KR102472795B1 - Apparatus and method for detecting spike in biosignal - Google Patents
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Abstract
스파이크 검출 장치 및 스파이크 검출 방법이 개시된다. 스파이크 검출 장치는 제1 입력 신호로부터 제1 입력 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 제2 입력 신호로부터 제2 입력 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출하는 베이스라인 신호 추출 회로, 및 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제1 베이스라인 신호 및 제2 베이스라인 신호에 기초하여 스파이크 성분이 포함된 결과 신호를 출력하는 비교 회로를 포함한다.A spike detection device and a spike detection method are disclosed. The spike detection device extracts a first baseline signal including a baseline component of the first input signal from the first input signal, and extracts a second baseline signal including a baseline component of the second input signal from the second input signal. A baseline signal extraction circuit for extracting a baseline signal, and a comparison circuit for outputting a resultant signal including a spike component based on the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal. include
Description
아래 실시예들은 생체 신호에서 스파이크를 검출하는 기술에 관한 것이다.The embodiments below relate to techniques for detecting spikes in biosignals.
신경과학(neuroscience) 관련 연구의 중요한 측면은 신경 신호의 검출 및 분석이다. 신경 신호는 전기 및 화학 신호를 통해 정보를 처리하고 전송하는, 전기적으로 흥분 가능한 세포와 관련 있다. 전기적인 측면에서, 뉴런이 충분한 자극을 받으면 전압 게이트의(voltage-gated) 이온 채널이 열리며, 신경 신호는 축색 말단(axon terminal)을 통해 전송된다. 화학적인 측면에서, 활동 전위(action potential)에 따라 축삭 말단에서 전압 게이트의 칼슘 이온 채널이 열리고, 신경 전달 물질이라는 화학 물질이 시냅스로 방출된다. 신경 신호에 담긴 정보는 신호 레벨 보다는 스파이크(spike)의 빈도를 통해 식별될 수 있다.An important aspect of neuroscience-related research is the detection and analysis of neural signals. Nerve signals involve electrically excitable cells that process and transmit information through electrical and chemical signals. On the electrical side, when a neuron is sufficiently stimulated, voltage-gated ion channels open and nerve signals are transmitted through the axon terminal. In terms of chemistry, a voltage-gated calcium ion channel opens at the axon terminal in response to an action potential, and a chemical substance called a neurotransmitter is released into the synapse. The information contained in a neural signal can be identified through the frequency of spikes rather than the signal level.
일 실시예에 따른 신호에서 스파이크를 검출하는 스파이크 검출 장치는, 제1 입력 신호로부터 상기 제1 입력 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 제2 입력 신호로부터 상기 제2 입력 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출하는 베이스라인 신호 추출 회로; 및 상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 베이스라인 신호에 기초하여 스파이크 성분이 포함된 결과 신호를 출력하는 비교 회로를 포함할 수 있다.A spike detection apparatus for detecting a spike in a signal according to an embodiment includes extracting a first baseline signal including a baseline component of the first input signal from a first input signal, and extracting a first baseline signal from a second input signal. a baseline signal extraction circuit for extracting a second baseline signal including a baseline component of the second input signal; and a comparison circuit outputting a resultant signal including a spike component based on the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal.
일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치는, 제1 극성의 제1 생체 신호 및 제2 극성의 제2 생체 신호 각각에 대해 고대역 통과 필터링을 수행하고, 상기 고대역 통과 필터링된 제1 생체 신호를 증폭하여 상기 제1 생체 신호를 출력하고 상기 고대역 통과 필터링된 제2 생체 신호를 증폭하여 상기 제2 입력 신호를 출력하는 전처리 회로를 더 포함할 수 있다.An apparatus for detecting a spike according to an embodiment performs high-pass filtering on a first biosignal of a first polarity and a second biosignal of a second polarity, respectively, and amplifies the high-pass filtered first biosignal. and a pre-processing circuit outputting the second input signal by outputting the first biosignal and amplifying the high-pass filtered second biosignal.
상기 전처리 회로는, 상기 고대역 통과 필터링을 수행하는 고대역 통과 필터; 및 상기 제1 생체 신호 및 상기 제2 생체 신호를 증폭하는 증폭기를 포함할 수 있다.The pre-processing circuit may include a high-pass filter for performing the high-pass filtering; and an amplifier that amplifies the first biosignal and the second biosignal.
상기 비교 회로는, 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자를 포함하는 비교기를 함하고, 상기 제1 입력 단자에는, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 베이스라인 신호 간의 제1 결합 신호가 입력되고, 상기 제2 입력 단자에는, 상기 제2 입력 신호와 상기 제1 베이스라인 신호 간의 제2 결합 신호가 입력될 수 있다.The comparison circuit includes a comparator including a first input terminal and a second input terminal, and a first combined signal between the first input signal and the second baseline signal is input to the first input terminal, A second combined signal between the second input signal and the first baseline signal may be input to the second input terminal.
상기 비교기는, 상기 제1 입력 단자에 입력된 신호가 상기 제2 입력 단자에 입력된 신호보다 큰 경우 제1 상태의 신호를 상기 결과 신호로 출력하고, 상기 제2 입력 단자에 입력된 신호가 상기 제1 입력 단자에 입력된 신호보다 큰 경우 제2 상태의 신호를 상기 결과 신호로 출력할 수 있다.The comparator, when the signal input to the first input terminal is greater than the signal input to the second input terminal, outputs a signal in a first state as the result signal, and the signal input to the second input terminal When greater than the signal input to the first input terminal, a signal in the second state may be output as the resultant signal.
상기 비교기의 상기 제1 입력 단자에는, 상기 제1 결합 신호와 제1 오프셋 신호 간의 제3 결합 신호가 입력되고, 상기 비교기의 상기 제2 입력 단자에는, 상기 제2 결합 신호와 제2 오프셋 신호 간의 제4 결합 신호가 입력될 수 있다.A third combined signal between the first combination signal and the first offset signal is input to the first input terminal of the comparator, and a signal between the second combination signal and the second offset signal is input to the second input terminal of the comparator. A fourth combined signal may be input.
상기 비교 회로는, 상기 제1 오프셋 신호를 조절하는 제1 조절 단자 및 제2 오프셋 신호를 조절하는 제2 조절 단자를 포함할 수 있다.The comparison circuit may include a first control terminal for adjusting the first offset signal and a second control terminal for adjusting the second offset signal.
상기 베이스라인 신호 추출 회로는, 저대역 통과 필터링을 이용해 상기 제1 입력 신호의 상기 제1 베이스라인 신호 및 제2 입력 신호의 상기 제2 베이스라인 신호를 추출할 수 있다.The baseline signal extraction circuit may extract the first baseline signal of the first input signal and the second baseline signal of the second input signal using low-pass filtering.
일 실시예에 따른 신호에서 스파이크를 검출하는 스파이크 검출 방법은, 제1 입력 신호로부터 상기 제1 입력 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 제2 입력 신호로부터 상기 제2 입력 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출하는 단계; 및 상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 베이스라인 신호에 기초하여 스파이크 성분이 포함된 결과 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.A spike detection method for detecting a spike in a signal according to an embodiment includes extracting a first baseline signal including a baseline component of the first input signal from a first input signal, and extracting a first baseline signal from a second input signal. extracting a second baseline signal including a baseline component of the second input signal; and outputting a resultant signal including a spike component based on the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal.
일 실시예에 따른 스파이크 검출 방법은, 제1 극성의 제1 생체 신호 및 제2 극성의 제2 생체 신호 각각에 대해 고대역 통과 필터링을 수행하는 단계; 상기 고대역 통과 필터링된 제1 생체 신호를 증폭하여 상기 제1 입력 신호를 생성하는 단계; 및 상기 고대역 통과 필터링된 제2 생체 신호를 증폭하여 상기 제2 입력 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.A spike detection method according to an embodiment includes performing high-pass filtering on a first biosignal of a first polarity and a second biosignal of a second polarity, respectively; generating the first input signal by amplifying the high-pass filtered first physiological signal; and generating the second input signal by amplifying the high-pass filtered second physiological signal.
상기 결과 신호를 출력하는 단계는, 상기 제1 입력 신호와 상기 제2 베이스라인 신호가 결합되어 제1 결합 신호를 생성하는 단계; 상기 제2 입력 신호와 상기 제1 베이스라인 신호가 결합되어 제2 결합 신호를 생성하는 단계; 및 제1 비교 신호 및 제2 비교 신호를 비교하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 제1 비교 신호는 상기 제1 결합 신호이고, 상기 제2 비교 신호는 상기 제2 결합 신호일 수 있다.The outputting of the resulting signal may include generating a first combined signal by combining the first input signal and the second baseline signal; generating a second combined signal by combining the second input signal and the first baseline signal; and comparing a first comparison signal and a second comparison signal, wherein the first comparison signal is the first combined signal, and the second comparison signal is the second combined signal.
상기 비교하는 단계는, 상기 제1 비교 신호가 상기 제2 비교 신호보다 더 큰 경우 제1 상태의 신호를 상기 결과 신호로 출력하고, 상기 제2 비교 신호가 상기 제1 비교 신호보다 더 큰 경우 제2 상태의 신호를 상기 결과 신호로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.In the comparing step, when the first comparison signal is greater than the second comparison signal, a first state signal is output as the result signal, and when the second comparison signal is greater than the first comparison signal, the second comparison signal is output. It may include outputting a signal of the second state as the resultant signal.
상기 결과 신호를 출력하는 단계는, 상기 제1 결합 신호에 제1 오프셋 신호가 결합된 제3 결합 신호를 생성하는 단계; 상기 제2 결합 신호에 제2 오프셋 신호가 결합된 제4 결합 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 제1 비교 신호는 상기 제3 결합 신호이고, 상기 제2 비교 신호는 상기 제4 결합 신호일 수 있다.The outputting of the resulting signal may include generating a third combined signal obtained by combining a first offset signal with the first combined signal; The method may further include generating a fourth combined signal obtained by combining a second offset signal with the second combined signal, wherein the first comparison signal is the third combined signal, and the second comparison signal is the fourth combined signal. It can be a binding signal.
상기 추출하는 단계는, 저대역 통과 필터링을 이용해 상기 제1 입력 신호의 상기 제1 베이스라인 신호 및 제2 입력 신호의 상기 제2 베이스라인 신호를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The extracting may include extracting the first baseline signal of the first input signal and the second baseline signal of the second input signal using low-pass filtering.
도 1은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 전처리 회로의 출력 신호를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교 회로의 회로도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교기의 입력 신호와 출력 신호를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교기의 오프셋 신호가 결합된 입력 신호, 출력 신호를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a diagram showing the configuration of a spike detection device according to an embodiment.
2 is a diagram illustrating an output signal of a pre-processing circuit of a spike detection device according to an exemplary embodiment.
3 is a diagram for explaining a comparison circuit of a spike detection device according to an exemplary embodiment.
4 shows a circuit diagram of a comparison circuit of a spike detection device according to one embodiment.
5 is a diagram illustrating an input signal and an output signal of a comparator of a spike detection device according to an exemplary embodiment.
6 is a diagram illustrating an input signal and an output signal obtained by combining an offset signal of a comparator of a spike detection apparatus according to an exemplary embodiment.
7 is a flowchart illustrating a spike detection method according to an exemplary embodiment.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments are disclosed for illustrative purposes only, and may be changed and implemented in various forms. Therefore, the form actually implemented is not limited only to the specific embodiments disclosed, and the scope of the present specification includes changes, equivalents, or substitutes included in the technical idea described in the embodiments.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Although terms such as first or second may be used to describe various components, such terms should only be construed for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that the described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof exists, but one or more other features or numbers, It should be understood that the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this specification, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
도 1은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of a spike detection device according to an embodiment.
생체 신호, 특히 신경 신호는 근육, 신경 등 흥분성 세포의 흥분에 의한 세포막의 일시적인 전위 변화인 스파이크 전위에 의해 전달된다. 신경 신호는 스파이크 전위의 신호 레벨보다는 스파이크의 빈도를 통해 정보를 전달하므로, 스파이크의 빈도는 신경 신호에 포함된 정보를 파악하는데 중요한 요소이다. Biological signals, especially nerve signals, are transmitted by spike potential, which is a transient potential change in cell membrane caused by excitation of excitable cells such as muscles and nerves. Since a neural signal transmits information through the frequency of spikes rather than the signal level of spike potentials, the frequency of spikes is an important factor in understanding information contained in a nerve signal.
건강 및 질환 상태의 모니터링을 위해서는 생체 신호에 포함된 정보를 얻는 기술이 필요하다. 생체 신호에 포함된 정보는 생체 신호를 검출하고, 검출된 생체 신호를 적절히 처리하여 디지털 신호로 변환하고 스파이크 빈도를 측정함으로써 얻을 수 있다. For monitoring of health and disease conditions, technology for obtaining information included in vital signals is required. Information included in the biosignal may be obtained by detecting the biosignal, properly processing the detected biosignal, converting the detected biosignal into a digital signal, and measuring the spike frequency.
스파이크 검출 장치(100)는 생체 신호에서 스파이크 빈도를 측정하기 위하여 검출된 생체 신호를 적절히 처리하고 생체 신호의 스파이크 성분을 검출할 수 있다.The
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치(100)는 전처리 회로(140), 베이스라인 신호 추출 회로(125) 및 비교 회로(130)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
앞서 언급하였듯, 스파이크 빈도 측정 위해서는 신경 신호를 검출하고, 검출된 신경 신호를 적절히 처리하여 디지털 신호로 변환해야 하는데, 이 과정에서 버퍼, PGA(Programmable Gain Amplifier), 아날로그 디지털 컨버터, 포락선 검파기(Envelope detector) 등이 사용되어 많은 면적 및 큰 소비 전력을 소모한다. 스파이크 검출 장치(100)가 웨어러블 기기 형태로 사용되는 경우 배터리 사이즈의 소형화를 위해 저전력이 필요하게 되고, 스파이크 검출 장치(100)가 체내에서 사용되는 경우에는 더욱 작은 배터리가 요구되므로, 초저전력화가 필요하다.As mentioned above, in order to measure the spike frequency, it is necessary to detect a neural signal, properly process the detected neural signal, and convert it into a digital signal. detector) and the like are used, consuming a large area and large power consumption. When the
스파이크 검출 장치(100)는 전처리 회로(140), 베이스라인 신호 추출 회로(125) 및 비교 회로(130)를 포함함으로써 전력 소모 및 부피가 큰 버퍼, PGA(Programmable Gain Amplifier), 아날로그 디지털 컨버터, 포락선 검파기(Envelope detector) 등을 사용하지 않고 생체 신호의 스파이크 성분을 검출할 수 있으므로 저전력화, 소형화할 수 있다.The
건강 및 질환 상태의 모니터링을 위해 생체 신호 측정이 필요할 수 있고, 생체 전극(105, 110)을 통해 생체 신호(HPFip, HPFin)를 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 생체 전극은 신경 전극일 수 있다. 제1 극성의 전극(105)을 통해 제1 생체 신호(HPFip)가 검출되고 제2 극성의 전극(110)을 통해 제2 생체 신호(HPFin)가 검출될 수 있다.Bio-signal measurement may be required to monitor health and disease states, and bio-signals HPFip and HPFin may be measured through the bioelectrodes 105 and 110 . In one embodiment, the bioelectrode may be a neural electrode. The first biosignal HPFip may be detected through the electrode 105 of the first polarity, and the second biosignal HPFin may be detected through the electrode 110 of the second polarity.
전처리 회로(140)는 제1 극성의 제1 생체 신호(HPFip) 및 제2 극성의 제2 생체 신호(HPFin) 각각에 대해 고대역 통과 필터링을 수행하고, 고대역 통과 필터링된 제1 생체 신호(IAip) 및 고대역 통과 필터링된 제2 생체 신호(IAin)를 증폭하여 생체 신호를 스파이크 검출에 적합한 상태로 가공할 수 있다. 전처리 회로(140)는 고대역 통과 필터(115)(high pass filter) 및 증폭기(120)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전처리 회로(140)는 양극의 생체 전극(105)을 통해 검출된 제1 생체 신호(HPFip) 및 음극의 생체 전극(110)을 통해 검출된 제2 생체 신호(HPFip)에서 저주파 성분을 제거하고, 저주파 성분이 제거된 제1 생체 신호(IAip) 및 저주파 성분이 제거된 제2 생체 신호(IAin)를 증폭할 수 있다. 스파이크 검출 장치(100)가 체외에서 사용되는 경우, 생체 전극(105, 110)은 ECG, EEG, PPG 등의 생체 신호를 측정할 수 있고, 스파이크 검출 장치(100)가 체내에서 사용되는 경우, 생체 전극(105, 110)은 신경 신호 등을 측정할 수 있다. The
일 실시예에서, 베이스라인 신호 추출 회로(125)는 저대역 통과 필터(low pass filter)를 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 추출 회로(125)는 저대역 통과 필터를 이용하여 전처리 회로(140)에서 저주파 성분이 제거된 제1 생체 신호(IAip)가 증폭되어 생성된 제1 입력 신호(INP1) 및 저주파 성분이 제거된 제2 생체 신호(IAin)가 증폭되어 생성된 제2 입력 신호(INN1)의 스파이크 전압을 제거하고 기저선 전압에 해당하는 베이스라인(base line) 신호를 추출해낼 수 있다. 베이스라인 신호 추출 회로(125)는 제1 입력 신호(INP1)의 베이스라인 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호(INN2) 및 제2 입력 신호(INN1)의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호(INP2)를 추출할 수 있다.In one embodiment, the baseline
일 실시예에서, 비교 회로(130)는 4개의 입력 단자를 포함하고, 각 단자를 통해 제1 입력 신호(INP1), 제2 입력 신호(INN1), 제1 베이스라인 신호(INN2) 및 제2 베이스라인 신호(INP2)가 비교 회로(130)에 입력될 수 있다. 비교 회로(130)는 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제1 베이스라인 신호 및 제2 베이스라인 신호에 기초하여 스파이크 성분이 포함된 결과 신호를 출력할 수 있다.In one embodiment, the
비교 회로는 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자를 포함하는 비교기를 포함할 수 있다. 비교기는 제1 입력 단자에 입력된 신호가 제2 입력 단자에 입력된 신호보다 큰 경우 제1 상태의 신호를 결과 신호로 출력하고, 제2 입력 단자에 입력된 신호가 제1 입력 단자에 입력된 신호보다 큰 경우 제2 상태의 신호를 결과 신호로 출력할 수 있다. The comparison circuit may include a comparator including a first input terminal and a second input terminal. When the signal input to the first input terminal is greater than the signal input to the second input terminal, the comparator outputs the signal in the first state as a result signal, and the signal input to the second input terminal is input to the first input terminal. When greater than the signal, the signal in the second state may be output as a resultant signal.
일 실시예에서, 비교기의 제1 입력 단자에는 제1 입력 신호(INP1)와 제2 베이스라인 신호(INP2) 간의 제1 결합 신호가 입력되고, 비교기의 제2 입력 단자에는 제2 입력 신호(INN1)와 제1 베이스라인 신호(INN2) 간의 제2 결합 신호가 입력될 수 있다. 극성이 반대되는 신호의 베이스라인 신호를 서로 교차 합산함으로써 베이스라인 성분이 제거된 결합 신호를 얻을 수 있다. 비교기는 제1 결합 신호가 제2 결합 신호보다 더 큰 경우, 제1 상태의 신호를 결과 신호로 출력하고, 제2 결합 신호가 제1 결합 신호보다 더 큰 경우, 제2 상태의 신호를 결과 신호로 출력할 수 있다. In one embodiment, the first combined signal between the first input signal INP1 and the second baseline signal INP2 is input to the first input terminal of the comparator, and the second input signal INN1 to the second input terminal of the comparator. ) and the first baseline signal INN2 may be input. A combined signal from which the baseline components are removed may be obtained by cross-summing the baseline signals of the signals having opposite polarities with each other. The comparator outputs the signal in the first state as a resultant signal when the first combined signal is greater than the second combined signal, and outputs the signal in the second state as the resultant signal when the second combined signal is greater than the first combined signal. can be output as
일 실시예에서, 비교 회로(130)는 제1 결합 신호 및 제2 결합 신호에 오프셋 신호를 결합하여 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호를 생성할 수 있고, 결합되는 오프셋 신호를 조절하여 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호의 오프셋 전압을 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 오프셋 전압은 비교 회로(130)에 포함된 MOSFET의 사이즈를 조절하여 결정될 수 있다. 비교기의 제1 입력 단자에는 제1 결합 신호에 제1 오프셋 신호가 결합된 제3 결합 신호가 입력되고, 비교기의 제2 입력 단자에는 제2 결합 신호에 제2 오프셋 신호가 결합된 제4 결합 신호가 입력될 수 있다. 일 실시예에서, 비교 회로(130)는 제1 오프셋 신호를 조절하는 제1 조절 단자 및 제2 오프셋 신호를 조절하는 제2 조절 단자를 더 포함할 수 있다. 제1 결합 신호와 제2 결합 신호가 비교기에 입력되는 경우도 스파이크 신호를 검출할 수 있으나, 경우에 따라서는 모든 스파이크 신호가 검출되지 않을 수 있다. 비교기에 적절한 오프셋 전압이 가해진 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호가 입력됨으로써 보다 높은 정확도로 스파이크 신호를 검출할 수 있다. 이와 관련하여서는 도 5 및 도 6을 참조하여 아래에서 설명한다. In one embodiment, the
도 2는 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 전처리 회로의 출력 신호를 도시하는 도면이고, 도 3은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교 회로를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram illustrating an output signal of a preprocessing circuit of a spike detection device according to an embodiment, and FIG. 3 is a diagram for explaining a comparison circuit of a spike detection device according to an embodiment.
도 2를 참조하면, 제1 입력 신호(INP1) 및 제2 입력 신호(INN1)가 도시되어 있다. 제1 입력 신호(INP1)는 도 1의 제1 입력 신호(INP1)에 대응될 수 있고, 제2 입력 신호(INN1)는 도 1의 제2 입력 신호(INN1)에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 2 , a first input signal INP1 and a second input signal INN1 are illustrated. The first input signal INP1 may correspond to the first input signal INP1 of FIG. 1 , and the second input signal INN1 may correspond to the second input signal INN1 of FIG. 1 .
일 실시예에 따른 제1 입력 신호(INP1)와 제2 입력 신호(INN1)는 전처리 회로의 고대역 통과 필터를 거친 뒤 증폭된 기저선 전압(Vb, -Vb)과 공통 모드 전압(Vc) 그리고 스파이크 신경 신호에 대응되는 스파이크 전압(Vp, -Vp)으로 표현될 수 있다. 제1 입력 신호(INP1)와 제2 입력 신호(INN1)를 수식으로 표현하면 다음과 같다.According to an exemplary embodiment, the first input signal INP1 and the second input signal INN1 pass through a high-pass filter of a pre-processing circuit, and then amplify the amplified base line voltages Vb and -Vb, the common mode voltage Vc, and the spike It can be expressed as spike voltages (Vp, -Vp) corresponding to neural signals. The first input signal INP1 and the second input signal INN1 are expressed as follows.
여기서 IAop는 제1 입력 신호(INP1)를, IAon은 제2 입력 신호(INN1)를 의미하며, Vc는 공통 모드 전압, Vb는 기저선 전압, Vp는 스파이크 전압을 의미한다. Here, IAop denotes the first input signal INP1, IAon denotes the second input signal INN1, Vc denotes a common mode voltage, Vb denotes a baseline voltage, and Vp denotes a spike voltage.
스파이크 검출 장치의 저전력화 및 저면적화를 위해 아날로그 디지털 컨버터, 포락선 검파기(Envelope detector) 등을 사용하지 않고 제1 입력 신호(INP1)와 제2 입력 신호(INN1)를 직접 비교기(340)에 입력하여 스파이크를 검출할 수 있으나, 이 경우 수학식 2와 같이 두 신호를 비교한 결과에 기저선 전압(Vb, -Vb)이 남게 되어 스파이크 전압(Vp, -Vp) 추출을 어렵게 한다. In order to reduce the power and area of the spike detection device, the first input signal INP1 and the second input signal INN1 are directly input to the
여기서 IAop는 제1 입력 신호(INP1)를, IAon은 제2 입력 신호(INN1)를 의미하며, Vb는 기저선 전압, Vp는 스파이크 전압을 의미한다. Here, IAop denotes the first input signal INP1, IAon denotes the second input signal INN1, Vb denotes a baseline voltage, and Vp denotes a spike voltage.
비교기(340) 출력 결과에 기저선 전압(Vb, -Vb)이 포함되지 않도록 비교기(340) 입력 이전에 비교기(340)에 입력되는 신호에서 기저선 전압(Vb, -Vb)에 대응되는 베이스라인 성분을 제거할 수 있다. Baseline components corresponding to the baseline voltages (Vb, -Vb) in the signal input to the
도 3을 참조하면, 일 실시예에서, 비교 회로(330)는 4개의 입력 단자를 포함하고, 각 단자를 통해 제1 입력 신호(INP1), 제2 입력 신호(INN1), 제1 베이스라인 신호(INN2) 및 제2 베이스라인 신호(INP2)가 비교 회로(330)에 입력될 수 있다. 비교 회로(330)는 도1의 비교 회로(130)와 대응될 수 있다. Referring to FIG. 3 , in one embodiment, the
일 실시예에서, 제1 입력 신호(INP1)의 베이스라인 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호(Vb) 및 제2 입력 신호(INN1)의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호(-Vb)가 베이스라인 신호 추출 회로에 의해 추출될 수 있다. 제1 입력 신호(INP1), 제2 입력 신호(INN1), 제2 베이스라인 신호(-Vb) 및 제1 베이스라인 신호(Vb)는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In one embodiment, the first baseline signal Vb including the baseline component of the first input signal INP1 and the second baseline signal Vb including the baseline component of the second input signal INN1 (-Vb) ) can be extracted by the baseline signal extraction circuit. The first input signal INP1, the second input signal INN1, the second baseline signal -Vb, and the first baseline signal Vb may be expressed as Equation 3.
여기서 INP1은 제1 입력 신호(INP1)고, INN1은 제2 입력 신호(INN1)며, INP2는 제2 베이스라인 신호(-Vb), INN2는 제1 베이스라인 신호(Vb)를 의미한다. 여기서 Vc는 공통 모드 전압, Vb는 기저선 전압, Vp는 스파이크 전압을 의미한다. 제1 베이스라인 신호(Vb) 및 제2 베이스라인 신호(-Vb) 각각 도 1의 제1 베이스라인 신호(INN2) 및 제2 베이스라인 신호(INP2) 와 대응될 수 있다. Here, INP1 is the first input signal (INP1), INN1 is the second input signal (INN1), INP2 is the second baseline signal (-Vb), and INN2 is the first baseline signal (Vb). Here, Vc is the common mode voltage, Vb is the baseline voltage, and Vp is the spike voltage. The first baseline signal Vb and the second baseline signal -Vb may correspond to the first baseline signal INN2 and the second baseline signal INP2 of FIG. 1 , respectively.
제1 입력 신호(INP1), 제2 베이스라인 신호(-Vb), 제1 베이스라인 신호(Vb) 및 제2 입력 신호(INN1)가 비교 회로(330)의 4개의 단자를 통해 입력될 수 있다. The first input signal INP1, the second baseline signal -Vb, the first baseline signal Vb, and the second input signal INN1 may be input through four terminals of the
일 실시예에서, 비교기(340)의 제1 입력 단자에는 제1 입력 신호(INP1)와 제2 베이스라인 신호(INP2) 간의 제1 결합 신호(320)가 입력되고, 비교기(340)의 제2 입력 단자에는 제2 입력 신호(INN1)와 제1 베이스라인 신호(INN2) 간의 제2 결합 신호(325)가 입력될 수 있다. 제1 결합 신호(320) 및 제2 결합 신호(325)는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다. In one embodiment, the first combined
여기서 CMPip는 제1 결합 신호(320), CMPin은 제2 결합 신호(325)를 의미하고, INP1은 제1 입력 신호(INP1), INP2는 제2 베이스라인 신호(-Vb), INN1은 제2 입력 신호(INN1), INN2는 제1 베이스라인 신호(Vb)를 의미한다. 여기서 Vc는 공통 모드 전압, Vp는 스파이크 전압을 의미한다. 제1 결합 신호(320)와 제2 결합 신호(325)는 베이스라인 성분이 제거된 신호일 수 있고, 비교기(340)를 통해 스파이크 전압(Vp)이 보다 정확하게 검출될 수 있다.Here, CMPip means the first combined
제1 결합 신호(320) 및 제2 결합 신호(325)는 비교기(340)에 입력될 수 있다. 비교기(340)는 수학식 5와 같이 제1 결합 신호(320) 및 제2 결합 신호(325)를 비교할 수 있다. 일 실시예에서, 비교기(340)는 연산 증폭기일 수 있다.The
여기서 CMPip는 제1 결합 신호(320), CMPin은 제2 결합 신호(325)를 의미하고, Vc는 공통 모드 전압(Vc), Vp는 스파이크 전압(Vp)을 의미한다.Here, CMPip denotes the first combined
비교기(340)는 비교 결과에 따라 제1 결합 신호(320)가 제2 결합 신호(325) 보다 더 큰 경우 제1 상태의 신호를 결과 신호(CMPo)로 출력하고 제2 결합 신호(325)가 제1 결합 신호(320) 보다 더 큰 경우 제2 상태의 신호를 결과 신호(CMPo)로 출력할 수 있다. 스파이크 검출 장치는 전처리 회로, 베이스라인 신호 추출 회로 및 비교 회로를 포함함으로써 전력 소모 및 부피가 큰 버퍼, PGA(Programmable Gain Amplifier), 아날로그 디지털 컨버터, 포락선 검파기(Envelope detector) 등을 사용하지 않고 생체 신호의 스파이크 성분을 검출할 수 있으므로 저전력화, 소형화할 수 있다.When the
일 실시예에서, 비교기의 제1 입력 단자에는, 제1 결합 신호와 제1 오프셋 신호 간의 제3 결합 신호가 입력되고, 비교기의 제2 입력 단자에는, 제2 결합 신호와 제2 오프셋 신호 간의 제4 결합 신호가 입력될 수 있다. 제1 결합 신호(320) 및 제2 결합 신호(325)에 오프셋 신호가 결합됨으로써 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호는 오프셋 전압을 포함할 수 있다.In one embodiment, a third combination signal between the first combination signal and the first offset signal is input to the first input terminal of the comparator, and a second combination signal between the second combination signal and the second offset signal is input to the second input terminal of the comparator. 4 combined signals can be input. As the offset signal is coupled to the
비교기는 제3 결합 신호가 제4 결합 신호보다 더 큰 경우 제1 상태의 신호를 결과 신호(CMPo)로 출력하고, 제4 결합 신호가 제3 결합 신호보다 더 큰 경우 제2 상태의 신호를 결과 신호(CMPo)로 출력할 수 있다.The comparator outputs a signal in the first state as a resultant signal CMPo when the third combined signal is greater than the fourth combined signal, and outputs a signal in the second state when the fourth combined signal is greater than the third combined signal. It can be output as a signal (CMPo).
비교 회로(330)는 제1 결합 신호(320)와 결합되는 제1 오프셋 신호를 조절하는 제1 단자 및 제2 결합 신호(325)와 결합되는 제2 오프셋 신호를 조절하는 제2 단자를 더 포함할 수 있다. 비교기(340)에 오프셋 신호가 결합된 결합 신호가 입력됨으로써 보다 높은 정확도로 스파이크 신호를 검출할 수 있다. The
도 4는 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교 회로의 회로도를 도시한다.4 shows a circuit diagram of a comparison circuit of a spike detection device according to one embodiment.
도 4를 참조하면, 비교 회로의 구성(430)이 도시되어 있다. 일 실시예에 따른 비교 회로는 병렬 연결된 PMOS들(P-channel metal oxide semiconductors, P1N, P2N, P3N, P1P, P2P, P3P) 및 미러 회로로 구성된 NMOS들(N-channel metal oxide semiconductors, N1N, N2N, N1P, N2P)을 포함할 수 있다. NMOS들(N1N, N2N, N1P, N2P)은 병렬 연결된 PMOS들(P1N, P2N, P3N, P1P, P2P, P3P)과 직렬 연결될 수 있다. 일 실시예에서, PMOS들(P1N, P2N, P1P, P2P)의 사이즈는 동일할 수 있다. NMOS들(N2N, N2P)의 사이즈는 가변적일 수 있고, NMOS들(N2N, N2P)의 사이즈에 따라 비교 회로의 히스테리시스(hysteresis) 특성이 결정될 수 있다. 비교 회로는 PMOS들(P1N, P2N, P3N, P1P, P2P, P3P)의 게이트에 입력되는 입력 신호들(INN1, INN2, VC1, VC2, INP1, INP2)을 입력하기 위한 단자들을 포함할 수 있다. 입력 신호들(INN1, INN2, INP1, INP2)은 도 3의 신호들(INN1, INN2, INP1, INP2)과 대응될 수 있다. Referring to FIG. 4 , a
각 PMOS들(P1N, P2N, P3N, P1P, P2P, P3P)의 게이트에 입력 신호들(INN1, INN2, VC1, VC2, INP1, INP2)이 바이어스 전압으로서 입력될 수 있다. 비교 회로에서 제1 입력 신호(INP1) 및 제2 베이스라인 신호(INP2)가 결합됨으로써 제1 베이스라인 신호의 영향을 받지 않는 출력 전압 신호인 제1 결합 신호가 생성될 수 있다. The input signals INN1 , INN2 , VC1 , VC2 , INP1 , and INP2 may be input as bias voltages to gates of the PMOSs P1N , P2N , P3N , P1P , P2P , and P3P. By combining the first input signal INP1 and the second baseline signal INP2 in the comparator circuit, a first combined signal that is an output voltage signal that is not affected by the first baseline signal may be generated.
제2 입력 신호(INN1) 및 제1 베이스라인 신호(INN2)가 결합됨으로써 제2 베이스라인 신호의 영향을 받지 않는 출력 전압 신호인 제2 결합 신호가 생성될 수 있다. When the second input signal INN1 and the first baseline signal INN2 are combined, a second combined signal, which is an output voltage signal not affected by the second baseline signal, may be generated.
PMOS들(P1N, P2N, P1P, P2P)에 PMOS들(P3N, P3P)을 병렬로 연결함으로써 제1 결합 신호에 제1 오프셋 신호(VC1)가 결합되어 오프셋 전압이 부가된 제3 결합 신호가 생성되고 제2 결합 신호에 제2 오프셋 신호(VC2)가 결합되어 오프셋 전압이 부가된 제4 결합 신호가 생성될 수 있다. 비교 회로는 PMOS들(P3N, P3P)에 오프셋 신호들(VC1, VC2)을 입력하기 위한 2개의 입력 단자들을 더 포함할 수 있다. 오프셋 신호들(VC1, VC2)을 조절하여 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호의 오프셋 전압이 조절될 수 있다. 제1 오프셋 신호(VC1)와 제2 오프셋 신호(VC2)는 각각 조절될 수 있다. PMOS들(P3N, P3P)의 사이즈는 가변적일 수 있다. PMOS들(P3N, P3P)의 사이즈에 따라 출력단에 부가되는 오프셋 전압이 결정될 수 있다.By connecting the PMOSs P3N and P3P to the PMOSs P1N, P2N, P1P, and P2P in parallel, the first offset signal VC1 is combined with the first combination signal to generate a third combination signal to which an offset voltage is added. Then, a fourth combined signal to which an offset voltage is added may be generated by combining the second offset signal VC2 with the second combined signal. The comparison circuit may further include two input terminals for inputting the offset signals VC1 and VC2 to the PMOSs P3N and P3P. Offset voltages of the third combination signal and the fourth combination signal may be adjusted by adjusting the offset signals VC1 and VC2 . The first offset signal VC1 and the second offset signal VC2 may be adjusted respectively. The sizes of the PMOSs P3N and P3P may be variable. An offset voltage added to the output terminal may be determined according to the size of the PMOSs P3N and P3P.
다른 실시예에서, 비교 회로는 PMOS들(P3N, P3P) 없이 제1 결합 신호 및 제2 결합 신호를 이용하여 동작할 수 있다. In another embodiment, the comparator circuit may operate using the first combined signal and the second combined signal without PMOSs P3N and P3P.
일 실시예에서, 도 4의 출력 전압(VOP) 혹은 출력 전압(VON)이 도 3의 결과 신호(CMPo)에 대응될 수 있다.In one embodiment, the output voltage VOP or output voltage VON of FIG. 4 may correspond to the resultant signal CMPo of FIG. 3 .
도 4에 도시된 비교 회로의 입력 단의 구현 회로도는 일 실시예일 뿐이며, 비교 회로와 같은 기능을 수행하는 다른 형태의 회로로 구성될 수 있다. 예컨대, 비교 회로는 BJT를 이용하여 구현될 수 있다. The implementation circuit diagram of the input terminal of the comparison circuit shown in FIG. 4 is only an example, and may be configured with other types of circuits that perform the same function as the comparison circuit. For example, the comparator circuit may be implemented using BJTs.
도 5는 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교기의 입력 신호와 출력 신호를 도시하는 도면이고, 도 6은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 장치의 비교기의 오프셋 신호가 결합된 입력 신호, 출력 신호를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating an input signal and an output signal of a comparator of a spike detection device according to an embodiment, and FIG. 6 is a diagram illustrating an input signal and an output signal obtained by combining an offset signal of a comparator of a spike detection device according to an embodiment. It is a drawing showing
도 5를 참조하면, 비교기의 제1 입력 단자로 입력되는 제1 결합 신호(520), 비교기의 제2 입력 단자로 입력되는 제2 결합 신호(525) 및 비교기에서 출력되는 결과 신호(CMPo)가 도시되어 있다. 제1 결합 신호(520)는 도 3의 제1 결합 신호(320)에 대응될 수 있고, 제2 결합 신호(525)는 도 3의 제2 결합 신호(325)에 대응될 수 있으며, 결과 신호(CMPo)는 도 3의 결과 신호(CMPo)에 대응될 수 있다.Referring to FIG. 5 , a first combined
도 5에서, 제1 결합 신호가 항상 제2 결합 신호보다 크므로, 비교기는 항상 제1 상태의 결과 신호(CMPo)를 출력한다. 일 실시예에서, 제1 상태의 결과 신호(CMPo)는 논리 하이(HIGH)에 대응되는 신호이고 제2 상태의 결과 신호(CMPo)는 논리 로우(LOW)에 대응되는 신호일 수 있다. 도 4에서 PMOS들(P3N, P3P)이 off 되거나 PMOS들(P3N, P3P)에 의해 생성되는 전류가 동일한 경우 제1 결합 신호는 제2 결합 신호보다 항상 크게 되므로, 비교 회로는 스파이크 신호를 적절히 검출하지 못할 수 있다. In FIG. 5 , since the first combination signal is always greater than the second combination signal, the comparator always outputs the resultant signal CMPo in the first state. In an embodiment, the result signal CMPo in the first state may be a signal corresponding to logic high (HIGH) and the result signal CMPo in the second state may be a signal corresponding to logic low (LOW). In FIG. 4, when the PMOSs P3N and P3P are turned off or the currents generated by the PMOSes P3N and P3P are the same, the first combined signal is always greater than the second combined signal, so the comparator circuit properly detects the spike signal. may not be able to
도 6을 참고하면, 비교기의 제1 입력 단자로 입력되는 제3 결합 신호(620), 비교기의 제2 입력 단자로 입력되는 제4 결합 신호(625) 및 비교기에서 출력되는 결과 신호(CMPo)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 6 , the third
도 4 및 도 6에서, 오프셋 신호들(VC1, VC2) 및 PMOS들(P3N, P3P)을 적절히 조절함으로써 제3 결합 신호(620) 및 제4 결합 신호(625) 사이 오프셋 전압의 차이(610)를 형성할 수 있다. 제4 결합 신호(625)는 제3 결합 신호(620)와의 관계에서 임계값 역할을 하며, 제3 결합 신호(620)가 제4 결합 신호(625)보다 큰 경우에 비교기는 제1 상태의 값을 결과 신호(CMPo)로 출력하게 된다.4 and 6, the offset
오프셋 신호를 결합하여 제3 결합 신호(620) 및 제4 결합 신호(625)를 생성하고 두 신호를 비교함으로써 비교 회로는 잡음에 강인하도록 구성될 수 있다. By combining the offset signals to generate a third
도 7은 일 실시예에 따른 스파이크 검출 방법을 설명하는 흐름도이다. 스파이크 검출 방법은 스파이크 검출 장치에 의해 수행될 수 있다.7 is a flowchart illustrating a spike detection method according to an exemplary embodiment. The spike detection method may be performed by a spike detection device.
도 7을 참고하면, 단계(710)에서 스파이크 검출 장치는 제1 입력 신호로부터 제1 생체 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 제2 입력 신호로부터 제2 생체 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in
단계(720)에서 스파이크 검출 장치는 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제1 베이스라인 신호 및 제2 베이스라인 신호에 기초하여 스파이크 성분이 포함된 결과 신호를 출력할 수 있다. In
일 실시예에서, 스파이크 검출 장치는 제1 극성의 제1 생체 신호 및 제2 극성의 제2 생체 신호 각각에 대해 고대역 통과 필터링을 수행하고, 고대역 통과 필터링된 제1 생체 신호를 증폭하여 단계(710)의 제1 입력 신호를 생성하고 고대역 통과 필터링된 제2 생체 신호를 증폭하여 단계(710)의 제2 입력 신호를 생성할 수 있다.In one embodiment, the spike detection device performs high-pass filtering on each of the first bio-signal of the first polarity and the second bio-signal of the second polarity, amplifies the high-pass filtered first bio-signal, and steps The second input signal of
스파이크 검출 장치는 제1 입력 신호로부터 제1 입력 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 제2 입력 신호로부터 제2 입력 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출할 수 있다. 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제1 베이스라인 신호 및 제2 베이스라인 신호는 각각 도 1의 제1 입력 신호(INP1), 제2 입력 신호(INN1), 제1 베이스라인 신호(INP2) 및 제2 베이스라인 신호(INP1)에 대응될 수 있다. 제1 베이스라인 신호 및 제2 베이스라인 신호는 저대역 통과 필터링을 이용하여 추출될 수 있다.The spike detection device extracts a first baseline signal including a baseline component of the first input signal from the first input signal, and extracts a second baseline signal including a baseline component of the second input signal from the second input signal. A baseline signal can be extracted. The first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal correspond to the first input signal INP1, the second input signal INN1, and the first baseline signal INP2 of FIG. 1 , respectively. and the second baseline signal INP1. The first baseline signal and the second baseline signal may be extracted using low pass filtering.
스파이크 검출 장치는 제1 입력 신호, 제2 입력 신호, 제1 베이스라인 신호 및 제2 베이스라인 신호에 기초하여 스파이크 성분이 포함된 결과 신호를 출력할 수 있다. 스파이크 검출 장치는 제1 입력 신호와 제2 베이스라인 신호를 결합하여 제1 결합 신호를 생성하고 제2 입력 신호와 제1 베이스라인 신호를 결합하여 제2 결합 신호를 생성할 수 있다. 스파이크 검출 장치는 생성된 제1 결합 신호 및 제2 결합 신호를 비교하고 제1 결합 신호가 제2 결합 신호보다 더 큰 경우 제1 상태의 신호를 결과 신호로 출력하고, 제2 결합 신호가 제1 결합 신호보다 더 큰 경우 제2 상태의 신호를 결과 신호로 출력할 수 있다.The spike detection device may output a result signal including a spike component based on the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal. The spike detection device may generate a first combined signal by combining the first input signal and the second baseline signal and generate a second combined signal by combining the second input signal and the first baseline signal. The spike detection device compares the generated first combined signal and the second combined signal and outputs a signal in a first state as a result signal when the first combined signal is greater than the second combined signal, and the second combined signal is the first combined signal. When greater than the combined signal, the signal in the second state may be output as a resultant signal.
일 실시예에서, 스파이크 검출 장치는 제1 결합 신호에 제1 오프셋 신호가 결합된 제3 결합 신호를 생성하고, 제2 결합 신호에 제2 오프셋 신호가 결합된 제4 결합 신호를 생성할 수 있다. 제1 결합 신호 및 제2 결합 신호는 각각 도 3의 제1 결합 신호(320) 및 제2 결합 신호(325)에 대응될 수 있고 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호는 각각 도 6의 제3 결합 신호(620) 및 제4 결합 신호(625)에 대응될 수 있다. 스파이크 검출 장치는 제3 결합 신호와 제4 결합 신호를 비교하여 제3 결합 신호가 제4 결합 신호보다 더 큰 경우 제1 상태의 신호를 결과 신호로 출력하고, 제4 결합 신호가 제3 결합 신호보다 더 큰 경우 제2 상태의 신호를 결과 신호로 출력할 수 있다. 결과 신호는 도 6의 결과 신호(CMPo)에 대응될 수 있다. 스파이크 검출 장치는 오프셋 신호가 결합된 제3 결합 신호 및 제4 결합 신호를 비교함으로써 잡음에 강인한 방법으로 스파이크 성분을 검출할 수 있다. In an embodiment, the spike detection device may generate a third combined signal obtained by combining a first combined signal with a first offset signal, and generate a fourth combined signal obtained by combining a second combined signal with a second offset signal. . The first combination signal and the second combination signal may respectively correspond to the
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 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, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 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 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The embodiments described above may be implemented as hardware components, software components, and/or a combination of hardware components and software components. For example, the devices, methods and components described in the embodiments may include, for example, a processor, a controller, an arithmetic logic unit (ALU), a digital signal processor, a microcomputer, a field programmable gate (FPGA). array), programmable logic units (PLUs), microprocessors, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and software applications running on the operating system. A processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to execution of software. For convenience of understanding, there are cases in which one processing device is used, but those skilled in the art will understand that the processing device includes a plurality of processing elements and/or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it can include. For example, a processing device may include a plurality of processors or a processor and a controller. Other processing configurations are also possible, such as parallel processors.
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 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. You can command the device. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. Software may be distributed on networked computer systems and stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on computer readable media.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 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. The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination, and the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in the art of computer software. may be Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The hardware device described above may be configured to operate as one or a plurality of software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on this. For example, the described techniques may be performed in an order different from the method described, and/or components of the described system, structure, device, circuit, etc. may be combined or combined in a different form than the method described, or other components may be used. Or even if it is replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
Claims (14)
증폭기의 제1 출력단으로부터 제공되는 제1 입력 신호로부터 상기 제1 입력 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 상기 증폭기의 제2 출력단으로부터 제공되는 제2 입력 신호로부터 상기 제2 입력 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출하는 베이스라인 신호 추출 회로; 및
상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 베이스라인 신호가 각각 입력되는 4개의 입력 단자들을 포함하고, 상기 입력된 상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 베이스라인 신호에 기초하여 신호 간의 비교 결과를 포함하는 결과 신호를 출력하는 비교 회로
를 포함하는 스파이크 검출 장치.
A spike detection device for detecting spikes in a signal,
A first baseline signal including a baseline component of the first input signal is extracted from the first input signal provided from the first output terminal of the amplifier, and a second input signal provided from the second output terminal of the amplifier a baseline signal extraction circuit for extracting a second baseline signal including a baseline component of the second input signal from; and
and four input terminals to which the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal are respectively input, and the first input signal and the second input signal are respectively input. A comparison circuit for outputting a resultant signal including a signal and a comparison result between signals based on the first baseline signal and the second baseline signal.
Spike detection device comprising a.
제1 극성의 제1 생체 신호 및 제2 극성의 제2 생체 신호 각각에 대해 고대역 통과 필터링을 수행하고, 상기 고대역 통과 필터링된 제1 생체 신호를 증폭하여 상기 제1 입력 신호를 출력하고 상기 고대역 통과 필터링된 제2 생체 신호를 증폭하여 상기 제2 입력 신호를 출력하는 전처리 회로
를 더 포함하는 스파이크 검출 장치.
According to claim 1,
High-pass filtering is performed on each of the first bio-signal of a first polarity and the second bio-signal of a second polarity, and the high-pass filtered first bio-signal is amplified to output the first input signal; A pre-processing circuit that amplifies the high-pass filtered second biosignal and outputs the second input signal.
Spike detection device further comprising a.
상기 전처리 회로는,
상기 고대역 통과 필터링을 수행하는 고대역 통과 필터; 및
상기 제1 생체 신호 및 상기 제2 생체 신호를 증폭하는 상기 증폭기
를 포함하는 스파이크 검출 장치.
According to claim 2,
The preprocessing circuit,
a high-pass filter that performs the high-pass filtering; and
The amplifier amplifying the first biosignal and the second biosignal
Spike detection device comprising a.
상기 비교 회로에 의해 출력된 상기 결과 신호는,
상기 제1 입력 신호와 상기 제2 베이스라인 신호 간의 제1 결합 신호, 및 상기 제2 입력 신호와 상기 제1 베이스라인 신호 간의 제2 결합 신호를 비교한 결과에 대응하는 것인,
스파이크 검출 장치.
According to claim 1,
The resulting signal output by the comparison circuit is
Corresponding to a result of comparing a first combined signal between the first input signal and the second baseline signal and a second combined signal between the second input signal and the first baseline signal,
Spike detection device.
상기 비교 회로는,
제1 오프셋 신호를 조절하는 제1 조절 단자 및 제2 오프셋 신호를 조절하는 제2 조절 단자
를 포함하는 스파이크 검출 장치.
According to claim 1,
The comparison circuit is
A first control terminal for adjusting the first offset signal and a second control terminal for adjusting the second offset signal
Spike detection device comprising a.
상기 베이스라인 신호 추출 회로는,
저대역 통과 필터링을 이용해 상기 제1 입력 신호로의 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 입력 신호의 상기 제2 베이스라인 신호를 추출하는,
스파이크 검출 장치.
According to claim 1,
The baseline signal extraction circuit,
extracting the first baseline signal into the first input signal and the second baseline signal of the second input signal using low pass filtering;
Spike detection device.
상기 스파이크 검출 장치에 포함된 베이스라인 신호 추출 회로에 의해, 제1 입력 신호로부터 상기 제1 입력 신호의 베이스라인(baseline) 성분을 포함하는 제1 베이스라인 신호를 추출하고, 제2 입력 신호로부터 상기 제2 입력 신호의 베이스라인 성분을 포함하는 제2 베이스라인 신호를 추출하는 단계; 및
상기 스파이크 검출 장치에 포함된 비교 회로에 의해, 상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 베이스라인 신호에 기초하여 신호 간의 비교 결과를 포함하는 결과 신호를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 제1 입력 신호는, 상기 스파이크 검출 장치에 포함된 증폭기의 제1 출력단으로부터 제공되고,
상기 제2 입력 신호는, 상기 증폭기의 제2 출력단으로부터 제공되고,
상기 출력하는 단계는,
상기 제1 입력 신호, 상기 제2 입력 신호, 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 베이스라인 신호가 각각 입력되는 4개의 입력 단자들을 가지는 상기 비교 회로를 이용하여 상기 결과 신호를 출력하는 단계
를 포함하는 스파이크 검출 방법.
In the spike detection method performed by the spike detection device,
A first baseline signal including a baseline component of the first input signal is extracted from the first input signal by a baseline signal extraction circuit included in the spike detection device, and the first baseline signal is extracted from the second input signal. extracting a second baseline signal including a baseline component of the second input signal; and
A result signal including a comparison result between signals based on the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal by a comparison circuit included in the spike detection device Including the step of outputting,
The first input signal is provided from a first output terminal of an amplifier included in the spike detection device,
The second input signal is provided from a second output terminal of the amplifier,
The outputting step is
outputting the resulting signal using the comparison circuit having four input terminals to which the first input signal, the second input signal, the first baseline signal, and the second baseline signal are respectively input;
Spike detection method comprising a.
상기 스파이크 검출 장치에 포함되는 전처리 회로에 의해,
제1 극성의 제1 생체 신호 및 제2 극성의 제2 생체 신호 각각에 대해 고대역 통과 필터링을 수행하는 단계;
상기 고대역 통과 필터링된 제1 생체 신호를 증폭하여 상기 제1 입력 신호를 생성하는 단계; 및
상기 고대역 통과 필터링된 제2 생체 신호를 증폭하여 상기 제2 입력 신호를 생성하는 단계
를 더 포함하는 스파이크 검출 방법.
According to claim 9,
By the pre-processing circuit included in the spike detection device,
performing high-pass filtering on each of the first biosignal of the first polarity and the second biosignal of the second polarity;
generating the first input signal by amplifying the high-pass filtered first physiological signal; and
generating the second input signal by amplifying the high-pass filtered second physiological signal;
Spike detection method further comprising a.
상기 결과 신호는,
상기 제1 입력 신호와 상기 제2 베이스라인 신호 간의 제1 결합 신호, 및 상기 제2 입력 신호와 상기 제1 베이스라인 신호 간의 제2 결합 신호를 비교한 결과에 대응하는 것인,
스파이크 검출 방법.
According to claim 10,
The resulting signal is
Corresponding to a result of comparing a first combined signal between the first input signal and the second baseline signal and a second combined signal between the second input signal and the first baseline signal,
Spike detection method.
상기 추출하는 단계는,
저대역 통과 필터링을 이용해 상기 제1 입력 신호의 상기 제1 베이스라인 신호 및 상기 제2 입력 신호의 상기 제2 베이스라인 신호를 추출하는 단계를 포함하는,
스파이크 검출 방법.According to claim 9,
The extraction step is
Extracting the first baseline signal of the first input signal and the second baseline signal of the second input signal using low pass filtering.
Spike detection method.
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---|---|---|---|
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