KR102255204B1

KR102255204B1 - 재구성 가능한 측정 장치 및 그 장치를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR102255204B1
Application number: KR1020130102309A
Authority: KR
Inventors: 김종팔
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2021-05-24
Anticipated expiration: 2033-08-28
Also published as: EP2843833A2; US20150065908A1; EP2843833B1; CN104414631A; US9545212B2; EP2843833A3; KR20150025109A; CN104414631B; JP6442194B2; JP2015043981A

Abstract

재구성 가능한 측정 장치 및 그 장치를 제어하는 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 장치는 변조부, 증폭기, 및 복조부를 포함하고, 설정 가능한 측정 모드에 따라 변조부 및 복조부를 제어할 수 있다. 여기서, 변조부 및 복조부는 초퍼로 구성될 수 있다.

Description

재구성 가능한 측정 장치 및 그 장치를 제어하는 방법{RECONFIGURABLE MEASURING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE DEVICE}

아래 실시예들은 생체 신호 또는 임피던스 신호를 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

환자의 건강 상태를 진단하기 위한 다양한 의료 장비들이 개발 중에 있다. 건강 진단 과정에서 환자의 편의, 건강 진단 결과의 신속성 등으로 인하여 환자의 전기적인 생체 신호를 측정하기 위한 의료 장비들의 중요성이 부각되고 있다.

생체 전위는 신체 내 형성된 전기장에 의하여 발생되고, 그 전기장의 강도에 따라 특정 부위의 전압으로 측정될 수 있다. 생체 전위의 근원은 전기 자극에 반응하여 전기적 흥분을 보이는 흥분 세포(excitable cell)이다. 흥분 세포는 전기적 흥분(electric excitation)에 따라 활동 전위(action potential)를 유발하고, 흥분 세포에 의하여 유발된 활동 전위는 신경 섬유를 통하여 전달될 수 있다. 이러한 활동 전위로 인하여 신체 내에서 전기장이 형성될 수 있다.

또한, 생체 전위 신호와 마찬가지로 임피던스 신호도 생체의 건강이나 감정 상태를 모니터링하기 위하여 이용될 수 있다.

일 측에 따른 재구성 가능한 측정 장치는 입력 신호를 변조하는 제1 초퍼(chopper); 상기 제1 초퍼의 출력 신호를 증폭하는 증폭기; 상기 증폭기의 출력 신호를 복조하는 제2 초퍼; 및 설정 가능한 측정 모드에 따라 상기 제1 초퍼 및 상기 제2 초퍼를 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 측정 모드는 생체 전위 측정 모드 및 임피던스 측정 모드를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 생체 전위 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 상기 제1 초퍼 및 상기 제2 초퍼에 제공할 수 있다.

또한, 상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 입력 신호가 상기 제1 초퍼를 바이패스(bypass)하도록 상기 제1 초퍼를 제어할 수 있다. 또한, 상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 임피던스 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 상기 제2 초퍼에 제공할 수 있다.

또한, 상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드이고, 임피던스 측정을 위한 캐리어 주파수(carrier frequency)가 상기 증폭기에 의해 발생되는 노이즈의 대역 이내인 경우, 상기 제어부는 생체 전위 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 상기 제1 초퍼 및 상기 제2 초퍼에 제공할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 제1 주파수 신호 및 정전압 신호 중 어느 하나를 선택적으로 상기 제1 초퍼에 제공하는 제1 먹스(MUX); 및 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호 중 어느 하나를 선택적으로 상기 제2 초퍼에 제공하는 제2 먹스를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제어부는 상기 제2 주파수 신호의 페이즈를 시프트하는 페이즈 시프트부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 재구성 가능한 측정 장치는 커패시터 및 적어도 두 개의 스위치들을 이용하여, 상기 제1 초퍼와 상기 증폭기 사이의 노드 및 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 저항 성분을 구현하는 제1 저항부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우 상기 제1 저항부를 활성화시킬 수 있다.

또한, 상기 재구성 가능한 측정 장치는 적어도 두 개의 저항들을 이용하여, 상기 제1 초퍼와 상기 증폭기 사이의 제1 노드 및 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 저항 성분을 구현하고, 상기 제1 초퍼와 상기 증폭기 사이의 제2 노드 및 상기 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 상기 저항 성분과 동일한 저항 값을 가지는 저항 성분을 구현하는 제2 저항부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우 상기 제2 저항부를 활성화시킬 수 있다.

다른 일 측에 따른 재구성 가능한 측정 장치는 복수의 측정 모듈들; 및 상기 복수의 측정 모듈들 각각이 생체 전위 및 임피던스 중 하나를 선택적으로 측정하도록, 상기 복수의 측정 모듈들을 제어하는 제어부를 포함한다. 여기서, 상기 복수의 측정 모듈들 각각은 입력 신호를 변조하는 변조부; 상기 변조부의 출력 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기의 출력 신호를 복조하는 복조부를 포함한다.

또 다른 일 측에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법은 측정 모드를 지시하는 신호를 수신하는 단계; 상기 측정 모드에 따라 제1 초퍼에 제1 신호를 제공하는 단계; 및 상기 측정 모드에 따라 제2 초퍼에 제2 신호를 제공하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 제1 초퍼는 입력 신호를 상기 제1 신호를 이용하여 변조하고 상기 제2 초퍼는 증폭기에 의해 증폭된 신호를 상기 제2 신호를 이용하여 복조한다.

도 1은 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 나타낸 블록도.
도 2는 일 실시예에 따라 생체 전위 신호를 측정하는 경우 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 3은 일 실시예에 따라 임피던스를 측정하는 경우 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 4는 일 실시예에 따른 초퍼를 설명하기 위한 도면.
도 5는 일 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 도면.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 이용한 측정 시스템을 나타낸 블록도.
도 8a 내지 도 8d는 일 실시예에 따른 측정 장치의 입력 단을 설명하기 위한 회로도.
도 9는 일 실시예에 따른 복수의 재구성 가능한 측정 모듈들을 포함하는 측정 장치를 나타낸 블록도.
도 10은 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법을 나타낸 동작 흐름도.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치 (이하, '측정 장치'라 함) (100)는 증폭기(120), 복수의 초퍼들(110, 130), 및 제어부(140)를 포함한다.

측정 장치(100)는 제어부(140)를 이용하여 제1 초퍼(110) 및 제2 초퍼(130)를 제어함으로써, 다양한 측정 모드로 동작할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(100)는 생체 전위(bio-potential)를 측정할 수 있다.

생체 전위는 신체 내 형성된 전기장에 의하여 발생되고, 그 전기장의 강도에 따라 특정 부위의 전압으로 측정될 수 있다. 생체 전위에는 심전도(ECG, electrocardiogram), 근전도(EMG, electromyogram), 신경전도(ENG, electroneurogram), 뇌전도(EEG, electroencephalogram), 망막전도(ERG, electroretinogram), 안전도(EOG, electrooculogram) 등이 있다. 심전도 측정은 신체 표면에 전극을 설치하여 심장의 전기 활동을 측정하는 것이고, 근전도 측정은 근육 근처에 전극을 설치하여 수축 작용을 측정하는 것이며, 신경전도 측정은 말초신경 부근에 전극을 설치하여 자극 이후 생체 전위 신호를 측정하는 것이다. 신경전도 측정을 통하여 신경 전도 속도 및 지연 시간 등이 계측될 수 있다. 뇌전도 측정은 머리 주변에 표면 전극을 설치하여 뇌의 전기 활동을 측정하는 것이고, 망막전도 측정은 망막의 내측면이나 각막에 전극을 설치하여 시각 반응 현상을 측정하는 것이다. 안전도 측정은 눈 주면에 표면 전극을 설치하여 눈동자의 운동 상태를 측정하는 것이다.

제어부(140)는 생체 전위를 측정할 수 있도록 제1 초퍼(110) 및 제2 초퍼(130)를 제어할 수 있다. 생체 전위를 측정하기 위하여, 전극을 통해 입력된 신호는 증폭기(120)에 의해 증폭될 수 있다. 여기서, 증폭기(120)는 차동 증폭기(differential amplifier)일 수 있다. 차동 증폭기는 입력되는 두 신호의 차이를 증폭하는 증폭기로, 예를 들어 IA(instrumentation amplifier) 등을 포함할 수 있다.

이 때, 증폭기(120)에서 노이즈가 발생될 수 있다. 예를 들어, 증폭기(120) 내부에서 발생되는 노이즈는 1/f 노이즈일 수 있다. 1/f 노이즈는 플리커 노이즈(flicker noise)라고도 지칭되며, 능동형(active) 소자에서 발생되는 고유의 노이즈이다. 능동형 소자의 내부에서 발생되는 노이즈를 주파수축으로 표시하는 경우, 저주파 대역(예를 들어, 100Hz 이하)에서 노이즈의 크기가 크게 증가하는 형상이 나타난다. 다시 말해, 1/f 노이즈는 주파수에 반비례하여 크기가 증가한다.

생체 전위 신호는 저주파 신호이므로, 증폭기(120)에 의해 발생되는 노이즈로 인하여 간섭을 받을 수 있다. 이러한 간섭을 방지하기 위하여 제어부(140)는 입력 신호를 변조하도록 제1 초퍼(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 입력 신호가 노이즈 대역보다 높은 중심 주파수를 가지는 신호로 변조되도록 제1 초퍼(110)를 제어할 수 있다. 이로 인하여, 증폭기(120)는 변조된 신호를 증폭할 수 있다. 변조된 신호는 노이즈 대역 밖의 중심 주파수를 가지는 신호이므로, 증폭기(120)에 의해 증폭되는 신호는 노이즈의 영향을 받지 않을 수 있다. 또한, 제어부(140)는 증폭된 신호를 복조하도록 제2 초퍼(130)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 증폭된 신호가 원래의 중심 주파수를 가지는 신호로 복조되도록 제2 초퍼(130)를 제어할 수 있다.

또는, 측정 장치(100)는 임피던스(impedance)를 측정할 수 있다. 생체 전위 신호와 마찬가지로 임피던스 신호도 생체의 건강이나 감정 상태를 모니터링하기 위하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 피부의 저항 정도를 나타내는 임피던스, 피부 수화도를 나타내는 임피던스, 폐의 호흡에 따라 변하는 임피던스, 혈류의 흐름에 따라 변하는 임피던스, 및 피부와 측정 전극을 포함하는 전기적 경로에 존재하는 임피던스 등이 측정될 수 있다.

제어부(140)는 임피던스 측정 모드로 동작할 수 있도록 제1 초퍼(110) 및 제2 초퍼(130)를 제어할 수 있다. 신체 내에서 발생되는 생체 전위를 측정하는 생체 전위 측정과 달리, 임피던스를 측정하기 위해서는 신체 외부에서 발생되는 전류가 이용될 수 있다. 예를 들어, 전류 생성기에 의해 생성된 전류가 임피던스 측정 부위로 제공되면, 임피던스 측정 부위의 임피던스로 인하여 전압 강하가 일어날 수 있다. 측정 장치(100)는 전술한 전압 강하로 인한 전위 차를 측정함으로써, 임피던스를 측정할 수 있다.

생체 임피던스 분석(bioelectrical impedance analysis)는 일정한 길이의 동일한 단면적을 가지는 균일한 전도체의 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다는 법칙에 근거한다. 하지만 인체는 균일한 원통형이 아니고, 인체 내의 전도도 또한 일정하지 않다. 또한, 인체는 전기가 비교적 잘 통하는 근육, 세포 외액과 전기가 잘 통하지 않는 지방 조직으로 구성되어 있다. 따라서, 신체의 전기적 특성을 설명하기 위해 다양한 회로 모델들이 이용될 수 있다. 특히, 신체에 교류 전류를 흘려 보내는 경우 세포막에 전류가 통과하면서 전하가 세포막에 충전될 수 있다. 이 경우 세포막이 축전기(capacitor) 역할을 하며, 세포막에 의한 축전기를 이용하여 신체의 전기적 특성이 모델링될 수 있다. 또한, 교류 전류의 주파수 별로 세포의 전기 투과 정도가 달라질 수 있다. 예를 들어, 5kHz의 교류 전류는 세포막을 통과하지 않으므로 세포 외액의 측정에 이용될 수 있고, 100kHz 이상의 교류 전류는 세포막을 통과하므로 TBW(total body water)의 측정에 이용될 수 있다.

교류 전류를 이용하여 임피던스를 측정하는 경우, 측정 장치(100)에 입력되는 신호는 교류 전류의 주파수를 중심 주파수로 가지는 신호일 수 있다. 입력 신호는 마치 교류 전류의 주파수를 이용하여 변조된 신호처럼 이용될 수 있다. 입력된 신호는 측정을 위하여 증폭기(120)에 의해 증폭될 수 있다.

전술한 바와 같이, 증폭기(120)에서 노이즈가 발생될 수 있다. 예를 들어, 증폭기(120) 내부에서 1/f 노이즈가 발생될 수 있다. 입력 신호는 교류 전류의 주파수를 중심 주파수로 가지므로, 입력 신호의 중심 주파수가 증폭기(120)에서 발생되는 노이즈 대역 밖에 위치하는 경우 입력 신호는 증폭기(120)에 의해 발생되는 노이즈의 간섭을 받지 않을 수 있다. 제어부(140)는 입력 신호가 그대로 바이패스(by-pass)되도록 제1 초퍼(110)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 Vdd 또는 GND의 정전압 신호를 제1 초퍼(110)에 제공할 수 있다.

증폭기(120)는 바이패스된 신호를 증폭할 수 있다. 바이패스된 신호는 노이즈 대역 밖의 중심 주파수를 가지는 신호이므로, 증폭기(120)에 의해 증폭되는 신호는 노이즈의 영향을 받지 않을 수 있다. 또한, 제어부(140)는 증폭된 신호를 복조하도록 제2 초퍼(130)를 제어할 수 있다. 증폭된 신호는 임피던스 측정을 위해 이용되는 교류 전류의 주파수를 중심 주파수로 가지므로, 제어부(140)는 해당 중심 주파수를 이용하여 증폭된 신호가 복조되도록 제2 초퍼(130)를 제어할 수 있다.

일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치(100)는 어플리케이션에 따라 다양한 측정 모드들로 재구성될 수 있다. 또한, 아래에서 상세히 설명하겠지만, 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치(100)는 재구성 가능한 복수의 측정 모듈들을 포함할 수 있다. 이 경우 어플리케이션에 따라 적어도 일부의 측정 모듈들은 생체 전위 측정 모드로 동작하고, 나머지 측정 모듈들은 임피던스 측정 모드로 동작할 수 있다.

예를 들어, 심전도는 심장을 둘러싸는 외곽에서 방향에 따라 심장의 전기 신호의 형태가 달라지므로, 여러 채널들을 이용하여 측정될 수 있다. 이 경우 측정 장치(100)는 다채널에서 심전도를 측정하고, 심전도 측정을 위한 측정 회로 입력단과 피부 사이의 인터페이스 임피던스를 측정하도록 재구성될 수 있다. 심전도를 3 채널에서 측정하는 경우 측정 장치(100)에 포함된 세 개의 측정 모듈들이 생체 전위 측정 모드로 동작하도록 재구성될 수 있다. 또한, 각각의 채널에서 인터페이스 임피던스를 측정하기 위하여, 측정 장치(100)에 포함된 다른 세 개의 측정 모듈들이 임피던스 측정 모드로 동작하도록 재구성될 수 있다. 또한, 임피던스 측정 시 제2 초퍼(130)에 제공되는 주파수의 위상에 따라 임피던스 신호의 실수 성분과 허수 성분을 각각 측정할 수 있으므로, 측정 장치(100)에 포함된 또 다른 세 개의 측정 모듈들이 임피던스 측정 모드로 동작하도록 재구성될 수 있다.

어플리케이션에 따라 임피던스 측정이 필요하지 않거나, 더 많은 채널을 이용한 생체 전위 측정이 필요할 수 있다. 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치(100)는 어플리케이션에 따라 생체 전위 측정 및 임피던스 측정의 구성을 자유롭게 변경할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따라 생체 전위 신호를 측정하는 경우 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치(200)는 제1 초퍼(210), 증폭기(220), 및 제2 초퍼(230)를 포함한다. 도면에 표시하지 않았으나, 측정 장치(200)는 제어부를 더 포함하고, 제어부는 제1 초퍼(210) 및 제2 초퍼(230)를 제어할 수 있다.

이하, 생체 전위 측정 모드에서 입력 신호가 제1 초퍼(210), 증폭기(220), 및 제2 초퍼(230)를 거치면서 변조, 증폭, 및 복조되는 양상을 상세히 설명한다. 도 2에 도시된 각각의 그래프에서 x축은 주파수(frequency)를 나타내고, y축은 전력 밀도(power density)를 나타낸다. 예를 들어, 원점으로부터 x축 방향으로 증가할수록 전기 신호의 중심 주파수가 높아짐을 의미하고, 원점으로부터 y축 방향으로 증가할수록 전기 신호의 강도가 세짐을 의미할 수 있다.

측정 장치(200)는 입력단(205)을 통해 생체 전위 측정을 위한 입력 신호를 수신할 수 있다. 이하, 생체 전위 측정을 위한 입력 신호를 생체 전위 신호라고 지칭한다. 생체 전위 신호는 직류 신호 또는 저주파 신호이므로, 입력단(205)에 대응되는 그래프에서 생체 전위 신호는 신호(206)과 같이 표현될 수 있다. 인체 내에서 발생되는 생체 전위 신호는 전력 밀도가 세지 않으므로, 생체 전위 신호를 측정하기 위하여 증폭기(220)에서 생체 전위 신호가 증폭될 수 있다. 다만, 증폭기(220)는 능동형 소자로, 증폭기(220) 내에서 1/f 노이즈가 발생될 수 있다. 일반적으로 생체 전위 신호는 주파수 도메인 상에서 1/f 노이즈의 대역 이내에 위치하므로, 생체 전위 신호를 그대로 증폭하는 경우 1/f 노이즈에 의해 간섭이 일어날 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 제어부는 제1 초퍼(210)에 1/f 노이즈의 대역보다 높은 주파수(fc)를 가지는 신호를 제공할 수 있다. 이 경우, 제1 초퍼(210)와 증폭기(220) 사이의 노드(215)에 대응되는 그래프에서 생체 전위 신호는 신호(216)과 같이 표현될 수 있다. 생체 전위 신호는 제1 초퍼(210)를 통과하면서 주파수(fc)를 중심 주파수로 가지는 신호(216)로 변조될 수 있다.

주파수(fc)를 중심 주파수로 가지는 신호(216)는 증폭기(220)에 의해 증폭될 수 있다. 증폭기 내부(225)에 대응되는 그래프에서 생체 전위 신호는 신호(226)과 같이 표현될 수 있다. 생체 전위 신호는 증폭기(220)를 통과하면서 전력 밀도가 강해진다. 또한, 증폭기 내부(225)에 대응되는 그래프에서 1/f 노이즈는 신호(227)과 같이 표현될 수 있다. 1/f 노이즈는 저주파 대역에서 두드러지게 발생될 수 있다. 증폭기 내부(225)에 대응되는 그래프에서 신호(226)과 신호(227)은 서로 겹치지 않는다. 이는 생체 전위 신호가 제1 초퍼(210)에 의해 주파수(fc)를 중심 주파수로 가지도록 변조됨에 따라 1/f 노이즈에 의하여 간섭을 받지 않음을 의미한다.

제어부는 증폭된 신호(226)가 복조되도록 제2 초퍼(230)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제2 초퍼(230)에 주파수(fc)를 가지는 신호를 제공할 수 있다. 이 경우, 출력단(235)에 대응되는 그래프에서 생체 전위 신호는 신호(236)과 같이 표현될 수 있다. 생체 전위 신호는 제2 초퍼(230)를 통과하면서 원래의 중심 주파수를 가지는 신호(236)로 복조될 수 있다. 이와 동시에, 1/f 노이즈에 해당하는 신호는 제2 초퍼(230)를 통과하면서 주파수(fc)를 중심 주파수로 가지는 신호(237)로 변조될 수 있다. 출력단(235)에 대응되는 그래프에서 신호(236)과 신호(237)은 서로 겹치지 않는다. 이는 생체 전위 신호가 제2 초퍼(230)에 의해 복조됨과 동시에 1/f 노이즈가 제2 초퍼(230)에 의해 변조됨에 따라, 생체 전위 신호가 1/f 노이즈에 의하여 간섭을 받지 않음을 의미한다.

또한, 출력단(235)에 대응되는 그래프의 신호(236)의 중심 주파수는 입력단(205)에 대응되는 그래프의 신호(206)의 중심 주파수와 동일하고, 출력단(235)에 대응되는 그래프의 신호(236)의 전력 밀도는 입력단(205)에 대응되는 그래프의 신호(206)의 전력 밀도보다 크다. 이는 생체 전위 신호는 증폭되거나 복조될 때 1/f 노이즈의 영향을 받지 않음을 의미한다. 이와 같이, 측정 장치(200)는 1/f 노이즈의 영향을 받지 않으면서 생체 전위 신호가 증폭되도록 제1 초퍼(210) 및 제2 초퍼(230)를 제어하는 기술을 제공할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따라 임피던스를 측정하는 경우 측정 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치(300)는 제1 초퍼(310), 증폭기(320), 및 제2 초퍼(330)를 포함한다. 도면에 표시하지 않았으나, 측정 장치(300)는 제어부를 더 포함하고, 제어부는 제1 초퍼(310) 및 제2 초퍼(330)를 제어할 수 있다.

이하, 임피던스 측정 모드에서 입력 신호가 제1 초퍼(310), 증폭기(320), 및 제2 초퍼(330)를 거치면서 바이패스, 증폭, 및 복조되는 양상을 상세히 설명한다. 도 3에 도시된 각각의 그래프에서 x축은 주파수를 나타내고, y축은 전력 밀도를 나타낸다.

측정 장치(300)는 입력단(305)을 통해 임피던스 측정을 위한 입력 신호를 수신할 수 있다. 이하, 임피던스 측정을 위한 입력 신호를 임피던스 신호라고 지칭한다. 임피던스 신호는 전류 생성기(340)에 의해 생성된 전류가 임피던스 Z로 모델링되는 인체(345)로 흐르면서 발생되는 전위차에 대한 정보를 포함한다. 여기서, 전류 생성기(340)는 주파수(fc)의 교류 전류를 생성할 수 있다.

임피던스 신호는 주파수(fc)를 중심 주파수로 가지므로, 입력단(305)에 대응되는 그래프에서 임피던스 신호는 신호(306)과 같이 표현될 수 있다. 인체(345)로 흘리는 전류는 매우 작기 때문에, 임피던스 신호의 전력 밀도도 세지 않으며, 임피던스 신호를 측정하기 위하여 증폭기(320)에서 임피던스 신호가 증폭될 수 있다.

증폭기(220) 내에서 1/f 노이즈가 발생될 수 있으나, 일반적으로 임피던스를 측정하기 위해 이용되는 주파수(fc)는 주파수 도메인 상에서 1/f 노이즈의 대역 밖에 위치한다. 이 경우, 임피던스 신호는 1/f 노이즈에 의해 간섭을 받지 않고, 제1 초퍼(310)는 1/f 노이즈에 의한 간섭을 방지하기 위하여 임피던스 신호를 변조할 필요가 없다. 제어부는 임피던스 신호가 제1 초퍼(310)를 바이패스하도록 제1 초퍼(310)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제1 초퍼(310)에 Vdd 또는 GND의 정전압 신호를 제공할 수 있다. 임피던스 신호가 제1 초퍼(310)를 바이패스하는 경우, 제1 초퍼(310)를 통과하기 전과 후의 임피던스 신호는 실질적으로 동일하다. 제1 초퍼(310)와 증폭기(320) 사이의 노드(315)에 대응되는 그래프에서 임피던스 신호는 신호(306)과 같이 표현될 수 있다.

임피던스 신호는 증폭기(320)에 의해 증폭될 수 있다. 증폭기 내부(325)에 대응되는 그래프에서 임피던스 신호는 신호(326)과 같이 표현될 수 있다. 임피던스 신호는 증폭기(320)를 통과하면서 전력 밀도가 강해진다. 또한, 증폭기 내부(325)에 대응되는 그래프에서 1/f 노이즈는 신호(327)과 같이 표현될 수 있다. 1/f 노이즈는 저주파 대역에서 두드러지게 발생될 수 있다. 증폭기 내부(325)에 대응되는 그래프에서 신호(326)과 신호(327)은 서로 겹치지 않는다. 이는 임피던스 신호가 주파수(fc)를 중심 주파수로 가지므로 1/f 노이즈에 의하여 간섭을 받지 않음을 의미한다.

제어부는 증폭된 신호(326)가 복조되도록 제2 초퍼(330)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는 제2 초퍼(330)에 주파수(fc)를 가지는 신호를 제공할 수 있다. 이 경우, 출력단(335)에 대응되는 그래프를 참조하면, 임피던스 신호는 제2 초퍼(330)를 통과하면서 신호(336)로 복조될 수 있다. 이와 동시에, 1/f 노이즈에 해당하는 신호는 제2 초퍼(330)를 통과하면서 주파수(fc)를 중심 주파수로 가지는 신호(337)로 변조될 수 있다. 출력단(335)에 대응되는 그래프에서 신호(336)과 신호(337)은 서로 겹치지 않는다. 이는 임피던스 신호가 제2 초퍼(330)에 의해 복조됨과 동시에 1/f 노이즈가 제2 초퍼(330)에 의해 변조됨에 따라, 임피던스 신호가 1/f 노이즈에 의하여 간섭을 받지 않음을 의미한다. 이와 같이, 측정 장치(300)는 1/f 노이즈의 영향을 받지 않으면서 임피던스 신호가 증폭되도록 제1 초퍼(310) 및 제2 초퍼(330)를 제어하는 기술을 제공할 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 초퍼를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 초퍼(400)는 제어 전압(control voltage, Vc)에 따라 입력 포트들(450, 460)을 출력 포트들(470, 480)로 연결할 수 있다. 초퍼(400)는 제어 전압에 따라 동작하는 제1 스위치(410), 제2 스위치(420), 제3 스위치(430), 및 제4 스위치(440)를 포함할 수 있다.

제1 스위치(410), 제2 스위치(420), 제3 스위치(430), 및 제4 스위치(440)는 제어 전압이 논리적으로 '1'인 경우 ON 되고, 제어 전압이 논리적으로 '0'인 경우 OFF 되는 스위치들이다. 도면에서 제3 스위치(430) 및 제4 스위치(440)를 제어하는 전압(Vcb)는 제어 전압(Vc)이 논리적으로 인버팅된 전압이다.

제어 전압이 논리적으로 '1'인 경우, 제1 스위치(410)와 제2 스위치(420)는 ON 되고, 제3 스위치(430)와 제4 스위치(440)는 OFF 된다. 이 경우, 제1 입력 포트(450)는 제1 출력 포트(470)와 연결되고, 제2 입력 포트(460)는 제2 출력 포트(480)와 연결된다. 제1 입력 포트(450)와 제1 출력 포트(470)가 연결되고, 제2 입력 포트(460)와 제2 출력 포트(480)가 연결되는 상태를 제1 상태라고 지칭할 수 있다. 제1 상태에서 Vip = Vop이고, Vin = Von이다.

반면, 제어 전압이 논리적으로 '0'인 경우, 제1 스위치(410)와 제2 스위치(420)는 OFF 되고, 제3 스위치(430)와 제4 스위치(440)는 ON 된다. 이 경우, 제1 입력 포트(450)는 제2 출력 포트(480)와 연결되고, 제2 입력 포트(460)는 제1 출력 포트(470)와 연결된다. 제1 입력 포트(450)와 제2 출력 포트(480)가 연결되고, 제2 입력 포트(460)와 제1 출력 포트(470)가 연결되는 상태를 제2 상태라고 지칭할 수 있다. 제2 상태에서 Vip = Von이고, Vin = Vop이다.

도 1의 제어부(140)는 측정 모드에 따라 초퍼(400)에 교류 전압 또는 직류 전압을 제공할 수 있다. 초퍼(400)의 제어 전압(Vc)에 교류 전압이 제공되는 경우, 제어 전압의 주기마다 초퍼(400)는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. 예를 들어, 제어 전압이 1kHz의 교류 전압이라면, 제어 전압의 주기는 1ms이다. 이 경우, 초퍼(400)는 1ms 마다 제1 상태와 제2 상태를 모두 포함 한다. 다시 말해, 초퍼(400)는 0.5ms 동안 제1 상태로 동작하고, 다음 0.5ms 동안 제2 상태로 동작하며, 그 다음 0.5ms 동안에는 다시 제1 상태로 동작할 수 있다.

초퍼(400)에 교류 전압이 제공되는 경우, 초퍼(400)는 교류 전압의 주파수에 기초하여 입력 신호를 변조하거나 복조할 수 있다. 예를 들어, 초퍼(400)는 제1 입력 포트(450)에 인가되는 신호와 제2 입력 포트(460)에 인가되는 신호를 제어 전압(Vc)의 주기를 바탕으로 스위칭하여 제1 출력 포트(470) 및 제2 출력 포트(480)로 출력할 수 있다. 이 경우, 입력 신호는 제어 전압(Vc)의 주파수를 중심 주파수로 가지는 신호로 변조될 수 있다. 또는, 입력 신호가 제어 전압(Vc)의 주파수를 중심 주파수로 가지는 신호인 경우, 입력 신호에 포함된 제어 전압(Vc)의 주파수 성분이 초퍼(400)에 의해 제거될 수 있다. 이 경우, 입력 신호는 제어 전압(Vc)의 주파수 성분을 포함하지 않는 신호로 복조될 수 있다.

초퍼(400)의 제어 전압(Vc)에 직류 전압이 제공되는 경우, 초퍼(400)는 직류 전압의 논리적 값에 따라 제1 상태 또는 제2 상태 중 어느 하나로 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어 전압이 논리적으로 '1'인 Vdd인 경우, 초퍼(400)는 제1 상태로 동작할 수 있다. 또는, 제어 전압이 논리적으로 '0'인 GND인 경우, 초퍼(400)는 제2 상태로 동작할 수 있다.

초퍼(400)에 직류 전압이 제공되는 경우, 입력 신호는 초퍼(400)를 바이패스할 수 있다. 예를 들어, 초퍼(400)는 제어 전압(Vc)에 따라 제1 상태 또는 제2 상태를 유지할 수 있다. 제어 전압(Vc)이 논리적으로 '1'인 경우 초퍼(400)는 제1 상태를 유지하므로, 입력 전압은 초퍼(400)를 그대로 통과할 수 있다. 또는, 제어 전압(Vc)이 논리적으로 '0'인 경우 초퍼(400)는 제2 상태를 유지하므로, 입력 포트들에 인가된 전압들은 서로 스위칭된 형태로 출력될 수 있다.

이상에서 제어 전압(Vc)에 따라 전기 신호의 흐름(flow)을 제어하는 방식으로 구현된 초퍼(400)의 실시예를 설명하였으나, 초퍼(400)의 구성은 전술한 실시예에 한정되지 아니한다. 경우에 따라 초퍼(400)의 구성은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 초퍼(400)는 출력단 각각에 커패시터를 더 포함하고, 각각의 커패시터에 축전된 전하의 양에 따라 출력 값이 정해지는 형태로 변형될 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 제어부를 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치(500)는 제1 초퍼(510), 증폭기(520), 및 제2 초퍼(520)를 포함한다. 제1 초퍼(510), 증폭기(520), 및 제2 초퍼(520) 각각에는 도 1 내지 도 4를 통하여 기술한 사항들이 그대로 적용될 수 있다.

측정 장치(500)는 제어부(540)를 포함하며, 제어부(540)는 먹스(MUX)를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 제1 초퍼(510)를 위한 제1 먹스(541) 및 제2 초퍼(530)를 위한 제2 먹스(542)를 포함할 수 있다. 제1 먹스(541)는 제1 초퍼(510)의 제어 전압을 제공하고, 제2 먹스(542)는 제2 초퍼(530)의 제어 전압을 제공할 수 있다.

제어부(540)는 측정 모드에 따라 제1 먹스(541) 및 제2 먹스(542)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 생체 전위 측정 모드에서 제어부(540)는 생체 전위 신호를 변조하거나 복조하기 위한 주파수 신호가 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 제공되도록, 제1 먹스(541) 및 제2 먹스(542)를 제어할 수 있다. 또는, 임피던스 측정 모드에서 제어부(540)는 임피던스 신호를 바이패스하기 위한 정전압 신호가 제1 초퍼(510)에 제공되도록 제1 먹스(541)를 제어할 수 있다. 제어부(540)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호가 제2 초퍼(530)에 제공되도록 제2 먹스(542)를 제어할 수 있다.

제1 먹스(541)는 생체 전위 신호를 변조하기 위한 주파수 신호 및 정전압 신호를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 제1 먹스(541)는 제1 입력 신호로 생체 전위 신호를 변조하기 위한 주파수 신호를 입력 받을 수 있고, 제2 입력 신호로 정전압 신호를 입력 받을 수 있다. 생체 전위 신호를 변조하기 위한 주파수 신호는 4kHz일 수 있고, 정전압 신호는 Vdd 또는 GND일 수 있다.

제어부(540)는 레지스터(REG_SEL_BP)를 이용하여 제1 먹스(541)를 제어할 수 있다. 레지스터(REG_SEL_BP)는 측정 모드를 지시하는 값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 레지스터(REG_SEL_BP)가 '1'로 설정되는 경우, 레지스터(REG_SEL_BP)는 생체 전위 측정 모드를 지시할 수 있다. 레지스터(REG_SEL_BP)가 '0'으로 설정되는 경우, 레지스터(REG_SEL_BP)는 임피던스 측정 모드를 지시할 수 있다. 제어부(540)는 레지스터(REG_SEL_BP)를 제1 먹스(541)의 선택 신호(selection signal)로 제공할 수 있다.

측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)가 논리적으로 '1'인 경우, 제1 먹스(541)는 생체 전위 신호를 변조하기 위한 주파수 신호인 제1 입력 신호를 출력할 수 있다. 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)가 논리적으로 '0'인 경우, 제1 먹스(541)는 임피던스 신호를 바이패스하기 위한 정전압 신호인 제2 입력 신호를 출력할 수 있다. 제1 먹스(541)에 의해 출력된 신호는 제1 초퍼(510)의 제어 전압으로 제공되며, 제1 초퍼(510)의 동작은 제어 전압에 의해 제어될 수 있다.

제2 먹스(542)는 생체 전위를 복조하기 위한 주파수 신호 및 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 제2 먹스(542)는 제1 입력 신호로 생체 전위 신호를 복조하기 위한 주파수 신호를 입력 받을 수 있고, 제2 입력 신호로 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호를 입력 받을 수 있다. 생체 전위 신호를 복조하기 위한 주파수 신호는 4kHz일 수 있고, 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호는 50kHz일 수 있다.

제어부(540)는 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)를 이용하여 제2 먹스(542)를 제어할 수 있다. 제어부(540)는 레지스터(REG_SEL_BP)를 제2 먹스(542)의 선택 신호(selection signal)로 제공할 수 있다. 경우에 따라, 제어부(540)는 동일한 레지스터(REG_SEL_BP)를 이용하여 제1 먹스(541) 및 제2 먹스(542)를 동시에 제어할 수 있다.

측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)가 논리적으로 '1'인 경우, 제2 먹스(542)는 생체 전위를 복조하기 위한 주파수 신호인 제1 입력 신호를 출력할 수 있다. 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)가 논리적으로 '0'인 경우, 제2 먹스(542)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호인 제2 입력 신호를 출력할 수 있다. 제2 먹스(542)에 의해 출력된 신호는 제2 초퍼(530)의 제어 전압으로 제공되며, 제2 초퍼(530)의 동작은 제어 전압에 의해 제어될 수 있다.

측정 장치(500)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호의 페이즈를 조절함으로써, 실수 성분의 임피던스 값과 허수 성분의 임피던스 값을 측정할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(500)는 페이즈 0°의 주파수 신호를 이용하여 임피던스 신호를 복조함으로써, 실수 성분의 임피던스 값을 획득할 수 있다. 또한, 측정 장치(500)는 페이즈 90°의 주파수 신호를 이용하여 임피던스 신호를 복조함으로써, 허수 성분의 임피던스 값을 획득할 수 있다.

이를 위하여 제어부(540)는 페이즈 시프터(543)를 더 포함할 수 있다. 페이즈 시프터(543)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호의 페이즈를 조절할 수 있다. 예를 들어, 페이즈 시프터(543)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호의 페이즈를 90° 만큼 시프트시킬 수 있다. 이 경우, 페이즈 시프트된 주파수 신호는 제2 먹스(542)의 제2 입력으로 입력될 수 있다.

제어부(540)는 페이즈 시프팅을 위한 레지스터를 이용하여 페이즈 시프터(543)를 제어할 수 있다. 제어부(540)는 레지스터 값에 기초하여 시프트될 페이즈의 크기를 결정하고, 결정된 크기만큼 페이즈가 시프트되도록 페이즈 시프터(543)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 페이즈 시프팅을 위한 레지스터가 페이즈 0°를 지시하는 값으로 설정되는 경우, 제어부(540)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호가 페이즈 시프터(543)를 바이패스하도록 페이즈 시프터(543)를 제어할 수 있다. 또는, 페이즈 시프팅을 위한 레지스터가 페이즈 90°를 지시하는 값으로 설정되는 경우, 제어부(540)는 임피던스 신호를 복조하기 위한 주파수 신호가 90°만큼 페이즈 시프트되도록 페이즈 시프터(543)를 제어할 수 있다.

이상에서, 제어부(540)가 제1 먹스(541), 제2 먹스(542), 및 페이즈 시프터(543)를 포함하는 실시예를 설명하였으나, 제어부(540)의 구성은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(500)는 제1 먹스(541), 제2 먹스(542), 및 페이즈 시프터(543)를 제어부(540)와 구별되는 별도의 구성으로 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(540)는 제1 먹스(541), 제2 먹스(542), 및 페이즈 시프터(543)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한, 제어부(540)는 임피던스 측정을 위한 전류 생성기(550)를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우, 제어부(540)는 전류 생성기(550)를 비활성화하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 또는, 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 제어부(540)는 전류 생성기(550)를 활성화하는 제어 신호를 생성할 수 있다.

제어부(540)는 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)를 이용하여 전류 생성기(550)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(540)는 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)를 전류 생성기(550)로 제공할 수 있다. 전류 생성기(550)는 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_SEL_BP)의 값에 따라 활성화되거나, 비활성화될 수 있다. 전류 생성기(550)에 제공되는 레지스터(REG_SEL_BP)의 값이 '1'인 경우 측정 장치(500)는 생체 전위 측정 모드로 동작하므로, 전류 생성기(550)는 비활성화될 수 있다. 반면, 전류 생성기(550)에 제공되는 레지스터(REG_SEL_BP)의 값이 '0'인 경우 측정 장치(500)는 임피던스 측정 모드로 동작하므로, 전류 생성기(550)는 임피던스 측정을 위한 전류를 생성하기 위하여 활성화될 수 있다.

전류 생성기(550)는 임피던스 측정을 위한 주파수를 가지는 교류 신호를 입력 받을 수 있다. 전류 생성기(550)는 입력 받은 교류 신호를 이용하여 임피던스 측정을 위한 교류 전류를 생성할 수 있다. 교류 신호는 외부로부터 입력될 수 있고, 경우에 따라 제어부(540)에 의해 제공될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 제어부(540)는 임피던스 측정을 위하여 제1 초퍼(510)에 정전압 신호를 제공하는 대신, 임피던스 신호를 변조하기 위한 주파수 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 임피던스 측정을 위한 교류 전류의 주파수가 증폭기(520)의 1/f 노이즈의 대역 이내에 포함되는 경우, 임피던스 신호는 1/f 노이즈의 간섭을 받을 수 있다.

임피던스 신호가 1/f 노이즈의 간섭을 받는 것을 방지하기 위하여, 제어부(540)는 임피던스 신호를 변조하거나 복조하기 위한 주파수 신호가 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 제공되도록, 제1 먹스(541) 및 제2 먹스(542)를 제어할 수 있다.

제1 먹스(541)는 임피던스 신호를 변조하기 위한 주파수 신호 및 임피던스 신호를 바이패스시키기 위한 정전압 신호를 입력 받을 수 있다. 예를 들어, 제1 먹스(541)는 제1 입력 신호로 임피던스 신호를 변조하기 위한 주파수 신호를 입력 받을 수 있고, 제2 입력 신호로 정전압 신호를 입력 받을 수 있다. 여기서, 임피던스 신호를 변조하기 위한 주파수 신호는 전술한 생체 전위 신호를 변조하기 위한 주파수 신호와 동일할 수 있다.

제어부(540)는 레지스터(REG_SEL_BP)를 이용하여 제1 먹스(541)를 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이, 레지스터(REG_SEL_BP)가 '1'로 설정되는 경우, 레지스터(REG_SEL_BP)는 생체 전위 측정 모드를 지시할 수 있고, 레지스터(REG_SEL_BP)가 '0'으로 설정되는 경우, 레지스터(REG_SEL_BP)는 임피던스 측정 모드를 지시할 수 있다. 다만, 임피던스 측정을 위한 교류 전류의 주파수가 증폭기(520)의 1/f 노이즈의 대역 이내에 포함되는 경우, 레지스터(REG_SEL_BP)는 '1'로 설정될 수 있다. 이로 인하여, 제1 먹스(541) 및 제2 먹스(542)는 임피던스 신호를 변조 및 복조하기 위한 주파수 신호를 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 제공할 수 있다.

또는, 임피던스 측정을 위한 교류 전류의 주파수가 증폭기(520)의 1/f 노이즈의 대역 이내에 포함되는 경우, 레지스터(REG_SEL_BP)는 '0'도 '1'도 아닌 별도의 '2'로 설정될 수 있다. 제1 먹스(541) 및 제2 먹스(542)는 선택 신호로 '2'가 수신되는 경우, 임피던스 신호를 변조 및 복조하기 위한 주파수 신호가 출력할 수 있다. 출력된 주파수 신호는 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 제공될 수 있다.

이상에서 설명한 제어부의 동작은 표 1과 같이 정리될 수 있다.

Case	측정 모드	제1 초퍼(510)	제2 초퍼(530)
Case 1	생체 전위 측정	fc_ECG	fc_ECG
Case 1	임피던스 측정	DC(Vdd or GND)	fc_CG
Case 2	생체 전위 측정	fc_ECG	fc_ECG
Case 2	임피던스 측정	fc_ECG	fc_ECG

여기서, fc_ECG는 생체 전위 신호를 변조 또는 복조하기 위한 주파수이고, fc_CG는 임피던스 측정을 위한 교류 전류의 주파수이다.

Case 1은 임피던스 측정을 위한 교류 전류의 주파수(fc_CG)가 증폭기(520)의 1/f 노이즈 대역보다 높은 경우로, 예를 들어 Case 1에서 fc_CG = 50kHz이고, fc_ECG = 4kHz일 수 있다. Case 1의 생체 전위 측정 모드에서, 제어부(540)는 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 모두 fc_ECG를 제공한다. Case 1의 임피던스 측정 모드에서, 제어부(540)는 제1 초퍼(510)에 DC를 제공하고, 제2 초퍼(530)에 fc_CG를 제공한다.

또한, Case 2는 임피던스 측정을 위한 교류 전류의 주파수(fc_CG)가 증폭기(520)의 1/f 노이즈 대역 이내인 경우로, 예를 들어 Case 2에서 fc_CG = 50Hz이고, fc_ECG = 4kHz일 수 있다. Case 2의 생체 전위 측정 모드에서, 제어부(540)는 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 모두 fc_ECG를 제공한다. Case 2의 임피던스 측정 모드에서, 제어부(540)는 제1 초퍼(510) 및 제2 초퍼(530)에 모두 fc_ECG를 제공한다.

Case 2의 임피던스 측정 모드에서, 제2 초퍼(530)의 출력 신호는 fc_CG로 변조된 신호에 해당한다. 일반적으로 Case 2에서 fc_CG는 아날로그-디지털 변환기의 샘플링 주파수보다 작으므로, 측정 장치(500)는 fc_CG로 변조된 신호를 아날로그-디지털 변환한 이후, 디지털 신호 처리를 통해 fc_CG로 변조된 신호를 복조할 수 있다. 또는, 측정 장치(500)는 출력 신호를 fc_CG로 복조하는 제3 초퍼를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(540)는 Case 2의 임피던스 측정 모드에서, 제3 초퍼에 fc_CG를 제공할 수 있다. 물론 제3 초퍼는 Case 2의 임피던스 측정 모드를 제외한 나머지 모드에서, 입력되는 신호가 그대로 바이패스 되도록 제어되어야 한다. 이를 위하여 제어부(540)는 Case 2의 임피던스 측정 모드를 제외한 나머지 모드에서, 제3 초퍼에 DC를 제공할 수 있다.

도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 이용한 측정 시스템을 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치(600)는 제1 초퍼(610), 증폭기(620), 제2 초퍼(630), 먹스(640), 및 전류 생성기(650)를 포함한다. 제1 초퍼(610), 증폭기(620), 제2 초퍼(630), 먹스(640), 및 전류 생성기(650) 각각에는 도 1 내지 도 5를 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있다. 도면에 표시하지 않았으나, 측정 장치(600)는 제2 초퍼(630)를 위한 제2 먹스를 더 포함하고, 측정 모드에 따라 먹스(640), 제2 먹스, 및 전류 생성기를 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다.

측정 장치(600)는 하이 패스 필터(high pass filter, HPF) (661)를 더 포함할 수 있다. 하이 패스 필터(661)는 미리 정해진 주파수 이상 대역의 신호를 통과시키고, 미리 정해진 주파수 아래 대역의 신호는 차단하는 필터이다. 측정 장치(600)는 하이 패스 필터(661)를 이용하여 직류 오프셋(DC offset) 전압을 차단할 수 있다. 이하에서 상세히 설명하겠지만, 증폭기(620)는 입력 신호를 원하는 비율로 증폭할 수 있는 동작 전압 범위를 가진다. 입력 전압에 직류 오프셋 전압이 포함되는 경우, 입력 전압이 증폭기(620)의 동작 전압 범위를 벗어날 수 있다. 입력 전압이 증폭기(620)의 동작 전압 범위를 벗어나는 경우, 출력 전압이 포화(saturation)되는 등 측정 장치(600)가 비정상적으로 동작할 수 있다. 측정 장치(600)는 하이 패스 필터(661)를 이용하여 측정 장치(600)의 비정상적인 동작을 방지할 수 있다.

측정 장치(600)는 상호 컨덕턴스 증폭부(662)를 더 포함할 수 있다. 상호 컨덕턴스 증폭부(662)는 입력 전압에 비례하는 전류를 출력할 수 있다. 예를 들어, 입력 전압이 높으면 더 큰 전류를 출력하고, 입력 전압이 낮으면 더 작은 전류를 출력할 수 있다. 증폭기(620)는 상호 컨덕턴스 증폭부(662)와 연동될 수 있다. 증폭기(620)는 상호 임피던스 증폭 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 증폭기(620)는 입력 전류에 비례하는 전압을 출력할 수 있다. 상호 컨덕턴스 증폭부(662)에 의해 출력되는 전류가 클수록 증폭기(620)는 큰 전압을 출력하고, 상호 컨덕턴스 증폭부(662)에 의해 출력되는 전류가 작을수록 증폭기(620)는 작은 전압을 출력할 수 있다.

측정 장치(600)는 제2 증폭기(663)를 더 포함할 수 있다. 제2 증폭기(663)는 게인(gain)이 조절 가능한 증폭기로, 예를 들어 PGA(programmable gain amplifier)를 포함할 수 있다. 제2 증폭기(663)를 이용하여, 측정 장치(600)는 증폭기(620)에 의해 증폭된 신호를 2차적으로 증폭시킬 수 있다. 측정 장치(600)의 출력 신호를 수신하는 어플리케이션에 따라 적절한 출력 신호의 범위가 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 어플리케이션은 0V~5V를 수신하는 반면, 제2 어플리케이션은 0V~20V를 수신할 수 있다. 측정 장치(600)는 어플리케이션에 맞는 전압 범위 내에서 출력 신호가 출력되도록 제2 증폭기(663)의 게인을 제어할 수 있다.

측정 장치(600)는 로우 패스 필터(664)를 더 포함할 수 있다. 로우 패스 필터(664)는 미리 정해진 주파수 이하 대역의 신호를 통과시키고, 미리 정해진 주파수 위 대역의 신호는 차단하는 필터이다. 측정 장치(600)는 로우 패스 필터(664)를 이용하여 고주파의 노이즈를 제거할 수 있다.

측정 장치(600)는 버퍼(665)를 더 포함할 수 있다. 버퍼(665)는 아날로그-디지털 변환기(666)의 입력 로드(input load)에 대응하여 아날로그-디지털 변환기(666)에 충분한 전류가 공급되도록 할 수 있다.

측정 장치(600)는 아날로그-디지털 변환기(analog to digital converter, ADC) (666)를 더 포함할 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(666)는 아날로그 전기 신호를 디지털 전기 신호로 변환할 수 있다. 측정 장치(600)는 아날로그-디지털 변환기(666)를 이용하여 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함으로써, 디지털 신호를 출력할 수 있다.

도 7을 참조하면, 다른 실시예에 따른 측정 장치(700)는 제1 초퍼(710), 증폭기(720), 제2 초퍼(730) 및 전류 생성기(750)를 포함한다. 제1 초퍼(710), 증폭기(720), 제2 초퍼(730), 및 전류 생성기(750) 각각에는 도 1 내지 도 5를 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있다. 도면에 표시하지 않았으나, 측정 장치(700)는 제어부를 더 포함하고, 제어부는 측정 모드에 따라 제1 초퍼(710), 제2 초퍼(730), 및 전류 생성기(750)를 제어할 수 있다.

측정 장치(700)는 하이 패스 필터(761)를 더 포함할 수 있다. 측정 장치(700)는 하이 패스 필터(761)를 이용하여 직류 오프셋을 차단할 수 있다. 측정 장치(700)는 하이 패스 필터(761)를 이용하여 직류 오프셋을 차단함으로써, 증폭기(720)의 비정상적인 동작을 방지할 수 있다.

측정 장치(700)는 밴드 패스 필터(762)를 더 포함할 수 있다. 밴드 패스 필터(762)는 미리 정해진 주파수 대역의 신호를 통과시키고, 미리 정해진 주파수 대역 이외의 신호는 차단하는 필터이다. 측정 장치(700)는 밴드 패스 필터(762)를 이용하여 고주파의 노이즈 및 저주파의 노이즈를 제거할 수 있다. 경우에 따라, 밴드 패스 필터(762)는 로우 패스 필터로 대치될 수 있다. 이 경우, 측정 장치(700)는 로우 패스 필터를 이용하여 고주파의 노이즈를 제거할 수 있다.

측정 장치(700)는 제3 초퍼(740)를 더 포함할 수 있다. 표 1을 참조하면, Case 2의 임피던스 측정 모드에서, 제어부는 제1 초퍼(710)와 제2 초퍼(730)에 임피던스 신호를 변조 및 복조하기 위한 주파수 신호를 제공한다. 다시 말해, 임피던스 신호는 제1 초퍼(710)에서 fc_ECG로 변조된 후 증폭기(720)에서 증폭되고, 제2 초퍼(730)에서 fc_ECG로 복조된다. 제2 초퍼(730)에서 복조된 임피던스 신호는 여전히 fc_CG로 변조된 신호이므로, 제어부는 제3 초퍼(740)에서 fc_CG로 복조되도록 제3 초퍼(740)에 fc_CG를 제공할 수 있다.

반면, Case 2의 임피던스 측정 모드를 제외한 나머지 모드들에서는, 제어부는 제3 초퍼(740)에 DC를 제공할 수 있다. 이 경우, 제3 초퍼(740)는 입력 신호를 그대로 바이패스시킬 수 있다.

측정 장치(700)는 제2 증폭기(763), 로우 패스 필터(764), 버퍼(765), 및 아날로그-디지털 변환기(766)를 더 포함할 수 있다. 제2 증폭기(763), 로우 패스 필터(764), 버퍼(765), 및 아날로그-디지털 변환기(766)에는 도 6을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.

도 8a 내지 도 8d는 일 실시예에 따른 측정 장치의 입력 단을 설명하기 위한 회로도이다.

도 8a를 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치(800)는 제1 초퍼(810), 증폭기(820), 및 제2 초퍼(830)를 포함한다. 제1 초퍼(810), 증폭기(820), 및 제2 초퍼(830) 각각에는 도 1 내지 도 7을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있다.

측정 장치(800)는 제1 커패시터부(840), 제1 저항부(870), 제2 저항부(880), 및 제2 커패시터부(885)를 더 포함할 수 있다. 제1 커패시터부(840), 제1 저항부(870), 제2 저항부(880), 및 제2 커패시터부(885)는 하이 패스 필터를 구성하는 저항 성분 및 커패시터 성분을 구현하고, 증폭기(820)의 입력에 바이아스 전압을 제공할 수 있다. 하이 패스 필터는 DC 오프셋 전압을 필터링하고, 증폭기(820)의 입력에 제공되는 바이아스 전압은 증폭기(820)가 정상 동작 범위 내에서 동작하도록 한다.

생체 전위 측정 모드에서는 증폭기(820)의 입력에 바이아스 전압을 제공하기 위하여 제1 저항부(870)가 활성화될 수 있다. 또한, 생체 전위 측정 모드에서는 제1 초퍼(810)와 제2 커패시터부(885)의 조합으로 하이 패스 필터의 저항 성분이 구현될 수 있다. 제1 커패시터부(840)는 하이 패스 필터의 커패시터 성분으로 구성된다.

임피던스 측정 모드에서는 제1 초퍼(810)가 도선과 같으므로, 제2 커패시터부(885)는 저항 성분이 될 수 없다. 이에 따라, 제2 저항부(880)가 활성화됨으로써 하이 패스 필터의 저항 성분이 구현될 수 있다. 제1 커패시터부(840)는 하이 패스 필터의 커패시터 성분으로 구성된다. 임피던스 측정 모드에서는 제2 저항부(880)에 의해 증폭기(820)의 입력에 바이아스 전압이 제공될 수 있다.

제1 저항부(870) 및 제2 저항부(880)의 동작과 관련된 보다 상세한 사항들은 각각 도 8c 및 도 8d를 참조하여 후술한다.

측정 장치(800)는 측정 장치(800)에 포함된 회로들의 동작 개시(start up)를 위한 개시 회로들(850, 860)을 더 포함할 수 있다. 증폭기(820)는 입력 신호를 원하는 비율로 증폭할 수 있는 전압 범위를 가진다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 입력 신호를 원하는 비율로 증폭할 수 있는 증폭기(820)의 전압 범위를 정상 동작 범위라고 지칭한다.

측정 장치(800)가 턴 오프 상태에서 턴 온 상태가 되는 트랜지언트 상태(transient status)에서 증폭기(820)가 정상 동작 범위에서 동작할 수 있도록, 개시 회로들(850, 860)은 미리 정해진 레퍼런스 전압(reference voltage)을 입력할 수 있다. 예를 들어, 개시 회로(850)는 짧은 시간 동안 레퍼런스 전압을 제1 초퍼(810)의 입력으로 제공할 수 있다. 개시 회로(860)는 짧은 시간 동안 레퍼런스 전압을 증폭기(820)의 입력으로 제공할 수 있다. 증폭기(820)가 불안정한 트랜지언트 상태에서 벗어나면, 개시 회로들(850, 860)은 비활성화될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 개시 회로들(850, 860)은 증폭기(820)를 복구시키는 용도로 활용될 수 있다. 예를 들어, 입력 전압이 튀는(spark) 경우, 급격히 상승하는 전압 성분은 고주파 성분이므로 입력 단의 하이 패스 필터에 의하여 필터링되지 않을 수 있다. 급격히 상승하는 전압 성분은 증폭기(820)에 입력되고, 증폭기(820)는 급격히 상승하는 전압 성분을 증폭하는 도중 포화될 수 있다. 증폭기(820)가 포화되는 경우, 증폭기(820)는 포화된 전압 이상으로 입력 전압을 증폭하지 못한다. 이는 급격히 상승하는 전압 성분으로 인하여 증폭기(820)에 입력되는 입력 신호가 정상 동작 범위에서 벗어나는 것으로 이해될 수 있다.

증폭기(820)가 포화되는 경우, 개시 회로들(850, 860)은 증폭기(820)가 정상 동작 범위에서 동작할 수 있도록 미리 정해진 레퍼런스 전압(reference voltage)을 입력할 수 있다. 이러한 관점에서, 개시 회로들(850, 860)은 리커버리 회로로 지칭될 수 있다.

측정 장치(800)는 입력 임피던스 향상 회로(890)를 더 포함할 수 있다. 입력 임피던스 향상 회로(890)는 증폭기(820)의 출력 일부를 입력 단으로 피드백(feed-back) 함으로써, 입력 임피던스(input impedance)를 향상시킬 수 있다.

도 8b를 참조하면, 도 8a에 도시된 클락 신호들(clk_chp1, clk_chp2, clk_b1, clk_b2, clk_dem1, clk_dem2,) 각각은 2x1 먹스에 의하여 생성될 수 있다. 각각의 먹스들은 측정 모드를 지시하는 레지스터(REG_ECG2IMP) 및 임피던스 신호의 실수 성분 및 허수 성분 중 어느 성분을 측정할 것인지 지시하는 레지스터(REG_SEL_IMP_real)에 의하여 제어될 수 있다.

또한, 리커버리 회로들(850, 860)을 제어하는 제어 신호(INIT)는 포화 디텍션 및 패스트 리커버리(saturation detection and fast recovery) 기능을 수행하는 처리부에 의해 생성될 수 있다. 처리부는 로우 패스 필터(도 6의 664, 도 7의 764)의 출력에 기초하여 증폭기(820)가 포화되었는지 여부를 검출하고, 제어 신호(INIT)를 생성될 수 있다.

도 8c를 참조하면, 생체 전위 측정 모드에서 제1 저항부(870)가 활성화될 수 있다. 이하에서 상세히 설명하겠지만, 제2 커패시터부(885)는 제1 초퍼(810)와 함께 저항 성분을 구현할 수 있으므로, 제1 커패시터부(840), 제1 초퍼(810), 및 제2 커패시터부(885)의 조합으로 하이 패스 필터가 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 저항부(870)는 제1 초퍼(810)와 증폭기(820) 사이의 노드에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 초퍼(810)와 증폭기(820) 사이의 노드는 제1 노드와 제2 노드를 포함할 수 있다. 경우에 따라, 제1 노드는 양성 노드(positive node)로 지칭되고, 제2 노드는 음성 노드(negative node)로 지칭될 수 있다. 증폭기(820)는 차동 증폭기로 구성될 수 있고, 제1 노드의 전압과 제2 노드의 전압은 각각 차동 증폭기의 제1 입력과 제2 입력으로 제공될 수 있다.

제1 저항부(870)는 제1 스위치(871), 제2 스위치(872), 및 제1 커패시터(873)을 포함할 수 있다. 제1 스위치(871), 제2 스위치(872), 및 제1 커패시터(873)는 어우러져 제1 노드에 증폭기(820) 입력 전압에 적합한 전압값(바이아스)이 인가될 수 있도록 작용될 수 있다. 바이아스 전압은 미리 설정된 전압 값을 가질 수 있고, 경우에 따라 GND 일 수 있다. 제1 스위치(871), 제2 스위치(872), 및 제1 커패시터(873)에 의해 구현되는 저항 값은 일반적인 저항보다 매우 큰 값일 수 있다. 이로 인하여, 제1 저항부(870)는 회로 내 전류의 흐름에 실질적으로 영향을 미치지 않으면서, 증폭기(820)의 입력에 바이아스 전압을 제공할 수 있다.

제1 스위치(871)의 제어 신호(clk_b1)는 제2 스위치(872)의 제어 신호(clk_b2)와 서로 배타적인 값을 가지는 클락 신호이다. 예를 들어, 제어 신호(clk_b1)가 논리적으로 '1'인 경우 제어 신호(clk_b2)는 논리적으로 '0'이고, 제어 신호(clk_b1)가 논리적으로 '0'인 경우 제어 신호(clk_b2)는 논리적으로 '1'이다. 다시 말해, 제1 스위치(871)와 제2 스위치(872)는 서로 교대로 ON 될 수 있다.

제어 신호(clk_b1)과 제어 신호(clk_b2)의 스위칭 주기 및 제1 커패시터(873)의 캐퍼시턴스에 따라 바이아스 전압을 위한 노드와 제1 노드 사이에 단위 시간당 흐르는 전하의 양이 정해진다. 바이아스 전압을 위한 노드와 제1 노드 사이에 흐르는 단위 시간당 흐르는 전하의 양은 전류의 크기에 해당한다. 또한, 바이아스 전압과 제1 노드의 전압 사이의 전위차는 전압의 크기에 해당한다. 전류의 크기와 전압의 크기가 결정되면 저항의 크기가 결정될 수 있다. 다시 말해, 제어 신호(clk_b1)과 제어 신호(clk_b2)의 스위칭 주기 및 제1 커패시터(873)의 캐퍼시턴스에 따라 바이아스 전압을 위한 노드와 제1 노드 사이에 저항 성분이 구현될 수 있다.

마찬가지로, 제1 저항부(870)는 제3 스위치(874), 제4 스위치(875), 및 제2 커패시터(876)를 포함할 수 있다. 제3 스위치(874), 제4 스위치(875), 및 제2 커패시터(876)는 제2 노드에 적절한 바이아스 전압 공급을 위한 저항 성분을 구현할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어 신호(clk_b1)과 제어 신호(clk_b2)의 스위칭 주기 및 제2 커패시터(876)의 캐퍼시턴스에 따라 바이아스 전압을 위한 노드와 제2 노드 사이에 저항 성분이 구현될 수 있다.

제1 초퍼(810)는 증폭기(820) 입력부에 형성되는 정전 용량과 조합되어 등가 저항으로서 작용한다. 이에 따라, 제1 초퍼(810)는 제1 커패시터부(840)과 함께 하이 패스 필터 역할을 할 수 있다. 증폭기(820) 입력부에서 형성되는 정전용량은 제2 커패시터부(885)에 의해 형성되는 정전 용량 및 증폭기(820) 입력단 트랜지스터(예를 들어, MOSFET)의 게이트(gate)에 형성되는 정전 용량이 주요하다. 여기서, 제2 커패시터부(885)에 포함된 커패시터(C_HPF_cutp)의 커패시턴스 값 및 커패시터(C_HPF_cutn) 커패시턴스 값을 조절함으로써, 입력 하이 패스 필터(HPF)의 컷-오프(cut-off) 주파수를 조절할 수 있다. 예를 들어, 입력 하이 패스 필터의 컷-오프 주파수는 0.5 Hz 및 10 Hz 등으로 조절될 수 있다.

임피던스 측정 모드에서는 제1 스위치(871) 및 제3 스위치(874)가 OFF 되면서, 제1 저항부(870)가 비활성화될 수 있다.

도 8d를 참조하면, 임피던스 측정 모드에서 제2 저항부(880)가 활성화될 수 있다. 이하에서 상세히 설명하겠지만, 제2 저항부(880)는 저항 성분을 구현할 수 있으므로, 제2 저항부(880) 및 커패시터부(840)의 조합으로 하이 패스 필터가 구성될 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 저항부(880)는 스위치(881), 초퍼(882), 제1 저항(883), 및 제2 저항(884)를 포함할 수 있다. 스위치(881)는 제2 저항부(880)를 활성화시키거나 비활성화시킬 수 있다. 임피던스 측정 모드에서 스위치(881)가 ON 되면서 제2 저항부(880)가 활성화될 수 있다. 생체 전위 측정 모드에서는 스위치(881)가 OFF 되면서 제2 저항부(880)가 비활성화될 수 있다.

생체 전위 측정 모드와 임피던스 측정 모드에서 하이 패스 필터의 구성요소인 저항 성분을 다르게 구현하는 이유는 다음과 같다. 생체 전위 측정 모드에서는 제1 초퍼(810)가 구동되므로 증폭기(820) 입력단의 정전 용량들과 제1 초퍼(810)의 작용이 조합되어 등가 저항 역할을 할 수 있다. 이로 인하여 생체 전위 측정 모드에서는 제1 초퍼(810)와 증폭기(820) 입력단의 정전용량들의 조합으로 하이 패스 필터가 형성된다. 반면, 임피던스 측정 모드에서 제1 초퍼(810)는 바이패스 역할만을 하므로, 증폭기(820) 입력단의 정전 용량들은 등가 저항으로 작용되지 못한다. 이로 인하여 임피던스 측정 모드에서는 별도의 저항(883, 884)이 필요하다.

생체 전위 측정 모드시에는 측정 대역이 저주파이므로 하이 패스 필터의 컷-오프 주파수는 0.5 Hz 로 설정될 수 있다. 임피던스 측정 모드에서는 입력 신호는 도 7의 전류 생성기(750)에 인가되는 전류의 캐리어 주파수에 따라 변조된 형태이므로, 입력 하이 패스 필터의 컷-오프 주파수는 캐리어 주파수와 연계될 수 있다. 예를 들어, 전류 생성기(750)에서 인가되는 전류의 주파수가 50 kHz인 경우, 임피던스 측정 모드에서 입력 하이 패스 필터의 컷-오프 주파수는 5 kHz 로 설정될 수 있다.

초퍼(882), 제1 저항(883), 및 제2 저항(884)는 제1 노드와 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 구현되는 저항과 제2 노드와 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 구현되는 저항이 실질적으로 동일하게 만들 수 있다. 제1 저항(883)과 제2 저항(884)은 물리적으로 상이한 저항이 사용되므로, 제조 공정 상의 오차 등으로 인하여 제1 저항(883)의 저항 값과 제2 저항(884)의 저항 값은 실질적으로 동일하지 않을 수 있다. 초퍼(882)는 클럭 신호(clk_avg1, clk_avg2)를 수신하고, 클럭 신호의 주기마다 초퍼(882) 내부의 경로를 스위칭할 수 있다. 이렇게 되면 제1 저항(883)과 제2 저항(884)이 약간의 오차를 가지고 다르더라도, 시간 평균적으로 제1 노드 및 제2 노드에 제1 저항(883)과 제2 저항(884)의 평균 저항값이 적용되는 효과를 얻을 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따른 복수의 재구성 가능한 측정 모듈들을 포함하는 측정 장치를 나타낸 블록도이다. 도 9를 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치(900)는 복수의 측정 모듈들(910, 920)을 포함한다.

측정 장치(900)는 복수의 측정 모듈들(910, 920) 각각의 측정 모드에 따라 복수의 측정 모듈들(910, 920) 각각을 제어할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(900)에 포함된 제어부(930)는 제1 측정 모듈(910)이 생체 전위 측정 모드인 경우, 제1 측정 모듈(910)에 포함된 초퍼들에 생체 전위 측정을 위한 제어 신호들을 제공할 수 있다. 또는, 제어부(930)는 제2 측정 모듈(920)이 임피던스 측정 모드인 경우, 제2 측정 모듈(920)에 포함된 초퍼들에 임피던스 측정을 위한 제어 신호들을 제공할 수 있다.

복수의 측정 모듈들(910, 920) 각각에는 도 1 내지 도 8을 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.

도 10은 일 실시예에 따른 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법을 나타낸 동작 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 측정 장치를 제어하는 방법은 측정 모드를 지시하는 신호를 수신하는 단계(1010), 제1 초퍼에 제1 신호를 제공하는 단계(1020), 및 제2 초퍼에 제2 신호를 제공하는 단계(1030)를 포함한다.

측정 장치를 제어하는 방법에 포함된 각각의 단계들은 측정 장치에 포함된 제어부에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 측정 모드를 지시하는 신호를 수신하는 단계(1010)에서 제어부는 측정 모드를 지시하는 레지스터에 기록된 레지스터 값을 읽을 수 있다. 도 10에 도시된 단계들 각각에는 도 1 내지 도 8을 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

입력 신호를 변조하는 제1 초퍼(chopper);
상기 제1 초퍼의 출력 신호를 증폭하는 증폭기;
상기 증폭기의 출력 신호를 복조하는 제2 초퍼; 및
설정 가능한 측정 모드에 따라 상기 제1 초퍼 및 상기 제2 초퍼를 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 입력 신호가 상기 제1 초퍼를 바이패스(bypass)하도록 상기 제1 초퍼를 제어하는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정 모드는 생체 전위 측정 모드 및 임피던스 측정 모드를 포함하는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 생체 전위 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 상기 제1 초퍼 및 상기 제2 초퍼에 제공하는 재구성 가능한 측정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 임피던스 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 상기 제2 초퍼에 제공하는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드이고, 임피던스 측정을 위한 캐리어 주파수(carrier frequency)가 상기 증폭기에 의해 발생되는 노이즈의 대역 이내인 경우, 상기 제어부는 생체 전위 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 상기 제1 초퍼 및 상기 제2 초퍼에 제공하는 재구성 가능한 측정 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 초퍼의 출력 신호를 아날로그-디지털 변환하는 아날로그-디지털 변환기; 및
상기 캐리어 주파수에 기초하여, 상기 변환된 디지털 신호를 복조하는 복조부
를 더 포함하는 재구성 가능한 측정 장치.
제6항에 있어서,
상기 캐리어 주파수를 이용하여 상기 제2 초퍼의 출력 신호를 복조하는 제3 초퍼
를 더 포함하는 재구성 가능한 측정 장치.
제8항에 있어서,
상기 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우, 상기 제어부는 상기 제2 초퍼의 출력 신호가 상기 제3 초퍼를 바이패스하도록 상기 제3 초퍼를 제어하는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
제1 주파수 신호 및 정전압 신호 중 어느 하나를 선택적으로 상기 제1 초퍼에 제공하는 제1 먹스(MUX); 및
상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호 중 어느 하나를 선택적으로 상기 제2 초퍼에 제공하는 제2 먹스
를 포함하는 재구성 가능한 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제2 주파수 신호의 페이즈를 시프트하는 페이즈 시프트부
를 더 포함하는 재구성 가능한 측정 장치.
제10항에 있어서,
상기 제2 주파수 신호에 기초하여 임피던스 측정을 위한 전류를 생성하는 전류 생성부
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우 상기 전류 생성부를 활성화시키는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
커패시터 및 적어도 두 개의 스위치들을 이용하여, 상기 제1 초퍼와 상기 증폭기 사이의 노드 및 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 저항 성분을 구현하는 제1 저항부
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우 상기 제1 저항부를 활성화시키는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
적어도 두 개의 저항들을 이용하여, 상기 제1 초퍼와 상기 증폭기 사이의 제1 노드 및 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 저항 성분을 구현하고, 상기 제1 초퍼와 상기 증폭기 사이의 제2 노드 및 상기 바이아스 전압을 위한 노드 사이에 상기 저항 성분과 동일한 저항 값을 가지는 저항 성분을 구현하는 제2 저항부
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우 상기 제2 저항부를 활성화시키는 재구성 가능한 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 증폭기의 정상 동작 영역에 해당하는 전압을 상기 증폭기의 입력으로 제공하는 리커버리부
를 더 포함하는 재구성 가능한 측정 장치.
복수의 측정 모듈들; 및
상기 복수의 측정 모듈들 각각이 생체 전위 및 임피던스 중 하나를 선택적으로 측정하도록, 상기 복수의 측정 모듈들을 제어하는 제어부
를 포함하고,
상기 복수의 측정 모듈들 각각은
입력 신호를 변조하는 변조부;
상기 변조부의 출력 신호를 증폭하는 증폭기; 및
상기 증폭기의 출력 신호를 복조하는 복조부
를 포함하고,
상기 제어부는 임피던스를 측정하는 측정 모듈에 포함된 변조부에 정전압 신호를 제공하고, 상기 측정 모듈에 포함된 복조부에 제2 주파수 신호를 제공하고,
상기 측정 모듈에 포함된 변조부는 상기 측정 모듈의 입력 신호를 바이패스(bypass)시키는 재구성 가능한 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 제어부는 생체 전위를 측정하는 측정 모듈에 포함된 변조부에 제1 주파수 신호를 제공하고, 상기 측정 모듈에 포함된 복조부에 상기 제1 주파수 신호를 제공하는 재구성 가능한 측정 장치.
제17항에 있어서,
상기 제1 주파수 신호는 상기 측정 모듈에 포함된 증폭기에 의해 발생되는 노이즈의 대역보다 높은 주파수를 가지는 재구성 가능한 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 제어부는 임피던스를 측정하는 측정 모듈에 포함된 변조부에 정전압 신호를 제공하고, 상기 측정 모듈에 포함된 복조부에 제2 주파수 신호를 제공하는 재구성 가능한 측정 장치.
제19항에 있어서,
상기 측정 모듈에 포함된 변조부는 상기 측정 모듈의 입력 신호를 바이패스(bypass)시키는 재구성 가능한 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 제2 주파수 신호는 임피던스 측정을 위한 캐리어 주파수(carrier frequency)와 동일한 주파수를 가지는 재구성 가능한 측정 장치.
제16항에 있어서,
임피던스 측정을 위한 캐리어 주파수가 임피던스를 측정하는 측정 모듈에 포함된 증폭기에 의해 발생되는 노이즈의 대역 이내인 경우, 상기 제어부는 상기 노이즈의 대역보다 높은 주파수를 가지는 제1 주파수 신호를 상기 측정 모듈에 포함된 변조부 및 복조부에 제공하는 재구성 가능한 측정 장치.
측정 모드를 지시하는 신호를 수신하는 단계;
상기 측정 모드에 따라 제1 초퍼에 제1 신호를 제공하는 단계; 및
상기 측정 모드에 따라 제2 초퍼에 제2 신호를 제공하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 초퍼는 입력 신호를 상기 제1 신호를 이용하여 변조하고 상기 제2 초퍼는 증폭기에 의해 증폭된 신호를 상기 제2 신호를 이용하여 복조하고,
상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 상기 제1 신호는 정전압 신호를 포함하고, 상기 제1 초퍼는 상기 입력 신호를 바이패스(bypass)시키는, 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법.
제23항에 있어서,
상기 측정 모드는 생체 전위 측정 모드 및 임피던스 측정 모드를 포함하는, 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법.
제23항에 있어서,
상기 측정 모드가 생체 전위 측정 모드인 경우, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 생체 전위 측정 모드에 대응되는 동일한 주파수 신호를 포함하는, 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법.
삭제
제23항에 있어서,
상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드인 경우, 상기 제2 신호는 임피던스 측정 모드에 대응되는 주파수 신호를 포함하는, 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법.
제23항에 있어서,
상기 측정 모드가 임피던스 측정 모드이고, 임피던스 측정을 위한 캐리어 주파수(carrier frequency)가 상기 증폭기에 의해 발생되는 노이즈의 대역 이내인 경우, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 생체 전위 측정 모드에 대응되는 동일한 주파수 신호를 포함하는, 재구성 가능한 측정 장치를 제어하는 방법.
제23항 내지 제25항 및 제27항 내지 제28항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.