지털 아날로그 변환된 DC 오프셋을 출력하는 디지털 아날로그 컨버터를 더 포함하며,
상기 증폭부는,
상기 디지털 아날로그 변환된 DC 오프셋에 기초하여 상기 측정 전극으로부터 수신되는 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거하는 ECG 센서.
제3항에 있어서, 상기 DC 오프셋 산출부는,
상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호들의 평균값에 대한 DC 오프셋을 산출하고, 상기 산출된 DC 오프셋이 제1 기준 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하는 ECG 센서.
제4항에 있어서, 상기 DC 오프셋 산출부는,
상기 판단 결과에 기초하여, 상기 산출된 DC 오프셋이 상기 제1 기준 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 ECG 신호에 대하여 감소 또는 증가된 DC 오프셋에 대응하는 비트 값을 상기 디지털 아날로그 컨버터로 출력하는 ECG 센서.
제2항에 있어서, 상기 자동이득 제어부는,
상기 아날로그 디지털 변환된 ECG 신호의 피크 값을 검출하고, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값이 제2 기준 범위 내에 포함되는지 여부를 판단하는 ECG 센서.
제6항에 있어서, 상기 자동이득 제어부는,
상기 판단 결과에 기초하여, 상기 검출된 ECG 신호의 피크 값이 상기 제2 기준 범위 내에 포함되지 않는 경우 상기 ECG 신호에 대하여 감소 또는 증가된 이득 증폭 값에 대응하는 비트 값을 상기 증폭부로 출력하는 ECG 센서.
제2항에 있어서, 상기 자동이득 제어부는,
상기 ECG 신호의 이득 증폭 값이 조절되는 경우, 상기 조절된 이득 증폭 값이 적용되기 위한 소정의 시간을 카운트하는 타이머를 포함하는 ECG 센서.
제1항에 있어서, 상기 ECG 센서는,
상기 디지털 신호 처리부로부터 출력되는 상기 검출 정보를 무선으로 송신하는 RF 모듈을 더 포함하는 ECG 센서.
측정 전극으로부터 제1 구간 동안 수신되는 ECG 신호의 DC 오프셋을 산출하고, 상기 산출된 DC 오프셋을 출력하는 단계;
상기 출력된 DC 오프셋에 기초하여 제2 구간 동안 수신되는 제1 ECG 신호들의 DC 오프셋을 제거하는 단계; 및
상기 제2 구간 동안 수신되는 제2 ECG 신호들의 DC 오프셋을 산출하여 출력하고, 상기 제2 ECG 신호들의 이득 증폭 값을 조절하여 상기 조절된 이득 증폭 값을 출력하는 단계를 포함하는 ECG 센서의 신호 처리 방법.