[Capston Design] Biosignal Type, Low freq. noise

 

위의 그림은 Biopotential의 종류와 분포도를 나타낸 그림이다. 생체 신호의 종류는 크게 4가지로써 ECG(심전도), EEG(뇌전도), EMG(근전도), 신경 신호로 구분할 수 있다. 각각의 Amplitude와 주파수 영역은 다음 표를 참조하면 된다.

 

Type	Amplitude[V]	Frequency[Hz]
ECG	100u - 2m	0.3 - 100
EMG	50u - 2m	20 - 1k
EEG	2 - 100u	0.5 - 100
Neural Sig.	1 - 100u	60 - 10k

 

생체 신호의 공통적인 특성은 대체로 그 크기가 매우 작으며 주파수가 굉장히 저주파 대역에 몰려 있다는 사실을 알 수 있다. 이번 종합설계에서 타겟으로 잡은 ECG(심전도) 신호는 대략 그 크기가 100uV~2mV 정도 되며 주파수 대역은 0.3Hz~100Hz 정도로 매우 저주파 영역에 존재한다는 것을 알 수 있다.

위의 그림에서 Thermal Noise와 Flicker Noise의 수식이 나타나 있다. Thermal Noise는 저항 성분을 가진 소자에서 주로 발생하며, Flicker Noise는 주로 MOSFET에서 많이 발생한다. Flicker Noise는 소자의 공정 특성상 Channel부분의 계면이 깨끗하지 못하기 때문에 발생하는 Dangling bond에 의해 발생하며, 이 잡음은 주파수에 반비례하는 수식을 보이므로 1/f Noise라고 부르기도 한다.

여기서 문제는 ECG(심전도)는 매우 저주파 영역(0.3Hz~100Hz)에서 분포하는데, 앞서 언급한 Flicker noise 때문에 원하는 신호가 noise에 묻혀버리는 현상이 발생하게 된다. 따라서 이 Noise를 효과적으로 제거하기 위해 Chopper Stabilization이라는 기술이 사용된다.