KR20230105381A - Apparatus for measurementing optical-based bio-signal - Google Patents
Apparatus for measurementing optical-based bio-signal Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230105381A KR20230105381A KR1020220000686A KR20220000686A KR20230105381A KR 20230105381 A KR20230105381 A KR 20230105381A KR 1020220000686 A KR1020220000686 A KR 1020220000686A KR 20220000686 A KR20220000686 A KR 20220000686A KR 20230105381 A KR20230105381 A KR 20230105381A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- signal
- optical
- error
- unit
- based bio
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000004497 NIR spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000013186 photoplethysmography Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008035 nerve activity Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
- A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/024—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
- A61B5/02416—Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0261—Measuring blood flow using optical means, e.g. infrared light
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7203—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/72—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
- A61B5/7225—Details of analog processing, e.g. isolation amplifier, gain or sensitivity adjustment, filtering, baseline or drift compensation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Physiology (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
일 실시예에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치는, 생체에 의해 반사된 광이 포함된 광 신호를 수광하는 수광소자를 포함하는 수광부와, 상기 수광부에 의해 수광된 광 신호가 변환된 전류를 측정하여 디지털 신호로서 출력하는 광-디지털 변환 구조의 신호처리부와, 상기 신호처리부의 동작 중에 상기 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향으로 발생할 수 있는 오차를 제거하는 오차 제거부를 포함한다.An optical-based bio-signal measuring device according to an embodiment includes a light-receiving unit including a light-receiving element for receiving an optical signal including light reflected by a living body, and measuring a current converted from an optical signal received by the light-receiving unit. It includes a signal processing unit of an optical-to-digital conversion structure that outputs a digital signal, and an error removing unit that removes an error that may occur due to the influence of the junction capacitance of the light receiving element during operation of the signal processing unit.
Description
본 발명은 광학기반 생체신호(optical-based bio-signal)를 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring an optical-based bio-signal.
광학기반 생체신호들의 종류로는 심박주기마다 혈관의 혈류량 변화를 측정하는 광용적맥파(photoplethysmography, PPG), 뇌 신경활동을 간접적으로 측정하는 근적외선 분광법(near infrared spectroscopy, NIRS) 등이 있다.Types of optical-based bio-signals include photoplethysmography (PPG), which measures changes in blood flow in blood vessels for each heartbeat cycle, and near infrared spectroscopy (NIRS), which indirectly measures brain nerve activity.
이러한 광학기반 생체신호를 측정하는 장치는 피부에 빛을 조사했을 때 피부로부터 반사되는 빛을 포토다이오드(photodiode)나 SiPM(silicon photomultiplier) 등과 같은 수광소자를 통해 전류로 변환하고, 이를 광-디지털 변환(light-to-digital converter, LDC) 구조의 신호처리회로를 통해 측정함으로써 얻어진다.Devices for measuring such optical-based bio-signals convert the light reflected from the skin into current through a photodiode or SiPM (silicon photomultiplier), etc. It is obtained by measuring through a signal processing circuit of a (light-to-digital converter, LDC) structure.
그런데, 포토다이오드나 SiPM 등과 같은 수광소자는 그 물리적 특성에 의해 정션 캐패시턴스(junction capacitance)를 가지며, 이는 빛이 변환된 전류를 LDC 구조의 신호처리회로를 사용하여 측정 시에 정확도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.However, light-receiving elements such as photodiodes and SiPMs have junction capacitance due to their physical characteristics, which is a problem that reduces accuracy when measuring the light-converted current using an LDC-structured signal processing circuit. there is.
일 실시예에 따르면, 광학기반 생체신호 측정 시에 광-디지털 변환을 통한 신호처리 중에 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향을 발생할 수 있는 오차를 제거하는 광학기반 생체신호 측정 장치 및 방법을 제공한다.According to an embodiment, an optical-based bio-signal measurement apparatus and method for removing an error that may be caused by a junction capacitance of a light-receiving device during signal processing through optical-to-digital conversion during optical-based bio-signal measurement is provided.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to those mentioned above, and another problem to be solved that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
일 관점에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치는, 생체에 의해 반사된 광이 포함된 광 신호를 수광하는 수광소자를 포함하는 수광부와, 상기 수광부에 의해 수광된 광 신호가 변환된 전류를 측정하여 디지털 신호로서 출력하는 광-디지털 변환 구조의 신호처리부와, 상기 신호처리부의 동작 중에 상기 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향으로 발생할 수 있는 오차를 제거하는 오차 제거부를 포함한다.An optical-based bio-signal measuring device according to one aspect includes a light-receiving unit including a light-receiving element for receiving an optical signal including light reflected by a living body, and a current obtained by converting the light signal received by the light-receiving unit to be digitally measured. It includes a signal processing unit of an optical-to-digital conversion structure that outputs a signal, and an error removing unit that removes an error that may occur due to the influence of the junction capacitance of the light receiving element during operation of the signal processing unit.
여기서, 상기 오차 제거부는, 상기 수광부와 상기 신호처리부 간의 접속단에 소정 전압을 인가하여 상기 오차를 제거할 수 있다.Here, the error removing unit may remove the error by applying a predetermined voltage to a connection terminal between the light receiving unit and the signal processing unit.
상기 신호처리부는, 상기 접속단에 연결된 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 인가되는 입력 전류에 따라 적분 캐패시터가 충방전하는 적분기를 포함할 수 있고, 상기 오차 제거부는, 상기 스위칭 소자가 상기 적분 캐패시터를 방전시키는 스위칭 동작을 하기 직전에 상기 접속단을 상기 소정 전압으로 고정시킬 수 있다.The signal processing unit may include an integrator for charging and discharging an integrating capacitor according to an input current applied according to a switching operation of a switching element connected to the connection terminal, and the error eliminator may include the switching element discharging the integrating capacitor. The connection terminal may be fixed to the predetermined voltage immediately before performing the switching operation.
상기 적분기는, 하나의 입력단이 상기 스위칭 소자를 통해 상기 접속단에 연결될 수 있고, 다른 입력단에 공통전압(Vcm)이 인가될 수 있으며, 상기 소정 전압은, 공통전압(Vcm)일 수 있다.In the integrator, one input terminal may be connected to the connection terminal through the switching element, a common voltage Vcm may be applied to another input terminal, and the predetermined voltage may be the common voltage Vcm.
상기 오차 제거부는, 공통전압(Vcm)을 인가받는 아날로그 버퍼와, 상기 접속단과 상기 아날로그 버퍼의 출력단 사이에 위치하여 스위칭 상태에 따라 상기 아날로그 버퍼의 출력이 상기 접속단에 인가되는 것을 단속하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.The error removing unit is located between an analog buffer receiving a common voltage (Vcm) and an output terminal of the analog buffer and the connection terminal, and controls the application of the output of the analog buffer to the connection terminal according to a switching state. can include
일 실시예에 따르면, 광학기반 생체신호 측정 시에 광-디지털 변환을 통한 신호처리 중에 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향을 발생할 수 있는 오차를 제거함으로써, 광학기반 생체신호에 대한 측정 정확도가 향상되는 효과가 있다.According to an embodiment, the measurement accuracy of the optical-based bio-signal is improved by removing an error that may be affected by the junction capacitance of the light-receiving element during signal processing through optical-to-digital conversion when measuring the optical-based bio-signal. It works.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치의 구성을 보인 회로도이다.
도 2는 도 1에 광학기반 생체신호 측정 장치의 동작을 나타낸 신호 파형도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 광학기반 생체신호 측정 장치를 단순화한 회로도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 광학기반 생체신호 측정 장치의 구성 중 오차 제거부를 제외한 동작을 나타낸 신호 파형도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 광학기반 생체신호 측정 장치의 구성 중 오차 제거부를 포함한 동작을 나타낸 신호 파형도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of an optical-based bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a signal waveform diagram illustrating the operation of the optical-based bio-signal measuring device of FIG. 1 .
FIG. 3 is a simplified circuit diagram of the optical-based biosignal measuring device shown in FIG. 1 .
FIG. 4 is a signal waveform diagram illustrating the operation of the optical-based bio-signal measuring device shown in FIG. 3 except for the error removal unit.
FIG. 5 is a signal waveform diagram illustrating an operation including an error removing unit among the components of the optical-based bio-signal measuring device shown in FIG. 3 .
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described, and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in the present invention have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art or precedent, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When it is said that a certain part 'includes' a certain element in the entire specification, it means that other elements may be further included without excluding other elements unless otherwise stated.
또한, 명세서에서 사용되는 '부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA나 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '부'들로 더 분리될 수 있다.In addition, the term 'unit' used in the specification means software or a hardware component such as FPGA or ASIC, and 'unit' performs certain roles. However, 'part' is not limited to software or hardware. A 'unit' may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, 'unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. The functionality provided within the components and 'parts' may be combined into a smaller number of elements and 'parts' or further separated into additional elements and 'parts'.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted.
본 발명의 실시예에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치는 피부에 빛을 조사했을 때 피부로부터 반사되는 빛을 포토다이오드나 SiPM 등과 같은 수광소자를 통해 전류로 변환하고, 이를 광-디지털 변환 구조의 신호처리를 통해 측정한다. 이하에서는 수광소자로서 포토다이오드를 이용한 실시예에 대해 설명하겠으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 포토다이오드나 SiPM 등과 같이 정션 캐패시턴스를 갖는 모든 수광소자 및 광-디지털 변환 구조의 신호처리를 이용하는 경우에 모두 적용할 수 있다.An optical-based bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention converts light reflected from the skin into current through a light-receiving element such as a photodiode or SiPM when light is irradiated on the skin, and converts the light into a signal of a light-to-digital conversion structure measured through processing. Hereinafter, an embodiment using a photodiode as a light receiving element will be described, but the present invention is not limited thereto. The present invention can be applied to all light-receiving elements having junction capacitance, such as photodiodes or SiPMs, and signal processing of light-to-digital conversion structures.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치의 구성을 보인 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the configuration of an optical-based bio-signal measuring device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치(100)는 수광부(110), 신호처리부(120) 및 오차 제거부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , an optical-based
수광부(110)는 생체에 의해 반사된 광이 포함된 광 신호를 수광한다. 예를 들어, 수광부(110)는 포토다이오드를 포함할 수 있고, 포토다이오드는 생체에 의해 반사된 광을 수광하여 전류로 변환할 수 있다. 이러한 수광부(110)는 조사된 광이 생체에 의해 반사되는 광뿐만 아니라 주변의 다른 광들(ambient light)에 의해서도 수광하여 전류로 변환하고, 이는 광학기반 생체신호 측정의 오차를 유발한다. 이에 주변 광 영향을 제거하는 처리를 수행할 필요가 있고, 이에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.The
신호처리부(120)는 수광부(110)에 의해 수광된 광 신호가 변환된 전류를 측정하여 광-디지털 변환을 통해 디지털 신호로서 출력한다. 이러한 신호처리부(120)는 수광부(110)에 의해 변환된 전류를 광-디지털 변환 구조의 신호처리를 통해 측정하는 경우라면 다양한 형태로 구현할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 신호처리부(120)는 적분기(121), 비교기(122), 카운터(123), 디지털 비교기(124), 업/다운 카운터(125), 복수의 전류원(IDC, CAN, ICH), 각각의 스위칭 신호(φDC, CAN, φCH, φIN)에 의해 스위칭 동작을 하는 복수의 스위칭 소자 등을 포함할 수 있다.The
오차 제거부(130)는 신호처리부(120)의 동작 중에 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향으로 발생할 수 있는 오차를 제거한다. 예를 들어, 오차 제거부(130)는 수광부(110)와 신호처리부(120) 간의 접속단에 소정 전압을 인가하여 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향으로 발생할 수 있는 오차를 제거할 수 있다.The
예를 들어, 신호처리부(120)는 수광부(110)와의 접속단 사이에 연결된 스위칭 소자의 스위칭 신호(φIN)에 의한 스위칭 동작에 따라 인가되는 입력 전류에 따라 적분 캐패시터(CINT)가 충방전하는 적분기(121)를 포함할 수 있고, 오차 제거부(130)는 스위칭 신호(φIN)가 적분 캐패시터(CINT)를 방전시키는 스위칭 동작을 하기 직전에 접속단을 소정 전압으로 고정시킬 수 있다. 예컨대, 적분기(121)는 하나의 입력단이 스위칭 신호(φIN)에 동작하는 스위칭 소자를 통해 접속단에 연결될 수 있고, 다른 입력단에 공통전압(Vcm)이 인가될 수 있으며, 오차 제거부(130)는 스위칭 신호(φIN)가 적분 캐패시터(CINT)를 방전시키는 스위칭 동작을 하기 직전에 접속단을 공통전압(Vcm)으로 고정시킬 수 있다. 이러한 오차 제거부(130)는 공통전압(Vcm)을 인가받는 아날로그 버퍼(BUFF), 접속단과 아날로그 버퍼(BUFF)의 출력단 사이에 위치하여 스위칭 신호(φPRE)에 의한 스위칭 상태에 따라 아날로그 버퍼(BUFF)의 출력이 접속단에 인가되는 것을 단속하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.For example, the
도 2는 도 1에 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 동작을 나타낸 신호 파형도이다. 도 2에 예시한 바와 같은 복수의 신호 파형이 도 1의 광학기반 생체신호 측정 장치(100)에 입력되면, 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 적분기(121)는 도 2에 나타낸 바와 같은 출력(VOUT)을 나타내고, 카운터(123)와 업/다운 카운터(125)는 도 2에 나타낸 바와 같은 출력(DDC, DCOUNT)을 나타낸다.FIG. 2 is a signal waveform diagram illustrating the operation of the optical-based
도 1 및 도 2를 참조하여, 광학기반 생체신호 측정 장치(100)에 인가되는 신호 파형과 그에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 동작에 대해 살펴보면 다음과 같다.Referring to FIGS. 1 and 2 , the signal waveform applied to the optical-based
- 신호: 리세트(reset) 신호로서, 광-디지털 변환의 시작을 나타냄과 동시에 전체 회로 블록을 리스트 시킨다.- Signal: As a reset signal, it indicates the start of optical-to-digital conversion and lists all circuit blocks at the same time.
- EN_BUFF 신호: 버퍼 인에이블 신호로서, 하이(high)일 경우에만 오차 제거부(130)의 아날로그 버퍼(analog buffer)를 동작 시키고, 그 이외에 경우에는 동작 시키지 않음으로써 전력소모를 최소화 한다. EN_BUFF=high인 시간은 Sampling period(TS) 에 비해서 아주 짧은 시간(예컨대, 1/10 이하)을 가진다.- EN_BUFF signal: As a buffer enable signal, power consumption is minimized by operating the analog buffer of the
- 신호: 수광부(110)의 포토다이오드에 걸리는 전압으로서, 수광부(110)와 신호처리부(120) 간의 접속단에 동일한 크기의 전압이 걸릴 수 있다. 포토다이오드의 정션 캐패시턴스의 영향으로 가 다 낮아질 수 있고, 이 경우에 신호처리부(120)에 의한 전류 측정 오차가 발생할 수 있다.- Signal: This is a voltage applied to the photodiode of the
- 신호: 스위칭 동작에 따라 오차 제거부(130)를 인에이블 시킴으로써 과 을 동일하게 하여 포토다이오드의 정션 캐패시턴스의 영향으로 발생할 수 있는 전류 측정 오차를 제거할 수 있다.- Signal: By enabling the
- 신호: 생체에 의해 반사되어 수광부(110)에 의해 수광된 광에 의해 변환된 전류에는 LED에 의해 생체에 조사된 광에 의한 전류 성분()과 주변의 다른 광들에 의한 전류 성분()이 모두 포함될 수 있다. 스위칭 상태에 따라 주변 광들에 의한 전류 성분()만이 신호처리부(120)에 제공되게 하거나 LED에 의한 영향이 포함된 전류 성분()까지 신호처리부(120)에 제공되게 한다.- Signal: In the current converted by the light reflected by the living body and received by the
- LED 신호: 생체에 광을 조사하기 위한 LED를 동작 시켜서 수광부(110)의 포토다이오드가 생체에 의해 반사된 광을 수광하고, 적분기(121)의 적분 캐패시터(CINT)의 방전 동작이 수행되도록 한다.- LED signal: by operating the LED for irradiating light to the living body, the photodiode of the
- 신호: 생체에 광을 조사하기 위한 LED가 켜져 있는 동안에 수광부(110)의 포토다이오드에는 높은 전류가 흐르는데, 전류원()을 동작 시킴으로써 포토다이오드에 흐르는 대부분의 전류를 입력단에서 빼 주어 신호처리부(120)에 의한 신호처리의 높은 정확도를 확보한다.- Signal: While the LED for irradiating light to the living body is turned on, a high current flows through the photodiode of the
- 신호: 적분 캐패시터()의 연결을 반대로 스위칭 시킴으로써, 주변 광 영향을 제거하는 처리를 수행할 수 있도록 한다.- Signal: Integral capacitor ( ), it is possible to perform processing to remove the influence of ambient light.
- 신호: 전류원()을 동작시킴으로써, 적분 캐패시터()의 충전 동작을 수행하며, 비교기(122)와 카운터(123)를 이용해 충전이 끝나면 디지털 값을 얻을 수 있도록 한다.- Signal: current source ( ) by operating the integrating capacitor ( ), and the
- 신호: 광-디지털 변환에 의해 변환된 디지털 값이다.- Signal: A digital value converted by optical-to-digital conversion.
위와 같은 복수의 신호 파형이 광학기반 생체신호 측정 장치(100)에 작용되면, 오차 제거부(130)는 스위칭 신호(φIN)가 적분 캐패시터()를 방전시키는 스위칭 동작을 하기 직전에 수광부(110)의 포토다이오드에 걸리는 전압을 으로 고정시키는 사전 충전(pre-charging) 동작을 수행할 수 있다.When the plurality of signal waveforms as described above are applied to the optical-based bio-signal measuring
적분기(121)는 입력단의 전류에 따라서 적분 캐패시터()를 충전 또는 방전하는 동작을 수행한다.The
비교기(122)는 적분기(121)의 출력 전압 을 과 비교한 값을 출력한다.The
카운터(123)는 비교기(122)의 동작을 카운트한 값 을 출력한다.The
디지털 비교기(124)는 카운터(123)의 출력 을 와 비교하며, 를 벗어나는 카운터(123)의 출력 에 대하여 업/다운(up/down) 신호를 발생시킨다.The
업/다운 카운터(125)는 디지털 비교기(124)의 출력을 카운트한 결과에 따라 를 증가시키거나 감소시켜 출력한다.According to the result of counting the output of the
도 3은 도 1에 나타낸 광학기반 생체신호 측정 장치(100)를 단순화한 회로도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 구성 중 오차 제거부(130)를 제외한 동작을 나타낸 신호 파형도이며, 도 4는 도 3에 나타낸 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 구성 중 오차 제거부(130)를 포함한 동작을 나타낸 신호 파형도이다.FIG. 3 is a simplified circuit diagram of the optical-based bio-signal measuring
도 4의 신호 파형에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 동작과 도 5의 신호 파형에 따른 광학기반 생체신호 측정 장치(100)의 동작을 비교하여 보면, 오차 제거부(130)가 신호처리부(120)의 동작 중에 수광부(110) 내 포토다이오드의 정션 캐패시턴스에 의한 영향으로 발생할 수 있는 오차를 제거하는 것을 알 수 있다. 아래의 설명에서는 주변 광 영향을 고려하지 않기로 한다.Comparing the operation of the optical-based bio-signal measuring
도 4의 신호 파형에서 방전 상(discharging phase) 직전에 적분 캐패시터()와 정션 캐패시턴스()에 저장된 전하는 다음과 같다.In the signal waveform of FIG. 4, the integrating capacitor just before the discharging phase ( ) and junction capacitance ( ), the charge stored in
방전 상이 시작된 직후에는 신호에 의해 해당 스위칭 소자가 연결되며, 이때 적분기(121)의 출력 은 아래 식의 둘째 항(second term)과 같은 오차(Verror)를 가진다.Immediately after the discharge phase begins, The corresponding switching element is connected by the signal, and at this time, the output of the
이러한 오차(Verror)는 신호처리부(120)가 수광부(110)에 의해 변환된 전류를 측정하기 전의 대기 상(waiting phase)에서 접속단 전압(Vp)이 포토다이오드를 통해 방전됨에 따라 보다 낮아져서 발생하는 것이다.This error (Verror) is caused by the discharge of the connection end voltage (Vp) through the photodiode in the waiting phase before the
도 5의 신호 파형에 의하면, 신호에 의해 해당 스위칭 소자가 연결되기 전에 신호에 의해 오차 제거부(130) 내의 스위칭 소자가 잠깐 동안 연결되며, 이때 수광부(110)와 신호처리부(120) 사이의 접속단의 전압이 으로 고정된다. 따라서, 신호에 의해 해당 스위칭 소자가 연결되는 순간 또한 수광부(110)와 신호처리부(120) 사이의 접속단의 전압은 인 상태이다. 이는 상기한 바와 같은 적분기(121)의 출력 에 대한 수식에서 VP,waiting = VCM 으로 만드는 것이기에, 둘째 항(second term)인 오차(Verror)가 사라진다.According to the signal waveform of FIG. 5, Before the corresponding switching element is connected by the signal The switching element in the
지금까지 설명한 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 광학기반 생체신호 측정 시에 광-디지털 변환을 통한 신호처리 중에 수광소자의 정션 캐패시턴스에 의한 영향을 발생할 수 있는 오차를 제거함으로써, 광학기반 생체신호에 대한 측정 정확도가 향상된다.As described above, according to an embodiment, an error that may be affected by the junction capacitance of a light-receiving element during signal processing through optical-to-digital conversion is removed during optical-based bio-signal measurement, so that the optical-based bio-signal is measured. measurement accuracy is improved.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 품질에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential qualities of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 광학기반 생체신호 측정 장치
110: 수광부
120: 신호처리부
130: 오차 제거부100: Optical-based bio-signal measuring device
110: light receiving unit
120: signal processing unit
130: error removal unit
Claims (5)
상기 수광부에 의해 수광된 광 신호가 변환된 전류를 측정하여 디지털 신호로서 출력하는 광-디지털 변환 구조의 신호처리부와,
상기 신호처리부의 동작 중에 상기 수광소자의 정션 캐패시턴스(junction capacitance)에 의한 영향으로 발생할 수 있는 오차를 제거하는 오차 제거부를 포함하는
광학기반 생체신호 측정 장치.a light receiving unit including a light receiving element for receiving an optical signal including light reflected by a living body;
a signal processing unit having an optical-to-digital conversion structure for measuring a current converted from an optical signal received by the light receiving unit and outputting the converted current as a digital signal;
And an error removing unit for removing an error that may occur due to the influence of the junction capacitance of the light receiving element during the operation of the signal processing unit.
Optical-based bio-signal measurement device.
상기 오차 제거부는, 상기 수광부와 상기 신호처리부 간의 접속단에 소정 전압을 인가하여 상기 오차를 제거하는
광학기반 생체신호 측정 장치.According to claim 1,
The error removing unit removes the error by applying a predetermined voltage to a connection terminal between the light receiving unit and the signal processing unit.
Optical-based bio-signal measurement device.
상기 신호처리부는, 상기 접속단에 연결된 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따라 인가되는 입력 전류에 따라 적분 캐패시터가 충방전하는 적분기를 포함하고,
상기 오차 제거부는, 상기 스위칭 소자가 상기 적분 캐패시터를 방전시키는 스위칭 동작을 하기 직전에 상기 접속단을 상기 소정 전압으로 고정시키는
광학기반 생체신호 측정 장치.According to claim 2,
The signal processing unit includes an integrator for charging and discharging an integrating capacitor according to an input current applied according to a switching operation of a switching element connected to the connection terminal,
The error removing unit fixes the connection terminal to the predetermined voltage immediately before the switching element performs a switching operation of discharging the integrating capacitor.
Optical-based bio-signal measurement device.
상기 적분기는, 하나의 입력단이 상기 스위칭 소자를 통해 상기 접속단에 연결되고, 다른 입력단에 공통전압(Vcm)이 인가되며,
상기 소정 전압은, 공통전압(Vcm)인
광학기반 생체신호 측정 장치.According to claim 3,
In the integrator, one input terminal is connected to the connection terminal through the switching element, and a common voltage (Vcm) is applied to the other input terminal,
The predetermined voltage is a common voltage (Vcm)
Optical-based bio-signal measurement device.
상기 오차 제거부는,
공통전압(Vcm)을 인가받는 아날로그 버퍼와,
상기 접속단과 상기 아날로그 버퍼의 출력단 사이에 위치하여 스위칭 상태에 따라 상기 아날로그 버퍼의 출력이 상기 접속단에 인가되는 것을 단속하는 스위칭 소자를 포함하는
광학기반 생체신호 측정 장치.According to claim 4,
The error elimination unit,
An analog buffer receiving a common voltage (Vcm);
A switching element positioned between the connection end and the output end of the analog buffer to regulate the application of the output of the analog buffer to the connection end according to a switching state
Optical-based bio-signal measurement device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220000686A KR102646181B1 (en) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Apparatus for measurementing optical-based bio-signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220000686A KR102646181B1 (en) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Apparatus for measurementing optical-based bio-signal |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230105381A true KR20230105381A (en) | 2023-07-11 |
KR102646181B1 KR102646181B1 (en) | 2024-03-12 |
Family
ID=87159630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220000686A KR102646181B1 (en) | 2022-01-04 | 2022-01-04 | Apparatus for measurementing optical-based bio-signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102646181B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06101815A (en) | 1992-09-18 | 1994-04-12 | Hitachi Ltd | Premixing combustion burner and combustion device |
KR20200087422A (en) * | 2019-01-11 | 2020-07-21 | 어보브반도체 주식회사 | a auto offset compensation device based binary searching of pulse oximeter |
KR20210111048A (en) * | 2020-03-02 | 2021-09-10 | 삼성전자주식회사 | Electronic device for measuring bio-signal using light and operation mehtod thereof |
KR20220000469A (en) * | 2020-06-26 | 2022-01-04 | 삼성전자주식회사 | Method for correcting external light for biometric signal measurement, the electronic device and storage medium therefor |
-
2022
- 2022-01-04 KR KR1020220000686A patent/KR102646181B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06101815A (en) | 1992-09-18 | 1994-04-12 | Hitachi Ltd | Premixing combustion burner and combustion device |
KR20200087422A (en) * | 2019-01-11 | 2020-07-21 | 어보브반도체 주식회사 | a auto offset compensation device based binary searching of pulse oximeter |
KR20210111048A (en) * | 2020-03-02 | 2021-09-10 | 삼성전자주식회사 | Electronic device for measuring bio-signal using light and operation mehtod thereof |
KR20220000469A (en) * | 2020-06-26 | 2022-01-04 | 삼성전자주식회사 | Method for correcting external light for biometric signal measurement, the electronic device and storage medium therefor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102646181B1 (en) | 2024-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7355539B2 (en) | Multi-bit ADC with sigma-delta modulation | |
AU602253B2 (en) | Pulse oximetry system | |
WO2017076105A1 (en) | Fault identification system for use in direct current transmission line | |
JP4705626B2 (en) | Delta-sigma modulator for outputting an analog representation of a physiological signal | |
US5842981A (en) | Direct to digital oximeter | |
US20170325699A9 (en) | Method and apparatus for optical sensing of tissue variation at increased accuracy | |
CN102319075B (en) | Blood oxygen saturation measuring device and measuring method | |
WO1998002087A9 (en) | Direct to digital oximeter | |
KR102646181B1 (en) | Apparatus for measurementing optical-based bio-signal | |
US20200375484A1 (en) | Light-to-digital converter | |
US10568581B2 (en) | Pulsimeter, frequency analysis device, and pulse measurement method | |
CN104825152B (en) | The single channel harvester and method of biological electricity and square-wave frequency modulation multiple signals | |
KR101215081B1 (en) | A pulse oximeter using a single supply amplifier module | |
CN104783778B (en) | The single channel harvester and method of biological electricity and quadrature square wave modulation multiple signals | |
CN104783768A (en) | Triangular wave modulation photoelectric pulse wave measuring device and method | |
CN104783776B (en) | The single channel harvester and method of biological electricity and orthogonal sinusoidal wave modulation multiple signals | |
WO2021102892A1 (en) | Ppg circuit, biological feature detection device, and biological feature detection method | |
CN104783777B (en) | The single channel harvester and method of biological electricity and sine wave modulation multiple signals | |
KR102189402B1 (en) | a auto offset compensation device based binary searching of pulse oximeter | |
CN220043383U (en) | Pre-amplifier applied to sensor and heart rate sensor | |
Chen et al. | A sub-0.01 phase resolution 6.8-mw fnirs readout circuit employing a mixer-first frequency-domain architecture | |
US20220255554A1 (en) | Analog-to-digital converter circuitry, an integrated circuit device, a photoplethysmogram detector, a wearable device and a method for analog-to-digital conversion | |
RU2786310C1 (en) | Pulse oximeter | |
Kolacinski et al. | The integrated transmitter and receiver modules for pulse oximeter system | |
Kolacinski et al. | Dedicated chip for pulse oximetry measurements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |