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＃ Top Schematic (IN-AMP + SAR ADC) 앞서 설계한 AMP와 ADC를 붙여서 시뮬레이션을 하기 위한 TOP Schematic이다. LPF는 IN AMP Symbol 내부에 같이 포함되어있다. ＃ Simulation Waveform 위의 파형은 Top Schematic을 사용한 Test bench schematic에서 시뮬레이션을 한 결과이다. 위에서부터 Sensor Input(Total Input), AMP output(ADC input), ADC output(Total Output) 이 된다. 입력은 4mV p-p신호이며, Amp 출력으로 1.5V p-p 신호가 나오는것을 확인했으며, 이 출력을 ADC를 거쳐서 Digital Code로 변환되는것을 확인하였다. 위의 파형은 사람의..

1. Specifications and Overall Structure 다음은 SAR ADC의 Top Schematic이다. C-DAC, Comparator, SAR Control Logic, Output D Flip-Flop으로 구성되어 있다. 초기 아날로그 입력은 C-DAC로 들어오게 되고, 첫 번째 CLK에서는 Sampling CLK를 받아서 입력을 샘플링한다. 그 이후에 2~9번째 CLK은 MSB부터 LSB까지 차례로 A-D Conversion이 일어나게 되고, Conversion이 종료되면 SAR Controller가 Output CLK을 발생시키게 된다. 이 CLK를 받아서 10번째 CLK에서는 변환이 완료된 CODE를 Output DFF를 통해서 한번에 내보내게 된다. SAR ADC Spec..

1. Specifications and Overall Structure Instrumentation Amplifier(IA)와 Filter까지 포함한 Top schematic이다. 센서를 통해 들어온 Biopotential 신호는 거의 DC에 가까운 주파수를 갖는 동시에 신호의 크기도 작기 때문에, 저주파수 대역에서 잡음이 적은 신호를 요하게 된다. IA의 Differential 입력으로 들어온 신호는 f_chop의 주파수로 변조된 후에 증폭이 되고 이 신호는 후단 Chopper에 의해 demodulation되어 지면서 원래 입력 주파수 성분과 2f_chop의 주파수 성분을 갖는 신호가 된다. Lowpass filter를 거치면서 Chopping 주파수의 두 배에 해당하는 성분은 필터를 통과하지 못하고 ..

설계하고자 하는 Biopotential Acquisition System의 전반적인 블록도이다. 센서로 부터 생체 신호를 받아들이는 Instrumentation Amp(IA)가 있고, Chopping, Dechopping을 거쳐서 나온 Spike 성분들과 Harmonic 성분들을 제거하는 Low Pass Filter가 있다. 그 이후에 증폭된 Analog 신호를 Digital 신호로 변환하는 ADC가 있다. Analog 회로에서 보통 Amp, Filter, ADC 까지를 Analog Front End(AFE) 라고 부르며, 종합설계에서 설계하고자 하는 목표는 AFE 부분이다. AFE 다음단에서는 MCU나 DSP같은 Signal Processing Chip을 이용하여 원하는 대로 디지털 신호를 가공할 수 ..

생체 신호는 대체로 매우 저주파 영역에 존재하고 있다. 따라서 저주파대역에 상당히 크게 분포하는 1/f Noise와 전극 offset이 우리가 증폭하려고 하는 신호와 비슷한 레벨이 된다면 더 이상 회로는 의미가 없게 된다. 즉 SNR(Signal to Noise Ratio)를 높일 수 있는 새로운 방법이 요구된다. Chopper Stabilization이란 통신에서 많이 사용되는 Modulation 기법을 이용해서 1/f나 전극 offset이 상대적으로 적은 주파수 대역으로 신호를 변조하고, 증폭한 뒤에 다시 원래 신호의 주파수로 Demodulation을 하는 기법이다. 이 과정을 거치면 SNR을 상당히 많이 개선할 수 있으며 우리가 원하는 신호만 증폭하고 상대적으로 noise는 제거되는 효과를 보인다...

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 되..

1. 설계 목표 생체신호 센싱을 위한 센서로부터 직접적으로 신호를 받아서 1차적으로 증폭하는 Low Noise Amplifier를 설계한다. 설계 목표는 센서 모듈 전체를 설계하는 것이 아니라 저잡음 저전력 CMOS 아날로그 전단 신호처리 회로(AFE:Analog Front-End)만을 설계하는 것이다. 이에 따라 자연계에 필연적으로 존재하는 여러 잡음(Thermal Noise, Flicker Noise)등을 효과적으로 제거하고, CMOS공정을 통해 센서의 소형화를 이루어 내는 것을 최종 목표로 삼고 있다. 2. 제안 배경 오늘날 의료 기술이 점점 발달하면서 건강을 더 오래 유지하고자 하는 사람들의 열망이 거세지고 있다. 그에 맞춰서 IT 융합 의료기기에 대한 관심과 수요가 더욱 커지고 있다. 특히, 2..