본 논문에서는 생체신호 측정을 위한 계측용 증폭기(Instrumentation Amplifier)와 Analog Front-End에 대한 회로를 설계하였다. 계측용 증폭기는 높은 CMRR(Common Mode Rejection Ratio)을 가져야하며, 휴대용으로 사용할 수 있도록 전력 소모를 줄이고, 저 면적으로 설계하여야 한다. 또한, 생체신호 측정 시 생기는 offset과 잡음을 제거하는 기술이 필요하다. 논문에서는 이런 문제점들에 중점을 두고 이를 해결하는 방안에 목적을 두었다. 기존의 계측용 증폭기가 저항의 비율에 따라 CMRR의 변화가 크다는 단점과 저항을 사용하여 전력소모가 커지며, 면적도 많이 차지하기 때문에 기존의 계측용 증폭기를 개선하기 위한 증폭기를 설계해야 했다. 본 논문에서 기존의 계측용 증폭기를 개선한 몇 가지 증폭기를 비교분석 해놓았다. 모든 회로는 추후 핸드폰 등의 휴대용 단말기기에 사용할 수 있도록 모든 ...
본 논문에서는 생체신호 측정을 위한 계측용 증폭기(Instrumentation Amplifier)와 Analog Front-End에 대한 회로를 설계하였다. 계측용 증폭기는 높은 CMRR(Common Mode Rejection Ratio)을 가져야하며, 휴대용으로 사용할 수 있도록 전력 소모를 줄이고, 저 면적으로 설계하여야 한다. 또한, 생체신호 측정 시 생기는 offset과 잡음을 제거하는 기술이 필요하다. 논문에서는 이런 문제점들에 중점을 두고 이를 해결하는 방안에 목적을 두었다. 기존의 계측용 증폭기가 저항의 비율에 따라 CMRR의 변화가 크다는 단점과 저항을 사용하여 전력소모가 커지며, 면적도 많이 차지하기 때문에 기존의 계측용 증폭기를 개선하기 위한 증폭기를 설계해야 했다. 본 논문에서 기존의 계측용 증폭기를 개선한 몇 가지 증폭기를 비교분석 해놓았다. 모든 회로는 추후 핸드폰 등의 휴대용 단말기기에 사용할 수 있도록 모든 MOSFET 트랜지스터를 Sub-threshold 영역에서 동작시켜서 전류 소모를 현저히 줄였으며, 엠프의 이득은 저항이 아닌 커패시터를 사용해서 동작시킴으로 전류 소모를 크게 줄였다. 큰 저항을 구현하기 위해 Passive 저항을 사용하지 않고 Pseudo Resistor를 이용하여 회로의 사이즈를 현저히 줄였으며, 회로에 AC coupling 기술을 접목시켜서 Electrode offset을 제거하고 BPF(Band-Pass Filter)를 추가하여 기타 noise들의 영향을 줄였다. 1.8V 전원전압을 가지고 0.18um 1P5M (1poly 5metal) 표준 CMOS 공정을 사용하였고 칩 면적은 964um x 380um 이다. 전체 회로의 전류소모는 Bias를 포함하여 약 5.1uA 이고, 1.8V 전원전압을 사용하여 전체 전력소모는 약 9.2uW이다.
본 논문에서는 생체신호 측정을 위한 계측용 증폭기(Instrumentation Amplifier)와 Analog Front-End에 대한 회로를 설계하였다. 계측용 증폭기는 높은 CMRR(Common Mode Rejection Ratio)을 가져야하며, 휴대용으로 사용할 수 있도록 전력 소모를 줄이고, 저 면적으로 설계하여야 한다. 또한, 생체신호 측정 시 생기는 offset과 잡음을 제거하는 기술이 필요하다. 논문에서는 이런 문제점들에 중점을 두고 이를 해결하는 방안에 목적을 두었다. 기존의 계측용 증폭기가 저항의 비율에 따라 CMRR의 변화가 크다는 단점과 저항을 사용하여 전력소모가 커지며, 면적도 많이 차지하기 때문에 기존의 계측용 증폭기를 개선하기 위한 증폭기를 설계해야 했다. 본 논문에서 기존의 계측용 증폭기를 개선한 몇 가지 증폭기를 비교분석 해놓았다. 모든 회로는 추후 핸드폰 등의 휴대용 단말기기에 사용할 수 있도록 모든 MOSFET 트랜지스터를 Sub-threshold 영역에서 동작시켜서 전류 소모를 현저히 줄였으며, 엠프의 이득은 저항이 아닌 커패시터를 사용해서 동작시킴으로 전류 소모를 크게 줄였다. 큰 저항을 구현하기 위해 Passive 저항을 사용하지 않고 Pseudo Resistor를 이용하여 회로의 사이즈를 현저히 줄였으며, 회로에 AC coupling 기술을 접목시켜서 Electrode offset을 제거하고 BPF(Band-Pass Filter)를 추가하여 기타 noise들의 영향을 줄였다. 1.8V 전원전압을 가지고 0.18um 1P5M (1poly 5metal) 표준 CMOS 공정을 사용하였고 칩 면적은 964um x 380um 이다. 전체 회로의 전류소모는 Bias를 포함하여 약 5.1uA 이고, 1.8V 전원전압을 사용하여 전체 전력소모는 약 9.2uW이다.
This paper describes an analog front-end circuit for bio-potential signals detection. It aims to low power consumption so as to make it use in the portable devices. The front-end amplifier is consisted of instrument amplifier(IA) and band-pass filter, variable gain amplifier. Since the conventional ...
This paper describes an analog front-end circuit for bio-potential signals detection. It aims to low power consumption so as to make it use in the portable devices. The front-end amplifier is consisted of instrument amplifier(IA) and band-pass filter, variable gain amplifier. Since the conventional instrument amplifier is consist of 3 operational amplifiers and many resistors, it consumes much power and suffer from poor CMRR (common mode rejection ratio) caused by resistor mismatching. These problems are solved with proposed this analog front-end circuit. With the simple circuits and small number of passive elements, proposed front-end amplifier with differential difference amplifier technique enable low power consumption and high CMRR. It reduces current consumption by operating all MOSFET transistors used for amplifier in weak inversion. To reduce chip area, pseudo resistors are adopted. And to remove electrode offset, AC coupling technique is exploited. This amplifier is implemented with a standard 0.18um 1P5M (1 poly 5 metal) CMOS technology and is operated with a supply voltage of 1.8V. Total power consumption is 9.2uW including bias circuits. The gain of instrument amplifier set 40dB to 80dB. Bandwidth set 0.3Hz to 500Hz, but these gain and bandwidth can be controlled by variable gain amplifier circuits. Simulated result of CMRR is over 120dB.
This paper describes an analog front-end circuit for bio-potential signals detection. It aims to low power consumption so as to make it use in the portable devices. The front-end amplifier is consisted of instrument amplifier(IA) and band-pass filter, variable gain amplifier. Since the conventional instrument amplifier is consist of 3 operational amplifiers and many resistors, it consumes much power and suffer from poor CMRR (common mode rejection ratio) caused by resistor mismatching. These problems are solved with proposed this analog front-end circuit. With the simple circuits and small number of passive elements, proposed front-end amplifier with differential difference amplifier technique enable low power consumption and high CMRR. It reduces current consumption by operating all MOSFET transistors used for amplifier in weak inversion. To reduce chip area, pseudo resistors are adopted. And to remove electrode offset, AC coupling technique is exploited. This amplifier is implemented with a standard 0.18um 1P5M (1 poly 5 metal) CMOS technology and is operated with a supply voltage of 1.8V. Total power consumption is 9.2uW including bias circuits. The gain of instrument amplifier set 40dB to 80dB. Bandwidth set 0.3Hz to 500Hz, but these gain and bandwidth can be controlled by variable gain amplifier circuits. Simulated result of CMRR is over 120dB.
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