KR20210116944A - 생체 정보를 감지하는 웨어러블 전자 장치 - Google Patents

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KR20210116944A
KR20210116944A KR1020200033158A KR20200033158A KR20210116944A KR 20210116944 A KR20210116944 A KR 20210116944A KR 1020200033158 A KR1020200033158 A KR 1020200033158A KR 20200033158 A KR20200033158 A KR 20200033158A KR 20210116944 A KR20210116944 A KR 20210116944A
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wearable electronic
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정현준
김진호
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삼성전자주식회사
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Abstract

일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치는 하우징, 상기 하우징 상에 위치하는 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로 및 상기 생체 신호 처리 모듈 및 상기 펄스 출력 회로와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제1 전극에 외부 객체가 접촉된 상태에서, 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 제1 전극으로 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 및 상기 생체 신호 처리 모듈을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정될 수 있다.

Description

생체 정보를 감지하는 웨어러블 전자 장치{WEARABLE ELECTRONIC DEVICE FOR SENSING BIOMETRIC INFORMATION}
본 문서에서 개시되는 다양한 실시예들은 생체 정보를 감지하는 웨어러블 전자 장치에 관한 것이다.
최근, 웨어러블 전자 장치가 널리 보급됨에 따라 더 다양한 기능을 보유한 웨어러블 전자 장치에 대한 요구가 늘고 있다.
특히, 웨어러블 전자 장치는 사용자가 간편하고 용이하게 소지하며 사용할 수 있으므로, 웨어러블 전자 장치를 이용하여 생체 정보를 감지하는 방법들이 연구되고 있다. 웨어러블 전자 장치를 이용하여 생체 정보를 감지함으로써 사용자에 대한 헬스 케어(health care) 서비스가 제공될 수 있다. 사용자의 건강 상태에 기반한 헬스 케어 서비스를 제공하기 위하여, 정확한 생체 정보 감지 방법들이 연구되고 있다.
웨어러블 전자 장치를 이용하여 생체 정보를 감지하는 경우, 사용자의 착용 환경 및/또는 착용 상태에 의해 검출되는 생체 신호의 정확성이 저하될 수 있다.
다양한 실시예들은 전극과 접촉하는 피부의 저항성 및 접촉 임피던스를 낮추어, 노이즈에 의한 신호 간섭을 최소화 하고, 정확한 생체 정보를 측정할 수 있는 웨어러블 전자 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치는 하우징, 상기 하우징 상에 위치하는 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로 및 상기 생체 신호 처리 모듈 및 상기 펄스 출력 회로와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제1 전극에 외부 객체가 접촉된 상태에서, 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 제1 전극으로 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 및 상기 생체 신호 처리 모듈을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치는 복수의 전극들, 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈, 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로 및 상기 생체 신호 처리 모듈 및 상기 펄스 출력 회로와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 펄스 출력 구간 동안 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나를 통해 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 및 생체 신호 획득 구간 동안 상기 복수의 전극들을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 웨어러블 전자 장치는 전극과 접촉하는 피부의 저항성 및 접촉 임피던스를 낮추어, 노이즈에 의한 신호 간섭을 최소화 하고, 정확한 생체 정보를 측정할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크에서 전자 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 동작 흐름도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 시간에 따른 접촉 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치에서 출력되는 일련의 펄스 파의 파형도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 블록도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 동작 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 시간에 따른 접촉 임피던스를 나타내는 그래프이다.
도 10은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 동작 흐름도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 생체 신호 처리 모듈을 나타내는 회로도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치의 생체 신호 처리 모듈을 나타내는 회로도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 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 구성요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성요소들 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 임베디드된 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 구성요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 로드하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)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(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성요소들 중 적어도 하나의 구성요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 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 구성요소(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(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성요소(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 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 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. 일실시예에 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)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 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. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 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(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. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 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. 일실시예에 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 구성요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 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. 일실시예에 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 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association)와 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성요소들(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))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 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. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 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)이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성요소들 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))을 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 외부 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104, 또는 108) 중 하나 이상의 외부 전자 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 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 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, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치에 대해 설명한다. 도 2는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)(예: 도 1의 전자 장치(101))를 나타내는 평면도이다. 구체적으로, 도 2는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 전면(210)과 후면(220)을 나타낸다. 이하의 실시예들에 있어서, 웨어러블 전자 장치(200)의 동작은 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))의 동작으로서 참조될 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 하우징(230), 디스플레이(211)(예: 도 1의 표시 장치(160)), 광학 센서(221)(예: 도 1의 센서 모듈(176)) 및 복수의 전극들(201, 202, 또는 203)을 포함할 수 있다.
하우징(230)은 마주하는 전면 플레이트(231)와 후면 플레이트(232)를 포함할 수 있다. 하우징(230)의 전면 플레이트(231)는 하우징의 전면(예: 제3 면)에 위치할 수 있고, 후면 플레이트(232)는 하우징(230)의 전면과 마주하는 후면(예: 제2 면)에 위치할 수 있다. 또한, 하우징(230)은 전면과 후면 사이에 위치하며 전면과 후면을 연결하는 측면(예: 제1 면)을 포함할 수 있다. 하우징(230)의 측면은 전면 플레이트(231)의 적어도 일부를 포함하거나, 후면 플레이트(232)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라서는, 하우징(230)의 측면은 별도의 플레이트를 포함할 수도 있다. 하우징(230)은 웨어러블 전자 장치(200)에 포함되는 구성들을 둘러싸며 보호하거나, 일부 구성들을 고정할 수 있다.
디스플레이(211)는 전면 플레이트(231)의 일부를 통하여 외부로 노출될 수 있다. 디스플레이(211)는 적어도 하나의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있고, 시각적 정보를 사용자에게 제공하도록 설정될 수 있다. 또한, 디스플레이(211)는 사용자 입력(예: 터치 입력)을 수신할 수도 있다.
광학 센서(221)는 광을 방출하는 광원(222) 및 광을 검출하는 복수의 광 검출기(223)를 포함할 수 있다.
광원(222)은 지정된 범위의 파장의 광을 조사하기 위한 적어도 하나의 발광 소자(예: 발광 다이오드(light emitting diode, LED))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 발광 소자는 서로 상이한 파장의 광을 방출하도록 설정될 수 있다. 다른 예를 들어, 각각의 발광 소자 중 적어도 일부는 동일한 파장의 빛을 발광하도록 설정될 수 있다. 다른 예를 들어, 각각의 발광 소자는 동일한 시점에 광을 방출하거나 지정된 패턴에 기반하여 광을 방출할 수 있다.
복수의 광 검출기(223)는 광을 검출(detect)하고, 검출된 광의 강도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 복수의 광 검출기(223)는 검출된 광량에 대응하는 크기의 전류 신호를 출력할 수 있다. 복수의 광 검출기(223)는 광원(222)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 2에서는 8개의 광 검출기(223)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 광 검출기(223)의 수 및/또는 위치는 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 광학 센서(221)를 이용하여 사용자에 연관된 생체 정보(예: 심박, 산소 포화도, 혈압, 및/또는 혈당)를 감지할 수 있다. 예를 들어, 광학 센서(221)는 PPG(photoplethysmogram) 센서일 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 광학 센서(221)를 이용하여 사용자의 웨어러블 전자 장치(200)의 착용 여부를 감지할 수도 있다.
실시예에 따라서는, 광학 센서(221)는 광원(222) 및 복수의 광 검출기(223)와 전기적으로 연결된 광학 신호 처리 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있다. 광학 신호 처리 모듈은 복수의 광 검출기(223)가 검출된 광량에 기반하여 생성한 전류 신호를 획득하고 처리할 수 있다. 광학 신호 처리 모듈은 복수의 광 검출기(223)를 통해 획득된 전기적 신호를 이용하여, 사용자의 생체 정보를 검출하거나, 사용자의 웨어러블 전자 장치(200)의 착용 여부를 감지할 수 있다.
복수의 전극들(201, 202, 또는 203)은 하우징(230)의 측면(예: 제1 면)에 위치하는 제1 전극(201), 하우징(230)의 후면(예: 제2 면)에 위치하는 제2 전극(202)과 제3 전극(203)을 포함할 수 있다. 그러나, 복수의 전극들(201, 202, 또는 203)의 위치는 이에 제한되지 않고, 하우징(230)의 다른 면에 위치하는 것도 가능하다. 제1 전극(201)과 제2 전극(202)은 각각 서로 다른 위치에서 생체 신호를 수집할 수 있다. 제3 전극(203)은 동상 성분 노이즈 감소 및 생체 바이어스를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 동상 성분 노이즈는 제1 전극(201)과 제2 전극(202)에 동일하게 입력되는 노이즈 신호(예: 전원 노이즈)를 의미할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 생체 신호 처리 모듈은 공통 입력을 제거하고 차동 입력은 증폭하여 출력 신호를 얻는 차동 증폭 회로를 통해 생체 신호를 획득할 수 있다. 차동 증폭 회로는 공통 이득과 차동 이득의 비를 나타내는 공통 모드 제거비(common mode rejection ratio, CMRR)에 따라 공통 입력을 제거할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제3 전극(203)을 통해 제1 전극(201)과 제2 전극(202)에 입력되는 동상 성분 노이즈와 동일한 신호를 출력하여 동상 성분 노이즈를 상쇄시킴으로써, 차동 증폭 회로의 공통 입력 제거 성능이 향상될 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)가 사용자에 의하여 착용 되었을 때, 제2 전극(202)과 제3 전극(203)은 사용자의 한 쪽 팔에 닿을 수 있다. 사용자가 생체 정보를 측정하고자 하는 경우, 사용자는 다른 쪽 손의 손가락을 제1 전극(201)에 접촉할 수 있다. 다른 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)가 사용자에 의하여 착용 되지 않은 경우, 제2 전극(202)과 제3 전극(203)은 사용자의 손바닥 또는 손가락 일부에 닿을 수 있고, 제1 전극(201)은 다른 쪽 손의 손가락에 접촉할 수 있다. 실시예에 따라서는, 웨어러블 전자 장치(200)는, 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및 제3 전극(203) 중 어느 하나의 전극이 사용자의 피부와 이격되고, 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및 제3 전극(203) 중 어느 하나를 제외한 나머지 두 전극이 사용자의 피부와 접촉하여, 생체 정보(예: 피층 전기 반응 (galvanic skin response), 근전도)를 측정할 수도 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 외부 객체(예: 사용자의 피부)가 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및/또는 제3 전극(203) 중 적어도 어느 하나에 접촉한 상태에서, 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및/또는 제3 전극(203) 중 적어도 어느 하나를 통해 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 출력된 일련의 펄스 파는 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및/또는 제3 전극(203) 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 전달될 수 있다. 다시 말해, 일 실시예에 따른 전자 장치(200)는, 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및/또는 제3 전극(203) 중 적어도 어느 하나와 접하는 사용자의 피부에 일련의 펄스 파를 가할 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 사용자의 피부에 접촉한 복수의 전극들(201, 202, 또는 203)을 통해 생체 신호를 수집할 수 있다. 이 때, 복수의 전극들(201, 202, 또는 203)과 사용자의 피부가 접촉하는 영역에 임피던스(이하, 접촉 임피던스라 함)가 형성될 수 있다. 접촉 임피던스는 외부 환경(예: 온도 또는 습도), 착용 상태(예: 접촉 면적 또는 접촉 부위) 및/또는 사용자 피부 타입에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 전기적 신호를 이용해 생체 신호가 수집되는 경우, 접촉 임피던스는 수집되는 생체 신호 품질에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 접촉 임피던스가 변화함에 따라, 노이즈 비율이 증가하거나, 또는 생체 신호의 정확성이 저하될 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 전기 천공법(electroporation)을 이용하여 접촉 임피던스를 낮출 수 있다. 전기 천공법은 세포에 전기장을 가하여 원형질막의 투과성을 증가시키는 방법이다. 전기 천공법에 따르면, 전기적 펄스를 피부에 가하여 세포막 표면에 일시적으로 마이크로 채널(micro channel)이 생성되도록 할 수 있다. 세포막 표면에 마이크로 채널이 생성되면, 마이크로 채널을 통한 전자의 이동성이 증가하여 피부 저항성이 감소할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 사용자의 피부에 접촉한 복수의 전극들(201, 202, 또는 203) 중 적어도 어느 하나를 통해 전기적 펄스를 출력하여, 피부 저항성을 낮출 수 있다. 그 결과, 전기적 펄스가 가해진 사용자의 피부와 복수의 전극들(201, 202, 또는 203) 사이의 접촉 임피던스가 감소될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치에 대해 설명한다. 도 3은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))의 블록도(300)이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 프로세서(120), 제1 전극(201), 제2 전극(202), 펄스 출력 회로(310), 및/또는 생체 신호 처리 모듈(320)을 포함할 수 있다. 이하의 실시예들에 있어서, 웨어러블 전자 장치(200)의 동작은 프로세서(120)의 동작으로서 참조될 수 있다.
펄스 출력 회로(310)는 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)과 전기적으로 연결되어 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나에 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 펄스 출력 회로(310)는 지정된 펄스 정보를 입력 받을 수 있고, 펄스 정보에 따른 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 예를 들어, 펄스 출력 회로(310)는 일련의 펄스 파를 발생시키는 LC 공진 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라서는, 웨어러블 전자 장치(200)는 펄스 출력 회로(310)와 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 연결하는 스위치(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
생체 신호 처리 모듈(320)은 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)과 전기적으로 연결되어 생체 정보(예: 심전도(electrocardiogram, ECG), 생체 임피던스(bioelectrical impedance analysis, BIA) 및/또는 피부 전기 활성(electrodermal activity, EDA))를 검출할 수 있다. 생체 신호 처리 모듈(320)은 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)을 통해 획득된 전기적 신호를 처리할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 처리 모듈(320)은 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에서 측정된 전기적 신호를 처리(예: 증폭 및/또는 필터링)하고, 처리된 전기적 신호를 디지털 신호로 변환할 수도 있다.
도 3에서 제1 전극(201)과 제2 전극(202)만을 도시하였으나, 전극의 개수는 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 3개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 펄스 출력 회로(310) 및 생체 신호 처리 모듈(320)과 전기적으로 연결되는 제3 전극(203, 도 2 참조)을 더 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 웨어러블 전자 장치(200)의 다른 구성들(예: 펄스 출력 회로(310) 및 생체 신호 처리 모듈(320))과 전기적으로(electrically) 또는 작동적으로(operatively) 커플링(coupling)(또는 연결)되고, 웨어러블 전자 장치(200)의 다른 구성들을 제어하도록 설정될 수 있다.
프로세서(120)는 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)에서, 프로세서(120)는 제1 전극(201)과 제2 전극(202)을 이용하여, 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 생체를 통해 인가되는 전압 또는 전압원으로부터 인가되는 전압의 입력에 따른 접촉 검출 모듈(예: 비교기(comparator))의 출력 값에 기반하여 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉되었는지 여부를 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 미도시 되었지만, 프로세서(120)는 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)과 전기적으로 연결될 수 있고, 제1 전극(201)과 제2 전극(202)의 정전 용량 변화를 감지하여 제1 전극(201)과 제2 전극(202)의 접촉 여부를 판단할 수도 있다. 일 실시예에 따라서는, 웨어러블 전자 장치(200)의 생체 신호 처리 모듈(320)이 제1 전극(201)과 제2 전극(202)을 이용하여 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수도 있다. 이 경우, 생체 신호 처리 모듈(320)은 제1 전극(201)과 제2 전극(202)의 접촉 여부에 관한 정보를 프로세서(120)에 전달할 수 있다.
다른 예를 들어, 프로세서(120)는 광학 센서(221, 도 2 참조)를 이용하여 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(120)는 광학 센서(221)의 광 검출기(223, 도 2 참조)에서 검출되는 광량에 기반하여 제2 전극(202)의 접촉 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 지정된 수준 이상의 광량이 검출된 영역에서 제2 전극(202)이 외부 객체로부터 지정된 거리 이내에 위치(또는 외부 객체와 접촉)하는 것으로 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 프로세서(120)는 광학 센서(221)의 광 검출기(223, 도 2 참조)에서 검출되는 광량이 지정된 수준 미만인 경우, 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하지 않는 것으로 판단할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)가 하우징(230, 도 2 참조)의 후면에 제2 전극(202)과 제3 전극(203, 도 2 참조)을 포함하는 경우, 프로세서(120)는 광학 센서(221, 도 2 참조)를 이용하여 제2 전극(202) 및 제3 전극(203)이 외부 객체에 접촉하였는지 여부를 판단할 수 있다.
프로세서(120)는 일련의 펄스 파에 대한 펄스 정보를 설정할 수 있다. 일련의 펄스 파에 대한 펄스 정보는 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄스 정보에 포함되는 파라미터는 펄스 세기(pulse power), 펄스 폭(pulse width), 펄스 간격(pulse interval), 펄스 주기(pulse period), 펄스 트레인 폭(pulse train width), 펄스 트레인 간격(pulse train interval), 펄스 트레인 주기(pulse train period), 각 펄스 트레인에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(duty cycle) 및/또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는, 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)이 외부 객체(예: 사용자의 피부)와 접촉한 상태에서, 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 지정된 펄스 정보에 따른 일련의 펄스 파를 출력하도록 설정될 수 있다.
프로세서(120)는 생체 신호 처리 모듈(320), 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)을 이용하여 생체 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 생체 신호 처리 모듈(320)에 의하여 감지된 생체 정보에 대한 후처리(예: 필터링 및/또는 노이즈 캔슬링(noise cancelling))를 수행할 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))의 동작에 대해 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 동작 흐름도(400)이다. 이하의 실시예들에 있어서, 웨어러블 전자 장치(200)의 동작은 프로세서(120)의 동작으로서 참조될 수 있다.
동작 401에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 펄스 정보를 설정할 수 있다. 펄스 정보는 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터 값을 설정할 수 있다. 다른 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장된 펄스 정보들 중 적어도 하나 이상의 펄스 정보를 선택할 수도 있다.
동작 402에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 전극(201, 도 3 참조)과 제2 전극(202, 도 3 참조)이 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 생체를 통해 인가되는 전압 또는 전압원으로부터 인가되는 전압의 입력에 따른 접촉 검출 모듈(예: 비교기(comparator))의 출력 값에 기반하거나 또는 제1 전극(201)과 제2 전극(202)의 정전 용량 변화를 감지하여 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 광학 센서(221, 도 2 참조)를 이용하여 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다.
제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하지 않은 것으로 판단되면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 403에서 접촉 대기 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 지정된 시간 동안 단순 대기할 수 있다. 다른 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 사용자가 생체 정보를 측정하고자 하는 경우(예: 측정 어플리케이션 실행 또는 주기적으로 측정을 설정), 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(211))를 통해 사용자에 재착용 요구 메시지 및/또는 재접촉 메시지를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 대기 동작을 수행(동작 403)한 후, 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 다시 판단(동작 402)할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(200)는 주기적으로 동작 402를 수행할 수 있다.
제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉한 것으로 판단되면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 404에서 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 펄스 정보에 따른 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 다시 말해, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나와 접촉하는 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 일련의 펄스 파를 인가할 수 있다.
동작 405에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)을 이용하여 생체 정보를 획득할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))에서 일련의 펄스 파의 인가에 따라 변화하는 접촉 임피던스의 변화에 대해 설명한다. 도 5는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 시간에 따른 접촉 임피던스를 나타내는 그래프(500)이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 시간 구간(t1~t2) 동안 지속되는 펄스 출력 구간(A) 동안 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 일련의 펄스 파를 출력(예: 도 4의 동작 404)할 수 있다. 펄스 출력 구간(A) 동안 출력되는 일련의 펄스 파가 사용자의 피부에 가해지면, 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나와 접하는 영역의 피부 저항성이 감소할 수 있다. 이에 따라, 펄스 출력 구간(A) 동안 접촉 임피던스는 점차 낮아질 수 있다.
제1 시간 구간(t1~t2) 이후, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제2 시간 구간(t2~t3) 동안 지속되는 생체 신호 획득 구간(B) 동안 생체 신호를 획득(예: 도 4의 동작 405)할 수 있다. 이 때, 제1 시간 구간(t1~t2)과 제2 시간 구간(t2~t3)은 중첩하지 않을 수 있다. 예를 들어, 펄스 출력 구간(A)과 생체 신호 획득 구간(B)은 중첩하지 않을 수 있다. 다른 예를 들어, 펄스 출력 구간(A)과 생체 신호 획득 구간(B) 사이에는 지정된 시간 구간(예: 제3 시간 구간(미도시))이 있을 수 있다. 생체 신호 획득 구간(B)에서 접촉 임피던스는 목표 임피던스(Z1) 이하일 수 있다. 다시 말해, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스(Z1) 이하일 때, 생체 신호를 획득 할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스가 충분히 낮은 값(예: 목표 임피던스(Z1) 이하 값)을 가질 때 생체 신호를 획득 할 수 있으므로, 획득되는 생체 신호의 정확도가 향상될 수 있다.
이하, 도 6을 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))에서 출력되는 일련의 펄스 파에 대해 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)에서 출력되는 일련의 펄스 파의 파형도(600)이다.
도 6을 참조하면, 일련의 펄스 파는 적어도 하나의 펄스 트레인(PT1, PT2)을 포함할 수 있다. 이 때, 펄스 트레인(PT1, PT2)은 연속 펄스를 포함하는 하나의 집합을 의미할 수 있다. 펄스 정보(예: 도 4의 동작 401에서 설정되는 펄스 정보)에 포함되는 일련의 펄스 파의 파라미터는 펄스 세기(PA)(pulse power), 펄스 폭(PW)(pulse width), 펄스 간격(PI)(pulse interval), 펄스 주기(PP)(pulse period), 펄스 트레인 폭(PTW)(pulse train width), 펄스 트레인 간격(PTI)(pulse train interval), 펄스 트레인 주기(PTP)(pulse train period), 각 펄스 트레인(PT1, PT2)에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(PTW/PTP)(duty cycle), 펄스 듀티 사이클(PW/PP) 및/또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 일련의 펄스 파의 파형도는 예시적인 것으로, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)에서 출력되는 일련의 펄스 파의 파라미터는 도 6에 도시된 바로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 6에서 펄스 파가 사각 파인 것으로 도시하였으나, 펄스 모양은 이에 제한되지 않는다.
이하, 도 7을 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))에 대해 설명한다. 도 7은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 블록도(700)이다. 이하, 도 3과 중복되는 구성에 대한 상세한 설명은 도 3에 대한 설명에 의해 참조될 수 있다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 프로세서(120), 제1 전극(201), 제2 전극(202), 펄스 출력 회로(310), 생체 신호 처리 모듈(320), 및/또는 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 포함할 수 있다.
펄스 출력 회로(310)는 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)과 전기적으로 연결되어 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나에 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다.
생체 신호 처리 모듈(320)은 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)과 전기적으로 연결되어 생체 정보(예: 심전도, 생체 임피던스 및/또는 피부 전기 활성)를 검출할 수 있다. 생체 신호 처리 모듈(320)은 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202)을 통해 획득된 전기적 신호를 처리할 수 있다.
접촉 임피던스 측정 모듈(710)은 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)과 전기적으로 연결되어 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정할 수 있다. 접촉 임피던스 측정 모듈(710)은 전류 인가 회로(711) 및 전압 측정 회로(712)를 포함할 수 있다. 전류 인가 회로(711)는 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나에 전류를 인가할 수 있다. 전압 측정 회로(712)는 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 사이에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 접촉 임피던스 측정 모듈(710)은 전류 인가 회로(711)에 의해 인가된 전류 값 및 전압 측정 회로(712)에 의해 측정된 전압 값에 기반하여, 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정할 수 있다.
프로세서(120)는 웨어러블 전자 장치(200)의 다른 구성들(예: 펄스 출력 회로(310), 생체 신호 처리 모듈(320) 및 접촉 임피던스 측정 모듈(710))과 전기적으로(electrically) 또는 작동적으로(operatively) 커플링(coupling)(또는 연결) 될 수 있다.
프로세서(120)는 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)을 이용하여, 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 광학 센서(221, 도 2 참조)를 이용하여 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 다른 예를 들어, 프로세서(120)는 주기적으로 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 활성화 하여 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정함으로써 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 접촉하였는지 판단할 수 있다. 다른 예를 들어 프로세서(120)는 생체 정보 측정 요청에 기반하여 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 활성화 하여 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단할 수 있다.
프로세서(120)는 일련의 펄스 파에 대한 펄스 정보를 설정할 수 있다. 일련의 펄스 파에 대한 펄스 정보는 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다.
프로세서(120)는 목표 임피던스를 설정할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스보다 낮은 상태에서 생체 정보를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 생체 신호 처리 모듈(320)에 포함되는 차동 증폭 회로의 입력 임피던스를 이용하여 목표 임피던스를 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 목표 임피던스는 차동 증폭 회로의 입력 임피던스보다 작은 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 차동 증폭 회로의 입력 임피던스의 1/1000 내지 1/100 값들 중 어느 하나의 값을 목표 임피던스로 설정할 수 있다. 다시 말해, 목표 임피던스는 (입력 임피던스)/1000 이상, (입력 임피던스)/100 이하의 값일 수 있다. 따라서, 생체 신호 측정시 접촉 임피던스가 입력 임피던스보다 작은 값을 가질 수 있고, 접촉 임피던스 및 입력 임피던스에 의한 생체 신호의 감쇠를 최소화 할 수 있다.
프로세서(120)는 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)이 외부 객체(예: 사용자의 피부)와 접촉한 상태에서, 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 지정된 펄스 정보에 따른 일련의 펄스 파를 출력하도록 설정될 수 있다.
프로세서(120)는 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 이용하여 측정된 접촉 임피던스를 획득할 수 있다. 프로세서(120)는 측정된 접촉 임피던스와 목표 임피던스를 비교할 수 있다.
프로세서(120)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스를 초과하면, 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 일련의 펄스 파를 출력하도록 설정될 수 있다. 프로세서(120)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하 값을 가질 때까지, 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 일련의 펄스 파를 출력하는 동작 및 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 이용하여 접촉 임피던스를 측정하는 동작을 반복하도록 설정될 수 있다.
프로세서(120)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하이면, 생체 신호 처리 모듈(320)을 이용하여 생체 정보를 획득할 수 있다.
도 7에서 제1 전극(201)과 제2 전극(202)만을 도시하였으나, 전극의 개수는 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 3개 이상의 전극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 펄스 출력 회로(310), 생체 신호 처리 모듈(320) 및 접촉 임피던스 측정 모듈(710)과 전기적으로 연결되는 제3 전극(203, 도 2 참조)을 더 포함할 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))의 동작에 대해 설명한다. 도 8은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 동작 흐름도(800)이다. 이하, 도 4와 중복되는 구성에 대한 상세한 설명은 도 4에 대한 설명에 의해 참조될 수 있다.
동작 801에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 목표 임피던스 및 펄스 정보를 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 목표 임피던스는 차동 증폭 회로의 입력 임피던스보다 작은 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 목표 임피던스는 (입력 임피던스)/1000 이상, (입력 임피던스)/100 이하의 값일 수 있다. 펄스 정보는 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함할 수 있다.
동작 802에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 전극(201, 도 3 참조)과 제2 전극(202, 도 3 참조)이 모두 외부 객체(예: 사용자의 피부)에 접촉하였는지 판단할 수 있다.
제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 모두 외부 객체에 접촉하지 않은 것으로 판단되면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 803에서 접촉 대기 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(211))를 통해 사용자에 재착용 요구 메시지 및/또는 재접촉 메시지를 출력할 수 있다. 다른 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 지정된 시간 동안 단순 대기할 수도 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 대기 동작을 수행(동작 803)한 후, 제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉하였는지 다시 판단(동작 802)할 수 있다.
제1 전극(201)과 제2 전극(202)이 외부 객체에 접촉한 것으로 판단되면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 804에서 접촉 임피던스를 측정할 수 있다.
동작 805에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 측정된 접촉 임피던스가 임피던스 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 측정된 접촉 임피던스와 목표 임피던스를 비교하여, 측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하인지 판단할 수 있다.
측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스를 초과하면(또는 임피던스 조건을 만족하지 않는 경우), 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 806에서 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 펄스 정보에 따른 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 일련의 펄스 파를 출력(동작 806)한 후 접촉 임피던스를 재측정(동작 804)할 수 있다.
측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하이면(또는 임피던스 조건을 만족하는 경우), 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 807에서 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)을 이용하여 생체 정보를 획득할 수 있다.
다양한 실시예에 따라서는, 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 806에 의해 출력된 일련의 펄스 파의 펄스 정보들을 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동일 사용자가 생체 신호를 재측정하는 경우, 저장된 펄스 정보들을 이용하여 펄스 정보를 설정할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 이전에 수행된 사용자의 생체 신호 측정시 사용된 펄스 정보들을 이용하여 펄스 정보를 설정할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(200)는 사용자가 착용중임을 감지한 후, 사용자가 착용 상태를 유지 중이라고 판단된 경우, 이전에 수행된 목표 임피던스 및/또는 펄스 정보들을 이용할 수 있다. 따라서, 동일 사용자가 복수 회 생체 신호를 측정하는 경우, 매 측정시 접촉 임피던스를 측정하는 동작(동작 804)을 수행하지 않을 수 있고, 생체 신호를 신속하게 측정할 수 있다.
이하, 도 9를 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))에서 일련의 펄스 파의 인가에 따라 변화하는 접촉 임피던스의 변화에 대해 설명한다. 도 9는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 시간에 따른 접촉 임피던스를 나타내는 그래프(900)이다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스 측정 구간(C) 동안 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정(예: 도 8의 동작 804)할 수 있고, 펄스 출력 구간(A) 동안 제1 전극(201) 및/또는 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 일련의 펄스 파를 출력(예: 도 8의 동작 806)할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 생체 신호 획득 구간(B) 동안 생체 신호를 획득(예: 도 8의 동작 807)할 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스(Z1) 이하 값을 가지는 것으로 판단될 때까지 펄스 출력 구간(A)의 동작과 접촉 임피던스 측정 구간(C)의 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 일 실시예에 따라서는, 펄스 출력 구간(A), 생체 신호 획득 구간(B) 및 접촉 임피던스 측정 구간(C)은 중첩하지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 펄스 출력 구간(A), 생체 신호 획득 구간(B) 및/또는 접촉 임피던스 측정 구간(C) 사이에는 지정된 시간 간격이 있을 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1' 시간 구간(t1'~t2') 동안 지속되는 접촉 임피던스 측정 구간(C) 동안 접촉 임피던스를 측정할 수 있다. 측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스(Z1)를 초과하면, 제1' 시간 구간(t1'~t2') 이후에, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제2' 시간 구간(t2'~t3') 동안 지속되는 펄스 출력 구간(A) 동안 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 펄스 출력 구간(A) 동안 출력되는 일련의 펄스 파가 사용자의 피부에 가해지면, 접촉 임피던스가 낮아질 수 있다. 제2' 시간 구간(t2'~t3') 이후에, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제3' 시간 구간(t3'~t4') 동안 지속되는 접촉 임피던스 측정 구간(C) 동안 접촉 임피던스를 측정할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스가 목표 임피던스(Z1) 이하인 것으로 판단될 때까지 펄스 출력 구간(A)의 동작과 접촉 임피던스 측정 구간(C)의 동작을 반복하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제4' 시간 구간(t4'~t5'), 제6' 시간 구간(t6'~t7'), 제8' 시간 구간(t8'~t9') 및 제10' 시간 구간(t10'~t11') 동안 일련의 펄스 파를 출력하고, 제5' 시간 구간(t5'~t6'), 제7' 시간 구간(t7'~t8'), 제9' 시간 구간(t9'~t10') 및 제11' 시간 구간(t11'~t12') 동안 접촉 임피던스를 측정할 수 있다. 측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스(Z1) 이하인 것으로 판단되면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제12' 시간 구간(t12'~t13') 동안 지속되는 생체 신호 획득 구간(B) 동안 생체 신호를 획득할 수 있다.
복수의 펄스 출력 구간(A)에서 출력되는 일련의 펄스 파들은 모두 동일할 수 있다. 그러나, 실시예에 따라서는, 복수의 펄스 출력 구간(A) 중 일부의 펄스 출력 구간(A)에서 출력되는 일련의 펄스 파는 다른 일부의 펄스 출력 구간(A)에서 출력되는 일련의 펄스 파와 상이할 수도 있다. 예를 들어, 제2' 시간 구간(t2'~t3') 동안의 펄스 출력 구간(A)에서 출력되는 일련의 펄스 파의 제1 펄스 정보의 적어도 일부는 제4' 시간 구간(t4'~t5') 동안의 펄스 출력 구간(A)에서 출력되는 일련의 펄스 파의 제2 펄스 정보의 적어도 일부와 상이할 수 있다. 제2 펄스 정보의 파라미터는 제1 펄스 정보의 파라미터 및 제3' 시간 구간(t3'~t4') 동안의 접촉 임피던스 측정 구간(C) 동안 측정된 접촉 임피던스에 기반하여 설정될 수 있다. 또는, 제2 펄스 정보는 제1 펄스 정보 설정시 함께 설정될 수도 있다. 일 실시예에서, 일련의 펄스 파의 펄스 정보에 포함되는 파라미터는 펄스 세기(PA)(pulse power), 펄스 폭(PW)(pulse width), 펄스 간격(PI)(pulse interval), 펄스 주기(PP)(pulse period), 펄스 트레인 폭(PTW)(pulse train width), 펄스 트레인 간격(PTI)(pulse train interval), 펄스 트레인 주기(PTP)(pulse train period), 각 펄스 트레인(PT1, PT2)에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(PTW/PTP)(duty cycle), 펄스 듀티 사이클(PW/PP) 및/또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
복수의 펄스 출력 구간(A)의 시간 간격 및/또는 복수의 임피던스 측정 구간(C)의 시간 간격은 상이할 수 있다. 예를 들어, 일련의 펄스 파를 출력하는 제2' 시간 구간(t2'~t3')의 지속 시간과 일련의 펄스 파를 출력하는 제4' 시간 구간(t4'~t5')의 지속 시간은 상이할 수 있다. 일련의 펄스 파를 출력하는 시간은 접촉 임피던스의 변화량에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스 측정 구간(C) 동안 접촉 임피던스를 측정하여, 접촉 임피던스가 목표 임피던스(Z1) 이하 값을 가지는지 여부를 판단할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 측정된 접촉 임피던스에 기반하여 펄스 정보의 파라미터 및/또는 펄스 출력 구간(A)을 변경함으로써, 접촉 임피던스의 정밀한 제어가 가능하고, 생체 신호의 정확도가 향상될 수 있다.
도 9에서 도시한 펄스 출력 구간(A), 생체 신호 획득 구간(B) 및 접촉 임피던스 측정 구간(C)의 시간 구간 및 반복 횟수는 예시적인 것으로, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 도 9에 도시된 각 구간의 시간 구간 및 횟수에 제한되지 않는다.
이하, 도 10을 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))의 동작에 대해 설명한다. 도 10은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 동작 흐름도(1000)이다. 구체적으로, 도 10은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)가 펄스 정보를 설정하는 동작(예: 도 4의 동작 401)시 수행될 수 있는 동작 흐름도(1000)를 나타낸다.
동작 1001에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 목표 임피던스를 설정할 수 있다. 일 실시예에서, 목표 임피던스는 차동 증폭 회로의 입력 임피던스보다 작은 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 목표 임피던스는 (입력 임피던스)/1000 이상, (입력 임피던스)/100 이하의 값일 수 있다.
동작 1002에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 접촉 임피던스를 측정할 수 있다.
동작 1003에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 측정된 접촉 임피던스가 임피던스 조건을 만족하는지 판단할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 측정된 접촉 임피던스와 목표 임피던스를 비교하여, 측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하인지 판단할 수 있다.
측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스를 초과하면(또는 임피던스 조건을 만족하지 않는 경우), 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 1004에서 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나를 통해 펄스 정보의 파라미터에 따른 일련의 펄스 파를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 일련의 펄스 파를 출력한 후 접촉 임피던스를 재측정(동작 1002) 할 수 있다.
측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하이면(또는 임피던스 조건을 만족하는 경우), 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 동작 1005에서 펄스 정보를 획득할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 측정된 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하가 될 때까지 출력된 일련의 펄스 파들의 파라미터 정보들에 기반하여 펄스 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 웨어러블 전자 장치(200)가 제1 펄스 트레인 폭(PTW, 도 6 참조)을 가지는 일련의 펄스 파를 출력하는 동작 1004를 총 n회 수행한 후 접촉 임피던스가 목표 임피던스 이하가 되었다면, (제1 펄스 트레인 폭*n)이 최종 펄스 트레인 폭으로 설정될 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 획득된 펄스 정보를 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장할 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 펄스 정보와 함께 상태 정보를 메모리에 저장할 수 있다. 상태 정보는 펄스 정보를 설정하는 동작시 웨어러블 전자 장치(200)에서 측정 가능한 정보일 수 있다. 예를 들어, 상태 정보는 온도, 실내/실외 정보, 기압, 조도(intensity of illumination) 정보, 지자계 센서(geomagnetic sensor)를 이용한 이동 정보, 위치 정보 또는 사용자 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하, 도 11을 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)에 포함되는 생체 신호 처리 모듈(예: 도 3의 생체 신호 처리 모듈(320))에 대해 설명한다. 도 11은 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 생체 신호 처리 모듈을 나타내는 회로도(1100)이다.
도 11을 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 생체 신호 처리 모듈(320)은 계측 증폭기(IA)(instrumentation amplifier), 제1 입력 임피던스(ZI1) 및 제2 입력 임피던스(ZI2)를 포함할 수 있다. 계측 증폭기(IA)의 출력 신호(Vo)는 심전도(electrocardiogram, ECG)를 나타낼 수 있다.
도 11에서, 제1 접촉 임피던스(ZC1)는 제1 전극(예: 도 3의 제1 전극(201))과 외부 객체 사이에 형성되는 접촉 임피던스를 나타낼 수 있고, 제2 접촉 임피던스(ZC2)는 제2 전극(예: 도 3의 제2 전극(202))과 외부 객체 사이에 형성되는 접촉 임피던스를 나타낼 수 있다. 또한, 제1 전압 신호(S1)는 차동 입력 신호를 나타낼 수 있고, 제2 전압 신호(S2)는 공통 입력 신호를 나타낼 수 있다.
계측 증폭기(IA)는 입력단으로 입력되는 공통 입력을 제거하고 차동 입력은 증폭하여 출력 신호(Vo)를 출력할 수 있다. 이 때, 간섭 신호에 해당하는 공통 입력을 제거하여, 공통 이득이 작아질 수 있고 출력 신호(Vo)는 정확한 생체 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공통 이득과 차동 이득의 비를 나타내는 공통 모드 제거비(common mode rejection ratio, CMRR)가 클수록 생체 신호의 품질이 향상될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 접촉 임피던스(ZC1)와 제2 접촉 임피던스(ZC2)의 차이가 클수록 공통 모드 제거비(CMRR)는 작아질 수 있다. 예를 들어, 제1 접촉 임피던스(ZC1)와 제2 접촉 임피던스(ZC2)의 차이가 클수록 공통 입력 신호가 제거되지 않아 생체 신호 품질이 저하될 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 전극(201) 또는 제2 전극(202) 중 접촉 임피던스가 상대적으로 큰 전극을 통해 일련의 펄스 파를 출력하여 접촉 임피던스를 낮출 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 제1 접촉 임피던스(ZC1)와 제2 접촉 임피던스(ZC2)의 차이를 줄여 노이즈를 최소화 할 수 있고, 생체 신호 품질이 향상될 수 있다.
이하, 도 12를 참조하여, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)에 포함되는 생체 신호 처리 모듈(320)에 대해 설명한다. 도 12는 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 생체 신호 처리 모듈(320)을 나타내는 회로도(1200)이다.
도 12를 참조하면, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)의 생체 신호 처리 모듈(320)은 계측 증폭기(IA) 및 전류원(A1)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 생체 임피던스 측정법(bioelectrical impedance analysis, BIA)에 의해 생체 임피던스들(ZB1, ZB2, 및/또는 ZB3)을 측정할 수 있다. 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 전류원(A1)에 의해 인가된 입력 전류(Iac)와 계측 증폭기(IA)의 출력 신호(Vo)에 기반하여 생체 임피던스를 측정할 수 있다.
도 12에서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 4개의 전극을 포함할 수 있고, 각 전극과 외부 객체 사이에는 접촉 임피던스들(ZC1, ZC2, ZC3, 및/또는 ZC4)이 형성될 수 있다.
접촉 임피던스들(ZC1, ZC2, ZC3, 및/또는 ZC4)이 커지면, 생체에 걸리는 전압(Vac)이 커질 수 있고, 입력 전류(Iac)의 최대값이 제한될 수 있다.
일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 전극을 통해 일련의 펄스 파를 출력하여 접촉 임피던스들(ZC1, ZC2, ZC3, 및/또는 ZC4)을 낮출 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 더 큰 입력 전류(Iac)를 인가할 수 있으므로, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 높일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(예: 도 2의 웨어러블 전자 장치(200))는 하우징(예: 도 2의 하우징(230)), 상기 하우징(230) 상에 위치하는 제1 전극(예: 도 2의 제1 전극(201))과 제2 전극(예: 도 2의 제2 전극(201)), 상기 제1 전극(201) 및 상기 제2 전극(202)에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈(예: 도 3의 생체 신호 처리 모듈(320)), 상기 제1 전극(201) 및 상기 제2 전극(202)에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로(예: 도 3의 펄스 출력 회로(310) 및 상기 생체 신호 처리 모듈(320) 및 상기 펄스 출력 회로(310)와 작동적으로 연결된 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함하고, 상기 프로세서(120)는, 상기 제1 전극(201)에 외부 객체가 접촉된 상태에서, 상기 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 상기 제1 전극(201)으로 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 상기 생체 신호 처리 모듈(320)을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는 상기 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 펄스 정보를 설정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 파라미터는 펄스 세기, 펄스 폭, 펄스 간격, 펄스 주기, 펄스 트레인 폭, 펄스 트레인 간격, 펄스 트레인 주기, 각 펄스 트레인에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(duty cycle), 펄스 듀티 사이클 또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(200)는 상기 제1 전극(201) 및 상기 제2 전극(202)과 연결되고, 상기 제1 전극(201) 및 상기 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정하는 접촉 임피던스 측정 모듈(예: 도 7의 접촉 임피던스 측정 모듈(710))을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)은, 상기 제1 전극(201) 및 상기 제2 전극(202) 중 적어도 어느 하나에 전류를 인가하는 전류 인가 회로(예: 도 7의 전류 인가 회로(711)) 및 상기 제1 전극(201)과 상기 제2 전극(202) 사이의 전압을 측정하는 전압 측정 회로(예: 도 7의 전압 측정 회로(712))를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는, 목표 임피던스(예: 도 9의 목표 임피던스(Z1))를 설정하고, 상기 측정된 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스(Z1) 이하이면, 상기 생체 신호 처리 모듈(320)을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는, 상기 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 제1 시간 구간 동안 상기 제1 전극(201)으로 일련의 제1 펄스 파를 출력하고, 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스(Z1)를 초과하면, 상기 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 상기 제1 전극(201)으로 상기 제1 시간 구간과 중첩하지 않는 제2 시간 구간 동안 일련의 제2 펄스 파를 출력하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 펄스 정보는, 상기 제1 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제1 펄스 파에 대한 파라미터를 포함하는 제1 펄스 정보 및 상기 제2 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제2 펄스 파에 대한 파라미터를 포함하는 제2 펄스 정보를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 펄스 정보의 적어도 일부는 상기 제2 펄스 정보의 적어도 일부와 상이할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는, 목표 임피던스(Z1)를 설정하고, 상기 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 제1 시간 구간 동안 상기 제1 전극(201)으로 일련의 제1 펄스 파를 출력하고, 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스(Z1)를 초과하면, 상기 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 상기 제1 전극(201)으로 상기 제1 시간 구간과 중첩하지 않는 제2 시간 구간 동안 일련의 제2 펄스 파를 출력하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스(Z1) 이하이면, 상기 제1 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제1 펄스 파의 파라미터와 상기 제2 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제2 펄스 파의 파라미터에 기반하여 상기 펄스 정보를 설정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 생체 신호 처리 모듈(320)은 상기 제1 전극(201) 또는 상기 제2 전극(202)이 상기 외부 객체에 접촉하였는지 판단하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 생체 정보는 심전도(ECG), 생체 임피던스(BIA) 또는 피부 전기 활성(EDA) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 웨어러블 전자 장치(200)는 복수의 전극들(예: 도 2의 제1 전극(201), 제2 전극(201) 및/또는 제3 전극(203)), 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203) 중 적어도 어느 하나에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈(320), 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203) 중 적어도 어느 하나에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로(310) 및 상기 생체 신호 처리 모듈(320) 및 상기 펄스 출력 회로(310)와 작동적으로 연결된 프로세서(120)를 포함하고, 상기 프로세서(120)는, 펄스 출력 구간 동안 상기 펄스 출력 회로(310)를 이용하여 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203) 중 적어도 어느 하나를 통해 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 및 생체 신호 획득 구간 동안 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203)을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 웨어러블 전자 장치(200)는 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203)에 연결된 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 더 포함하고, 상기 프로세서(120)는 접촉 임피던스 측정 구간 동안 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)을 이용하여 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203) 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는, 목표 임피던스(Z1)를 설정하고, 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스(Z1) 이하이면, 상기 생체 신호 획득 구간의 동작(예: 도 8의 동작 807)을 수행하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는 상기 접촉 임피던스 측정 모듈(710)에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스(Z1)를 초과하면, 상기 펄스 출력 구간의 동작(예: 도 8의 동작 806)을 수행하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 프로세서(120)는 상기 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 펄스 정보를 설정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 파라미터는 펄스 세기, 펄스 폭, 펄스 간격, 펄스 주기, 펄스 트레인 폭, 펄스 트레인 간격, 펄스 트레인 주기, 각 펄스 트레인에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(duty cycle), 펄스 듀티 사이클 또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 생체 신호 처리 모듈(320)은 상기 복수의 전극들(201, 202 또는 203)이 외부 객체에 접촉하였는지 판단하도록 설정될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 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, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 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. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, “기능적으로” 또는 “통신적으로”라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 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. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 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 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적 저장매체'는 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. 예로, '비일시적 저장매체'는 데이터가 임시적으로 저장되는 버퍼를 포함할 수 있다.
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: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어™)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품(예: 다운로더블 앱(downloadable app))의 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 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 웨어러블 전자 장치로서,
    하우징;
    상기 하우징 상에 위치하는 제1 전극과 제2 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로; 및
    상기 생체 신호 처리 모듈 및 상기 펄스 출력 회로와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는:
    상기 제1 전극에 외부 객체가 접촉된 상태에서, 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 제1 전극으로 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 및
    상기 생체 신호 처리 모듈을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  2. 제1 항에서,
    상기 프로세서는 상기 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 펄스 정보를 설정하는 웨어러블 전자 장치.
  3. 제2 항에서,
    상기 파라미터는 펄스 세기, 펄스 폭, 펄스 간격, 펄스 주기, 펄스 트레인 폭, 펄스 트레인 간격, 펄스 트레인 주기, 각 펄스 트레인에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(duty cycle), 펄스 듀티 사이클 또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함하는 웨어러블 전자 장치.
  4. 제2 항에서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 연결되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정하는 접촉 임피던스 측정 모듈을 더 포함하는 웨어러블 전자 장치.
  5. 제4 항에서,
    상기 접촉 임피던스 측정 모듈은,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나에 전류를 인가하는 전류 인가 회로; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전압을 측정하는 전압 측정 회로를 포함하는 웨어러블 전자 장치.
  6. 제4 항에서,
    상기 프로세서는,
    목표 임피던스를 설정하고,
    상기 측정된 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스 이하이면, 상기 생체 신호 처리 모듈을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  7. 제6 항에서,
    상기 프로세서는,
    상기 펄스 출력 회로를 이용하여 제1 시간 구간 동안 상기 제1 전극으로 일련의 제1 펄스 파를 출력하고,
    상기 접촉 임피던스 측정 모듈에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스를 초과하면, 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 제1 전극으로 상기 제1 시간 구간과 중첩하지 않는 제2 시간 구간 동안 일련의 제2 펄스 파를 출력하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  8. 제7 항에서,
    상기 펄스 정보는,
    상기 제1 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제1 펄스 파에 대한 파라미터를 포함하는 제1 펄스 정보; 및
    상기 제2 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제2 펄스 파에 대한 파라미터를 포함하는 제2 펄스 정보를 포함하는 웨어러블 전자 장치.
  9. 제8 항에서,
    상기 제1 펄스 정보의 적어도 일부는 상기 제2 펄스 정보의 적어도 일부와 상이한 웨어러블 전자 장치.
  10. 제4 항에서,
    상기 프로세서는,
    목표 임피던스를 설정하고,
    상기 펄스 출력 회로를 이용하여 제1 시간 구간 동안 상기 제1 전극으로 일련의 제1 펄스 파를 출력하고,
    상기 접촉 임피던스 측정 모듈에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스를 초과하면, 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 제1 전극으로 상기 제1 시간 구간과 중첩하지 않는 제2 시간 구간 동안 일련의 제2 펄스 파를 출력하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  11. 제10 항에서,
    상기 프로세서는 상기 접촉 임피던스 측정 모듈에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스 이하이면, 상기 제1 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제1 펄스 파의 파라미터와 상기 제2 시간 구간 동안 출력되는 상기 일련의 제2 펄스 파의 파라미터에 기반하여 상기 펄스 정보를 설정하는 웨어러블 전자 장치.
  12. 제1 항에서,
    상기 생체 신호 처리 모듈은 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 상기 외부 객체에 접촉하였는지 판단하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  13. 제1 항에서,
    상기 생체 정보는 심전도(ECG), 생체 임피던스(BIA) 또는 피부 전기 활성(EDA) 중 적어도 어느 하나인 웨어러블 전자 장치.
  14. 웨어러블 전자 장치로서,
    복수의 전극들;
    상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나에 연결된 생체(biometric) 신호 처리 모듈;
    상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나에 연결된 펄스(pulse) 출력 회로; 및
    상기 생체 신호 처리 모듈 및 상기 펄스 출력 회로와 작동적으로 연결된 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    펄스 출력 구간 동안 상기 펄스 출력 회로를 이용하여 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나를 통해 일련의 펄스 파(a series of pulse waves)를 출력하고, 및
    생체 신호 획득 구간 동안 상기 복수의 전극들을 이용하여 생체 정보를 획득하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  15. 제14 항에서,
    상기 복수의 전극들에 연결된 접촉 임피던스 측정 모듈을 더 포함하고,
    상기 프로세서는 접촉 임피던스 측정 구간 동안 상기 접촉 임피던스 측정 모듈을 이용하여 상기 복수의 전극들 중 적어도 어느 하나의 접촉 임피던스를 측정하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  16. 제15 항에서,
    상기 프로세서는,
    목표 임피던스를 설정하고,
    상기 접촉 임피던스 측정 모듈에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스 이하이면, 상기 생체 신호 획득 구간의 동작을 수행하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  17. 제16 항에서,
    상기 프로세서는 상기 접촉 임피던스 측정 모듈에 의해 측정된 상기 접촉 임피던스가 상기 목표 임피던스를 초과하면, 상기 펄스 출력 구간의 동작을 수행하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
  18. 제17 항에서,
    상기 프로세서는 상기 일련의 펄스 파에 대한 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 펄스 정보를 설정하는 웨어러블 전자 장치.
  19. 제18 항에서,
    상기 파라미터는 펄스 세기, 펄스 폭, 펄스 간격, 펄스 주기, 펄스 트레인 폭, 펄스 트레인 간격, 펄스 트레인 주기, 각 펄스 트레인에 포함되는 펄스의 개수, 듀티 사이클(duty cycle), 펄스 듀티 사이클 또는 펄스 모양 중 적어도 어느 하나를 포함하는 웨어러블 전자 장치.
  20. 제18 항에서,
    상기 생체 신호 처리 모듈은 상기 복수의 전극들이 외부 객체에 접촉하였는지 판단하도록 설정된 웨어러블 전자 장치.
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