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문제 정의
- 기본적으로 아날로그 전단부가 정밀해 지면 DSP 부분에서의 계산 량과 처리 속도가 줄어들어, 하드웨어 크기와 소모 전력을 현저히 줄일 수 있다. 따라서 고성능, 저 가격, 저 전력 소모를 추구하는 휴대용 생체 신호처리시스템 구현을 목표로 아날로그 전단 부를 반도체 칩으로 정밀하게 설계하는 기술들을 소개하고자 한다.
- 본 논문은 외부 수동소자 없이 AC-coupling 기능을 수행하는 생체신호측정용 아날로그 전단 부 회로를 칩으로 구현하였고 실제 ECG 신호를 측정함으로 검증하였다. 귀환 경로에 외부 수동 소자를 사용하지 않고 아주 낮은 gm 회로(큰 저항 칩 내 구현)와 Miller 커패시터 회로를 이용하여 LPF를 칩 내에 구현하였다.
- 생체에서 발생하는 신호는 전기적인 신호(심전도, 근전도, 뇌파 등)와 기계적인 신호(혈류속도, 유량 등) 그리고 생화학적인 변수(산소포화도, pH 등)로 구분이 가능한데, 여기서는 전기적인 신호인 심전도, 근전도를 측정하는 것에 주목적을 두었다. 대표적인 전기적 생체 신호 중에는, 뇌의 활동에 의하여 일어나는 뇌파(EEG : Electro-encephalogram), 심장의 수축/이완에 따른 활동 전류 및 활동 전위차를 나타내는 심전도(ECG : Electro-cardiogram), 그리고 근육의 움직임에 따라 발생하는 근전도(EMG : Electro-myogram) 등이 있는데, 응용에 따라 신호의 크기와 주파수 범위가 각각 조금씩 틀리지만 그 측정 하는 하드웨어의 구성이 비슷하다.
- 여기서는 이러한 추세에 맞추어 심전도, 근전도등 생체 신호를 측정할 수 있는 칩 구현 회로에 대해 기술한다. 기본적으로 아날로그 전단부가 정밀해 지면 DSP 부분에서의 계산 량과 처리 속도가 줄어들어, 하드웨어 크기와 소모 전력을 현저히 줄일 수 있다.
- BUFFER는 LGM 회로 입력 단에 큰트랜지스터 소자가 있게 되므로 GFIA 출력에서 영향을 최소화하기 위해 삽입되었다. 이제 이 계측 증폭기의 특성을 살펴보기 위하여 전체 전달 함수를 구해 보고자 한다. 입력 신호를 Vi=Vip-Vin으로 하고 이 입력 신호가 들어가는 GFIA 의 입력 단 내부 gm 값을 Gm1으로, 귀환 루프로부터 입력되는 GFIA 의 입력 단 내부 gm 값을 Gm2로 가정한다.
- 이 계측 증폭기회로의 가장 큰 단점은 공통 모드 제거비가 저항의 부 정합 특성에 의해 많이 열악해진다는 것이다. 저항들과 연산 증폭기들 간 조금이라도 일치가 되지 않으면 공통모드 제거비 수치가 현저히 낮게 되는데, 100% 일치가 불가능하므로 높은 공통모드 제거 비를 요구하는 본 응용 목적 회로에서는 적합 하지 않다.
가설 설정
- 2. Concept of AC-coupling.
- 이제 이 계측 증폭기의 특성을 살펴보기 위하여 전체 전달 함수를 구해 보고자 한다. 입력 신호를 Vi=Vip-Vin으로 하고 이 입력 신호가 들어가는 GFIA 의 입력 단 내부 gm 값을 Gm1으로, 귀환 루프로부터 입력되는 GFIA 의 입력 단 내부 gm 값을 Gm2로 가정한다. 그리고 GFIA 내부에서 Gm1과 Gm2를 이어 받아 전압으로 다시 변환하는 회로의 이득을 RT로 표시한다.
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