KR20210111048A

KR20210111048A - 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법

Info

Publication number: KR20210111048A
Application number: KR1020200026087A
Authority: KR
Inventors: 이지훈; 박정민
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-09-10
Also published as: WO2021177701A1

Abstract

다양한 실시예들은 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치의 수신단 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다. 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 광을 출력하는 발광부, 상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부를 포함하는 수광부, 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로를 포함하고, 상기 처리 회로는, 상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기, 상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기, 및 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법{ELECTRONIC DEVICE FOR MEASURING BIO-SIGNAL USING LIGHT AND OPERATION MEHTOD THEREOF}

본 개시의 다양한 실시예들은 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.

최근 디지털 기술의 발달과 함께 사용자의 다양한 생체 신호를 측정할 수 있는 다양한 유형의 센서(예: 생체 센서) 또는 센서를 포함하는 전자 장치가 사용 및 개발되고 있다. 예를 들어, 센서를 이용하여 측정할 수 있는 생체 신호는, 예를 들면, 혈압/심박(HRM, heart rate measurement), 심박 변이도(HRV, heart rate variability), 광용적맥파(또는 광혈류측정)(PPG, photoplethysmography), 심전도(ECG, electrocardiograms), 및/또는 산소포화도(SpO₂, peripheral oxygen saturation)를 포함할 수 있다.

최근 사용자는 생체 센서를 포함하는 휴대용 스마트 기기(예: 전자 장치(electronic device), 웨어러블 장치(wearable device))를, 사용자의 헬스 케어(health care)를 위해 널리 사용하고 있다. 따라서, 사용자의 헬스 케어를 위해 제공하는 생체 신호가, 여러 요인(예: 노이즈(noise))으로 인해 부정확하게 측정되는 경우, 사용자에게 잘못된 생체 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 생체 신호는 온도, 습도, 및/또는 전자파와 같은 주변 환경과 사용자의 감정 상태와 같은 수많은 요인들에 의해 영향을 받을 수 있고 실시간으로 변화할 수 있다.

일 실시예에 따르면, PPG 센서는 빛(또는 광)을 이용하여 사용자의 심박수를 측정하는 센서일 수 있다. PPG 센서는, 빛을 발광하기 위한 발광부, 발광부에서 발광되어 반사된 빛을 검출하여 전기 에너지로 변환하기 위한 수광부, 수광부에서 출력되는 전기 에너지를 처리하는 프론트엔드(front-end) 모듈(예: AFE, analog front-end)을 포함하여 구성될 수 있다.

광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 기존 센서에서는, 발광부(예: LED, light-emitting diode)에서 직접적으로 수광부(예: PD, photodiode)로 입사되는 빛, 센서를 보호하는 유리에 반사되는 빛, 및/또는 혈관에 침투되지 못하고 피부에서 바로 반사되는 빛들이 센서의 수신단에서 DC(direct current) 성분으로 나타날 수 있다. 이러한 DC 성분은 센서의 수신단의 동작 범위(예: 다이나믹 레인지(dynamic range))를 제한하기 때문에 이를 제거 혹은 줄이기 위한 방법들이 프론트엔드 모듈에 적용되고 있다. 예를 들면, PI(perfusion index)는 AC(alternative current) 성분과 DC 성분의 비율을 나타낼 수 있으며, 이는 사람마다 다르며 피부 색깔에 따라서도 다를 수 있다. 일 예로, 중간 밝은 계열(예: 폰 류샨의 유채색표(Von Luschan’s chromatic scale)의 III타입(14-20)) 피부를 기준으로 측정 값이 약 0.1% 수준인 것을 가정하면, 예를 들면, AC 신호의 크기가 약 500uV 일 때 DC 신호의 크기는 약 500mV정도의 수준일 수 있다. 예를 들어, 센서의 수신단의 동작 범위가, 만약 약 1.0V라면, DC신호는 동작 범위의 50%로 제한하고 있다고 할 수 있다. 이는, 센서의 신호 대 잡음비(SNR, signal to noise ratio)를 높이기 위해 수신단의 이득(gain)을 높일 수 없는 이유가 되며, 이러한 이유로 DC 신호를 제거하기 위한 기술들이 프론트엔드 모듈에 제공하고 있다.

하지만, 기존 센서에 적용되는 기술은, 프론트엔드 모듈의 출력을 기반으로 하여 프로세서(예: MCU, micro controller unit)에서 프론트엔드 모듈의 디지털-아날로그 컨버터(D/A(digital-to-analog) converter)를 제어하여 DC를 제거하는 방식으로, 실시간 보상이 아니라는 점에서 한계를 가질 수 있다. 또한, 이는 최소 하나의 샘플 이상의 지연 시간을 가지고 있기 때문에, 급격한 DC의 변화에 대해서 효과적으로 제거해주기 어렵다.

예를 들면, 종래 기술에 따른 센서에서, DC 제거를 위한 종래 기술은, 프로세서가 D/A 컨버터를 제어하기 위한 피드백(feedback) 구조를 가지며, 이는 시스템의 복잡도를 높이고, 추가적인 소모 전류를 필요로 하며, 안정성이 저하될 수 있다. 일 예로, 기존 센서의 구조에서는 D/A 컨버터의 전류가 커질수록 노이즈가 증가하는 경향성을 가질 수 있다.

다양한 실시예들에서는, 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.

다양한 실시예들에서는, 센서의 수신단에 발생하는 DC 성분의 효율적인 제거가 가능한 센서의 새로운 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.

다양한 실시예들에서는, 적어도 2개의 채널로 구분하고, 적어도 2개의 채널로부터의 신호 간의 위상차를 반전(예: 약 180도)하여, 위상이 반대인 두 신호를 A/D 컨버터로 차동(differential) 입력하여, DC성분을 제거하고 AC 성분을 제공할 수 있는 센서의 수신단 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다..

다양한 실시예들에서는, 센서의 동작 간 스위칭에 기반하여 AC 성분 측정 또는 DC 성분 및 AC 성분 측정이 가능하도록 하여, 상황에 맞는 최적화된 신호를 획득하도록 할 수 있는 센서의 수신단 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 광을 출력하는 발광부, 상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부를 포함하는 수광부, 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로(processing circuitry)를 포함하고, 상기 처리 회로는, 상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기, 상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기, 및 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 디바이스(예: 전자 장치, 센서)의 프론트엔드(frond-end) 모듈은, 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제1 채널의 상기 광을 검출하는 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 변환 및 증폭하는 제1 증폭기, 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제2 채널의 상기 광을 검출하는 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 변환 및 증폭하는 제2 증폭기, 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하는 위상 변환기, 및 상기 제1 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제2 신호와, 상기 제2 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제4 신호의 위상이 반전된 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 생체 신호의 측정이 가능한 전자 장치의 동작 방법은, 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하는 동작, 상기 트리거가 제1 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작, 상기 트리거가 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작을 포함할 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 개시의 다양한 실시예들에서는, 상기 방법을 프로세서에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다.

본 개시의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 개시의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 개시의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

다양한 실시예들에 따른 전자 장치 및 그의 동작 방법에 따르면, 센서 수신단의 새로운 구조를 통해, 광을 이용한 생체 신호 측정 시에, 필연적으로 발생하는 DC 성분(예: DC 전압 성분)을 효과적으로 제거할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 피드백 로직(feedback logic)이 없는 상황에서 센서의 DC 성분을 실시간으로 빠르게 제거할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 기존 센서에서 DC 성분을 제거하면서 생기는 추가적인 노이즈가 없기 때문에 최대한의 SNR을 가지는 신호를 획득할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, DC 성분의 제거로 인해 센서 수신단의 이득(gain)을 최대한 높일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 센서를 이용하여 산소포화도(SpO₂)와 같이, DC 성분이 필요한 경우에는, 스위칭 동작을 통해 DC 성분도 함께 측정이 가능하도록 하여, 전자 장치에서 사용자에게 제공하고자 하는 서비스(또는 상황)에 따라 최적화된 생체 신호를 획득할 수 있다.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 전면의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 일 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈에 스위치를 구성하는 예를 도시하는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치회로 구성의 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치 회로 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면들이다.
도 16은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.

도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성 요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드(embedded)된 채 구현될 수 있다.

프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성 요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성 요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성 요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(volatile memory)(132)에 로드(load)하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(non-volatile memory)(134)에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치(CPU, central processing unit) 또는 어플리케이션 프로세서(AP, application processor)), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치(GPU, graphic processing unit), 이미지 시그널 프로세서(ISP, image signal processor), 센서 허브 프로세서(sensor hub processor), 또는 커뮤니케이션 프로세서(CP, communication processor))를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.

보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(inactive)(예: 슬립(sleep)) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(active)(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성 요소들 중 적어도 하나의 구성 요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))과 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.

메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.

프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(OS, operating system)(142), 미들웨어(middleware)(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.

입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성 요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)는, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.

음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커(speaker) 또는 리시버(receiver)를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.

표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서(pressure sensor))를 포함할 수 있다.

오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.

센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서(gesture sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 기압 센서(barometer sensor), 마그네틱 센서(magnetic sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 그립 센서(grip sensor), 근접 센서(proximity sensor), 컬러 센서(color sensor)(예: RGB(red, green, blue) 센서), IR(infrared) 센서, 생체 센서(biometric sensor), 온도 센서(temperature sensor), 습도 센서(humidity sensor), 또는 조도 센서(illuminance sensor)를 포함할 수 있다.

인터페이스(177)는 전자 장치(101)의 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜(protocol)들을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD(secure digital) 카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.

연결 단자(connection terminal)(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.

햅틱 모듈(haptic module)(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터(motor), 압전 소자(piezoelectric element), 또는 전기 자극 장치(electrical stimulation device)를 포함할 수 있다.

카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.

전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.

배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지(fuel cell)를 포함할 수 있다.

통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(198)(예: 블루투스, Wi-Fi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN(wide area network))와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다.

무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI, international mobile subscriber identity))를 이용하여 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.

안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC)가 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.

상기 구성 요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고, 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호 간에 교환할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104) 간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104 또는 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들(102, 104)에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들(102, 104)은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅(cloud computing), 분산 컴퓨팅(distributed computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅(client-server computing) 기술이 이용될 수 있다.

본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트 폰), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치(wearable device), 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치(101)는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.

본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.

본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", “A 또는 B 중 적어도 하나”, "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나" 및 “A, B, 또는 C 중 적어도 하나”와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성 요소를 다른 해당 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성 요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성 요소가 다른(예: 제2) 구성 요소에 "기능적으로” 또는 “통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성 요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.

본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware)로 구현된 유닛(unit)을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직(logic), 논리 블록(logic block), 부품(component), 또는 회로(circuit)의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.

본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101))에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들(instructions)을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러(compiler) 생성된 코드 또는 인터프리터(interpreter)에 의해 실행될 수 있는 코드(code)를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.

일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: CD-ROM, compact disc read only memory)의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어^TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.

다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 상기 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱(heuristic)하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

이하에서는, 다양한 실시예들에 따라, 광 센서를 포함하는 전자 장치(101)에 대한 예를 설명한다.

도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 전면의 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 전자 장치의 후면의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는, 제1 면(또는 전면)(210A), 제2 면(또는 후면)(210B), 및 제1 면(210A) 및 제2 면(210B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(210C)을 포함하는 하우징(210)과, 하우징(210)의 적어도 일부에 연결되고 전자 장치(101)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 또는 발목)에 탈착 가능하게 결착하도록 구성된 결착 부재(250, 260)를 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 하우징(210)은, 도 2의 제1 면(210A), 제2 면(210B), 및 측면(210C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 면(210A)은 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(201)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2 면(210B)은 실질적으로 불투명한 후면 플레이트(207)에 의하여 형성될 수 있다. 후면 플레이트(207)는, 예를 들어, 코팅 또는 착색된 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS, stainless steel), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 측면(210C)은, 전면 플레이트(201) 및 후면 플레이트(207)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조(또는 “측면 부재”)(206)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 후면 플레이트(207) 및 측면 베젤 구조(206)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 알루미늄과 같은 금속 물질)을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 결착 부재(250, 260)는 다양한 재질 및 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 결착 부재(250, 260)는 직조물, 가죽, 러버, 우레탄, 금속, 세라믹, 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 일체형 및 복수의 단위 링크가 서로 유동 가능하도록 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 디스플레이(220)(예: 도 1의 표시 장치(160))), 오디오 모듈(205, 208), 센서 모듈(211)(예: 도 1의 센서 모듈(176)), 키 입력 장치(202, 203, 204), 및 커넥터 홀(209) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)는, 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(202, 203, 204), 커넥터 홀(209), 또는 오디오 모듈(205, 208))를 생략하거나 다른 구성 요소를 추가적으로 포함할 수 있다.

디스플레이(220)는, 예를 들어, 전면 플레이트(201)의 상당 부분을 통하여 노출될 수 있다. 디스플레이(220)의 형태는, 상기 전면 플레이트(201)의 형태에 대응하는 형태일 수 있으며, 원형, 타원형, 또는 다각형과 같이 다양한 형태일 수 있다. 디스플레이(220)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 지문 센서와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다.

오디오 모듈(205, 208)은, 마이크 홀(205) 및 스피커 홀(208)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(205)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(208)은, 외부 스피커 및/또는 통화용 리시버로 사용할 수 있다. 어떤 실시예에서는 스피커 홀(208)과 마이크 홀(205)이 하나의 홀로 구현 되거나, 스피커 홀(208) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예: 피에조 스피커).

센서 모듈(211)은, 전자 장치(101)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(211)은, 예를 들어, 상기 하우징(210)의 제2 면(210B)에 배치된 생체 센서 모듈(예: HRM(heart rate measurement) 센서, PPG(photoplethysmography) 센서)을 포함할 수 있다. 전자 장치(101)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.

키 입력 장치(202, 203, 204)는, 하우징(210)의 제1 면(210A)에 배치되고 적어도 하나의 방향으로 회전 가능한 휠 키(202), 및/또는 하우징(210)의 측면(210C)에 배치된 사이드 키 버튼(202, 203)을 포함할 수 있다. 휠 키(202)는 전면 플레이트(202)의 형태에 대응하는 형태일 수 있다. 다른 실시예에서는, 전자 장치(101)는 상기 언급된 키 입력 장치(202, 203, 204)들 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함되지 않은 키 입력 장치(202, 203, 204)는 디스플레이(220) 상에 소프트 키와 같은 다른 형태로 구현될 수 있다.

커넥터 홀(209)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예: USB 커넥터)를 수용할 수 있고, 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 다른 커넥터 홀(미도시))을 포함할 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들면, 커넥터 홀(209)의 적어도 일부를 덮고, 커넥터 홀(209)에 대한 외부 이물질의 유입을 차단하는 커넥터 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.

결착 부재(250, 260)는 락킹 부재(251, 261)를 이용하여 하우징(210)의 적어도 일부 영역에 탈착 가능하도록 결착될 수 있다. 결착 부재(250, 260)는 고정 부재(252), 고정 부재 체결 홀(253), 밴드 가이드 부재(254), 밴드 고정 고리(255) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

고정 부재(252)는 하우징(210)과 결착 부재(250, 260)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목)에 고정시키도록 구성될 수 있다. 고정 부재 체결 홀(253)은 고정 부재(252)에 대응하여 하우징(210)과 결착 부재(250, 260)를 사용자의 신체 일부에 고정시킬 수 있다. 밴드 가이드 부재(254)는 고정 부재(252)가 고정 부재 체결 홀(253)과 체결 시 고정 부재(252)의 움직임 범위를 제한하도록 구성됨으로써, 결착 부재(250, 260)가 사용자의 신체 일부에 밀착하여 결착되도록 할 수 있다. 밴드 고정 고리(255)는 고정 부재(252)와 고정 부재 체결 홀(253)이 체결된 상태에서, 결착 부재(250, 260)의 움직임 범위를 제한할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 도시되지 않은 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)는 안테나, 지지 부재(예: 브라켓), 배터리, 인쇄 회로 기판, 및/또는 실링 부재를 포함할 수 있다. 지지 부재는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속(예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 지지 부재는, 일면에 디스플레이(220)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판이 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판에는, 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120)), 메모리(예: 도 1의 메모리(130)), 및/또는 인터페이스(예: 도 1의 인터페이스(177))가 장착될 수 있다.

프로세서는, 예를 들어, MCU(micro controller unit), 중앙처리장치(CPU, central processing unit), GPU(graphic processing unit), 센서 프로세서(sensor processor), 어플리케이션 프로세서(AP, application processor), 또는 커뮤니케이션 프로세서(CP, communication processor) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.

메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스), SD 카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(101)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.

배터리는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리는 전자 장치(101) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(101)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.

안테나는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는, 예를 들어, 외부 전자 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있고, 근거리 통신 신호 또는 결제 데이터를 포함하는 자기-기반 신호를 송출할 수 있다.

실링 부재는, 외부로부터 측면 베젤 구조와 후면 플레이트에 의해 둘러싸인 공간으로 유입되는 습기와 이물을 차단하도록 구성될 수 있다.

도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.

도 4는, 예를 들면, 전자 장치(101)의 하우징(210)의 제2 면(210B)에 센서 모듈(211)이 배치되는 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 4의 예시에서는, 센서 모듈(211)은 발광부(emitter)(410)와 수광부(receiver)(420)를 포함하는 광 센서(예: PPG 센서) 구조의 예를 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따라, 발광부(410)는 발광 다이오드(예: LED, light-emitting diode)와 같은 발광 소자(또는 반도체)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(420)는 포토 다이오드(PD, photodiode)(또는 광 다이오드)와 같은 빛 에너지(또는 빛)를 전기 에너지(또는 전기 신호)로 변환하는 수광 소자(또는 반도체)를 포함할 수 있다.

도 4의 예시에서는, 센서 모듈(211)이 하나의 발광부(410)와 8개의 수광부(420)를 포함하는 것을 예로 도시하였으나, 다양한 실시예들이 이에 제한하지 않는다. 예를 들면, 발광부(410)는 가운데 배치될 수 있고, 수광부(420)는 복수의 포토 다이오드로 구성되며 발광부(410)를 에워싸는 형태를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 8개의 수광부(420)는 센서 모듈(211)의 설계에 따라 적어도 2개의 채널(channel)(또는 전기적 경로)(예: 제1 채널, 제2 채널)을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 수광부(420)는 2개의 채널에 따른 2개의 그룹(예: 제1 그룹, 제2 그룹)으로 구분될 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(420)는 하나 또는 그 이상의 PD로 형성된 제1 그룹과, 나머지 PD로 형성된 제2 그룹으로 구분하고, 구분된 그룹에 따라 대응하는 채널을 통해 광을 수신하도록 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수광부(420)는 복수의 PD를 포함할 수 있고, 복수의 PD 중 일부를 제1 채널을 형성하도록 제1 그룹으로 설정할 수 있고, 나머지 일부를 DC 성분을 제거하기 위한 제2 채널을 형성하도록 제2 그룹으로 설정할 수 있다. 다양한 실시예들이 이에 제한되지 않으며, 어떤 실시예에서는 제1 채널, 제2 채널, 및 제3 채널과 같이 3개 이상의 채널을 형성하도록 구성될 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 수광부(420)는 제1 그룹과 제2 그룹의 PD의 개수를 동일하게 구성하거나, 또는 제1 그룹과 제2 그룹의 PD의 개수를 상이하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 제1 그룹과 제2 그룹 각각 4개의 PD로 구성하여 각 채널의 PD 개수를 동일하게 구성할 수 있다. 다른 예를 들면, 제1 그룹은 2개의 PD로 구성하고, 제2 그룹은 6개의 PD로 구성하여 각 채널의 PD 개수를 상이하게 구성할 수 있다. 일 실시예에 따라, 각 채널의 PD의 개수가 서로 다른 경우, 증폭기의 게인(gain)을 이용하여 각 채널에서의 DC(direct current) 레벨(level)을 보정할 수 있다. 수광부(420)의 동작과 관련하여 후술하는 도면들을 참조하여 설명된다.

도 5는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 도 5는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 생체 데이터 센싱을 수행하는 센서 모듈에 관련된 블록 구성의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 5의 예시에 따른 전자 장치(101)의 블록 구성은, 전자 장치(101) 자체(예: 센서(예: 광 센서) 또는 센서 모듈)이거나, 전자 장치(101) 내에 구비되는 센서 모듈의 구성에 대응할 수 있다.

도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 센싱부와 프로세싱부를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 센싱부는 센서 블록(sensor block)과 제어 블록(control block)으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 센서 블록은 신체에서 측정된 생체 신호를 받아들이는 역할(예: 센싱 동작)을 하고, 제어 블록은 센서 블록에서 받아들인 아날로그 신호를 디지털화(digitization) 하는 역할(예: 신호 변환 및/또는 처리)을 할 수 있다. 예를 들면, 센싱부는 발광부(510), 복수의 수광부(521, 523), 및 프론트엔드 모듈(front-end module)(530)(예: AFE(analog front-end))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세싱부는 프로세서(570)(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함할 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 생체 신호(bio-signal) 측정에 의한 서비스(또는 기능)를 제공하기 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 5의 예시에서 열거된 구성 요소들은 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 전자 장치(101)에서 센서를 이용하여 측정할 수 있는 생체 신호는, 예를 들면, 혈압/심박(HRM, heart rate measurement), 심박 변이도(HRV, heart rate variability), 광용적맥파(또는 광혈류측정)(PPG, photoplethysmography), 심전도(ECG, electrocardiograms), 및/또는 산소포화도(SpO₂, peripheral oxygen saturation)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 발광부(510)는 발광 다이오드(예: LED, light-emitting diode)와 같은 발광 소자(또는 반도체)로 구현될 수 있고, 지정된 광(예: LED 광)을 발광할 수 있다.

일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 포토 다이오드(PD, photodiode)(또는 광 다이오드)와 같은 빛 에너지(또는 빛)를 전기 에너지(또는 전기 신호)로 변환하는 수광 소자(또는 반도체)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 제1 채널(channel)(예: 전기적 경로)을 위한 제1 수광부(521)와, 제2 채널을 위한 제2 수광부(523)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수광부(521)와 제2 수광부(523) 각각은 하나 또는 그 이상의 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 채널의 제1 수광부(521)의 포토 다이오드 개수와 제2 채널의 제2 수광부(523)의 포토 다이오드 개수는 서로 같거나, 또는 서로 다를 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 발광부(510)에서 출력(또는 발광)되어 특정 객체(예: 사용자 피부)에 전달되어 반사된 빛(예: LED 광)(또는 신호)을 검출(또는 수신)할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 검출된 신호(예: 빛)를 전기적인 신호로 변환하여, 대응하는 채널에 기반하여 프론트엔드 모듈(530)로 전달할 수 있다.

일 실시예에 따라, 프론트엔드 모듈(530)은 수광부(521, 523)로부터 채널 별로 전기적 신호(예: 제1 신호, 제2 신호)를 수신하고, 대응하는 채널에 기반하여 신호를 처리하여 프로세서(570)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프론트엔드 모듈(530)은 수광부(521, 523)로부터 수신된 전기적 신호(예: 생체 신호)에 기반하여 센싱 기능(예: 생체 신호 측정)을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 센싱된 신호(예: AC(alternative current)+DC(direct current))를 처리(예: DC 성분 제거 또는 포함)하여, 프로세서(570)로 전달할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 프로세서(570)에 의한 처리에 앞서, 중간 주파수 신호(IF, intermediate frequency)에 대한 전처리 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 증폭기(541, 543), 위상 변환기(550), 및 아날로그-디지털 컨버터(A/D(analog-to-digital) converter)(560)를 포함할 수 있다. 하지만, 프론트엔드 모듈(530)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 프로세서(570)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 트랜스 임피던스 증폭기(TIA, trans-impedance amplifier)와 같은 연산 증폭기(operational amplifier)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 제1 채널을 위한 제1 TIA(541)와 제2 채널을 위한 제2 TIA(543)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 TIA(543)는 각각 대응하는 채널의 수광부(521, 523)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고, 수광부(521, 523)로부터 전달된 전류를 전압으로 변환 및 증폭을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(521)와 연결되고, 제1 채널에 따른 제1 전류를 제1 전압으로 변환 및 증폭된 제1 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(523)와 연결되고, 제2 채널에 따른 제2 전류를 제2 전압으로 변환 및 증폭된 제2 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 채널에 따른 제1 수광부(521)의 제1 신호(예: DC+AC)는 제1 TIA(541)를 거쳐 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 채널에 따른 제2 수광부(523)의 제2 신호(예: DC+AC)는 위상 변환기(550)를 통해 처리된 제3 신호(예: DC-AC)로 변환되어 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다.

일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 A/D 컨버터(560)에서 DC 성분을 제거(AC 성분만 추출)할 수 있도록 제2 신호(예: DC+AC)를 반전(또는 180도 위상 천이(phase shift))하여 제3 신호(예: DC-AC)를 생성하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 반전 증폭기(inverting amplifier)(551)와 필터(filter)(553)를 포함할 수 있다. 하지만, 위상 변환기(550)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 주어진 신호를 반전하여 A/D 컨버터(560)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)는 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호를 주어진 기준 전위점에 기반하여 반전하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 입력된 신호에 대해 정해진 증폭도로 신호를 반전하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)는 음(-) 전압은 양(+) 전압으로, 양 전압은 음 전압으로 신호의 모양은 유지하면서 증폭할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여 제2 신호를 제3 신호로 반전할 수 있다.

일 실시예에 따라, 필터(553)는 제2 TIA(543)의 제2 신호를 반전 증폭기(551)에서 반전하기 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 반전 증폭기(551)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(553)는 저역 통과 필터(LPF, low pass filter)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(553)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(551) 사이에서, 일단이 제2 TIA(543)와 연결되고, 타단이 반전 증폭기(551)(예: 반전 증폭기(551)의 제2 입력 포트)와 연결되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)는 반전 증폭기(551)를 통해 반전되는 신호(예: 제3 신호)에 대한 기준 전위(reference electric potential)를 정해주는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 필터(553)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 신호(예: 제2 신호)에서 지정된 신호(예: DC 성분)를 추출(또는 필터링)하여 제2 신호의 반전을 위한 참조 신호(또는 기준 값)로 반전 증폭기(551)에 제공할 수 있다.

일 실시예에 따라, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 반전 증폭기(551)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어 신호(예: 제1 신호와 제3 신호)의 차이를 디지털화(digitization)하는 역할을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제1 신호)와 제2 채널의 반전 증폭기(551)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제3 신호)의 차에 의해 생성된 제4 신호(예: DC 성분이 제거된 AC 성분)를 디지털화 하여 프로세서(570)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상이 서로 반대인 제1 채널의 제1 신호(예: DC+AC)와 제2 채널의 제3 신호(예: DC-AC)는 A/D 컨버터(560)의 차동(differential) 입력이 되어, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제3 신호 간의 차(예: (DC+AC)-(DC-AC)=2AC)에 의해 DC 성분은 제거되고, AC 성분만 출력할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호와 제3 신호가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호와 제3 신호에서 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다.

일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 전자 장치(101)의 구성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 프론트엔드 모듈(530)의 출력 신호에 기반하여 다양한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(570)는, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO₂)를 이용하여 대응하는 생체 신호에 관한 정보(예: 헬스 정보)를 계산하여 사용자에게 제공할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 일 예를 도시하는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 도 6은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 5에 대응하는 수광부(521, 523)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 6에서는, 광 센서의 수신단에서 발생하는 DC 성분을 효율적으로 제거하기 위한 센서 모듈의 수신단 구조의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 6의 예시에서 열거된 구성 요소는 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다.

도 6을 참조하면, 도 5를 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 전자 장치(101)의 수신단은 복수의 포토 다이오드(521, 523)(예: PD1(521), PD2(523))를 사용하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(521)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD1)와 제2 채널의 제2 수광부(523)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수광부(521)와 제2 수광부(523)는 각각 복수의 포토 다이오드를 포함할 수 있고, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 동일하게 또는 다르게 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 2개의 채널로 구분되는 각 수광부(521, 523)에 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고 각 수광부(521, 523)의 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하는 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))를 포함할 수 있다. 예를 들면, 증폭기(541, 543)는 제1 채널의 제1 수광부(521)의 신호를 처리하는 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 수광부(523)의 신호를 처리하는 제2 TIA(543)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항, 캐패시터)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(521)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(610)(또는 제1 출력)(예: OUT1=β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득(gain))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(610)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(523)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(620)(또는 제2 출력)(예: OUT2=β(DC+AC), β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(620)는 위상 변환기(550)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상 변환기(550)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(620)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여 제3 신호(630)(또는 제3 출력)(예: OUT3=β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(620)가 180도 위상차를 갖도록 반전하는 반전 증폭기(551)와 반전 증폭기(551)에서 제2 신호(620)의 DC 성분의 제거가 가능한 반전 중심을 DC 성분으로 잡아주기 위한 참조 신호(또는 기준 전위)를 제공하는 필터(553)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)는 LPF를 이용할 수 있다.

일 실시예에 따라, 제2 신호(620)는 위상 변환기(550)의 반전 증폭기(551)와 필터(553)(예: LPF)의 입력으로 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여 제2 신호(620)를 제3 신호(630)로 반전할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)의 제2 입력 포트에는 필터(553)와의 전기적 경로에 따라, 필터(553)의 기준 전위(예: β(DC))가 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)를 통과한 기준 전위는 특정 전압의 DC 성분(예: β(DC))을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-))가 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고, 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))가 필터(553)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 필터(553)의 기준 전위가 입력되는 경우, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호(620)에서 실질적으로 AC 성분을 반전하여 제3 신호(630)를 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 제1 기준 전위가 걸리는 경우, 제1 입력 포트로 입력된 제2 신호(620)(예: β(DC+AC))와 제2 입력 포트로 입력된 제1 기준 전위(예: β(DC))에 기반하여, 제2 신호(620)를 그라운드 기준이 아니라, 그라운드에서 일정 범위만큼 쉬프트(또는 뜬) 전위(예: 제2 신호(1220)의 입력 DC 성분에 대응) 상에서 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)는 그라운드를 기준으로 하지 않는 2점 사이의 전압을 정해진 증폭도로 증폭 및 반전하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 반전 증폭기(551)는 그라운드 기준에 따라 변화하지 않는 신호(또는 그라운드에서 떠 있는 신호)를 증폭할 수 있으며, 아래의 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 필터(553)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(551) 사이에 형성되어, 반전 증폭기(551)에서 제2 신호(620)의 반전을 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 반전 증폭기(551)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(553)는 반전 증폭기(551)를 통해 반전되는 신호(예: 제3 신호(630))에 대한 기준 전위(예: β(DC))를 반전 증폭기(551)에 입력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(620)(예: 출력 전압)에 기반하여 참조 신호(또는 기준 신호)(예: β(DC))를 생성할 수 있다. 반전 증폭기(551)는 필터(553)로부터 제공된 기준 전위에 따른 기준 전위점(예: 기준 전위점을 기준으로 한 전압)에 기반하여 제2 신호(620)의 위상을 반전하여 제3 신호(630)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)를 통해 처리된 제3 신호(630)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상이 반대인 두 신호는, 예를 들면, 제1 채널의 제1 신호(610)와 제2 채널의 제3 신호(630)는 A/D 컨버터(560)의 차동(differential) 입력으로 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 위상이 반대인 제1 신호(610)와 제3 신호(630)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제4 신호(640)(또는 제4 출력)(예: OUT4=2β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호(610)와 제3 신호(630)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(610)와 제3 신호(630)에서 공통으로 나타나는 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(610)의 (DC+AC)와 제3 신호(630)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기(541, 543)의 이득 상수 ‘β’가 곱해진(예: βx2AC) 제4 신호(640) ‘2β(AC)’를 획득할 수 있다.

도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 도 7은, 예를 들면, 도 6의 회로에 기반한 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 7에서, x축은 시간(time(s))을 나타낼 수 있고, y축은 DC 성분(component)을 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 7에 도시된 예시는, 도 6에 예시한 바와 같이, 2개의 TIA(541, 543), 1개의 반전 증폭기(551), 및 반전 증폭기(551)의 기준 값을 잡아주기 위한 필터(553)로 구성되는 회로에 기반한 시뮬레이션 결과의 예를 나타낼 수 있다.

도 7의 예시 701은, 각 수광부(521, 523)에서 출력되는 전류(예: PD 출력 전류(output current))를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 7에 예시된 회로 시뮬레이션에서는, 제1 수광부(521)(예: PD1)와 제2 수광부(523)(예: PD2)의 출력은 약 2Hz의 삼각파로 가정하고, DC의 크기는 약 5uA로 설정하고, AC의 크기는 약 10nApp으로 설정하며, 제1 TIA(541)와 제2 TIA(543)의 이득(β)이 약 25000으로 동일한 경우를 가정할 수 있다.

도 7의 예시 703은 제1 수광부(521)의 출력 전류가 제1 TIA(541)를 거쳐 전압으로 변환된 결과(예: 제1 TIA(541)의 출력으로, 예를 들면, 제1 신호(610)(예: OUT1=β(DC+AC))를 나타낼 수 있다. 예시 703에서, DC의 크기는 약 125mV이고, AC의 크기는 약 0.24mV를 나타낼 수 있다.

도 7의 예시 705는 제2 수광부(523)의 출력 전류가 제2 TIA(543)를 거쳐 전압으로 변환된 결과(예: 제2 TIA(543)의 출력으로, 예를 들면, 제2 신호(620)(예: OUT2=β(DC+AC))를 나타낼 수 있다. 예시 705에서, DC의 크기는 약 125mV이고, AC의 크기는 0.24mV를 나타낼 수 있다.

도 7의 예시 707은 제2 TIA(543)의 출력(예: 제2 신호)이 DC의 크기 약 125mV를 기준으로 반전(예: 180도 위상 천이)된 결과(예: 반전 증폭기(551)의 출력으로, 예를 들면, 제3 신호(630)(예: OUT3=β(DC-AC))를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)의 출력(예: 제3 신호(630))은 제2 TIA(543)의 반전 출력(예: -제2 신호)과 동일할 수 있다.

일 실시예에 따라, 도 7의 예시 705와 예시 707의 출력(예: 제2 신호(620)와 제3 신호(630))를 비교하면 동일한 DC(예: 약 125mV)를 기준으로 서로 반대의 위상(예: 180도 위상차)을 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 7의 예시 709는 예시 703의 제1 신호(예: 제1 TIA(541)의 출력)와 예시 707의 제3 신호(예: 반전 증폭기(551)의 출력)가 A/D 컨버터(560)로 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제3 신호 간의 차이, 예를 들면, A/D 컨버터(560)의 출력이 되는 신호(예: 제4 신호(640)(예: OUT4=2β(AC))를 나타낼 수 있다. 예시 709에 도시된 바와 같이, A/D 컨버터(560)의 출력(예: 제4 신호(640))에서 DC는 제거되어 거의 없는 수준(예: 약 -161nV)일 수 있고, AC의 크기는 약 0.48mV인 것을 확인할 수 있다.

도 7을 참조하여 살펴본 바와 같이, 도 6을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 회로 구현을 통해 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 출력이 되는 것을 시뮬레이션을 통해 검증할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 A/D 컨버터(560)를 통해 출력되는 제4 신호(예: AC 성분)에 기반하여 보다 정확한 생체 신호(예: PPG 신호)를 획득할 수 있고, 획득된 생체 신호를 이용하여 보다 정확한 센싱 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 DC 성분이 제거된 AC 성분에 기반하여 실제의 PPG를 계산할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 도 8은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 5 및/또는 도 6에 대응하는 수광부(821, 823)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 다른 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 8에서는, 광 센서의 수신단에서 발생하는 DC 성분을 효율적으로 제거하기 위한 센서 모듈의 수신단 구조의 다른 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 8에서는 각 채널의 수광부 각각이 복수의 포토 다이오드를 포함하고, 채널 간 포토 다이오드의 개수가 서로 다른 경우의 수신단 구조의 예를 나타낼 수 있다.

도 8을 참조하면, 도 8은 전자 장치(101)의 수신단에서 채널(예: 제1 채널, 제2 채널) 별로 복수의 포토 다이오드(821, 823)(예: PD1~PD6(821), PD7~PD8(823))를 사용하는 구조일 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 8에서는 수광부를 위한 포토 다이오드를 8개를 포함하고, 8개의 포토 다이오드를 각 채널 별로 다른 개수로 구별(또는 그룹)하여 운영하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(821)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD1~PD6)와 제2 채널의 제2 수광부(823)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD7, PD8)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 도 5를 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이 센싱부와 프로세싱부를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 센싱부는 센서 블록과 제어 블록으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 센서 블록은 신체에서 측정된 생체 신호를 받아들이는 역할(예: 센싱 동작)을 하고, 제어 블록은 센서 블록에서 받아들인 아날로그 신호를 디지털화 하는 역할(예: 신호 변환 및/또는 처리)을 할 수 있다. 예를 들면, 센싱부는 발광부(510), 복수의 수광부(821, 823), 및 프론트엔드 모듈(530)(예: AFE)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세싱부는 프로세서(570)(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함할 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO₂ 신호) 측정에 의한 서비스(또는 기능)를 제공하기 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 열거된 구성 요소들은 서로 작동적으로 또는 전기적으로 연결될 수 있으며, 수광부(821, 823)와 각 연산 증폭기(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543), 반전 증폭기(551))의 출력을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 5 및 도 6을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 채널의 제1 수광부(821)와 제2 채널의 제2 수광부(823) 각각을 복수의 포토 다이오드로 구성하고, 각 수광부(821, 823)의 포토 다이오드를 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결(예: 병렬 연결)할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 수광부(821, 823)의 출력 신호는 각 수광부(821, 823)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결된 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 각 채널에 대응하는 수광부(821, 823)의 포토 다이오드의 개수는 서로 동일하게 구성하거나, 또는 포토 다이오드의 개수를 서로 상이하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 8의 예시에서는, 제1 채널의 6개의 포토 다이오드(예: PD1, PD2, PD3, PD4, PD5, PD6)로 구성된 제1 수광부(821)와 제2 채널의 2개의 포토 다이오드(예: PD7, PD8)로 구성된 제2 수광부(823)와 같이, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 상이하게 구성하는 예를 나타낼 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 제1 채널과 제2 채널의 포토 다이오드의 개수는, 다양하게 구현될 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 수광부(821)는 6개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 6(DC+AC))를, 제1 채널의 제1 TIA(541)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 수광부(823)는 2개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 2(DC+AC))를, 제2 채널의 제2 TIA(543)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 각 채널의 수광부(821, 823)로부터 출력되는 아날로그 신호는 대응하는 채널의 각 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘6’, ‘2’)(또는 상수 인자)가 곱해질 수 있다.

일 실시예에 따라, 도 8의 예시와 같이 각 채널에 대응하는 수광부(821, 823)의 포토 다이오드의 개수가 서로 다른 경우(예: Ch1: 6개, Ch2: 2개), 제1 채널의 제1 TIA(541) 및/또는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 상이하게 조절하여 각 채널의 DC 레벨(level)이 동일하도록 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 다르게 설정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 채널에 할당되는 포토 다이오드의 개수에 기반하여(예: 반비례하여) 대응하는 TIA의 이득을 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 제2 TIA(543)의 이득은 제1 TIA(541)의 이득에 약 1/3배(예: Ch1: PD 6개 / Ch2: PD 2개)에 대응할 수 있으므로, 제1 TIA(541)의 이득에 약 3의 계수를 곱하여(예: Gain of TIA2 = 3 x Gain of TIA1)(또는 제2 TIA(543)의 이득을 조절하여), 각 채널의 DC 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들면, 각 채널에서의 DC 레벨은 증폭기(예: 제1 TIA(541) 및/또는 제2 TIA(543)) 이득을 이용하여 보정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(821)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 6(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(810)(또는 제1 출력)(예: OUT1=6β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 TIA(541)의 출력(예: 제1 신호(810))은, 제1 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘6’)와 제1 TIA(541)의 이득 1β가 곱해진 값(예: 6x1β=6β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(810)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(823)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 2(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(820)(또는 제2 출력)(예: OUT2=6β(DC+AC), ‘6β’은 PD 개수 2 x 이득 3β), 3β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 TIA(543)의 출력(예: 제2 신호(820))은, 제2 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘2’)와 제2 TIA(543)의 이득 3β가 곱해진 값(예: 2X3β=6β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(820)는 위상 변환기(550)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상 변환기(550)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(820)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여 제3 신호(830)(또는 제3 출력)(예: OUT3=6β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(820)가 제1 신호(810)와 180도 위상차를 갖도록 반전하기 위한 반전 증폭기(551)와 반전 증폭기(551)의 참조 신호를 제공하기 위한 필터(553)(예: LPF)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)를 통해 처리된 제3 신호(830)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상이 반대인 두 신호는, 예를 들면, 제1 채널의 제1 신호(810)와 제2 채널의 제3 신호(830)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력으로 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 위상이 반대인 제1 신호(810)와 제3 신호(830)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제4 신호(840)(또는 제4 출력)(예: OUT4=12β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호(810)와 제3 신호(830)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(810)와 제3 신호(830)에서 공통으로 나타나는 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(810)의 (DC+AC)와 제3 신호(830)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기의 이득 상수 ‘6β’가 곱해진(예: 6βx2AC) 제4 신호(840) ‘12β(AC)’를 획득할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 도 9는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 5 및/또는 도 6에 대응하는 수광부(921, 923)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 다른 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 9에서는, 광 센서의 수신단에서 발생하는 DC 성분을 효율적으로 제거하기 위한 센서 모듈의 수신단 구조의 다른 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 다르면, 도 9에서는 각 채널의 수광부 각각이 복수의 포토 다이오드를 포함하고, 채널 간 포토 다이오드의 개수가 서로 동일한 경우의 수신단 구조의 예를 나타낼 수 있다.

도 9를 참조하면, 도 9는 전자 장치(101)의 수신단에서 채널(예: 제1 채널, 제2 채널) 별로 복수의 포토 다이오드(921, 923)(예: PD1~PD4(921), PD5~PD8(923))를 사용하는 구조일 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 9에서는 수광부를 위한 포토 다이오드를 8개를 포함하고, 8개의 포토 다이오드를 각 채널 별로 동일한 개수로 구별(또는 그룹)하여 운영하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(921)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD1~PD4)와 제2 채널의 제2 수광부(923)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD5~PD8)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 9에서는 수광부(921, 923)와 각 연산 증폭기(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543), 반전 증폭기(551))의 출력을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 8을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 채널의 제1 수광부(921)와 제2 채널의 제2 수광부(923) 각각을 복수의 포토 다이오드로 구성하고, 각 수광부(921, 923)의 포토 다이오드를 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결(예: 병렬 연결)할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 수광부(921, 923)의 출력 신호는 각 수광부(921, 923)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결된 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 각 채널에 대응하는 수광부(921, 923)의 포토 다이오드의 개수는 서로 동일하게 구성하거나, 또는 포토 다이오드의 개수를 서로 상이하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 9의 예시에서는, 제1 채널의 4개의 포토 다이오드(예: PD1, PD2, PD3, PD4)로 구성된 제1 수광부(921)와 제2 채널의 4개의 포토 다이오드(예: PD5, PD6, PD7, PD8)로 구성된 제2 수광부(923)와 같이, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 동일하게 구성하는 예를 나타낼 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 제1 채널과 제2 채널의 포토 다이오드의 개수는, 다양하게 구현될 수 있다.

일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 수광부(921)는 4개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 4(DC+AC))를, 제1 채널의 제1 TIA(541)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 수광부(923)는 4개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 4(DC+AC))를, 제2 채널의 제2 TIA(543)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 각 채널의 수광부(921, 923)로부터 출력되는 아날로그 신호는 대응하는 채널의 각 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘4’)(또는 상수 인자)가 곱해질 수 있다.

일 실시예에 따라, 도 9의 예시와 같이 각 채널에 대응하는 수광부(921, 923)의 포토 다이오드의 개수가 서로 동일한 경우(예: Ch1: 4개, Ch2: 4개), 제1 채널의 제1 TIA(541) 및/또는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 동일하게 조절하여 각 채널의 DC 레벨이 동일하도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 동일하게 설정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 채널에 할당되는 포토 다이오드의 개수에 기반하여 대응하는 TIA의 이득이 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 제1 TIA(541)의 이득과 제2 TIA(543)의 이득은 약 1배(예: Ch1: PD 4개 / Ch2: PD 4개)에 대응할 수 있으므로, 제1 TIA(541)의 이득과 제2 TIA(543)의 이득은 동일(예: Gain of TIA1 = Gain of TIA2)하게 구성하여, 각 채널의 DC 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들면, 각 채널에서의 DC 레벨은 증폭기(예: 제1 TIA(541) 및/또는 제2 TIA(543)) 이득을 이용하여 보정할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(921)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 4(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(910)(또는 제1 출력)(예: OUT1=4β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 TIA(541)의 출력(예: 제1 신호(910))은, 제1 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘4’)와 제1 TIA(541)의 이득 1β가 곱해진 값(예: 4x1β=4β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(910)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(923)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 4(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(920)(또는 제2 출력)(예: OUT2=4β(DC+AC), β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 TIA(543)의 출력(예: 제2 신호(920))은, 제2 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘4’)와 제2 TIA(543)의 이득 1β가 곱해진 값(예: 4x1β=4β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(920)는 위상 변환기(550)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상 변환기(550)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(920)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여 제3 신호(930)(또는 제3 출력)(예: OUT3=4β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(920)가 제1 신호(910)와 180도 위상차를 갖도록 반전하기 위한 반전 증폭기(551)와 반전 증폭기(551)의 참조 신호를 제공하기 위한 필터(553)(예: LPF)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)를 통해 처리된 제3 신호(930)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상이 반대인 두 신호는, 예를 들면, 제1 채널의 제1 신호(910)와 제2 채널의 제3 신호(930)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력으로 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 위상이 반대인 제1 신호(910)와 제3 신호(930)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제4 신호(940)(또는 제4 출력)(예: OUT4=8β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호(910)와 제3 신호(930)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(910)와 제3 신호(930)에서 공통으로 나타나는 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(910)의 (DC+AC)와 제3 신호(930)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기의 이득 상수 ‘4β’가 곱해진(예: 4βx2AC) 제4 신호(940) ‘8β(AC)’를 획득할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 전술한 바와 같이 센서(예: PPG 센서)의 센싱 신호에서 DC 성분을 별도의 피드백 로직(feedback logic)이 없는 상황에서도 실시간으로 빠르게 DC 성분을 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기존 방식의 센서에서 DC 성분을 제거하면서 생기는 추가적인 노이즈(noise) 없이 DC 성분을 제거할 수 있다. 이를 통해, 수신된 신호의 증폭을 최대로 할 수 있으며, 결과적으로 SNR(signal-to-noise)을 최대한 확보할 수 있다. 예를 들면, 노이즈 없이 PPG 신호만을 최대로 증폭할 수 있으므로, 최대한의 SNR을 가지는 신호를 획득할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 최근에는 신체의 일부(예: 손목)에서의 산소포화도(SpO₂) 측정 기능을 제공하는 전자 장치(101)가 증가하고 있다. 일반적으로, 산소포화도는 다음의 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 산소포화도(SpO₂)는 센서의 발광부(예: 도 5의 발광부(510))에 적색 LED 및 적외선 LED를 포함할 수 있고, 수광부(예: 도 5의 수광부(521, 523))에서 포토 다이오드로 측정할 수 있다. 이와 같이, 센서부에서 측정된 신호는 AC 성분과 DC 성분으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따라, [수학식 2]에 따를 때, 적색과 적외선의 AC 및 DC 성분이 거의 같은 경우에 산소포화도는 거의 100%에 근접할 수 있지만, 다른 경우에는 그 값이 감소할 수 있다. [수학식 2]에서 알 수 있듯이, DC 성분도 하나의 정보일 수 있으며, 산소포화도 측정 시에는 DC 성분도 함께 고려될 필요가 있다. 일 실시예에 따르면, 본 개시에서는 전술한 바와 같이 제안된 수신단의 구조에서 스위치(switch)(또는 스위치 회로(switch circuitry))를 포함하여, DC 레벨을 함께 측정할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른 전자 장치(101)(예: 센서)에 따르면, PPG와 SpO₂를 동시에 측정할 수 있다.

이하에서, 아래 도 10, 도 11, 및 도 12를 참조하여 수신단에 스위치를 추가하여 DC 성분을 유지할 수 있는 구조에 대하여 설명한다. 일 실시예에 따르면, 스위치를 이용한 스위칭에 기반하여, 전자 장치(101)에서 DC 성분과 AC 성분이 포함된 신호에서, PPG 측정 시에는 AC만 추출하는 회로로 동작할 수 있고, SpO₂ 측정 시에는 DC 성분과 AC 성분을 추출하는 회로로 동작할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따르면, 스위치를 이용한 동작 간 스위칭을 통해 AC 성분 측정 또는 DC 성분 및 AC 성분 측정이 가능하며, 수신단 구조가 가변적이고, 상황에 맞는 최적화된 신호를 획득하여 제공할 수 있다.

도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 도 10은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 생체 데이터 센싱을 수행하는 센서 모듈에 관련된 블록 구성의 다른 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 10의 예시에 따른 전자 장치(101)의 블록 구성은, 스위칭 구조를 위한 위상 변환기(1050)의 구성을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 5를 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 발광부(510), 2개의 채널로 구분되는 복수의 수광부(521, 523), 프론트엔드 모듈(530)(예: AFE), 및 프로세서(570)(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함할 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO₂ 신호) 측정에 의한 서비스(또는 기능)를 제공하기 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 프론트엔드 모듈(530)은 수광부(521, 523)로부터 채널 별로 전기적 신호(예: 제1 신호, 제2 신호)를 수신하고, 대응하는 채널에 기반하여 신호를 처리하여 프로세서(570)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 센싱된 신호(예: AC+DC)를 처리(예: DC 성분 제거 또는 포함)하여, 프로세서(570)로 전달할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 증폭기(541, 543), 위상 변환기(1050), 및 A/D 컨버터(560)를 포함할 수 있다. 하지만, 프론트엔드 모듈(530)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 프로세서(570)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 채널에 따른 제1 수광부(521)의 제1 신호(예: DC+AC)는 제1 TIA(541)를 거쳐 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 채널에 따른 제2 수광부(523)의 제2 신호(예: DC+AC)는 위상 변환기(1050)를 통해 처리된 제3 신호(예: DC-AC) 또는 제4 신호(예: -(DC+AC))로 변환되어 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다.

일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 전자 장치(101)의 제1 상태(또는 제1 모드)에 따라, A/D 컨버터(560)에서 DC 성분을 제거(AC 성분만 추출)할 수 있도록 제2 신호(예: DC+AC)에서 실질적으로 AC 성분을 반전(또는 180도 위상 천이(phase shift))하여 제3 신호(예: DC-AC)를 생성하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태는 제1 서비스(또는 기능)를 위한 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 획득하도록 동작하는 상태를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 전자 장치(101)의 제2 상태(또는 제2 모드)에 따라, A/D 컨버터(560)에서 DC 성분과 AC 성분을 유지할 수 있도록 제2 신호(예: DC+AC)에서 실질적으로 DC 성분과 AC 성분을 반전하여 제4 신호(예: -(DC+AC))를 생성하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제2 상태는 제2 서비스(또는 기능)를 위한 제2 센서 데이터(예: SpO₂ 신호)를 획득하도록 동작하는 상태를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 반전 증폭기(1051), 필터(1053), 및 스위치(1055)(또는 스위치 회로(switch circuitry))를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 기준 전압(Vref, voltage reference)(또는 기준 회로(reference circuitry))를 포함하는 것으로 해석할 수 있다. 하지만, 위상 변환기(1050)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 주어진 신호를 주어진 기준 전위점에 기반하여 반전하여 A/D 컨버터(560)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호를 주어진 기준 전위점에 기반하여 반전하여, 제3 신호를 출력하거나, 또는 제4 신호를 출력하는 역할을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여, 제1 입력 포트로 입력된 제2 TIA(543)의 제2 신호를 제3 신호 또는 제4 신호로 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트는 스위치(1055)의 스위칭에 기반하여 필터(1053)와 제1 전기적 경로로 연결되거나, 기준 전압(Vref)(또는 기준 회로)과 제2 전기적 경로로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트에는 제1 전기적 경로에 따라, 필터(1053)의 제1 기준 전위가 입력되거나, 또는 제2 전기적 경로에 따라 기준 전압(Vref)(또는 기준 회로)의 제2 기준 전위가 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)를 통과한 제1 기준 전위는 특정 전압의 DC 성분을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위는 전류가 (거의) 흐르지 않을 수 있고, 그라운드(ground) 전위(예: 0V)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 전압(Vref) 회로 대신, 제2 전기적 경로를 그라운드와 접지하여 구현하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 필터(1053)는 제2 TIA(543)의 제2 신호를 반전 증폭기(1051)에서 반전하기 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위(예: 제1 기준 전위)를 반전 증폭기(1051)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(1053)는 LPF를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(1053)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(1051) 사이에서, 일단이 제2 TIA(543)와 연결되고, 타단이 반전 증폭기(1051)(예: 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트)와 연결되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)는 반전 증폭기(1051)를 통해 반전되는 신호(예: 제3 신호)에 대한 기준 전위(예: 제1 기준 전위)를 정해주는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 필터(1053)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 신호(예: 제2 신호)에서 지정된 신호(예: DC 성분)를 추출(또는 필터링)하여 제2 신호의 반전을 위한 참조 신호(또는 기준 값)로 반전 증폭기(1051)에 제공할 수 있다.

일 실시예에 따라, 스위치(1055)는 프로세서(570)의 제어에 기반하여 반전 증폭기(1051)의 전기적 경로를 스위칭 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 필터(1053)에 의한 제1 기준 전위를 반전 증폭기(1051)(예: 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트)에 입력하기 위한 제1 전기적 경로와 기준 전압(Vref)에 기반한 제2 기준 전위를 반전 증폭기(1051)(예: 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트)에 입력하기 위한 제2 전기적 경로 간의 스위칭 역할을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 전기적 경로(예: 제1 전기적 경로, 제2 전기적 경로)와 반전 증폭기(1051)의 연결을 위한 적어도 하나의 스위치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 스위치(1055)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 오픈(open)(또는 단선) 또는 쇼트(short)(또는 단락)를 위한 제1 스위치, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 오픈 또는 쇼트를 위한 제2 스위치와 같이 각 전기적 경로에 기반하여 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 반전 증폭기(1051)와 각 전기적 경로 사이에서, 제1 전기적 경로 및 제2 전기적 경로 중 하나에 선택적으로 연결(예: 오픈 또는 쇼트)하기 위한 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 반전 증폭기(1051)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어 신호(예: 제1 신호와 제3 신호, 또는 제1 신호와 제4 신호)의 차이를 디지털화하는 역할을 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제1 신호)와 제2 채널의 반전 증폭기(1051)로부터 AC 성분만 반전되어 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제3 신호)의 차에 의해 생성된 제5 신호(예: DC 성분이 제거된 AC 성분)를 디지털화 하여 프로세서(570)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상이 서로 반대인 제1 채널의 제1 신호(예: DC+AC)와 제2 채널의 제3 신호(예: DC-AC)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력이 되어, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제3 신호 간의 차(예: (DC+AC)-(DC-AC)=2AC)에 의해 DC 성분은 제거되고, AC 성분만 출력할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호와 제3 신호가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호와 제3 신호에서 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제1 신호)와 제2 채널의 반전 증폭기(1051)로부터 DC 성분과 AC 성분이 반전되어 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제4 신호)의 차에 의해 생성된 제6 신호(예: DC 성분과 AC 성분 포함)를 디지털화 하여 프로세서(570)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상이 서로 반대인 제1 채널의 제1 신호(예: DC+AC)와 제2 채널의 제4 신호(예: -(DC+AC))는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력이 되어, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제4 신호 간의 차(예: (DC+AC)-{-(DC+AC)}=2(DC+AC))에 의해 DC 성분과 AC 성분을 포함하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호와 제4 신호가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호와 제4 신호에서 DC 성분과 AC 성분을 포함하여 출력할 수 있다.

일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 전자 장치(101)의 구성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 프론트엔드 모듈(530)의 출력 신호에 기반하여 다양한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(570)는, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO₂)를 이용하여 대응하는 생체 신호에 관한 정보(예: 헬스 정보)를 계산하여 사용자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 제공하는 서비스(또는 기능)에 기반하여 대응하는 센서 데이터 획득을 위한 전기적 경로의 스위칭을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제1 서비스에 기반하여 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 사용하는 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 제1 센서 데이터를 위해 필터(1053)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 쇼트하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 오픈하는 스위칭을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 제1 서비스에 따른 정보(예: PPG 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제2 서비스에 기반하여 제2 센서 데이터(예: SpO₂ 신호)를 사용하는 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 제2 센서 데이터를 위해 기준 전압(Vref)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 오픈하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 쇼트하는 스위칭을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 제2 서비스에 따른 정보(예: SpO₂ 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈에 스위치를 구성하는 예를 도시하는 도면이다. 도 12는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치 회로 구성의 예를 도시하는 도면이다. 도 13은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치 회로 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 도 11은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 10에 대응하는 수광부(521, 523)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 11의 예시에 따른 전자 장치(101)의 구성 요소는, 스위칭 구조를 위한 위상 변환기(1050)의 구성을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 6 및 도 10을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 11을 참조하면, 도 10을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 전자 장치(101)의 수신단은 복수의 포토 다이오드(521, 523)(예: PD1(521), PD2(523))를 사용하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(521)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD1)와 제2 채널의 제2 수광부(523)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수광부(521)와 제2 수광부(523)는 각각 복수의 포토 다이오드를 포함할 수 있고, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 동일하게 또는 다르게 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(521)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(1110)(또는 제1 출력)(예: OUT1=β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(1110)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(523)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(1120)(또는 제2 출력)(예: OUT2=β(DC+AC), β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(1120)는 위상 변환기(1050)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 위상 변환기(1050)는 입력되는 기준 전위(예: 제1 기준 전위 또는 제2 기준 전위)에 기반하여 제2 TIA(543)의 제2 신호(1120)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여, 제3 신호(1130)(또는 제3 출력)(예: OUT3=β(DC-AC)) 또는 제4 신호(1140)(또는 제4 출력)(예: OUT4=-β(DC+AC))를 출력할 수 있다.

일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 반전 증폭기(1051)에 입력되는 기준 전위에 기반하여 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(1120)가 180도 위상차를 갖도록 반전하는 반전 증폭기(1051), 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 DC 성분의 제거가 가능한 반전 중심을 DC 성분으로 잡아주기 위한 참조 신호(또는 제1 기준 전위)를 제공하는 필터(1053), 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 DC 성분의 유지가 가능한 반전 중심을 잡아주기 위한 참조 신호(또는 제2 기준 전위)를 제공하는 기준 전압(Vref), 및 필터(1053)에 따른 제1 기준 전위 또는 기준 전압(Vref)에 따른 제2 기준 전위가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 전기적 경로를 스위칭 하는 스위치(1055)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)는 LPF를 이용할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여 제2 신호(1120)(예: β(DC+AC))를 제3 신호(1130)(예: OUT3=β(DC-AC)) 또는 제4 신호(1140)(예: OUT4=-β(DC+AC))로 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트는 스위치(1055)의 스위칭에 기반하여 필터(1053)와 제1 전기적 경로로 연결되거나, 기준 전압(Vref)과 제2 전기적 경로로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트에는 제1 전기적 경로에 따라, 필터(1053)의 제1 기준 전위(예: β(DC))가 입력되거나, 또는 제2 전기적 경로에 따라 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위(예: 0V)가 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)를 통과한 제1 기준 전위는 특정 전압의 DC 성분(예: β(DC))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위는 그라운드 전위(예: 0V)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 전압(Vref) 회로 대신, 제2 전기적 경로를 그라운드와 접지하여 구현하는 것을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 스위치(1055)를 통해 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로가 연결된 경우, 제2 신호(1120)가 필터(1053)에 의한 제1 기준 전위(예: β(DC))에 기반하여 AC 성분이 반전(또는 180도 위상 천이)된 제3 신호(1130)(예: β(DC-AC))를 A/D 컨버터(560)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 스위치(1055)를 통해 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로가 연결된 경우, 제2 신호(1120)가 기준 전압(Vref)에 의한 제2 기준 전위에 기반하여 반전된 제4 신호(예: -β(DC+AC))를 A/D 컨버터(560)로 출력할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-))가 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고, 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))가 필터(1053) 또는 기준 전압(Vref)과 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제1 전기적 경로의 연결에 따라, 필터(1053)의 제1 기준 전위(예: β(DC))가 입력되는 경우, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호(1120)에서 실질적으로 AC 성분을 반전하여 제3 신호(1130)(예: β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제1 기준 전위가 걸리는 경우, 제1 입력 포트로 입력된 제2 신호(1120)(예: β(DC+AC))와 제2 입력 포트로 입력된 제1 기준 전위(예: β(DC))에 기반하여, 제2 신호(1120)를 그라운드 기준이 아니라, 그라운드에서 일정 범위만큼 쉬프트(또는 뜬) 전위(예: 제2 신호(1120)의 입력 DC 성분에 대응) 상에서 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 그라운드를 기준으로 하지 않는 2점 사이의 전압을 정해진 증폭도로 증폭 및 반전하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 반전 증폭기(1051)는 그라운드 기준에 따라 변화하지 않는 신호(또는 그라운드에서 떠 있는 신호)를 증폭할 수 있다.

일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제2 전기적 경로의 연결에 따라 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위(예: 0V)가 입력되는 경우, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호(1120)를 반전하여 제4 신호(1140)(예: -β(DC+AC))를 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제2 기준 전위가 걸리는 경우, 제1 입력 포트로 입력된 제2 신호(1120)(예: β(DC+AC))를 그라운드 기준으로 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 그라운드를 기준으로 하는 2점 사이의 전압을 정해진 증폭도로 증폭 및 반전하여 출력할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 필터(1053)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(1051) 사이에 형성되어, 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 반전을 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 제1 기준 전위를 반전 증폭기(1051)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 전압(Vref)은 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 반전을 위한 중심을 그라운드로 잡아주기 위한 제2 기준 전위를 반전 증폭기(1051)로 제공할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로와 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로 중 하나가 선택적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)를 통해 처리된 제3 신호(1130) 또는 제4 신호(1140)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 전기적 경로(예: 제1 전기적 경로, 제2 전기적 경로)와 반전 증폭기(1051)의 연결을 위한 적어도 하나의 스위치로 구현될 수 있다.

예를 들면, 도 12의 예시로 도시된 바와 같이, 스위치(1055)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 오픈(open)(또는 단선) 또는 쇼트(short)(또는 단락)를 위한 제1 스위치(예: SW1), 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 오픈 또는 쇼트를 위한 제2 스위치(예: SW2)와 같이 각 전기적 경로에 기반하여 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(SW1, SW2)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 도 13의 예시로 도시된 바와 같이, 스위치(1055)는 반전 증폭기(1051)와 각 전기적 경로 사이에서, 제1 전기적 경로 및 제2 전기적 경로 중 하나에 선택적으로 연결(예: 오픈 또는 쇼트)하기 위한 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(SW)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 프로세서(570)의 제1 제어에 기반하여, 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 쇼트하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 오픈하도록 스위칭 할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 프로세서(570)의 제2 제어에 기반하여, 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 오픈하고 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 쇼트하도록 스위칭 할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 신호(1110)와 제2 채널의 제3 신호(1130) 또는 제4 신호(1140)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력으로 이용될 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제3 신호(1130)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제5 신호(1150)(또는 제5 출력)(예: OUT5=2β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 신호(1110)와 제3 신호(1130)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제3 신호(1130)에서 DC 성분이 제거된 AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)의 (DC+AC)와 제3 신호(1130)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기(541, 543)의 이득 상수 ‘β’가 곱해진(예: βx2AC) 제5 신호(1150) ‘2β(AC)’를 획득할 수 있다.

일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제4 신호(1140)에 기반하여, DC 성분과 AC 성분을 포함하는 제6 신호(1160)(또는 제6 출력)(예: OUT6=2β(DC+AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 신호(1110)와 제4 신호(1140)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제4 신호(1140)에서 DC 성분을 유지하여 DC 성분과 AC 성분을 모두 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)의 (DC+AC)와 제4 신호(1140)의 -(DC+AC)의 차이 ‘2(DC+AC)’에 증폭기(541, 543)의 이득 상수 ‘β’가 곱해진(예: βx2(DC+AC)) 제6 신호(1160) ‘2β(DC+AC)’를 획득할 수 있다.

도 14 및 도 15는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면들이다.

일 실시예에 따라, 도 14 및 도 15는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은 스위치(1055)를 포함(또는 적용)하는 전자 장치(101)의 구성에서 스위치(1055)의 스위칭에 기반하여 반전 증폭기(1051)에 입력되는 기준 전위에 따른 차이를 비교하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 14 및 도 15에서, x축은 시간(time(s))을 나타낼 수 있고, y축은 DC 성분을 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따라, 도 14의 예시는, 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 연결에 따라, 필터(1053)의 제2 기준 전위(예: 약 DC 250mV)가 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))에 인가되는 경우로, AC의 크기가 약 480uV로 나타나는 것을 확인할 수 있다.

일 실시예에 따라, 도 15의 예시는, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 연결에 따라, 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위(예: 약 DC 0V)가 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))에 인가되는 경우로, AC의 크기가 약 480uV로 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 스위치(1055)를 이용한 제1 기준 전위 또는 제2 기준 전위의 스위칭을 통해 기준 전위를 변경하더라도, 실질적으로 AC 성분의 크기가 대체적으로 동일한 수준을 가지는 것을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는, 광을 출력하는 발광부(예: 도 5 또는 도 10의 발광부(510)), 상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제1 수광부(521)) 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제2 수광부(523))를 포함하는 수광부, 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로(processing circuitry)(예: 도 5 또는 도 10의 프론트엔드 모듈(530))를 포함하고, 상기 처리 회로는, 상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제1 TIA(541)), 상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제2 TIA(543)), 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기(예: 도 5 또는 도 10의 위산 변환기(550, 1050)), 및 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터(예: 도 5 또는 도 10의 A/D 컨버터(560))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호로 처리하는 반전 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 반전 증폭기(551, 1051))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 반전 증폭기의 기준 값을 제공하는 필터(예: 도 5 또는 도 10의 필터(553, 1053))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부는, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하나 또는 그 이상의 수광 소자를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 수광부는 상기 제1 채널을 위한 복수의 제1 포토 다이오드(PD, photodiode)를 포함하고, 상기 제2 수광부는 상기 제2 채널을 위한 복수의 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일하거나, 또는 다르게 형성될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일한 경우, 상기 제1 증폭기와 제2 증폭기의 이득(gain)을 동일하게 설정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 다른 경우, 상기 제1 증폭기 또는 상기 제2 증폭기의 이득을 조정하여, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 DC 레벨이 동일하도록 설정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 A/D 컨버터는, 상기 제2 신호 및 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호를 차동 입력하여 DC 성분을 제거하고 상기 지정된 신호의 AC 성분을 출력할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, DC 성분 제거 또는 DC 성분 유지에 기반한 센서 데이터 측정에 기반하여, 전기적 경로를 스위칭 하기 위한 스위치 회로(switch circuitry)(예: 도 10의 스위치(1055))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 스위치 회로는, 상기 필터와 상기 반전 증폭기 사이의 제1 전기적 경로 또는 기준 회로와 상기 반전 증폭기 사이의 제2 전기적 경로를 선택적으로 형성하고, 상기 반전 증폭기로 상기 필터에 따른 기준 전위 또는 상기 기준 회로에 따른 기준 전위의 공급을 스위칭 하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 전자 장치(101)는, 프로세서(예: 도 5 또는 도 10의 프로세서(570))를 포함하고, 상기 프로세서는, 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하고, 제1 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하는 신호 처리 경로를 설정하고, 제2 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 포함하는 신호 처리 경로를 설정할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 제1 스위칭 제어에 기반하여, 상기 필터의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어하고, 상기 제2 스위칭 제어에 기반하여, 상기 기준 회로의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 디바이스(예: 전자 장치(101), 센서)의 프론트엔드(frond-end) 모듈(예: 도 5 또는 도 10의 프론트엔드 모듈(530))은, 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제1 채널의 상기 광을 검출하는 제1 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제1 수광부(521))와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 변환 및 증폭하는 제1 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제1 TIA(541)), 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제2 채널의 상기 광을 검출하는 제2 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제2 수광부(523)와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 변환 및 증폭하는 제2 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제2 TIA(543)), 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하는 위상 변환기(예: 도 5 또는 도 10의 위상 변환기(550, 1050)), 및 상기 제1 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제2 신호와, 상기 제2 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제4 신호의 위상이 반전된 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터(예: 도 5 또는 도 10의 A/D 컨버터(560))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호를 출력하는 반전 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 반전 증폭기(551, 1051)), 및 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호로부터 상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 필터(예: 도 5 또는 도 10의 필터(553, 1053)를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 기준 회로(예: 도 10의 기준 전압(Vref))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 반전 증폭기와 상기 필터 사이의 제1 전기적 경로 또는 상기 반전 증폭기와 상기 기준 회로 사이의 제2 전기적 경로에 의한 연결을 스위칭 하기 위한 스위치 회로(예: 도 10의 스위치(1055))를 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 반전 증폭기는, 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 출력 포트를 포함하고, 상기 제2 입력 포트는 상기 스위치 회로의 스위칭에 기반하여 상기 필터와 상기 제1 전기적 경로로 연결되거나, 또는 상기 기준 회로와 상기 제2 전기적 경로로 연결되고, 상기 제2 입력 포트에 걸리는 기준 전위에 기반하여 상기 제1 입력 포트로 입력된 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호의 반전을 처리하도록 할 수 있다.

이하에서는 다양한 실시예들의 전자 장치(101)의 동작 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다양한 실시예들에 따라, 이하에서 설명하는 전자 장치(101)에서 수행하는 동작들은, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 프로세서(570)(예: 프로세싱 회로를 포함하는 적어도 하나의 프로세서로서, 예를 들면, 도 1의 프로세서(120))(이하, ‘프로세서(570)’라 한다)에 의해 실행될 수 있다. 일 실시예에 따라, 전자 장치(101)에서 수행하는 동작들은, 메모리(예: 도 1의 메모리(130))(이하, ‘메모리(130)’라 한다)에 저장되고, 실행 시에, 프로세서(120)가 동작하도록 하는 인스트럭션들(instructions)에 의해 실행될 수 있다.

도 16은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.

일 실시예에 따라, 도 16에서는, 예를 들면, 도 10 내지 도 11을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 프론트엔드 모듈(530)의 위상 변환기(1050)에 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로와, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로 간의 스위칭을 위한 스위치(1055)를 포함하는 구조에서, 스위치(1055)의 스위칭을 제어하는 예를 나타낼 수 있다.

일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 전자 장치(101)의 구성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 프론트엔드 모듈(530)의 출력 신호에 기반하여 다양한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO₂)를 이용하여 대응하는 생체 신호에 관한 정보(예: 헬스 정보)를 계산하여 사용자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제공하는 서비스(또는 기능)에 기반하여 대응하는 센서 데이터 획득을 위한 전기적 경로의 스위칭을 제어할 수 있다.

도 16을 참조하면, 동작 1601에서, 전자 장치(101)의 프로세서(570)는 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 사용자의 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO₂) 측정과 관련된 헬스 기능(또는 헬스 어플리케이션)의 실행에 기반하여, 생체 신호 측정을 요청하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 지정된 주기 및/또는 시점을 체크할 수 있고, 지정된 주기 및/또는 시점마다 자동적으로 생체 신호를 자동 측정할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(120)는 사용자 입력 감지 및/또는 자동 측정 시점을 센서 데이터의 획득에 관련된 트리거로 판단할 수 있다.

동작 1603에서, 프로세서(570)는 트리거 감지에 기반하여, 트리거가 제1 타입 데이터(또는 센서 데이터)에 대응하는지, 또는 제2 타입 데이터에 대응하는지 여부를 식별할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 센서 데이터 획득을 위한 트리거를 감지하는 경우, 해당 트리거가 제1 서비스(또는 기능)에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 타입 데이터(또는 생체 신호) 획득에 관련된 트리거인지, 또는 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 타입 데이터(또는 생체 신호) 획득에 관련된 트리거인지, 그 트리거 종류를 식별할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 타입 데이터는, 예를 들면, 제1 서비스(예: 심박 측정 기능)에 기반하여, DC 성분을 제외한 AC 성분만을 포함하는 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 타입 데이터는, 예를 들면, 제2 서비스(예: 산소포화도 측정 기능)에 기반하여, DC 성분이 유지된(또는 제거하지 않은), DC 성분과 AC 성분을 포함하는 제2 센서 데이터(예: SpO₂ 신호)를 포함할 수 있다.

동작 1603에서, 프로세서(570)는 트리거가 제1 타입 데이터에 대응하는 경우, 예를 들면, 제1 서비스에 기반하여 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 사용하는 경우, 동작 1605에서, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제1 센서 데이터를 획득하도록, 필터(1053)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(예: 도 13의 SW)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(예: 도 12의 SW1, SW2)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 쇼트하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 오픈하는 스위칭을 제어할 수 있다.

동작 1607에서, 프로세서(570)는 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 제1 서비스에 따른 정보(예: PPG 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

동작 1603에서, 프로세서(570)는 트리거가 제2 타입 데이터에 대응하는 경우, 예를 들면, 제2 서비스에 기반하여 제2 센서 데이터(예: SpO₂ 신호)를 사용하는 경우, 동작 1611에서, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제2 센서 데이터를 위해 기준 전압(Vref)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 오픈하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 쇼트하는 스위칭을 제어할 수 있다.

동작 1613에서, 프로세서(570)는 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 제2 서비스에 따른 정보(예: SpO₂ 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따른 생체 신호의 측정이 가능한 전자 장치(101)에서 수행하는 동작 방법은, 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하는 동작, 상기 트리거가 제1 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작, 상기 트리거가 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 타입센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작을 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 센서 데이터를 획득하도록, 제1 기준 전위가 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하는 동작, 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 상기 제1 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작을 포함할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제2 센서 데이터를 획득하도록, 상기 제1 기준 전위와 다른 제2 기준 전위가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하는 동작, 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 상기 제2 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작을 포함할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 다양한 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

101: 전자 장치
120, 570: 프로세서
160: 표시 장치
130: 메모리
410, 510: 발광부(LED)
420, 521, 523, 821, 823, 921, 923: 수광부(PD)
530: 프론트엔드 모듈(AFE)
541, 543: 연산 증폭기(TIA)
550, 1050: 위상 변환기
551, 1051: 연산 증폭기(반전 증폭기)
553, 1053: 필터(LPF)
1055: 스위치

Claims

전자 장치에 있어서,
광을 출력하는 발광부;
상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부를 포함하는 수광부; 및
상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로(processing circuitry)를 포함하고, 상기 처리 회로는,
상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기,
상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기,
상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기, 및
상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함하는 전자 장치.
제1항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호로 처리하는 반전 증폭기를 포함하는 전자 장치.
제2항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 반전 증폭기의 기준 값을 제공하는 필터를 포함하는 전자 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부는, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하나 또는 그 이상의 수광 소자를 포함하는 전자 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 수광부는 상기 제1 채널을 위한 복수의 제1 포토 다이오드(PD, photodiode)를 포함하고,
상기 제2 수광부는 상기 제2 채널을 위한 복수의 제2 포토 다이오드를 포함하는 전자 장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일하거나, 또는 다르게 형성된 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일한 경우, 상기 제1 증폭기와 제2 증폭기의 이득(gain)을 동일하게 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 다른 경우, 상기 제1 증폭기 또는 상기 제2 증폭기의 이득을 조정하여, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 DC 레벨이 동일하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제1항에 있어서, 상기 A/D 컨버터는,
상기 제2 신호 및 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호를 차동 입력하여 DC 성분을 제거하고 상기 지정된 신호의 AC 성분을 출력하도록 설정된 전자 장치.
제3항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
DC 성분 제거 또는 DC 성분 유지에 기반한 센서 데이터 측정에 기반하여, 전기적 경로를 스위칭 하기 위한 스위치 회로(switch circuitry)를 포함하는 전자 장치.
제10항에 있어서, 상기 스위치 회로는,
상기 필터와 상기 반전 증폭기 사이의 제1 전기적 경로 또는 기준 회로와 상기 반전 증폭기 사이의 제2 전기적 경로를 선택적으로 형성하고, 상기 반전 증폭기로 상기 필터에 따른 기준 전위 또는 상기 기준 회로에 따른 기준 전위의 공급을 스위칭 하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함하는 전자 장치.
제10항에 있어서,
상기 전자 장치는, 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하고,
제1 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하는 신호 처리 경로를 설정하고,
제2 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 포함하는 신호 처리 경로를 설정하도록 하는 전자 장치.
제12항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 제1 스위칭 제어에 기반하여, 상기 필터의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어하고,
상기 제2 스위칭 제어에 기반하여, 상기 기준 회로의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어하도록 설정된 전자 장치.
광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 디바이스의 프론트엔드(frond-end) 모듈에 있어서,
상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제1 채널의 상기 광을 검출하는 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 변환 및 증폭하는 제1 증폭기,
상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제2 채널의 상기 광을 검출하는 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 변환 및 증폭하는 제2 증폭기,
상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하는 위상 변환기, 및
상기 제1 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제2 신호와, 상기 제2 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제4 신호의 위상이 반전된 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함하는 프론트엔드 모듈.
제14항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호를 출력하는 반전 증폭기, 및
상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호로부터 상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 필터를 포함하는 프론트엔드 모듈.
제15항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 기준 회로를 포함하는 프론트엔드 모듈.
제16항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
상기 반전 증폭기와 상기 필터 사이의 제1 전기적 경로 또는 상기 반전 증폭기와 상기 기준 회로 사이의 제2 전기적 경로에 의한 연결을 스위칭 하기 위한 스위치 회로를 포함하는 프론트엔드 모듈.
제17항에 있어서, 상기 반전 증폭기는,
제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 및 출력 포트를 포함하고,
상기 제2 입력 포트는 상기 스위치 회로의 스위칭에 기반하여 상기 필터와 상기 제1 전기적 경로로 연결되거나, 또는 상기 기준 회로와 상기 제2 전기적 경로로 연결되고,
상기 제2 입력 포트에 걸리는 기준 전위에 기반하여 상기 제1 입력 포트로 입력된 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호의 반전을 처리하도록 설정된 프론트엔드 모듈.
생체 신호의 측정이 가능한 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하는 동작,
상기 트리거가 제1 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작,
상기 트리거가 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작을 포함하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 제1 센서 데이터를 획득하도록, 제1 기준 전위가 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하고, 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 상기 제1 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작,
상기 제2 센서 데이터를 획득하도록, 상기 제1 기준 전위와 다른 제2 기준 전위가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하고, 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 상기 제2 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작을 포함하는 방법.