KR20190143335A - 임피던스 측정 장치 및 방법 - Google Patents

임피던스 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

임피던스 측정 장치 및 방법이 개시된다. 임피던스 측정 장치는 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신하는 커패시터, 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온(on) 또는 오프(off)시키기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기 및 제어 신호에 따라 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 스위치를 포함한다.

Description

임피던스 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING IMPEDENCE}
아래의 설명은 임피던스 측정 기술에 관한 것이다.
신체는 다양한 전기적 특성을 가지는 생체 조직으로 구성된다. 생체 조직은 전하를 운반할 수 있는 이온 등을 통하여 전도성을 가질 수 있다. 생체 조직은 부위에 따라 전도성이 다를 수 있으며, 근육과 같은 생체 조직은 전류가 흐르는 도체의 성격을 가지지만 뼈와 같은 생체 조직은 전류가 잘 흐르지 않는 부도체의 성격을 가진다. 생체 조직은 전기적으로 저항 특성을 가지거나 리액턴스 특성을 가질 수 있다. 생체 조직 중의 일부는 고주파 입력 신호를 옴 방식으로 전달하고, 다른 일부는 저주파 입력 신호를 커패시터 방식으로 전달한다. 이러한 생체 조직의 임피던스를 측정하기 위해 생체 조직에 미세한 교류 전류를 인가하고, 해당 교류 전류에 의한 교류 전압을 측정한다. 생체 조직에 인가한 교류 전류의 크기는 알고 있는 정보이므로 옴(ohm)의 법칙을 기반으로 위 측정된 교류 전압을 분석함으로써 생체 임피던스가 추정될 수 있다.
일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는, 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기(induced) 신호를 수신하는 커패시터, 상기 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온(on) 또는 오프(off)시키기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기 및 상기 제어 신호에 따라 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 상기 스위치를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되는 경우 상기 스위치를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 스위치를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기 제어기는 비교기를 포함하고, 상기 비교기는, 상기 유기 신호의 전압 값 및 상기 임계 범위를 정의하기 위한 제1 임계 전압 값 및 제2 임계 전압 값을 입력받고, 상기 유기 신호의 전압 값을 상기 제1 임계 전압 값 및 상기 제2 임계 전압 값 각각과 비교할 수 있다.
상기 스위치의 제1 단자(terminal)는 상기 커패시터에 연결되고, 상기 스위치의 제2 단자는 상기 기준 전압 값을 제공하는 단자에 연결될 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는, 상기 스위치 및 상기 커패시터가 연결된 노드로부터 전달되는 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 신호 처리기를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 처리기는, 상기 신호 처리기의 입력 단자에 전달되는 전압 신호의 위상을 조절하는 복조기(demodulator), 상기 복조기로부터 출력된 전압 신호에서 피크(peak)를 검출하는 피크 검출기 및 상기 검출된 피크에 기초하여 상기 피크 검출기로부터 출력된 전압 신호에 대해 로우패스 필터링을 수행하는 로우패스 필터를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리기는, 상기 노드와 상기 복조기사이에 위치하고, 상기 노드로부터 전달되는 전압 신호를 증폭시키는 증폭기를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 처리기는, 입력된 아날로그의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는, 상기 측정 대상에 미리 정의된 주파수의 전류를 공급하기 위한 전류원을 더 포함할 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는, 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호에 대해 하이패스 필터링을 수행하는 하이패스 필터를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는, 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신하는 커패시터, 상기 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호의 홀딩 여부를 제어하는 제어기 및 상기 제어 신호에 따라 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 상기 스위치를 포함한다.
상기 제어기는, 입력 신호에 반응하여 제어신호를 출력하고 일정 시간 구간 동안 입력 신호와 무관하게 출력된 제어 신호를 홀딩(holding)하는 제어 신호 조절기를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는, 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신하는 커패시터, 상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호의 홀딩 여부를 제어하는 제어기, 상기 제어 신호에 따라 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 상기 스위치 및 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는지를 기초로 상기 임계 범위를 결정하는 임계 범위 결정기를 포함한다.
상기 임계 범위 결정기는, 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 상기 임계 범위 외인 경우, 상기 임계 범위를 단위 간격만큼 증가시키고, 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 상기 증가된 임계 범위 내인지를 판단할 수 있다.
상기 임계 범위 결정기는, 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 제1 설정 범위 외인 경우, 상기 임계 범위를 증가시키고, 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 제2 설정 범위 내인 경우, 상기 임계 범위를 감소시킬 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는, 상기 스위치 및 상기 커패시터가 연결된 노드로부터 전달되는 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 신호 처리기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치에 의해 수행되는 임피던스 측정 방법은, 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 커패시터의 제1 단자를 통해 수신하는 단계, 상기 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부를 기초로 상기 커패시터의 제2 단자로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 설정할지 여부를 결정하는 단계 및 상기 결정된 결과에 따라 상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 출력하는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는, 상기 유기 신호의 전압 값과 상기 임계 범위를 비교하는 단계 및 상기 비교 결과에 따라 상기 커패시터의 제2 단자에 연결된 스위치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는, 상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되는 경우 상기 스위치를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력하고, 상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 스위치를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
상기 임피던스 측정 방법은 상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 신호 처리를 수행하는 단계는, 상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 증폭하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리를 수행하는 단계는, 상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호의 위상을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리를 수행하는 단계는, 상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에서 피크를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 신호 처리를 수행하는 단계는, 상기 검출된 피크에 기초하여 상기 피크 검출기로부터 출력된 전압 신호에 대해 로우패스 필터링을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 전류원의 입력 신호의 전류 값의 그래프이다.
도 3b는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 유기 신호의 전압 값과 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값의 그래프이다.
도 3c는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 증폭기로부터 출력된 전압 값의 그래프이다.
도 3d는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 신호 처리기와 관련된 신호들의 그래프이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 일 실시예에 따른 도 2 및 도 5에 도시된 신호 처리기가 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 경우의 실시예들을 도시하는 도면들이다.
도 8은 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 컨버터의 출력 신호의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9a는 도 6에 따른 임피던스 측정 장치의 일 실시예에 따른 동작을 도시한 순서도이다.
도 9b는 도 6에 따른 임피던스 측정 장치의 다른 실시예에 따른 동작을 도시한 순서도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 방법의 동작을 도시한 순서도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 스위치 제어 동작을 도시한 순서도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 "하나 이상의"를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 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.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 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, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 전체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 임피던스 측정 장치(100)는 신체(111)의 임피던스(또는 생체 임피던스)를 측정하기 위한 장치이다. 임피던스 측정 장치(100)는 신체(111)에 전류 신호를 인가하고, 신체(111)로부터 전압 신호를 측정할 수 있다. 위 인가된 전류 신호와 신체(111)의 임피던스에 의해 결정되는 특성을 이용하면 측정된 전압 신호를 분석함으로써 신체(111)의 임피던스가 추정될 수 있다. 추정된 임피던스에 기반하여 체지방 등의 생체 조직의 비율 등과 같은 신체(111)의 상태가 추정될 수 있다. 신체에 대한 임피던스의 측정은 X선 측정, 초음파 측정 또는 자기 공명을 이용한 측정보다 상대적으로 저렴하고 측정 시간이 짧다는 장점이 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 신체(111)에 접촉식 또는 비접촉식으로 부착된 제1 전극쌍을 통해 입력 전류를 신체(111)에 인가하고, 제2 전극쌍을 통해 유기 신호를 수신할 수 있다. 제2 전극쌍은 제1 전극쌍과 동일할 수도 있다. 예를 들어, 임피던스 측정 장치(100)는 오른팔과 왼팔에 부착된 제1 전극쌍을 통해 신체(111)에 전류를 인가하고, 같은 전극인 제1 전극쌍을 통하거나 별도로 오른팔과 왼팔에 부착된 제2 전극쌍을 통해 유기(induced) 신호를 수신할 수 있다. 제1 전극쌍 및 제2 전극쌍이 부착되는 신체 부위는 이에 한정되지 않으며 다양한 신체 부위에 제1 전극쌍과 제2 전극쌍이 부착될 수 있다. 여기서, 유기 신호는 인가된 전류에 반응하여 유기되는 전압을 측정함으로써 획득되는 신호를 의미한다. 유기 신호는 출력 신호 또는 측정 결과 신호로 지칭될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 전류원(101)에 의해 신체(111)로 인가된 전류에 관한 정보는 미리 알고 있는 정보이다. 예를 들어, 신체(111)에 인가된 전류의 크기, 주파수 및 파형에 관한 정보는 미리 정의된 정보일 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 유기 신호로부터 신체(111)에 인가된 전류에 의해 결정된 전압에 관한 정보를 획득할 수 있다. 미리 알고 있는 전류에 관한 정보와 유기 신호로부터 획득한 전압에 관한 정보를 기초로 신체(111)의 임피던스가 계산될 수 있다. 예를 들어, 옴(Ohm)의 법칙에 기반하여 전류의 크기 및 전압의 크기로부터 신체(111)의 임피던스가 계산될 수 있다. 인가된 전류의 피크(peak)가 나타나는 시간과 유기 신호에서 전압의 피크가 나타나는 시간 간의 차이에 기초하여 임피던스의 위상이 계산될 수 있다.
임피던스는 정적 성분과 동적 성분을 포함할 수 있다. 유기 신호에서 직류 성분을 포함한 정적 성분이 클 경우, 임피던스의 정적 성분의 비중도 커지게 된다. 예를 들어, 정적 성분 대비 동적 성분의 비는 1/10에서 1/100일 수 있다. 여기서, 동적 성분은 호흡 또는 자극 등에 반응한 변화에 대응되므로 관심 대상이며, 정적 성분은 자극에 상관없는 성분이므로 관심 대상이 아니다. 유기 신호의 동적 성분이 임피던스 측정에 필요한 부분이므로, 유기 신호의 정적 성분의 비중이 큰 경우 고해상도의 ADC(analog to digital converter)가 필요하다. 최대 입력 전압이 정해진 증폭기를 이용하는 경우, 유기 신호의 정적 성분에 의해 증폭기는 쉽게 포화 상태에 도달하게 되므로, 측정될 수 있는 임피던스는 제한될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 유기 신호에서 관심 대상이 아닌 정적 성분을 제거함으로써 관심 대상인 동적 성분에 대해서만 신호 처리를 수행할 수 있다. 이를 통하여 임피던스 측정 장치(100)는 포화를 일으키는 것 없이 보다 넓은 진폭이 큰 유기 신호에 대해서도 정상적으로 신호 처리를 수행할 수 있다.
아래 수학식 1을 통하여 임피던스 관점에서 살펴보면, 유기 신호에 포함된 임피던스 정보(Zsense)에서 일정한 양의 보상 임피던스(Zcomp)를 제거함으로써 보상된 임피던스 정보(Zsense _comp)를 획득할 수 있다. 보상된 임피던스 정보에서 기본 임피던스 정보(Z0) 대비 동적 성분에 해당하는 임피던스 정보(△Z)의 비는 현저하게 높아질 수 있다. 여기서, Z0 > Zcomp 이다.
Figure pat00001
이를 위하여, 임피던스 측정 장치(100)는 커패시터(103), 제어기(105) 및 스위치(107)를 포함한다. 커패시터(103)는 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신한다. 커패시터(103)는 유기 신호에서 직류 성분을 제거할 수 있다.
제어기(105)는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치(107)를 온(on) 또는 오프(off)시키기 위한 제어 신호를 출력한다. 제어기(105)는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는 경우 스위치(107)를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어기(105)는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 스위치(107)를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
스위치(107)는 제어 신호에 따라 커패시터(103)로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정한다. 스위치(107)의 일단은 기준 전압에 연결되므로, 제1 제어 신호에 대응하여 스위치(107)가 온이 되면 커패시터(103)로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값은 기준 전압 값으로 고정될 수 있다. 제2 제어 신호에 대응하여 스위치(107)가 오프가 되면 커패시터(103)로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값은 그 상태로 출력단에 전달될 수 있다.
실시예에 따라, 임피던스 측정 장치(100)는 전류원(101)을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)가 전류원(101)을 포함하는 경우, 임피던스 측정 장치(100)는 전류원(101)을 통하여 신체(111)에 입력 전류를 인가할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)가 전류원(101)을 포함하지 않는 경우, 외부의 전류원(101)을 통하여 신체(111)에 입력 전류가 인가되면, 임피던스 측정 장치(100)는 해당 입력 전류에 의해 유발되는 전압을 측정할 수 있다. 해당 실시예들에서, 입력 전류의 크기 및 파형에 관한 정보는 미리 알고 있는 정보이다.
임피던스 측정 장치(100)는 신호 처리기(109)를 더 포함할 수 있다. 신호 처리기(109)는 유기 신호의 증폭, 복조(demodulation), 피크 검출, 필터링(filtering), 아날로그-디지털 변환(analog to digital conversion), 또는 이들 중 어느 조합을 수행할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리기(109)는 유기 신호의 주파수 대역을 복조하거나, 유기 신호의 피크를 탐지하고 인가된 입력 전류의 피크와 비교하여 임피던스의 위상을 측정할 수 있다. 신호 처리기(109)는, 또한 필터링을 통한 신호 평탄화 처리나 디지털 신호 변환을 수행함으로써 임피던스의 측정을 위해 적절히 처리된 전압 값을 제공할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전체 임피던스(210)는 신체 임피던스(213), 전극 인터페이스 임피던스(211) 및 전극 인터페이스 임피던스(215)를 포함할 수 있다. 신체의 임피던스는 신체 임피던스(213)로 모델링될 수 있다. 신체 임피던스(213)는 다양한 모델 중의 하나로부터 선택될 수도 있고, 실험적으로 모델링될 수도 있다. 전류원(101)의 입력 전극과 유기 신호가 출력되는 출력 전극도 각각 임피던스 성분을 가질 수 있다. 전극 인터페이스 임피던스(211)는 전류원(101)의 입력 전극의 임피던스를 나타내며, 전극 인터페이스 임피던스(215)는 유기 신호가 출력되는 출력 전극을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 1의 임피던스 측정 장치(100)는 커패시터(103), 스위치(107) 및 제어기(105)를 포함할 수 있다. 제어기(105)는 비교기(217, 219)를 포함할 수 있다. 전류원(101)은 임피던스 측정 장치(100)에 포함될 수도 있고, 외부의 장치로서 존재할 수도 있다. 전류원(101)은 측정 대상에 미리 정의된 주파수의 전류를 공급할 수 있다.
전류원(101)은 신체에 입력 전류를 인가할 수 있다. 여기서 입력 전류는 주파수가 fIMP인 사인파일 수 있다. 입력 전류는 신체를 통과하여 유기 신호(Vsp, Vsn)로서 출력될 수 있다. 비교기(217, 219)는 유기 신호(Vsp, Vsn)의 전압 값 및 임계 범위를 정의하기 위한 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 입력받을 수 있다. 비교기(217, 219)의 임계 범위는 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정될 수 있다. 유기 신호(Vsp)는 비교기(217)에 입력될 수 있다. 비교기(217, 219)는 유기 신호(Vsp, Vsn)의 전압 값을 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl) 각각과 비교할 수 있다.
유기 신호(Vsp)가 Vth 및 Vtl 사이에 포함될 경우, 비교기(217)의 제어 신호(frstp)는 H(high)로 설정될 수 있다. 유기 신호(Vsp)가 Vth보다 크거나 Vtl보다 작을 경우, 비교기(217)의 제어 신호(frstp)는 L(low)로 설정될 수 있다. 여기서, H와 L은 논리값을 나타낼 수 있다. 유기 신호(Vsn)는 비교기(219)에 입력될 수 있다. 유기 신호(Vsn)가 Vth 및 Vtl 사이에 포함될 경우, 비교기(219)의 제어 신호 (frstp)는 H(high)로 설정될 수 있다. 유기 신호(Vsn)가 Vth보다 크거나 Vtl보다 작을 경우, 비교기(219)의 제어 신호(frstp)는 L(low)로 설정될 수 있다.
커패시터(103)는 차분 신호인 유기 신호(Vsp, Vsn) 각각에 대응하는 커패시터(221, 223)를 포함할 수 있다. 커패시터(221, 223)는 유기 신호(Vsp, Vsn) 각각으로부터 직류 성분를 제거하고 출력 신호(Vip, Vin)을 출력할 수 있다. 커패시터(221, 223)는 각각 기준 전압(Vcom)과 연결(231, 233)되므로 기준 전압(Vcom)은 출력 신호(Vip, Vin)의 중심값으로 설정될 수 있다. 여기서 기준 전압(Vcom)은 차분 신호의 공통 전압을 형성할 수 있다.
스위치(107)는 차분 신호인 유기 신호(Vsp, Vsn) 각각에 대응하는 스위치(225, 227)를 포함할 수 있다. 스위치(225, 227) 각각의 제1 단자(terminal)는 커패시터(221, 223)에 연결되고, 스위치(225, 227) 각각의 제2 단자는 기준 전압 값(Vcom)을 제공하는 기준 전압원에 연결될 수 있다. 스위치(225, 227)는 제어 신호(frstp)에 따라 온/오프로 설정될 수 있다. 제어 신호(frstp)가 H인 경우 스위치(225, 227)는 온으로 설정되고, 유기 신호(Vsp, Vsn)에 무관하게 출력 신호(Vip, Vin)는 기준 전압(Vcom)으로 고정될 수 있다. 제어 신호(frstp)가 L인 경우 스위치(225, 227)는 오프로 설정되고, 출력 신호(Vip, Vin)는 기준 전압 값(Vcom)을 중심으로 유기 신호(Vsp, Vsn)를 추종할 수 있다.
이와 같은 커패시터(103) 및 스위치(107)의 동작에 의해 유기 신호에 포함된 임피던스 성분 중에서 수학식 1의 Zcomp 만큼의 임피던스 성분이 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 임피던스 측정 장치(100)는 신호 처리기(109)를 더 포함할 수 있다. 신호 처리기(109)는 스위치(225, 227) 및 커패시터(221, 223)가 연결된 노드로부터 전달되는 전압 신호(Vip, Vin)에 대해 신호 처리를 수행할 수 있다. 신호 처리기(109)는 증폭기(241), 복조기(demodulator)(243), 피크 검출기(245) 및 로우패스 필터(247)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 신호 처리기(109)는 증폭기(241), 복조기(243), 피크 검출기(245) 및 로우패스 필터(247) 중, (a) 증폭기(241)만을 포함하거나, (b) 증폭기(241)와 증폭기(241)에 연결된 복조기(243)만을 포함하거나, (c) 증폭기(241)와 증폭기(241)에 연결된 피크 검출기(245)만을 포함하거나, (d) 증폭기(241), 증폭기(241)에 연결된 복조기(243) 및 복조기(243)에 연결된 로우패스 필터(247)만을 포함하거나, (e) 증폭기(241), 증폭기(241)에 연결된 피크 검출기(245) 및 피크 검출기(245)에 연결된 로우패스 필터(247)만을 포함하거나, 또는 (f) 도 2에 도시된 것과 같이 증폭기(241), 증폭기(241)에 연결된 복조기(243), 복조기(243)에 연결된 피크 검출기(245) 및 피크 검출기(245)에 연결된 로우패스 필터(247)를 모두 포함할 수 있다.
위 (f)의 실시예를 예로 들어 설명하면, 증폭기(241)는 출력 신호(Vip, Vin)를 증폭하여 출력 신호(Vmp, Vmn)를 출력할 수 있다. 증폭기(241)는 노드와 복조기(243) 사이에 위치하고, 노드로부터 전달되는 전압 신호(Vip, Vin)를 증폭시킬 수 있다. 복조기(243)는 전압 신호(Vmp, Vmn)를 복조하여 신호(Vop, Von)를 출력할 수 있다. 피크 검출기(245)는 복조기(243)로부터 출력된 전압 신호(Vop, Von)의 피크를 검출하여 신호(Vop _pd, Von _pd)를 출력할 수 있다. 로우패스 필터(247)는 신호(Vop _pd, Von_pd)에 대해 로우패스 필터링을 수행하여 신호(Vop _pd, Von _pd)를 평탄화할 수 있다. 로우패스 필터(247)는 검출된 피크에 기초하여 피크 검출기(245)로부터 출력된 전압 신호(Vop _pd, Von _pd)에 대해 로우패스 필터링을 수행할 수 있다. 로우패스 필터(247)는 평탄화된 출력 신호(Vop_lpf, Von_lpf)를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 신호 처리기(109)는 아날로그 디지털 컨버터(analog to digital converter; ADC)(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 아날로그 디지털 컨버터는 위 (a) 내지 (f)의 실시예에서 마지막 컴포넌트에 연결되어, 마지막 컴포넌트에서 출력된 아날로그의 전압 신호를 입력으로 하고, 입력된 아날로그의 전압 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 예를 들어, (f)의 실시예의 경우, 아날로그 디지털 컨버터는 로우패스 필터(247)로부터 출력된 아날로그의 전압 신호(Vop _ lpf, Von_lpf)에 대해 아날로그 디지털 변환을 수행하여 디지털 신호를 생성할 수 있다.
도 3a는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 전류원의 입력 신호의 전류 값의 그래프이다.
도 3a 내지 도 3d와 관련하여, 설명의 편의를 위해 차분 신호 중 일측(Vsp, Vip, Vmp, Vop, Vop _pd, Vop _ lpf)을 중심으로 설명된다. 이러한 설명은 차분 신호 중 다른 일측(Vsn, Vin, Vmn, Von, Von_pd, Von_lpf)에 대해서도 유사하게 적용될 수 있다.
전류원의 입력 신호는 주기적으로 변동하는 파형의 전류를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3a를 참조하면, 전류원의 입력 신호의 전류 Iapp는 사인파 형태일 수 있다. 여기서, Tpi는 전류가 피크에 도달하는 임의의 시점을 나타낼 수 있다.
도 3b는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 유기 신호의 전압 값과 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값의 그래프이다.
생체 조직은 부위에 따라 전도성이 다를 수 있으며 다양한 전기적 특성을 가지므로, 유기 신호는 전류원의 입력 신호(Iapp)와 상이한 크기 및 위상을 가질 수 있다. 전류원의 입력 신호(Iapp)가 신체를 통과하는 경우, 출력되는 유기 신호는 전류원의 입력 신호(Iapp)와 상이한 진폭 및 상이한 위상을 가질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 유기 신호(Vsp)가 도시된다. 전류원의 입력 신호를 변경함에 따라 점선으로 표시되는 제1 유기 신호와 실선으로 표시되는 제2 유기 신호가 도시된다. 제1 유기 신호 및 제2 유기 신호는 측정 대상의 영향으로 전류원의 입력 신호(Iapp)와 상이한 진폭 및 위상을 가진다. 유기 신호의 위상은 전류원의 입력 신호(Iapp)의 위상에 비해 지연될 수 있다. 예를 들어, 제1 유기 신호의 피크에 도달하는 시점인 Tpv는 전류원의 입력 신호(Iapp)의 피크에 도달하는 시점인 Tpi와 상이할 수 있다.
커패시터의 출력 신호(Vip)는 유기 신호(Vsp)에서 관심 대상이 아닌 정적 성분이 제거된 파형을 가질 수 있다. 커패시터와 스위치의 동작에 의해 출력 신호(Vip)는 관심 대상인 동적 성분만을 포함할 수 있다.
비교기는 유기 신호(Vsp)의 전압 값이 임계 범위(Vth, Vtl)에 포함되는 경우 스위치를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력할 수 있다. 제1 제어 신호에 대응하여 스위치가 온이 되면 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값은 기준 전압 값(Vcom)으로 고정될 수 있다. 비교기는 유기 신호(Vsp)의 전압 값이 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 스위치(107)를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력할 수 있다. 제2 제어 신호에 대응하여 스위치가 오프가 되면 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값은 그 상태로 출력단에 전달될 수 있다.
이러한 결과로서, 도 3b의 출력 신호(Vip)는, 유기 신호(Vsp)의 전압 값이 임계 범위(Vth, Vtl)에 포함되지 않는 경우 기준 전압(Vcom)을 중심으로 유기 신호(Vsp)를 추종하는 파형을 가지며, 유기 신호(Vsp)의 전압 값이 임계 범위(Vth, Vtl)에 포함되는 경우 기준 전압 값(Vcom)으로 고정된다.
도 3c는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 증폭기로부터 출력된 전압 값의 그래프이다.
커패시터의 출력 신호(Vip)는 증폭기에 입력될 수 있다. 출력 신호(Vip)에서 비관심 영역은 제거된 상태이므로, 커패시터 및 스위치에 의해 신호 처리가 수행되지 않은 경우에 비해 출력 신호(Vip)의 진폭 변화량은 상대적으로 작을 수 있다. 따라서, 증폭기의 동작 전압이 제한된 경우에도 출력 신호(Vip)는 증폭기의 동작 범위에 포함될 수 있다. 도 3c를 참조하면, 도 3b의 출력 신호(Vip)는 증폭기에 의해 증폭될 수 있다. 증폭기의 출력 신호(Vmp)의 진폭 변화량은 출력 신호(Vip)의 진폭 변화량보다 더 클 수 있다. 도 3c에서, 점선으로 표시되는 출력 신호(Vmp)는 도 3b의 점선으로 표시되는 제1 유기 신호에 대응될 수 있고, 실선으로 표시되는 출력 신호(Vmp)는 도 3b의 실선으로 표시되는 제2 유기 신호에 대응될 수 있다.
도 3d는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 신호 처리기와 관련된 신호들의 그래프이다.
복조기는 도 3c의 출력 신호(Vmp)의 위상을 조절할 수 있다. 복조기는 출력 신호(Vmp)에서 중심 전압 값보다 작은 파형을 반전시킬 수 있다. 복조기 의 출력 신호(Vop)는 중심 전압 값보다 큰 파형이 주기적으로 포함되는 파형일 수 있다.
피크 검출기는 출력 신호(Vop)의 피크를 검출할 수 있다. 피크가 검출되는 시각은 도 3b의 Tpv와 동일할 수 있다. 피크 검출기는 출력 신호(Vop)가 피크에 도달하는 시각과 피크값을 검출할 수 있다. 로우패스 필터는 피크 검출기의 출력 신호(Vop_pd)를 평탄화할 수 있다. 로우 패스 필터는 입력 신호 크기가 증가하면 증가하는 값을 따라가는 신호를 출력하고, 입력 신호 크기가 감소하면 이전의 최대 크기값으로부터 천천히 출력 크기가 감소하는 기능을 수행할 수 있다. 도 3d에는 로우패스 필터의 출력 신호(Vop _ lpf)가 도시된다. 이후, 아날로그 디지털 컨버터는 아날로그 신호인 출력 신호(Vop_lpf)를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
임피던스 측정 장치는 인가된 전류의 피크와 유기 신호의 전압의 피크를 기초로 임피던스의 위상을 계산할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 전류가 피크에 도달하는 시점인 Tpi와 유기 신호의 피크에 도달하는 시점인 Tpv의 차이값으로부터 임피던스의 위상을 계산할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 아래의 수학식 2를 기초로 임피던스의 위상을 계산할 수 있다.
Figure pat00002
△Ts는 전류원에서 공급하는 구형파 전류의 반주기를 나타낸다. Rph는 전류가 피크에 도달하는 시점인 Tpi와 유기 신호의 피크에 도달하는 시점인 Tpv의 차이값의 절대값을 △Ts로 나누어 계산될 수 있다. 여기서, Tpi = △Ts / 2 및 Tpv = △Tc이므로, Rph는 0.5 -△Tc /△Ts가 된다. 임피던스 측정 장치는 Rph가 0에 가까울수록 임피던스가 저항 성분에 가깝다고 판단하고, Rph가 0.5에 가까울수록 임피던스가 커패시터 성분에 가깝다고 판단할 수 있다. 여기서, △Tc 는 제1 유기 신호에 대응하는 제어 신호(frstp)의 단위 파형의 시간 △T1 또는 제2 유기 신호에 대응하는 제어 신호(frstp)의 단위 파형의 시간 △T2을 기초로 계산될 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치는 커패시터(403), 제어기 및 스위치(407)를 포함한다. 여기서, 커패시터(403)는 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신한다. 스위치(407)는 제어 신호에 따라 커패시터(403)로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정한다. 제어기는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 출력하고, 제어 신호의 홀딩 여부를 제어한다.
제어기는 비교기(411)을 포함할 수 있다. 비교기(411)는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다.
제어기는 제어 신호 조절기(413)를 포함할 수 있다. 제어 신호 조절기(413)는 입력 신호의 변화에 반응하여 출력하고 이후 일정시간 입력변화에 반응하지 않고 출력값을 유지할 수 있다. 이를 통하여, 제어 신호 조절기(413)는 피드백(Feedback)에 의한 오실레이션(oscillation)을 방지할 수 있다. 제어 신호 조절기(413)는 인버터 앤드 홀드 인버터(invert-and-hold inverter) 또는 액션 앤드 홀드 인버터(action-and-hold inverter)로 지칭될 수 있다.
임피던스 측정 장치는 전류원(401)을 더 포함할 수 있다. 전류원(401)은 미리 설정된 전류를 신체에 인가한다. 신체와 전극 인터페이스 임피던스를 포함하는 임피던스는 전체 임피던스 모델(410)로 표현될 수 있다.
임피던스 측정 장치는 신호 처리기를 더 포함할 수 있다. 신호 처리기는 피크 검출기(445) 또는 로우패스 필터(447)를 포함할 수 있다. 신호 처리기는 증폭기를 더 포함할 수 있으며 증폭기는 도 4의 위치(441)에 배치될 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치는 커패시터(103), 스위치(107), 제어기 및 하이패스 필터(501)를 포함할 수 있다. 전류원(101)은 임피던스 측정 장치(100)에 포함될 수도 있고, 외부의 장치로서 존재할 수도 있다.
측정 대상이 되는 신체 임피던스(213)는 전체 임피던스(210)에 포함될 수 있으며, 전체 임피던스(210)는 신체 임피던스(213), 전극 인터페이스 임피던스(211) 및 전극 인터페이스 임피던스(215)를 포함할 수 있다.
전류원(101)은 신체에 입력 전류를 인가할 수 있다. 여기서 입력 전류는 주파수가 fIMP인 사인파일 수 있다. 입력 전류는 신체를 통과하여 유기 신호를 출력할 수 있다. 유기 신호는 하이패스 필터(501)로 입력될 수 있다.
하이패스 필터(501)는 유기 신호에 대해 하이패스 필터링을 수행할 수 있다. 하이패스 필터(501)는 출력 신호(Vsp, Vsn)를 출력할 수 있다. 하이패스 필터(501)는 유기 신호에 포함된 저주파 노이즈를 제거할 수 있다. 이를 통하여 보다 정확한 임피던스 측정 결과가 도출될 수 있다.
커패시터(103)는 하이패스 필터(501)로부터 출력된 전압 신호를 수신할 수 있다. 커패시터(103)는 차분 신호인 출력 신호(Vsp, Vsn) 각각에 대응하는 커패시터(221, 223)를 포함할 수 있다. 커패시터(221, 223)는 출력 신호(Vsp, Vsn) 각각으로부터 직류 성분를 제거하고 출력 신호(Vip, Vin)을 출력할 수 있다.
제어기는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호(frstp)를 출력할 수 있다. 스위치(107)는 차분 신호인 출력 신호(Vsp, Vsn) 각각에 대응하는 스위치(225, 227)를 포함할 수 있다. 스위치(107)는 제어 신호(frstp)에 따라 커패시터(103)로부터 출력되는 전압 신호(Vip, Vin)의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정할 수 있다. 스위치(225, 227)는 제어 신호(frstp)에 따라 온/오프로 설정될 수 있다. 제어 신호(frstp)가 H인 경우 스위치(225, 227)는 온으로 설정되고, 출력 신호(Vsp, Vsn)에 무관하게 출력 신호(Vip, Vin)는 기준 전압(Vcom)으로 설정될 수 있다. 제어 신호(frstp)가 L인 경우 스위치(225, 227)는 오프로 설정되고, 출력 신호(Vip, Vin)는 기준 전압 값(Vcom)을 중심으로 출력 신호(Vsp, Vsn)를 추종할 수 있다.
일 실시예에서, 임피던스 측정 장치(100)는 도 2에서 설명한 것과 같은 신호 처리기(109)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 신호 처리기(109)는 증폭기(241), 복조기(243), 피크 검출기(245), 로우패스 필터(247), 아날로그 디지털 컨버터(미도시), 또는 이들 중 어느 조합을 포함할 수 있다. 신호 처리기(109)의 구조 및 동작에 대해서는 도 2에서 설명된 내용이 그대로 적용될 수 있으며, 중복되는 내용은 생략한다.
도 6은 다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치는 커패시터, 제어기, 스위치 및 임계 범위 결정기(601)를 포함할 수 있다. 커패시터는 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호(Vsp, Vsn)를 수신할 수 있다. 제어기는 유기 신호(Vsp, Vsn)의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호(frstp)를 출력할 수 있다.
임계 범위 결정기(601)는 출력 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는지를 기초로 임계 범위를 결정할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 출력 신호의 전압 값이 미리 설정된 조건을 만족하는지를 기초로 임계 범위를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 출력 신호는 커패시터로부터 출력되는 전압 신호(Vip, Vin)를 포함할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 커패시터로부터 출력되는 전압 신호(Vip, Vin)가 미리 설정된 조건을 만족하는지를 기초로 임계 범위를 결정할 수 있다. 임계 범위은 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 정의될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 임계 범위 결정기(601)는 신호 처리기를 더 포함할 수 있다. 신호 처리기는 스위치 및 커패시터가 연결된 노드로부터 전달되는 전압 신호(Vip, Vin)에 대해 신호 처리를 수행할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)에 입력되는 출력 신호는 신호 처리기로부터 출력되는 전압 신호(Vop _ lpf, Von _ lpf)를 포함할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 신호 처리기로부터 출력되는 전압 신호(Vop _ lpf, Von_lpf)가 미리 설정된 조건을 만족하는지를 기초로 임계 범위를 결정할 수 있다.
비교기(617, 619)는 유기 신호(Vsp, Vsn)의 전압 값 및 임계 범위를 정의하는 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 입력받을 수 있다. 비교기(617, 619)의 임계 범위는 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정될 수 있다. 비교기(617, 619)는 유기 신호(Vsp, Vsn)의 전압 값을 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl) 각각과 비교하고, 유기 신호(Vsp)가 Vth 및 Vtl 사이에 포함되는지 여부에 따라, 제어 신호(frstp)를 H(high) 또는 L(low)로 설정할 수 있다. 스위치는 제어 신호(frstp)에 따라 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 일 실시예에 따른 도 2 및 도 5에 도시된 신호 처리기가 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 경우의 실시예들을 도시하는 도면들이다.
도 7a를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 처리기(705)는 증폭기(241)와 증폭기(241)에 연결된 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(710)을 포함할 수 있다. 증폭기(241)는 입력된 신호를 증폭하여 증폭된 출력 신호(Vmp, Vmn)를 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(710)는 입력 신호인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 입력 신호에 대응하는 디지털 신호(ADCout)를 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(710)는, 예를 들어 신호 샘플링(signal sampling) 과정을 통해 일정한 시간 주기로 아날로그 신호에서 신호 값을 추출하고, 추출한 신호 값을 양자화(quantization) 과정을 통해 수치화(예, 이진화)할 수 있다. 도 7a의 실시예에서, 아날로그 디지털 컨버터(710)는 증폭기(241)로부터 출력된 출력 신호(Vmp, Vmn)를 디지털 변환한다.
도 7b를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 처리기(715)는 증폭기(241), 증폭기(241)에 연결된 복조기(243) 및 복조기(243)에 연결된 아날로그 디지털 컨버터(710)를 포함할 수 있다. 복조기(243)는 증폭기(241)로부터 출력된 출력 신호(Vmp, Vmn)를 복조하고, 복조된 신호(Vop, Von)를 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(710)는 복조기(243)로부터 출력된 신호(Vop, Von)를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호(ADCout)를 출력한다.
도 7c를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 처리기(725)는 증폭기(241), 증폭기(241)에 연결된 피크 검출기(245) 및 피크 검출기(245)에 연결된 아날로그 디지털 컨버터(710)를 포함할 수 있다. 피크 검출기(245)는 증폭기(241)로부터 출력된 출력 신호(Vmp, Vmn)에서 피크를 검출하여 신호(Vmp _pd, Vmn _pd)를 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(710)는 피크 검출기(245)로부터 출력된 신호(Vmp _pd, Vmn _pd)를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호(ADCout)를 출력한다.
도 7d를 참조하면, 일 실시예에 따른 신호 처리기(735)는 증폭기(241), 증폭기(241)에 연결된 복조기(243), 복조기(243)에 연결된 피크 검출기(245) 및 피크 검출기(245)에 연결된 아날로그 디지털 컨버터(710)를 포함할 수 있다. 복조기(243)는 증폭기(241)로부터 출력된 출력 신호(Vmp, Vmn)를 복조하고, 복조된 신호(Vop, Von)를 출력하고, 피크 검출기(245)는 복조기(243)로부터 출력된 출력 신호(Vop, Von)에서 피크를 검출하여 신호(Vop _pd, Von _pd)를 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(710)는 피크 검출기(245)로부터 출력된 신호(Vop _pd, Von _pd)를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호(ADCout)를 출력한다.
다른 실시예에 따르면, 도 7a 내지 도 7d의 각 실시예에서 아날로그 디지털 컨버터(710)의 입력단에 로우패스 필터가 존재할 수 있고, 이 경우 아날로그 디지털 컨버터(710)는 로우패스 필터에 의해 필터링된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 아날로그 디지털 컨버터의 출력 신호의 일례를 도시하는 도면이다.
도 8을 참조하면, 도 7a의 신호 처리기(705)에서 증폭기(241)로부터 출력된 출력 신호(Vmp)의 파형을 나타내는 그래프(810)와 아날로그 디지털 컨버터(710)로부터 출력된 출력 신호(ADCout)가 도시되어 있다. 일 실시예에서, 아날로그 디지털 컨버터(710)는 입력된 출력 신호(Vmp)에 신호 샘플링을 수행하여 일정한 주기로 출력 신호(Vmp)의 샘플링 신호 값(820)들을 추출하고, 신호 값(820)들을 이진화하여 디지털 신호를 생성할 수 있다. 생성된 디지털 신호로부터 디지털 신호의 피크 값(ADCout_peak)이 용이하게 추출될 수 있다.
도 9a는 도 6에 따른 임피던스 측정 장치의 일 실시예에 따른 동작을 도시한 순서도이다.
일 실시예에 따르면, 단계(901)에서, 임계 범위 결정기(601)는 임계 범위의 초기화를 수행할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 기준 전압(Vcom) 및 초기 전압 간격(alpha)을 이용하여 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)의 초기값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 기준 전압(Vcom)과 초기 전압 간격(alpha)을 더한 값을 제1 임계 전압 값(Vth)으로 설정하고, 기준 전압(Vcom)과 초기 전압 간격(alpha)을 뺀 값을 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정할 수 있다.
임계 범위 결정기(601)는 입력 신호를 처리하고, 출력 신호의 크기(Veval)를 미리 설정된 값(Vto)과 비교함으로써 제1 임계 전압 값(Vth) 또는 제2 임계 전압 값(Vtl)을 조정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단계(903)에서, 임계 범위 결정기(601)는 출력 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 입력된 신호를 처리하여 출력된 출력값(Veval)을 미리 설정된 값(Vto)과 비교할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 두 개의 출력 신호를 입력 받아 출력값(Veval)을 계산할 수도 있고, 하나의 출력 신호를 입력받아 출력값(Veval)을 계산할 수도 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)의 입력 신호는 로우패스 필터(247)의 출력 신호(Vop _ lpf, Von _ lpf), 피크 검출기(245)의 출력 신호(Vop_pd, Von _pd) 또는 도 2의 임의의 단계의 신호를 포함할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 출력값(Veval)을 도출하기 위해 스케일(scale)을 변경하는 등의 입력 신호에 대한 추가적인 처리를 수행할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)의 기능은 디지털 프로세서(digital processor)에 의해서도 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 출력 신호가 미리 설정된 조건을 만족하지 않는 경우, 단계(905)에서, 임계 범위 결정기(601)는 임계 범위를 증가시킬 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 제1 임계 전압 값(Vth), 제2 임계 전압 값(Vtl) 및 단위 전압 간격(LSB)을 이용하여 새로 테스트될 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 현재의 제1 임계 전압 값(Vth)과 단위 전압 간격(LSB)을 더한 값을 다음의 제1 임계 전압 값(Vth)으로 설정하고, 현재의 제2 임계 전압 값(Vtl)과 단위 전압 간격(LSB)을 뺀 값을 다음의 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정할 수 있다. 출력 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는 경우, 임계 범위 결정기(601)는 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)를 이용하여 임계 범위를 설정할 수 있다.
이처럼, 임계 범위 결정기(601)는 고정된 단위 전압 간격(LSB)을 이용하여 빠르게 임계 범위를 결정할 수 있다.
임계 범위 결정기(601)는 도 9a의 동작을 연속적으로 수행할 수도 있고 일정한 시간 간격으로 수행할 수도 있다. 도 9a 의 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 설정한 후 일정한 시간 구간 후에 다시 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 설정할 수도 있다. 임계 범위 결정기(601)는 출력값(Veval) 이 미리 설정된 값(Vto)을 초과하는 횟수에 기초하여 임계 범위 설정을 수행할지 여부를 결정할 수도 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 출력 값(Veval)이 미리 설정된 값(Vto)를 1회 초과한 경우 또는 일정한 횟수를 초과한 경우에 도 9a의 동작을 수행할 수도 있다.
도 9b는 도 6에 따른 임피던스 측정 장치의 다른 실시예에 따른 동작을 도시한 순서도이다.
일 실시예에 따르면, 단계(911)에서, 임계 범위 결정기(601)는 임계 범위의 초기화를 수행할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 기준 전압(Vcom) 및 초기 전압 간격(alpha)을 이용하여 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)의 초기값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 기준 전압(Vcom)과 초기 전압 간격(alpha)을 더한 값을 제1 임계 전압 값(Vth)으로 설정하고, 기준 전압(Vcom)과 초기 전압 간격(alpha)을 뺀 값을 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정할 수 있다. 초기 전압 간격(alpha)은 도 9a의 단위 전압 간격(LSB)일 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 카운트(i)를 0으로 초기화할 수 있다.
임계 범위 결정기(601)는 바이너리 가중 서치(binary weighted search) 방식으로 출력 신호가 임계 범위에 포함되도록 하는 최적의 임계 범위를 결정할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 고정 전압 간격(LSB) 대신 가변 전압 간격(MSB)를 이용하여 임계 범위를 결정할 수 있다. 가변 전압 간격(MSB)은 카운트(i)가 증가할수록 작게 설정될 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 가변 전압 간격(MSB)을 점점 작게 변경함으로써 보다 정밀하게 임계 범위를 결정할 수 있다.
예를 들어, i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB)은 i-1번째 가변 전압 간격(((i-1)-th) MSB)의 0.5배일 수 있다. 다만 이는 예시에 불과하며, i번째 가변 전압 간격과 i-1번째 가변 전압 간격의 비율은 0과 1 사이의 다양한 값으로 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(912)에서, 임계 범위 결정기(601)는 측정 상황(measurement status)인지를 판단한다. 측정 중인지를 판단하는 일례로, 측정값(Veval) 이 미리 설정된 기준 값(Vta) 보다 크면 측정 상황으로 판단되고, 측정값(Veval) 이 미리 설정된 기준 값(Vta) 보다 작으면 비측정 상황으로 판단될 수 있다. 여기서, 측정값(Veval)은 신호 처리기로부터 출력되는 전압 신호(Vop _ lpf, Von _ lpf)의 차이일 수 있다. 비측정 상황은 임피던스 측정 대상과 전극 인터페이스가 잘 결합되어 있지 않거나, 전극 인터페이스가 잘 결합되어 있어도 전류가 인가되지 않는 경우를 포함할 수 있다. 비측정 상황인 경우, 도 2의 비교기(105)에 입력되는 신호는 임계값 범위(Vth, Vtl) 내에 포함되고, 스위치(107)는 단락(short) 상태가 되고, 증폭기(241)의 입력값은 Vcom이 될 수 있다. 이에 따라, 측정값(Veval) 은 잡음 수준의 크기가 될 수 있다. 적절한 기준 값(Vta)을 설정을 함으로써 임계값 설정 변경 동작을 수행할지 여부가 판단될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(913) 및 단계(914)에서, 임계 범위 결정기(601)는 출력값(Veval)의 오버슈팅(overshooting) 여부 또는 언더슈팅(undershooting) 여부를 판단할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 임피던스 측정 장치의 출력 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는지 여부를 판단할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 출력 신호에 포함된 차분 신호의 차이값인 출력값(Veval)을 미리 설정된 값(Vtoh, Vtol)과 비교할 수 있다. 미리 설정된 값(Vtoh) 과 비교하여 출력값(Veval) 이 클 경우, 미리 설정된 값(Vtoh) 를 증가시키는 단계(916)를 수행함으로써 측정값(Veval)을 감소시킬 수 있다. 미리 설정된 값(Vtol) 과 비교하여 측정값(Veval) 이 작을 경우, 미리 설정된 값(Vtol) 를 감소시키는 단계(915)를 수행함으로써 출력값(Veval) 을 증가시킬 수 있다. 출력값(Veval) 이 상한값(Vtoh) 보다 작고 하한값(Vtol) 보다 큰 범위에 있을 때는 임계 범위가 적절하게 설정된 상황이므로 임계 범위의 결정을 종료할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(916)에서, 임계 범위 결정기(601)는 임계 범위를 증가시킬 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 제1 임계 전압 값(Vth), 제2 임계 전압 값(Vtl) 및 i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB)을 이용하여 새로 테스트될 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 현재의 제1 임계 전압 값(Vth)과 i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB)을 더한 값을 다음의 제1 임계 전압 값(Vth)으로 설정하고, 현재의 제2 임계 전압 값(Vtl)과 i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB)을 뺀 값을 다음의 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정할 수 있다. 단계(917)에서, 임계 범위 결정기(601)는 카운트(i)를 1 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(915)에서, 임계 범위 결정기(601)는 임계 범위를 감소시킬 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 제1 임계 전압 값(Vth), 제2 임계 전압 값(Vtl), i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB) 및 i-1번째 가변 전압 간격(((i-1)-th) MSB)을 이용하여 새로 테스트될 제1 임계 전압 값(Vth) 및 제2 임계 전압 값(Vtl)을 설정할 수 있다. 예를 들어, 임계 범위 결정기(601)는 i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB) 및 i-1번째 가변 전압 간격(((i-1)-th) MSB)의 차이 값을 현재의 제1 임계 전압 값(Vth)에서 뺀 결과 값을 다음의 제1 임계 전압 값(Vth)으로 설정할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 i번째 가변 전압 간격((i-th) MSB) 및 i-1번째 가변 전압 간격(((i-1)-th) MSB)의 차이 값을 현재의 제1 임계 전압 값(Vth)에서 더한 결과 값을 다음의 제2 임계 전압 값(Vtl)으로 설정할 수 있다. 단계(917)에서, 임계 범위 결정기(601)는 카운트(i)를 1 증가시킬 수 있다.
단계(918)에서, 임계 범위 결정기(601)는 카운트(i)가 제한 횟수(N) 보다 작은 경우 상기 임계값 결정 과정을 반복할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 카운트(i)를 기초로 종료 조건의 만족 여부를 결정할 수 있다. 임계 범위 결정기(601)는 카운트(i)를 제한 횟수(N) 미만으로 제한함으로써 무한 루프를 방지할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 방법의 동작을 도시한 순서도로서, 도 1 내지 도 9b에서 설명된 임피던스 측정 장치에 의해 수행되는 임피던스 측정 방법을 도시하는 순서도이다.
단계(1001)에서, 임피던스 측정 장치는 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 커패시터의 제1 단자를 통해 수신한다. 유기 신호는 측정 대상인 신체의 임피던스 특성을 포함할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 인가된 전류에 관한 정보를 유기 신호로부터 추출된 정보와 결합하여 신체의 임피던스를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(1003)에서, 임피던스 측정 장치는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부를 기초로 커패시터의 제2 단자 전압 값을 기준 전압 값으로 설정할지 여부를 결정한다. 커패시터는 유기 신호로부터 직류 성분을 제거할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는 경우, 해당 전압 값이 임피던스 측정에 불필요한 것으로 판단하고 기준 전압 값을 출력할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 해당 전압 값이 임피던스 측정에 필요한 것으로 판단하고 해당 전압 값을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 단계(1005)에서, 임피던스 측정 장치는 결정된 결과에 따라 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 출력한다. 임피던스 측정 장치는 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 커패시터의 제2 단자로부터 출력된 전압 신호에 대해 증폭, 위상 조절, 피크 검출, 평탄화 및 디지털 변환을 수행할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 인가된 전류에 관한 정보 및 디지털 변환된 출력 값을 이용하여 신체의 임피던스를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치는 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 증폭하거나, 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 증폭하거나, 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에서 피크를 검출하거나, 검출된 피크에 기초하여 피크 검출기로부터 출력된 전압 신호에 대해 로우패스 필터링을 수행할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 스위치 제어 동작을 도시한 순서도이다.
일 실시예에 따르면, 도 10의 단계(1003)는 단계(1101)과 단계(1103)을 포함할 수 있다. 단계(1101)에서, 임피던스 측정 장치는 커패시터의 제1 단자를 통해 수신한 유기 신호의 전압 값과 임계 범위를 비교할 수 있다.
단계(1103)에서, 임피던스 측정 장치는 비교 결과에 따라 커패시터의 제2 단자에 연결된 스위치를 제어할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는 경우, 스위치를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 스위치를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력할 수 있다.
스위치는 기준 전압원과 연결될 수 있다. 임피던스 측정 장치는 제1 제어 신호를 이용하여 스위치를 온시키고 기준 전압 값을 출력할 수 있다. 임피던스 측정 장치는 제2 제어 신호를 이용하여 스위치를 오프시키고 커패시터의 제2 단자로부터 출력되는 전압 신호를 출력할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 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. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 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 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.

Claims (24)

  1. 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신하는 커패시터;
    상기 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온(on) 또는 오프(off)시키기 위한 제어 신호를 출력하는 제어기; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 상기 스위치
    를 포함하는 임피던스 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되는 경우 상기 스위치를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 스위치를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력하는,
    임피던스 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 비교기를 포함하고,
    상기 비교기는,
    상기 유기 신호의 전압 값 및 상기 임계 범위를 정의하기 위한 제1 임계 전압 값 및 제2 임계 전압 값을 입력받고, 상기 유기 신호의 전압 값을 상기 제1 임계 전압 값 및 상기 제2 임계 전압 값 각각과 비교하는,
    임피던스 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스위치의 제1 단자(terminal)는 상기 커패시터에 연결되고, 상기 스위치의 제2 단자는 상기 기준 전압 값을 제공하는 단자에 연결된,
    임피던스 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 스위치 및 상기 커패시터가 연결된 노드로부터 전달되는 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 신호 처리기
    를 더 포함하는 임피던스 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호 처리기는,
    상기 신호 처리기의 입력 단자에 전달되는 전압 신호의 주파수 대역을 조절하는 복조기(demodulator);
    상기 복조기로부터 출력된 전압 신호에서 피크(peak)를 검출하는 피크 검출기; 및
    상기 검출된 피크에 기초하여 상기 피크 검출기로부터 출력된 전압 신호에 대해 로우패스 필터링을 수행하는 로우패스 필터
    를 포함하는 임피던스 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신호 처리기는, 상기 노드와 상기 복조기 사이에 위치하고, 상기 노드로부터 전달되는 전압 신호를 증폭시키는 증폭기
    를 더 포함하는 임피던스 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 신호 처리기는, 입력된 아날로그의 전압 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터
    를 더 포함하는 임피던스 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 측정 대상에 미리 정의된 주파수의 전류를 공급하기 위한 전류원
    을 더 포함하는 임피던스 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호에 대해 하이패스 필터링을 수행하는 하이패스 필터
    를 더 포함하는 임피던스 측정 장치.
  11. 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신하는 커패시터;
    상기 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호의 홀딩 여부를 제어하는 제어기; 및
    상기 제어 신호에 따라 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 상기 스위치
    를 포함하는 임피던스 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어기는,
    입력 신호에 반응하여 제어신호를 출력하고 일정 시간 구간 동안 입력 신호와 무관하게 출력된 제어 신호를 홀딩(holding)하는 제어 신호 조절기
    를 포함하는 임피던스 측정 장치.
  13. 측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 수신하는 커패시터;
    상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되는지 여부에 따라 스위치를 온 또는 오프시키기 위한 제어 신호를 출력하고, 상기 제어 신호의 홀딩 여부를 제어하는 제어기;
    상기 제어 신호에 따라 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 고정시킬지 여부를 결정하는 상기 스위치; 및
    상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 미리 설정된 조건을 만족하는지를 기초로 상기 임계 범위를 결정하는 임계 범위 결정기
    를 포함하는 임피던스 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 임계 범위 결정기는,
    상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 상기 임계 범위 외인 경우, 상기 임계 범위를 단위 간격만큼 증가시키고, 상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 상기 증가된 임계 범위 내인지를 판단하는,
    임피던스 측정 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 임계 범위 결정기는,
    상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 제1 설정 범위 외인 경우, 상기 임계 범위를 증가시키고,
    상기 커패시터로부터 출력되는 전압 신호가 제2 설정 범위 내인 경우, 상기 임계 범위를 감소시키는,
    임피던스 측정 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 스위치 및 상기 커패시터가 연결된 노드로부터 전달되는 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 신호 처리기
    를 더 포함하는 임피던스 측정 장치.
  17. 임피던스 측정 장치에 의해 수행되는 임피던스 측정 방법에 있어서,
    측정 대상의 임피던스에 의해 결정되는 유기 신호를 커패시터의 제1 단자를 통해 수신하는 단계;
    상기 유기 신호의 전압 값이 임계 범위에 포함되는지 여부를 기초로 상기 커패시터의 제2 단자로부터 출력되는 전압 신호의 전압 값을 기준 전압 값으로 설정할지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 결과에 따라 상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 임피던스 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 유기 신호의 전압 값과 상기 임계 범위를 비교하는 단계; 및
    상기 비교 결과에 따라 상기 커패시터의 제2 단자에 연결된 스위치를 제어하는 단계
    를 포함하는 임피던스 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되는 경우 상기 스위치를 온시키기 위한 제1 제어 신호를 출력하고,
    상기 유기 신호의 전압 값이 상기 임계 범위에 포함되지 않는 경우, 상기 스위치를 오프시키기 위한 제2 제어 신호를 출력하는,
    임피던스 측정 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 단계
    를 더 포함하는 임피던스 측정 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 신호 처리를 수행하는 단계는,
    상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호를 증폭하는 단계를 포함하는,
    임피던스 측정 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 신호 처리를 수행하는 단계는,
    상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호의 주파수 대역을 조절하는 단계를 포함하는,
    임피던스 측정 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 신호 처리를 수행하는 단계는,
    상기 커패시터의 제2 단자의 전압 신호에서 피크를 검출하는 단계를 포함하는,
    임피던스 측정 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 신호 처리를 수행하는 단계는,
    상기 검출된 피크에 기초하여 상기 피크 검출기로부터 출력된 전압 신호에 대해 로우패스 필터링을 수행하는 단계를 포함하는,
    임피던스 측정 방법.
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