WO2020145494A1 - 전극을 이용한 생체 신호 측정 방법 및 장치 - Google Patents

전극을 이용한 생체 신호 측정 방법 및 장치 Download PDF

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WO2020145494A1
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이수호
김영현
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삼성전자 주식회사
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Definitions

  • An electronic device (eg, the electronic device 200 of FIGS. 2A and 2B) according to various embodiments of the present invention includes a first electrode (eg, a first electrode 310 of FIGS. 3A and 3B) that contacts a user's body )), a second electrode (for example, the second electrode 320 in FIGS. 3A and 3B) and a third electrode (for example, the third electrode 330 in FIGS. 3A and 3B), the first electrode and the first Instrumentation amplifier differentially amplifying the signal received from the two electrodes (e.g., instrumentation amplifier 360 of FIGS. 3A and 3B), feedback amplifier feedbacking feedback noise to the user's body through the third electrode (e.g., FIG.
  • the first signal relationship graph 530 includes the first power noise signal 531 and the first noise signal 533 extracted from the first bio signal.
  • the first power noise signal 531 may be noise generated by a current applied to electrodes (eg, the first electrode 310 and the second electrode 320 of FIGS. 3A and 3B). Since the size of the first power noise signal 531 is smaller than the size of the first noise signal 533, the first power noise signal 531 may not be canceled. Accordingly, an electronic device (for example, the electronic device 101 of FIG. 1, the electronic device 200 of FIGS. 2A and 2B) may obtain a biosignal by removing the first noise signal from the first biosignal. .

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Abstract

본 발명의 다양한 실시 예들은 사용자의 신체에 접촉되는 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호를 차등 증폭하는 계측 증폭기, 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 피드백 증폭기, 및 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 계측 증폭기로부터 획득한 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하도록 설정된 방법 및 장치에 관하여 개시한다. 다양한 실시 예들이 가능하다.

Description

전극을 이용한 생체 신호 측정 방법 및 장치
본 발명의 다양한 실시예들은 전극을 이용한 생체 신호 측정 방법 및 장치에 관하여 개시한다.
디지털 기술의 발달과 함께 이동통신 단말기, PDA(personal digital assistant), 전자수첩, 스마트 폰, 태블릿 PC(personal computer), 웨어러블 디바이스(wearable device) 등과 같은 다양한 유형의 전자 장치가 널리 사용되고 있다. 이러한, 전자 장치는 기능 지지 및 증대를 위해, 전자 장치의 하드웨어적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분이 지속적으로 개량되고 있다.
일례로, 전자 장치는 생체 신호를 측정하기 위한 전극을 포함하고, 전극을 이용하여 심전도(electrocardiogram, ECG), 뇌파(electroencephalogram, EEG), 근전도(electromyography, EMG)와 같은 생체 신호를 획득할 수 있다.
생체 신호는 온도, 습도, 전자파와 같은 주변 환경과 사용자의 감정 상태와 같은 수많은 요인들에 의해 영향을 받고 실시간으로 변화할 수 있다. 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 종래기술은 대부분 이와 같이 변화하는 상황과 상관없이 전극의 크기나 이득(gain)을 처음 설정된 상태로 전극으로부터 획득한 신호를 후 처리하는 방식을 사용하고 있다. 이러한 종래 방식은 전극으로부터 획득한 신호에 크게 의존적이고, 생체 신호 내에 노이즈 성분이 유입되면 제거가 불가능할 수 있다. 전자 장치는 생체 신호 내에 노이즈 성분을 줄이기 위해, 공통 노이즈 성분을 신체로 네거티브 피드백시킬 수 있다. 다만, 피드백 증폭기의 게인이 증가할수록 공통 노이즈 성분이 감소하지만, 특정 게인 이상부터는 노이즈 성분의 감소가 일어나지 않을 수 있다.
다양한 실시예들에서는, 변화하는 환경에 따라 노이즈 피드백 게인을 조절하거나, 전극의 접촉 면적(예: 전극에 포함된 전극 노드의 개수) 또는 전극에 포함된 전극 노드의 위치를 변경하여 효과적으로 노이즈 성분을 제거하는 방법 및 장치에 관하여 개시할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 사용자의 신체에 접촉되는 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호를 차등 증폭하는 계측 증폭기, 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 피드백 증폭기, 및 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 계측 증폭기로부터 획득한 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 사용자의 신체에 접촉되는 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 병렬로 연결되는 멀티플렉서, 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 차등 증폭하는 계측 증폭기, 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 피드백 증폭기, 및 제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 멀티플렉서로부터 출력된 상기 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 포함하는 전자 장치의 동작 방법은 계측 증폭기를 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호로부터 생체 신호를 획득하는 동작, 피드백 증폭기를 이용하여 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 사용자의 신체로 피드백하는 동작, 상기 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하는 동작, 및 상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 변화하는 환경에 따라 노이즈 피드백 게인을 조절하거나, 전극의 접촉 면적(예: 전극에 포함된 전극 노드의 개수) 또는 전극에 포함된 전극 노드의 위치를 변경하여 효과적으로 노이즈 성분을 제거할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 생체 신호의 노이즈를 감소시켜 생체 신호의 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 증가시킴으로써, 좋은 품질의 생체 신호를 획득할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)의 전면 사시도 및 후면 사시도를 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(400)이다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따른 생체 신호에 포함된 노이즈 신호의 특성을 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 다양한 실시예들에 따른 피드백 이득 조절에 따른 노이즈 신호의 변화를 도시한 도면이다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극 면적을 조절하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(700)이다.
도 8a 및 도 8b는 다양한 실시예들에 따른 노이즈 크기에 따른 전극 면적을 조절하는 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 노이즈 크기를 감소시켜 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(900)이다.
도 10a 및 도 10b는 다양한 실시예들에 따른 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(1100)이다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(1200)이다.
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 회로 등의 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.
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 구성 요소가 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)을 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)은, 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)이 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 구성 요소에 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) 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 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 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))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 모듈은 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))를 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. 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, or 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 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.
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 저장매체 는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 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 스토어TM)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 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 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.
도 2a 및 도 2b는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)의 전면 사시도 및 후면 사시도를 도시한 도면이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(200)(예: 도 1의 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 상기 전자 장치(200)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목 등)에 탈착 가능하게 결착하도록 구성된 결착 부재(250, 260)를 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 하우징은, 도 2a의 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. 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), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 상기 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. 상기 결착 부재(250, 260)는 다양한 재질 및 형태로 형성될 수 있다. 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(200)는, 디스플레이(220)(예: 도 1의 표시 장치(160)), 오디오 모듈(205, 208), 센서 모듈(211), 키 입력 장치(202, 203, 204) 및 커넥터 홀(209) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(200)는, 구성요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(202, 203, 204), 커넥터 홀(209), 또는 센서 모듈(211))를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
디스플레이(220)(예: 도 1의 표시 장치(160), 또는 유저 인터페이스)는, 예를 들어, 전면 플레이트(201)의 상당 부분을 통하여 노출될 수 있다. 디스플레이(220)의 형태는, 전면 플레이트(201)의 형태에 대응하는 형태일 수 있으며, 원형, 타원형, 또는 다각형 등 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 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(200)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(211)은, 예를 들어, 하우징(210)의 제2 면(210B)을 통해 노출되며, 생체 센서 모듈(예: HRM 센서)을 포함할 수 있다. 전자 장치(100)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.
제1 전극(310)은 측면 배젤 구조(206)에 배치되고, 제2 전극(320) 및 제3 전극(330)은 제2 면(210B)에 배치될 수 있다. 제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)은 심전도(electrocardiogram, ECG), 전기 피부 반응(galvanic skin response, GSR), 뇌파(electroencephalogram, EEG), 또는 생체전기저항 측정법(bioimpedence assessment, BIA) 중 적어도 하나를 측정할 수 있다. 도면에서는 전극이 3개인 것으로 도시하고 있으나, 전극은 세 개 이상일 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 키는 전면 플레이트(201)의 형태에 대응하는 형태일 수 있다. 다른 실시예에서는, 전자 장치(200)는 상기 언급된 키 입력 장치(202, 203, 204)들 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함 되지 않은 키 입력 장치(202, 203, 204)는 디스플레이(220) 상에 소프트 키 등 다른 형태로 구현될 수 있다. 커넥터 홀(209)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예를 들어, 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(200)는, 예를 들면, 커넥터 홀(209)의 적어도 일부를 덮고, 커넥터 홀에 대한 외부 이물질의 유입을 차단하는 커넥터 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.
결착 부재(250, 260)는 락킹 부재(251, 161)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 등)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(250,160)의 움직임 범위를 제한할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(200)(예: 도 1의 전자 장치(101))는 제1 전극(310), 제2 전극(320), 제3 전극(330), 멀티플렉서(340), A/D 컨버터(350), 계측 증폭기(instrumentation amplifier, 360), 피드백 증폭기(feedback amplifier, 370), 및 제어 회로(380)를 포함할 수 있다.
제1 전극(electrode, 310) 및 제2 전극(320)은 사용자의 신체로부터 1차적으로 생체 신호를 수신하는 역할을 할 수 있다. 제3 전극(330)은 사용자의 신체로 노이즈 신호를 피드백(또는 출력)하는 역할을 할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)은 전도성을 가지는 물질로 형성되고, 제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)을 통해 전류가 흐를 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)은 스테인리스 스틸(Stainless steel), 골드(Gold)와 같은 레지스턴스(resistance)가 낮은 메탈(metal)또는 전도성 섬유로 형성될 수 있다.
제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)은 사용자의 피부(또는 신체)와 접촉하여 접촉 임피던스(contact impedance)를 형성할 수 있다. 제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)은 직접적으로 사용자의 신체에 전하를 흘릴 수 있다. 또는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 사용자의 신체와 전하가 이루는 커패시턴스(capacitance) 값을 통해 출력 값을 측정할 수도 있다. 제1 전극(310) 내지 제3 전극(330)은 심전도(ECG), 전기 피부 반응(GSR), 뇌파(EEG), 또는 생체전기저항 측정법(BIA) 중 적어도 하나의 생체 신호를 측정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 N x M (N, M은 자연수) 매트릭스(matrix) 형태로 형성될 수 있다. N과 M은 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 매트릭스 형태로 형성되는 경우, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 각 출력 노드는 멀티플렉서(340)의 입력 노드와 각각 연결될 수 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 멀티플렉서(340)의 제어에 따라 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)에 포함된 전극 노드의 개수(또는 면적) 또는 전극 노드의 위치가 달라질 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 전극(310)은 전자 장치(200)의 전면(예: 도 2a 및 도 2b의 제1 면(210A)) 또는 측면(예: 도 2a 및 도 2b의 배젤 측면 구조(206))에 형성되고, 제2 전극(320) 및 제3 전극(330)은 전자 장치(200)의 후면(예: 도 2a 및 도 2b의 제2 면(210B))에 형성될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전자 장치(200)를 손목에 착용하는 경우, 제2 전극(320) 및 제3 전극(330)은 사용자의 손목에 접촉되고, 제1 전극(310)은 상기 사용자의 의도에 따라 상기 사용자의 신체와 접촉될 수 있다. 상기 사용자는 전자 장치(200)를 왼쪽 손목에 착용하고, 오른쪽 손가락으로 제1 전극(310)에 접촉할 수 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)은 멀티플렉서의 입력과 연결되고, 제3 전극(330)은 피드백 증폭기(370)의 출력과 연결될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 전극(310) 및 제3 전극(330)은 전자 장치(200)의 제1 면(210A)에 형성되고, 제2 전극(320)은 전자 장치(200)의 제2 면(210B)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 전자 장치(200)를 손목에 착용하는 경우, 제2 전극(320)은 사용자의 손목에 접촉되고, 제1 전극(310) 및 제3 전극(330)은 상기 사용자의 의도에 따라 상기 사용자의 신체와 접촉될 수 있다. 상기 사용자는 전자 장치(200)를 왼쪽 손목에 착용하고, 오른쪽 손가락으로 제1 전극(310) 및 제3 전극(330)에 접촉할 수 있다.
멀티플렉서(multiplexer, 340)는 여러 개의 입력선 중에서 하나를 선택하여 단일 출력선으로 연결하는 조합 회로일 수 있다. 멀티플렉서(340)는 간단히, '먹스(MUX)'라 하기도 하는데, 다중 입력 데이터를 단일 출력하므로 데이터 셀렉터(data selector)라고도 한다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)과 계측 증폭기(360) 사이를 연결시켜줄 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)과 병렬로 연결될 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)으로부터 입력된 신호 전체를 계측 증폭기(360)에 전달하거나, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)으로부터 입력된 일부 신호를 계측 증폭기(360)에 전달할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 멀티플렉서(340)는 노이즈 크기 또는 접촉 임피던스 크기에 따라 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)에 포함된 전극 노드의 개수(면적) 또는 전극 노드의 위치를 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 매트릭스 형태로 형성되는 경우, 멀티플렉서(340)의 입력 노드는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 각 출력 노드와 연결될 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제어 회로(380)의 제어에 따라 입력 노드로 입력되는 신호 전체를 출력 노드로 전달하거나, 입력 노드로 입력되는 신호 일부를 출력 노드로 전달할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)에서 획득한 신호 전체를 계측 증폭기(360)에 전달하거나, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)에서 획득한 일부 신호를 계측 증폭기(360)에 전달할 수 있다.
A/D 컨버터(analog digital converter, ADC 350)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킬 수 있다. A/D 컨버터(350)는 멀티플렉서(340)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 제어 회로(380)에 제공할 수 있다. A/D 컨버터(350)는 멀티플렉서(340)로부터 출력된 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 각각 제1 디지털 신호 및 제2 디지털 신호로 변환할 수 있다.
계측 증폭기(360)는 하나의 신호 또는 두 개 이상의 다른 두 신호를 겹쳐 놓을 때, 작은 편차를 감지하거나 증폭시키기에 적합한 회로일 수 있다. 계측 증폭기(360)는 적어도 3개의 연산 증폭기를 포함하는 회로로 구성될 수 있다. 계측 증폭기(360)는 멀티플렉서(340)로부터 출력된 신호를 차등 증폭하고, 노이즈 성분을 제거하여 생체 신호를 생성할 수 있다. 계측 증폭기(360)는 포지티브 입력(positive input)과 네거티브 입력(negative input)에 들어온 신호들을 차등 증폭할 수 있다. 도면에서는 별도로 표시하지 않았지만, 전자 장치(200)는 노이즈 성분(또는 신호)를 제거한 생체 신호를 획득하기 위해 필터를 더 포함할 수 있다.
피드백 증폭기(370)는 출력 신호의 일부를 네거티브 피드백(negative feedback)시키는, 즉 반대 위상에서 입력으로 되돌림으로써 출력의 변형(strain)이나 소음을 적게 하고 안정도(stability)를 향상시킨 것일 수 있다. 피드백 증폭기(370)는 멀티플렉서(340)로부터 출력되는 신호를 포지티브 입력으로 입력하고, 기준 전압(예: Vref)을 네거티브 입력으로 입력시켜, 제3 전극(330)으로 피드백 신호를 출력할 수 있다. 멀티플렉서(340)로부터 출력되는 신호는 병렬로 피드백 증폭기(370)에 포지티브 입력으로 입력될 수 있다. 상기 피드백 신호는 제3 전극(330)을 통해 사용자의 인체로 인가될 수 있다. 피드백 증폭기(370)는 전원 노이즈 성분(예: 50 ~ 60Hz)을 사용자의 인체로 피드백하여 전원 노이즈 성분을 감소(또는 제거)하기 위한 것일 수 있다.
제어 회로(380)는 계측 증폭기(360)로부터 획득한 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370)의 게인(gain, 또는 게인값, 피드백 게인)을 증가시키면서 상기 생체 신호를 획득할 수 있다. 상기 게인은 피드백 증폭기(370)에서 신호를 증폭시키는 정도를 의미할 수 있다. 제어 회로(380)는 획득한 생체 신호로부터 노이즈 신호를 추출하고, 추출된 노이즈 신호의 크기를 분석할 수 있다. 제어 회로(380)는 A/D 컨버터(350)를 통해 디지털로 변환된 생체 신호를 고속 푸리에 변환(fast fourier transform)하여 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면, 사용자의 인체에 피드백된 노이즈 성분으로 인해 생체 신호에 포함되는 노이즈 성분이 상쇄되어 노이즈 크기가 감소할 수 있다. 제어 회로(380)는 일정 시간 동안 피드백 증폭기(370)의 게인 증가 및 노이즈 분석을 수행함으로써, 적절한 피드백 게인을 설정할 수 있다.
피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면 노이즈 크기가 감소되지만, 특정 게인 이상부터는 노이즈 크기가 감소되지 않고 증가될 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 다시 증가할 때까지 피드백 게인(feedback gain)을 증가시키면서, 생체 신호를 획득하고, 획득한 생체 신호로부터 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 노이즈 크기가 감소하다가 다시 증가하면, 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 증가되기 바로 이전의 피드백 게인을 피드백 증폭기(370)의 게인으로 설정할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370)의 게인을 설정한 후 생체 신호를 측정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호(예: ADC1, ADC2)를 이용하여 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 제어 회로(380)는 두 개의 입력 신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 멀티플렉서(340)로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호는 A/D 컨버터(350)를 거쳐 제1 디지털 신호와 제2 디지털 신호로 변환될 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호 간의 노이즈 크기를 비교할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 비교 결과에 기반하여 멀티플렉서(340)의 출력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 비교된 노이즈 차이가 기준치를 초과하는 경우, 멀티플렉서(340)의 출력을 제어하여 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 면적을 조절할 수 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 면적 조절은 제1 전극(310) 또는 제2 전극(320)에 포함된 전극 노드의 개수를 조절한다는 의미일 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 비교된 노이즈 차이가 기준치 미만인 상태의 멀티플렉서(340)의 출력을 설정하여 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)의 면적을 설정할 수 있다. 제어 회로(380)는 면적 설정 후 생체 신호를 측정할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370)의 게인을 조절하여 노이즈 크기를 감소하는 제1 방법과 멀티플렉서(340)의 출력을 제어하여 노이즈 크기를 감소하는 제2 방법 중 적어도 하나를 수행할 수 있다. 또는, 제어 회로(380)는 제1 방법을 수행한 후 제2 방법을 수행할 수 있다. 제어 회로(380)는 제1 방법을 수행한 후 노이즈 크기에 기반하여 제2 방법을 수행할 지 여부를 결정할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 미리 설정된 노이즈 임계치를 초과하는 경우 제2 방법을 수행하고, 노이즈 크기가 상기 노이즈 임계치 이하인 경우 제2 방법을 수행하지 않을 수 있다. 또는, 제어 회로(380)는 제2 방법을 수행한 후 노이즈 크기에 기반하여 제1 방법을 수행할 지 여부를 결정할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 미리 설정된 노이즈 임계치를 초과하는 경우 제1 방법을 수행하고, 노이즈 크기가 상기 노이즈 임계치 이하인 경우 제1 방법을 수행하지 않을 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 전극을 이용한 생체 신호 측정 시, 전원 노이즈나 동잡음(motion artifact)과 같은 노이즈(또는 노이즈 신호)가 존재할 수 있다. 또는, 전극에 접촉되는 사용자의 특정 신체 부위(예, 손목, 손가락 등)가 건조하거나, 전극에 사용자의 신체가 제대로 접촉되지 않는 경우, 노이즈 입력의 불균형(imbalance)으로 작용하여 생체 신호 측정에 영향을 줄 수 있다. 특히, 웨어러블 기기(예: 도 2a 및 도 2b)와 같은 전자 장치는 경량화, 소형화하기 때문에 전극 면적이 제한되어 접촉 임피던스(contact impedance)가 증가하고, 측정 자세의 불안정으로 노이즈가 증가하여 신호대잡음비(signal to noise ratio, SNR)이 감소할 수 있다. 또한, 노이즈는 주변 환경에 따라 실시간으로 변화하는데 이에 대해서 자동적으로 피드백 게인의 값을 조절하여 공통 노이즈는 줄이고, 전극 면적 구성 변경을 통해 차등 노이즈를 감소시킴으로써, 생체 신호의 신호대잡음비를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))는 사용자의 신체에 접촉되는 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310)), 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320)) 및 제3 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제3 전극(330)), 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호를 차등 증폭하는 계측 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360)), 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370)), 및 제어 회로(예: 도 3a 및 도 3b의 제어 회로(380))를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 계측 증폭기로부터 획득한 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 피드백 증폭기의 게인을 증가시키면서 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기를 분석하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 증가하는 경우, 상기 피드백 증폭기의 게인 증가를 중단하고, 상기 노이즈 크기가 증가하기 전의 피드백 게인을 상기 피드백 증폭기의 게인으로 설정하도록 설정될 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 상기 계측 증폭기 사이에 배치되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 출력을 상기 계측 증폭기로 전달하는 멀티플렉서를 더 포함하도록 설정될 수 있다.
상기 멀티플렉서는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 입력된 신호 전체를 상기 계측 증폭기에 전달하거나, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 입력된 일부 신호를 상기 계측 증폭기에 전달하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 멀티플렉서로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 포함된 전극 노드의 개수 또는 전극 노드의 위치를 조절하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 두 개의 입력 신호에 포함된 노이즈 신호 간의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 피드백 증폭기의 게인을 설정한 이후 획득되는 생체 신호에 포함된 노이즈 크기에 기반하여 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 미리 설정된 노이즈 임계치를 초과하는 경우 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하도록 설정될 수 있다.
상기 제1 전극은, 상기 전자 장치의 전면에 배치되고, 상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 상기 전자 장치의 후면에 배치되도록 설정될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제3 전극은, 상기 전자 장치의 전면에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 전자 장치의 후면에 배치되도록 설정될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))는 사용자의 신체에 접촉되는 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310)), 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320)) 및 제3 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제3 전극(330)), 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 병렬로 연결되는 멀티플렉서(예: 도 3a 및 도 3b의 멀티플렉서(340)), 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 차등 증폭하는 계측 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360)), 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370)), 및 제어 회로(예: 도 3a 및 도 3b의 제어 회로(380))를 포함하고, 상기 제어 회로는, 상기 멀티플렉서로부터 출력된 상기 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 멀티플렉서로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 두 개의 입력 신호에 포함된 노이즈 신호 간의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정될 수 있다.
상기 제어 회로는, 상기 전극 면적 조절 이후에 상기 계측 증폭기로부터 획득되는 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 미리 설정된 노이즈 임계치를 초과하는 경우 상기 피드백 증폭기의 게인을 조절하도록 설정될 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(400)이다.
도 4를 참조하면, 동작(401)에서, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(380)(예: 도 1의 프로세서(120))는 제1 생체 신호로부터 제1 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 상기 제1 생체 신호는 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)), 멀티플렉서(예: 도 3a 및 도 3b의 멀티플렉서(340)) 및 계측 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360))를 통해 제어 회로(380)로 입력될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 상기 제1 생체 신호로부터 제1 노이즈 신호를 추출하고, 추출된 제1 노이즈 신호의 크기를 분석할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(350)를 통해 디지털로 변환된 생체 신호는 고속 푸리에 변환(FFT)하면, 주파수 특성을 가진 신호로 변환될 수 있다. 제어 회로(380)는 주파수 특성의 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 예를 들어, 주파수 특성의 신호는 특정 주파수(예: 50 ~ 60Hz)에서 피크(peak)를 나타내게 되는데, 이러한 피크 지점을 노이즈 신호로서 추출할 수 있다.
동작(403)에서, 제어 회로(380)는 피드백 게인(또는 게인값)을 증가시킬 수 있다. 상기 피드백 게인은 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370))의 게인을 의미할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시킬 수 있다. 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면, 사용자 인체로 피드백되는 노이즈 신호(또는 성분)의 크기가 달라질 수 있다.
동작(405)에서, 제어 회로(380)는 제2 생체 신호로부터 제2 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 상기 제1 생체 신호는 피드백 게인을 증가시키기 전에 획득한 생체 신호이고, 상기 제2 생체 신호는 상기 피드백 게인을 증가시킨 이후에 획득한 생체 신호일 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제2 생체 신호로부터 제2 노이즈 신호를 추출하고, 추출된 제2 노이즈 신호의 크기를 분석할 수 있다. 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면, 사용자의 인체로 피드백된 노이즈 성분으로 인해 생체 신호에 포함되는 노이즈 성분이 제거되어 노이즈 크기가 감소할 수 있다. 예를 들어, 제3 전극(330)을 통해 노이즈 신호가 사용자의 인체로 피드백되고, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 통해 획득되는 생체 신호가 계측 증폭기(360)의 포지티브 입력 및 네거티브 입력으로 입력될 수 있다. 사용자의 인체로 피드백된 노이즈 신호는 각각 포지티브 입력 및 네거티브 입력으로 입력되어, 계측 증폭기(360)를 통과하면 제거될 수 있다. 그러나, 특정 게인 이상부터는 계측 증폭기(360)를 통과한 노이즈 신호가 서로 상쇄되어 제거되지 않고 오히려 증가될 수 있다.
동작(407)에서, 제어 회로(380)는 노이즈가 증가되는지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 동작(401)에서 분석한 노이즈 크기와 동작(405)에서 분석한 노이즈 크기를 비교하여, 노이즈가 증가되는지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈가 증가하는 경우 동작(409)을 수행하고, 노이즈가 증가되지 않는 경우 동작(403)으로 리턴할 수 있다. 제어 회로(380)는 동작(403) 및 동작(405)을 반복적으로 수행하여, 노이즈 크기가 감소하다가 다시 증가할 때까지 피드백 게인을 증가시키면서, 노이즈 크기를 분석할 수 있다.
노이즈가 증가하면, 동작(409)에서, 제어 회로(380)는 피드백 게인을 설정할 수 있다. 피드백 게인을 증가시키면 노이즈가 감소하다가 어느 시점에서는 다시 노이즈가 증가할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 증가되기 바로 이전의 피드백 게인을 피드백 증폭기(370)의 게인으로 설정할 수 있다.
동작(411)에서, 제어 회로(380)는 생체 신호를 측정할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 감소(또는 제거)되도록 하는 피드백 증폭기(370)의 게인을 설정한 후, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320), 멀티플렉서(340), 및 계측 증폭기(360)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정(또는 생성)할 수 있다. 제어 회로(380)는 측정된 생체 신호를 이용하여 심전도(ECG), 전기 피부 반응(GSR), 뇌파(EEG), 또는 생체전기저항 측정법(BIA) 중 적어도 하나의 생체 정보를 생성할 수 있다. 제어 회로(380)는 생체 정보를 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장하거나, 사용자에게 디스플레이(예: 도 1의 표시 장치(160))를 통해 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(380)는 동작(409) 수행 후, 도 7의 흐름도를 수행할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시예들에 따른 생체 신호에 포함된 노이즈 신호의 특성을 도시한 도면이다.
도 5a는 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370))의 게인 증가에 따른 노이즈 신호를 나타낸 것이다.
도 5a를 참조하면, 제1 노이즈 신호 그래프(510)는 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가하기 전에 생체 신호로부터 추출된 노이즈 신호를 나타낸 것이다. 제2 노이즈 신호 그래프(520)는 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가한 후, 생체 신호로부터 추출된 노이즈 신호를 나타낸 것이다. 제1 노이즈 신호 그래프(510)와 제2 노이즈 신호 그래프(520)를 비교해 보면, 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면, 노이즈 크기가 감소되는 것을 알 수 있다.
도 5b는 피드백 증폭기(370)의 게인과 노이즈 신호 간의 연관 관계를 나타낸 것이다.
도 5b를 참조하면, 제1 신호 관계 그래프(530)는 피드백 증폭기(370)가 제1 게인으로 설정된 경우, 제1 전원 노이즈 신호(531)와 제1 생체 신호로부터 추출된 제1 노이즈 신호(533)를 나타낸 것이다. 제1 전원 노이즈 신호(531)는 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310) 및 제2 전극(320))에 인가되는 전류에 의해 생성되는 노이즈일 수 있다. 제1 전원 노이즈 신호(531)의 크기는 제1 노이즈 신호(533)의 크기보다 작기 때문에 제1 전원 노이즈 신호(531)는 상쇄되지 않을 수 있다. 따라서, 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))는 상기 제1 생체 신호로부터 상기 제1 노이즈 신호를 제거해야 생체 신호를 획득할 수 있다.
제2 신호 관계 그래프(540)는 피드백 증폭기(370)가 상기 제1 게인보다 높은 제2 게인으로 설정된 경우, 제2 전원 노이즈 신호(541)와 제2 생체 신호로부터 추출된 제2 노이즈 신호(543)를 나타낸 것이다. 제2 전원 노이즈 신호(541)의 크기가 제2 노이즈 신호(543)의 크기와 유사하기 때문에 제2 노이즈 신호(543)의 일부는 상쇄되어 제거될 수 있다. 따라서, 전자 장치(200)는 상기 제2 생체 신호로부터 제거되지 않은 일부 제2 노이즈 신호를 제거함으로써, 생체 신호를 획득할 수 있다.
제3 신호 관계 그래프(550)는 피드백 증폭기(370)가 상기 제2 게인보다 높은 제3 게인으로 설정된 경우, 제3 전원 노이즈 신호(551)와 제3 생체 신호로부터 추출된 제3 노이즈 신호(553)를 나타낸 것이다. 제3 전원 노이즈 신호(551)는 제3 노이즈 신호(553)가 포화 현상(saturation)으로 인해 신호 일부가 제거되었기 때문에 제3 전원 노이즈 신호(551)는 상쇄되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제3 전원 노이즈 신호(551)와 제3 노이즈 신호(553)의 모양이 서로 맞지 않아서 상쇄되지 않을 수 있다. 따라서, 전자 장치(200)는 상기 제3 생체 신호로부터 상기 제3 노이즈 신호를 제거해야 생체 신호를 획득할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면, 사용자 인체로 피드백된 노이즈 성분으로 인해 생체 신호에 포함되는 노이즈 성분이 상쇄되어 노이즈 크기가 감소할 수 있다. 그러나, 제2 신호 관계 그래프(540) 및 제3 신호 관계 그래프(550)를 보면, 피드백 증폭기(370)의 게인이 임계치를 초과하는 경우 생체 신호에 포함되는 노이즈 성분보다 사용자 인체로 피드백된 노이즈 성분이 더 커져서 노이즈 성분들이 서로 상쇄되지 않고 증가할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 노이즈 크기가 커지기 시작한 바로 이전의 피드백 게인을 피드백 증폭기(370)의 게인으로 설정함으로써, 노이즈 성분이 서로 상쇄되어 제거될 수 있도록 한다.
도 6a 및 도 6b는 다양한 실시예들에 따른 피드백 이득 조절에 따른 노이즈 신호의 변화를 도시한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(예: 도 1의 프로세서(120), 도 3a 및 도 3b의 제어 회로(380))는 계측 증폭기(360)로부터 획득한 생체 신호(610)를 이용하여 피드백 증폭기(370)의 게인(375, Rf)을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 생체 신호(610)를 고속 푸리에 변환(620)하여 노이즈 신호를 분석할 수 있다. 고속 푸리에 변환(620)하여 분석한 노이즈 신호는 전원 노이즈 성분일 수 있다. 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310) 및 제2 전극(320))을 통해 유입되는 초기 노이즈 원신호의 크기는 주변환경에 따라 달라질 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370)의 게인(375)을 증가시키면서, 생체 신호(610)로부터 추출된 노이즈 신호를 피드백 증폭기(370)를 통해 사용자의 신체로 피드백할 수 있다. 제3 전극(330)을 통해 사용자의 신체로 피드백된 노이즈 신호는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 통해 계측 증폭기(360)의 포지티브 입력(INP, +) 및 네거티브 입력(INN, -)으로 입력되어, 계측 증폭기(360)를 통과하면 제거될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 피드백 증폭기(370)의 게인(375)을 증가시키면, 계측 증폭기(360)로부터 획득한 생체 신호에 포함된 노이즈 신호의 크기가 감소할 수 있다. 제1 노이즈 신호(630)는 피드백 증폭기(370)의 게인(375)을 증가시키기 전에 생체 신호에 포함된 노이즈 신호의 크기를 나타낸 것이다. 제2 노이즈 신호(640)는 피드백 증폭기(370)의 게인(375)을 증가한 후, 생체 신호에 포함된 노이즈 신호의 크기를 나타낸 것이다. 그러나, 피드백 증폭기(370)의 게인(375)을 계속 증가시키면, 포화 현상(saturation, 650)으로 인해 노이즈 신호의 크기는 다시 증가할 수 있다. 제2 노이즈 신호(640) 이후에도 피드백 증폭기(370)의 게인(375)을 증가하면 포화 현상(650)으로 인해 제3 노이즈 신호(660)의 크기가 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극 면적을 조절하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(700)이다.
도 7을 참조하면, 동작(701)에서, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(380)(예: 도 1의 프로세서(120))는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 획득할 수 있다. 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호는 멀티플렉서((예: 도 3a 및 도 3b의 멀티플렉서(340))로부터 출력된 신호일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 입력 신호는 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310))을 통해 수신되는 것이고, 상기 제2 입력 신호는 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320))을 통해 수신되는 것일 수 있다.
동작(703)에서, 제어 회로(380)는 입력 신호 간의 노이즈 크기를 비교할 수 있다. 멀티플렉서(340)로부터 출력된 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호는 A/D 컨버터(350)를 거쳐 디지털 신호로 변환될 수 있다. 제어 회로(380)는 디지털 신호로 변환된 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호의 노이즈 크기를 비교할 수 있다. 제어 회로(380)는 디지털 신호로 변환된 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호를 각각 고속 푸리에 변환하여 노이즈 차이를 분석할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제1 입력 신호를 고속 푸리에 변환하여 제1 노이즈 신호를 추출하고, 상기 제2 입력 신호를 고속 푸리에 변환하여 제2 노이즈 신호를 추출할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제1 노이즈 신호의 크기와 상기 제2 노이즈 신호의 크기를 비교할 수 있다.
동작(705)에서, 제어 회로(380)는 노이즈 차이가 기준치 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호의 크기가 동일한 경우, 계측 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360))를 통과하면 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호는 서로 상쇄되어 노이즈 신호가 제거될 수 있다. 그러나, 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호의 크기가 차이가 큰 경우, 계측 증폭기(360)를 통과하더라도 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호는 서로 상쇄되지 않을 수 있다. 이 경우, 계측 증폭기(360)를 통과하더라도 생체 신호에 노이즈 신호가 포함될 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 차이가 기준치를 초과하는 경우, 동작(707)을 수행하고, 노이즈 차이가 기준치 이하인 경우, 동작(709)을 수행할 수 있다.
노이즈 차이가 기준치를 초과하는 경우, 동작(707)에서, 제어 회로(380)는 전극의 면적을 조절할 수 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 매트릭스 형태로 형성된 경우, 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력을 제어하여 전극의 면적을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 3 x 3 매트릭스로 형성되고, 동작(701) 내지 동작(705) 수행 시, 2 x 2 매트릭스로부터 측정된 생체 신호만 멀티플렉서(340)의 출력으로 출력될 수 있다. 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력으로 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 3 x 3 매트릭스의 입력값 모두를 출력하도록 제어할 수 있다. 또는, 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력으로 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 1 x 2 매트릭스로부터 측정된 생체 신호만 출력하도록 제어할 수 있다. 제어 회로(380)는 동작(707) 수행 후, 동작(701)으로 리턴하여 동작(701) 내지 동작(705)을 수행할 수 있다.
노이즈 차이가 기준치 이하인 경우, 동작(709)에서, 제어 회로(380)는 전극(예: 제1 전극(310) 및 제2 전극(320))의 면적을 설정할 수 있다. 노이즈 차이가 기준치 이하인 경우, 전극을 통해 수신된 생체 신호는 계측 증폭기(360)를 통과하면 노이즈가 제거될 수 있다. 제어 회로(380)는 현재 생체 신호를 측정하는데 이용하는 전극의 면적을 고정할 수 있다. 제어 회로(380)는 현재 생체 신호를 측정하는데 사용하는 멀티플렉서(340)의 출력을 고정(또는 설정)할 수 있다.
동작(711)에서, 제어 회로(380)는 생체 신호를 측정할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 감소(또는 제거)되도록 하는 면적을 갖는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320), 멀티플렉서(340), 및 계측 증폭기(360)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정(또는 생성)할 수 있다. 제어 회로(380)는 측정된 생체 신호를 이용하여 심전도(ECG), 전기 피부 반응(GSR), 뇌파(EEG), 또는 생체전기저항 측정법(BIA) 중 적어도 하나의 생체 정보를 생성할 수 있다. 제어 회로(380)는 생체 정보를 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장하거나, 사용자에게 디스플레이(예: 도 1의 표시 장치(160))를 통해 제공할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(380)는 동작(711) 수행 후, 선택적으로 도 4의 흐름도를 수행할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 다양한 실시예들에 따른 노이즈 크기에 따른 전극 면적을 조절하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8a는 입력 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8a를 참조하면, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(380)(예: 도 1의 프로세서(120))는 제1 입력 신호(810, ADC1) 및 제2 입력 신호(820, ADC2) 간의 노이즈 차이를 분석할 수 있다. 제1 입력 신호(810)는 제1 전극(310)을 통해 수신된 신호가 멀티플렉서(340))로부터 출력된 것일 수 있다. 제2 입력 신호(820)는 제2 전극(320)을 통해 수신된 신호가 멀티플렉서(340))로부터 출력된 것일 수 있다. 제어 회로(380)는 제1 입력 신호(810) 및 제2 입력 신호(820)를 각각 디지털 변환하여 고속 푸리에 변환(FFT)할 수 있다. 디지털로 변환된 제1 입력 신호(810) 및 제2 입력 신호(820)는 고속 푸리에 변환하면 주파수 특성을 가진 신호로 변환될 수 있다. 제1 입력 신호(810)로부터 제1 주파수 신호(815)가 변환되고, 제2 입력 신호(820)로부터 제2 주파수 신호(825)가 변환될 수 있다. 제1 주파수 신호(815) 및 제2 주파수 신호(825)는 특정 주파수(예: 50 ~ 60Hz)에서 피크(peak)를 나타내게 되는데, 이러한 피크 지점을 노이즈 신호로서 추출할 수 있다. 제어 회로(380)는 제1 주파수 신호(815) 및 제2 주파수 신호(825) 간의 노이즈 크기를 비교할 수 있다.
도 8b는 전극의 면적을 조절하는 일례를 도시한 도면이다.
도 8b를 참고하면, 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310))은 2 x 3 매트릭스 형태로 형성될 수 있다. 도면에서는 제1 전극(310)으로 도시하고 있지만, 전극은 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320)일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(310)은 제1 전극 노드(851), 제2 전극 노드(852), 제3 전극 노드(853), 제4 전극 노드(854), 제5 전극 노드(855) 및 제6 전극 노드(856)로 형성될 수 있다. 제1 전극 노드(851) 내지 제6 전극 노드(856) 각각은 멀티플렉서(340)의 입력 노드와 연결될 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제어 회로(예: 도 3a 및 도 3b의 제어 회로(380))의 제어에 따라 제1 전극(310)에 포함된 전극 노드의 개수(또는 면적) 또는 전극 노드의 위치를 조절할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기 또는 접촉 임피던스 크기에 따라 멀티플렉서(340)의 출력을 제어할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 멀티플렉서(340)는 제1 전극(310)의 면적을 조절할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극 노드(851) 및 제2 전극 노드(852)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제3 전극 노드(853) 및 제4 전극 노드(854)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제5 전극 노드(855) 및 제6 전극 노드(856)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극 노드(851) 내지 제4 전극 노드(854)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제3 전극 노드(853) 내지 제6 전극 노드(856)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 멀티플렉서(340)는 제1 전극(310)에 포함된 복수의 전극 노드들 중에서 일부 전극 노드에서 측정한 신호만 생체 신호로서 사용하도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 사용자의 피부 상태에 따라 왼쪽 전극 노드에서 획득한 신호를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제1 전극 노드(851), 제3 전극 노드(853) 및 제5 전극 노드(855)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다. 또는, 제어 회로(380)는 사용자의 피부 상태에 따라 오른쪽 전극 노드에서 획득한 신호를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다. 멀티플렉서(340)는 제2 전극 노드(852), 제4 전극 노드(854) 및 제6 전극 노드(856)의 출력만 계측 증폭기(360)로 전달할 수 있다.
도 9는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 노이즈 크기를 감소시켜 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(900)이다.
도 9를 참조하면, 동작(901)에서, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(380)(예: 도 1의 프로세서(120))는 제1 생체 신호로부터 제1 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 상기 제1 생체 신호는 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)), 멀티플렉서(예: 도 3a 및 도 3b의 멀티플렉서(340)) 및 계측 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360))를 통해 제어 회로(380)로 입력될 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제1 생체 신호로부터 제1 노이즈 신호를 추출하고, 추출된 제1 노이즈 신호의 크기를 분석할 수 있다. 동작(901)은 도 4의 동작(401)과 유사 또는 동일하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
동작(903)에서, 제어 회로(380)는 피드백 게인(또는 게인값)을 증가시킬 수 있다. 상기 피드백 게인은 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370))의 신호를 증폭시키는 정도를 의미할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시킬 수 있다. 피드백 증폭기(370)의 게인을 증가시키면, 사용자 인체로 피드백되는 노이즈 신호(또는 성분)의 크기가 달라질 수 있다. 동작(903)은 도 4의 동작(403)과 유사 또는 동일하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
동작(905)에서, 제어 회로(380)는 제2 생체 신호로부터 제2 노이즈 크기를 분석할 수 있다. 상기 제1 생체 신호는 피드백 게인을 증가시키기 전에 획득한 생체 신호이고, 상기 제2 생체 신호는 상기 피드백 게인을 증가시킨 이후에 획득한 생체 신호일 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제2 생체 신호로부터 제2 노이즈 신호를 추출하고, 추출된 제2 노이즈 신호의 크기를 분석할 수 있다. 동작(905)은 도 4의 동작(405)과 유사 또는 동일하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
동작(907)에서, 제어 회로(380)는 노이즈가 증가되는지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 동작(901)에서 분석한 노이즈 크기와 동작(905)에서 분석한 노이즈 크기를 비교하여, 노이즈가 증가되는지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈가 증가하는 경우 동작(909)을 수행하고, 노이즈가 증가되지 않는 경우 동작(903)으로 리턴할 수 있다. 동작(907)은 도 4의 동작(407)과 유사 또는 동일하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
노이즈가 증가하면, 동작(909)에서, 제어 회로(380)는 피드백 게인을 설정할 수 있다. 피드백 게인을 증가시키면 노이즈가 감소하다가 어느 시점에서는 다시 노이즈가 증가할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 증가되기 바로 이전의 피드백 게인을 피드백 증폭기(370)의 게인으로 설정할 수 있다.
동작(911)에서, 제어 회로(380)는 증폭기(예: ((예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360))로부터 입력 신호를 획득할 수 있다. 상기 입력 신호는 멀티플렉서((예: 도 3a 및 도 3b의 멀티플렉서(340))로부터 출력된 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 입력 신호는 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310))을 통해 수신되는 것이고, 상기 제2 입력 신호는 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320))을 통해 수신되는 것일 수 있다. 동작(911)은 도 7의 동작(701)과 동일 또는 유사하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
동작(913)에서, 제어 회로(380)는 상기 입력 신호 간의 노이즈 크기를 비교할 수 있다. 상기 입력 신호(예: 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호)는 A/D 컨버터(예: 도 3a 및 도 3b의 A/D 컨버터(350))를 거쳐 디지털 신호로 변환될 수 있다. 제어 회로(380)는 디지털 신호로 변환된 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호를 각각 고속 푸리에 변환하여 노이즈 차이를 분석할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 상기 제1 입력 신호를 고속 푸리에 변환하여 제1 노이즈 신호를 추출하고, 상기 제2 입력 신호를 고속 푸리에 변환하여 제2 노이즈 신호를 추출할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 제1 노이즈 신호의 크기와 상기 제2 노이즈 신호의 크기를 비교할 수 있다. 동작(913)은 도 7의 동작(703)과 동일 또는 유사하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
동작(915)에서, 제어 회로(380)는 노이즈 차이가 기준치 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호의 크기가 동일한 경우, 계측 증폭기(360)를 통과하면 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호는 서로 상쇄되어 노이즈 신호가 제거될 수 있다. 그러나, 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호의 크기가 차이가 큰 경우, 계측 증폭기(360)를 통과하더라도 상기 제1 노이즈 신호와 상기 제2 노이즈 신호는 서로 상쇄되지 않을 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 차이가 기준치를 초과하는 경우, 동작(917)을 수행하고, 노이즈 차이가 기준치 이하인 경우, 동작(919)을 수행할 수 있다. 동작(915)은 도 7의 동작(705)과 동일 또는 유사하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
노이즈 차이가 기준치를 초과하는 경우, 동작(917)에서, 제어 회로(380)는 전극의 면적을 조절할 수 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 매트릭스 형태로 형성된 경우, 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력을 제어하여 전극의 면적을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 도 8b와 같이 2 x 3 매트릭스로 형성되고, 동작(911) 내지 동작(915) 수행 시, 2 x 2 매트릭스(예: 제1 전극 노드(851) 내지 제4 전극 노드(854))로부터 측정된 생체 신호만 멀티플렉서(340)의 출력으로 출력될 수 있다. 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력으로 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 2 x 3 매트릭스의 입력값 모두(예: 제1 전극 노드(851) 내지 제6 전극 노드(856))를 출력하도록 제어할 수 있다. 또는, 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력으로 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 제1 전극 노드(851) 및 제2 전극 노드(852)로부터 측정된 생체 신호만 출력하도록 제어할 수 있다. 제어 회로(380)는 동작(917) 수행 후, 동작(911)으로 리턴하여 동작(911) 내지 동작(915)을 수행할 수 있다. 동작(917)은 도 7의 동작(707)과 동일 또는 유사하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
노이즈 차이가 기준치 이하인 경우, 동작(919)에서, 제어 회로(380)는 전극(예: 제1 전극(310) 및 제2 전극(320))의 면적을 설정할 수 있다. 노이즈 차이가 기준치 이하인 경우, 전극을 통해 수신된 생체 신호는 계측 증폭기(360)를 통과하면 노이즈가 제거될 수 있다. 제어 회로(380)는 현재 생체 신호를 측정하는데 이용하는 전극의 면적을 고정할 수 있다. 제어 회로(380)는 동작(911) 수행 시 설정된 멀티플렉서(340)의 출력을 고정(또는 설정)할 수 있다. 동작(919)은 도 7의 동작(709)과 동일 또는 유사하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
동작(921)에서, 제어 회로(380)는 생체 신호를 측정할 수 있다. 제어 회로(380)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320), 멀티플렉서(340), 및 계측 증폭기(360)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정(또는 생성)할 수 있다. 제어 회로(380)는 측정된 생체 신호를 이용하여 심전도(ECG), 전기 피부 반응(GSR), 뇌파(EEG), 또는 생체전기저항 측정법(BIA) 중 적어도 하나의 생체 정보를 생성할 수 있다. 제어 회로(380)는 생체 정보를 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장하거나, 사용자에게 디스플레이(예: 도 1의 표시 장치(160))를 통해 제공할 수 있다. 동작(921)은 도 7의 동작(711)과 동일 또는 유사하므로, 자세한 설명을 생략할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 다양한 실시예들에 따른 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10a는 사용자가 전자 장치(200)를 손목에 착용하여 생체 신호를 측정하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10a를 참조하면, 사용자가 전자 장치(200)를 손목에 착용하는 경우, 전자 장치(200)의 후면(예: 도 2a 및 도 2b의 제2 면(210B))에 배치된 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320)) 및 제3 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제3 전극(330))은 사용자의 손목에 접촉될 수 있다. 전자 장치(200)는 디스플레이(예: 도 1의 표시 장치(160), 도 2a 및 도 2b의 디스플레이(220))를 통해 전자 장치(200)의 전면(예: 도 2a 및 도 2b의 제1 면(210A)) 또는 측면(예: 도 2a 및 도 2b의 측면 베젤 구조(206))에 배치된 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310))에 사용자의 신체를 접촉하도록 안내할 수 있다. 예를 들어, 상기 사용자는 전자 장치(200)를 왼쪽 손목(1010)에 착용하고, 오른쪽 손가락(1020)으로 제1 전극(310)에 접촉할 수 있다. 제어 회로(예: 도 3a 및 도 3b의 제어 회로(380))는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)로부터 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
도 10b는 피드백 게인 및 전극 면적을 조절하여 노이즈를 제거하는 일례를 도시한 도면이다.
도 10b를 참조하면, 피드백 이득 제어(또는 조절) 프로세스(1030)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 통해 수신되는 신호의 노이즈에 기반하여 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370))의 이득을 조절하는 것일 수 있다. 이득 조절에 따라 피드백 증폭기(370)로부터 출력되는 피드백 노이즈가 제3 전극(330)을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백될 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 증폭기(370))의 이득 조절에 기반하여 노이즈 크기를 줄일 수 있다. 전극 면적 제어(또는 조절) 프로세스(1040)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 통해 수신되는 신호의 노이즈에 기반하여 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)에 포함된 전극 노드의 개수(또는 면적) 또는 전극 노드의 위치를 조절할 수 있다. 제어 회로(380)는 매트릭스 형태로 형성된 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)에 포함된 전극 노드의 개수 또는 전극 노드의 위치를 조절하여 노이즈 크기를 줄일 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(380)는 피드백 이득 제어 프로세스(1030) 또는 전극 면적 제어 프로세스(1040)를 모두 수행할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 이득 제어 프로세스(1030)를 먼저 수행하고, 전극 면적 제어 프로세스(1040)를 수행할 수 있다. 또는, 그 반대도 가능하다. 제어 회로(380)는 필요에 따라 선택적으로 피드백 이득 제어 프로세스(1030) 또는 전극 면적 제어 프로세스(1040) 중 어느 하나를 수행할 수 있다. 제어 회로(380)는 생체 신호에 포함된 노이즈 크기 또는 노이즈 특성에 기반하여 피드백 이득 제어 프로세스(1030) 또는 전극 면적 제어 프로세스(1040) 중 어느 하나를 수행할 수 있다.
도 11은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(1100)이다.
도 11을 참조하면, 동작(1101)에서, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(380)(예: 도 1의 프로세서(120))는 생체 신호를 측정할 수 있다. 예를 들어, 생체 신호 측정은 전자 장치(200)의 전면(예: 도 2a 및 도 2b의 제1 면(210A))에 배치된 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310)) 및 전자 장치(200)의 후면(예: 도 2a 및 도 2b의 제2 면(210B))에 배치된 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320))으로부터 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정할 수 있다.
동작(1103)에서, 제어 회로(380)는 생체 신호를 분석할 수 있다. 상기 생체 신호 분석은 생체 신호에 노이즈가 얼마나 포함되어 있는지 여부를 분석하는 것일 수 있다. 또는, 상기 생체 신호 분석은 생체 신호에 포함된 노이즈 특성을 분석하는 것일 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 노이즈 특성에 따라 피드백 이득을 조절하거나, 전극 면적을 조절할 수 있다.
동작(1105)에서, 제어 회로(380)는 설정 변경이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 상기 설정 변경은 피드백 이득 또는 전극 면적을 포함할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 노이즈 임계치를 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(380)는 상기 노이즈 크기가 상기 노이즈 임계치를 초과하는 경우(예: 설정 변경이 필요한 경우) 동작(1109)을 수행하고, 상기 노이즈 크기가 상기 노이즈 임계치 이하인 경우(예: 설정 변경이 필요하지 않는 경우) 동작(1107)을 수행할 수 있다.
설정 변경이 필요하지 않는 경우, 동작(1107)에서, 제어 회로(380)는 생체 정보를 저장할 수 있다. 제어 회로(380)는 측정된 생체 신호를 이용하여 심전도(ECG), 전기 피부 반응(GSR), 뇌파(EEG), 또는 생체전기저항 측정법(BIA) 중 적어도 하나의 생체 정보를 생성할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 생성된 생체 정보를 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장하거나, 사용자에게 디스플레이(예: 도 1의 표시 장치(160))를 통해 제공할 수 있다.
설정 변경이 필요한 경우, 동작(1109)에서, 제어 회로(380)는 생체 신호에 따른 설정값 제어 프로세스를 수행할 수 있다. 상기 설정값 제어 프로세스는 피드백 이득 제어 프로세스 또는 전극 면적 제어 프로세스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제어 회로(380)는 상기 피드백 이득 제어 프로세스 또는 상기 전극 면적 제어 프로세스를 동시에 또는 순차적으로 수행할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 노이즈 크기 또는 상기 노이즈 특성에 기반하여 상기 피드백 이득 제어 프로세스 와 상기 전극 면적 제어 프로세스 중 어느 하나만 수행하거나, 모두 다 수행할 수 있다. 또는, 제어 회로(380)는 상기 노이즈 크기 또는 상기 노이즈 특성에 기반하여 상기 피드백 이득 제어 프로세스 또는 상기 전극 면적 제어 프로세스 중 어느 하나를 먼저 수행하거나, 나중에 수행할 수 있다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에서 전극을 이용하여 생체 신호를 측정하는 방법을 도시한 흐름도(1200)이다.
도 12를 참조하면, 동작(1201)에서, 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 제어 회로(380)(예: 도 1의 프로세서(120))는 피드백 게인 제어 프로세스를 수행할 수 있다. 상기 피드백 게인 제어 프로세스는 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310)) 및 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320))을 통해 수신되는 신호의 노이즈에 기반하여 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370))의 이득을 조절하는 것일 수 있다. 상기 피드백 게인 제어 프로세스는 도 4의 동작을 포함할 수 있다.
동작(1203)에서, 제어 회로(380)는 전극 면적 변경이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 게인 제어 프로세스를 수행한 후, 획득한 생체 신호에 노이즈가 포함되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 노이즈 임계치를 초과하는 경우 전극 면적 변경이 필요한 것으로 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 전극 면적 변경이 필요한 경우 동작(1205)을 수행하고, 전극 면적 변경이 필요하지 않은 경우 동작(1209)을 수행할 수 있다.
전극 면적 변경이 필요한 경우 동작(1205)에서, 제어 회로(380)는 전극 면적 제어 프로세스를 수행할 수 있다. 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 매트릭스 형태로 형성된 경우, 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력을 제어하여 전극의 면적을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 도 8b와 같이 2 x 3 매트릭스로 형성되고, 동작(1201) 및 동작(1203) 수행 시, 2 x 2 매트릭스(예: 제1 전극 노드(851) 내지 제4 전극 노드(854))로부터 측정된 생체 신호만 멀티플렉서(340)의 출력으로 출력될 수 있다. 제어 회로(380)는 멀티플렉서(340)의 출력으로 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)이 3 x 3 매트릭스의 입력값 모두(예: 제1 전극 노드(851) 내지 제6 전극 노드(856))를 출력하도록 제어할 수 있다. 상기 전극 면적 제어 프로세스는 도 7의 동작을 포함할 수 있다.
동작(1207)에서, 제어 회로(380)는 피드백 게인 변경이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 전극 면적 제어 프로세스를 수행한 후, 획득한 생체 신호에 노이즈가 포함되어 있는지 여부를 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 노이즈 임계치를 초과하는 경우 피드백 게인 변경이 필요한 것으로 판단할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 게인 변경이 필요한 경우 동작(1201)으로 리턴하고, 피드백 게인 변경이 필요하지 않은 경우 동작(1209)을 수행할 수 있다.
동작(1209)에서, 제어 회로(380)는 생체 신호를 측정할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 감소(또는 제거)되도록 하는 피드백 증폭기(370)의 게인을 설정한 후, 제1 전극(310) 및 제2 전극(320), 멀티플렉서(340), 및 계측 증폭기(360)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정(또는 생성)할 수 있다. 제어 회로(380)는 노이즈 크기가 감소되도록 하는 면적을 갖는 제1 전극(310) 및 제2 전극(320), 멀티플렉서(340), 및 계측 증폭기(360)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 생체 신호를 측정(또는 생성)할 수 있다. 제어 회로(380)는 피드백 게인 및 전극 면적 조절 후, 생체 신호를 측정할 수 있다. 제어 회로(380)는 측정된 생체 신호를 이용하여 생성된 생체 정보를 메모리(예: 도 1의 메모리(130))에 저장하거나, 사용자에게 디스플레이(예: 도 1의 표시 장치(160))를 통해 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 제1 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제1 전극(310)), 제2 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제2 전극(320)) 및 제3 전극(예: 도 3a 및 도 3b의 제3 전극(330))을 포함하는 전자 장치(예: 도 2a 및 도 2b의 전자 장치(200))의 동작 방법은 계측 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 계측 증폭기(360))를 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호로부터 생체 신호를 획득하는 동작, 피드백 증폭기(예: 도 3a 및 도 3b의 피드백 증폭기(370))를 이용하여 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 동작, 상기 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하는 동작, 및 상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 게인을 제어하는 동작은, 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 증가하는 경우, 상기 피드백 증폭기의 게인 증가를 중단하는 동작, 및 상기 노이즈 크기가 증가하기 전의 피드백 게인을 상기 피드백 증폭기의 게인으로 설정하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 피드백 증폭기의 게인을 설정한 이후 획득되는 생체 신호에 포함된 노이즈 크기에 기반하여 상기 전자 장치에 포함된 멀티플렉서의 출력을 제어하는 동작을 더 포함할 수 있다.
상기 멀티플렉서의 출력을 제어하는 동작은, 상기 멀티플렉서로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하는 동작, 및 상기 분석 결과에 기반하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 면적을 조절하는 동작은, 상기 두 개의 입력 신호에 포함된 노이즈 신호 간의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 멀티플렉서의 출력을 제어하는 동작은, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 입력된 신호 전체를 상기 계측 증폭기에 전달하도록 제어하는 동작 또는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 입력된 일부 신호를 상기 계측 증폭기에 전달하도록 제어하는 동작을 포함할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 다양한 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    사용자의 신체에 접촉되는 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극;
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호를 차등 증폭하는 계측 증폭기;
    피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 상기 사용자의 신체로 피드백하는 피드백 증폭기; 및
    제어 회로를 포함하고, 상기 제어 회로는,
    상기 계측 증폭기로부터 획득한 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하도록 설정된 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 피드백 증폭기의 게인을 증가시키면서 상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기를 분석하도록 설정된 전자 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 증가하는 경우, 상기 피드백 증폭기의 게인 증가를 중단하고, 상기 노이즈 크기가 증가하기 전의 피드백 게인을 상기 피드백 증폭기의 게인으로 설정하도록 설정된 전자 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 상기 계측 증폭기 사이에 배치되고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 출력을 상기 계측 증폭기로 전달하는 멀티플렉서를 더 포함하도록 설정된 전자 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 멀티플렉서는,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 입력된 신호 전체를 상기 계측 증폭기에 전달하거나, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 입력된 일부 신호를 상기 계측 증폭기에 전달하도록 설정된 전자 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 멀티플렉서로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 포함된 전극 노드의 개수 또는 전극 노드의 위치를 조절하도록 설정된 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 두 개의 입력 신호에 포함된 노이즈 신호 간의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정된 전자 장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 피드백 증폭기의 게인을 설정한 이후 획득되는 생체 신호에 포함된 노이즈 크기에 기반하여 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하도록 설정된 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 생체 신호에 포함된 노이즈 크기가 미리 설정된 노이즈 임계치를 초과하는 경우 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하도록 설정된 전자 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 상기 전자 장치의 전면에 배치되고,
    상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 상기 전자 장치의 후면에 배치되도록 설정된 전자 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제3 전극은, 상기 전자 장치의 전면에 배치되고,
    상기 제2 전극은, 상기 전자 장치의 후면에 배치되도록 설정된 전자 장치.
  12. 상기 제1항에 있어서,
    상기 전자 장치는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 병렬로 연결되는 멀티플렉서를 더 포함하고,
    상기 계측 증폭기는, 상기 멀티플렉서로부터 출력되는 신호를 차등 증폭하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 멀티플렉서로부터 출력된 상기 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정된 전자 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 멀티플렉서로부터 출력된 적어도 두 개의 입력 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하고, 상기 분석 결과에 기반하여 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하도록 설정된 전자 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 두 개의 입력 신호에 포함된 노이즈 신호 간의 차이가 기준치를 초과하는 경우, 상기 멀티플렉서의 출력을 제어하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 면적을 조절하도록 설정된 전자 장치.
  15. 제1 전극, 제2 전극 및 제3 전극을 포함하는 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
    계측 증폭기를 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로부터 수신되는 신호로부터 생체 신호를 획득하는 동작;
    피드백 증폭기를 이용하여 피드백 노이즈를 상기 제3 전극을 통해 사용자의 신체로 피드백하는 동작;
    상기 생체 신호를 이용하여 노이즈 크기를 분석하는 동작; 및
    상기 분석 결과에 기반하여 상기 피드백 증폭기의 게인을 제어하는 동작을 포함하는 방법.
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