KR102175627B1 - 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로 및 이를 이용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템 - Google Patents

헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로 및 이를 이용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 센서 인터페이스 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 환자의 감염부위에 밀착하여 신체 신호를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지한 신체 신호값을 전달받아 순차적으로 처리하고, 처리된 신호를 마이크로 컨트롤러로 전달하는 인터페이스 칩; 상기 인터페이스 칩에 필요한 전원을 공급하는 교류 전원; 상기 인터페이스 칩에서 요구되는 전원 값에 대응하여 낮은 전위차에서 동작하여 전원을 공급하는 저손실 타입 리니어 레귤레이터(Low Dropout); 및 상기 마이크로 컨트롤러에 전달된 신호를 외부기기로 전달하고, 외부로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 저손실 타입 리니어 레귤레이터에 무선으로 전원을 공급하는 무선통신 유닛; 을 포함하여, 다양한 전기적인 신호 출력을 가지는 센서들을 하나의 회로를 이용하여 순차적으로 처리함으로써 저전력 및 효율향상을 달성할 수 있는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로 및 이를 이용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템에 관한 것이다.

Description

헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로 및 이를 이용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템 {A SENSOR INTERFACE ELECTRIC CIRCUIT FOR HEALTH MONITORING AND WEARABLE HEALTH MONITORING SYSTEM THEREOF}
본 발명은 센서 인터페이스 회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 전기적인 신호 출력을 가지는 센서들을 하나의 회로를 이용하여 순차적으로 처리함으로써 저전력 및 효율향상을 달성할 수 있는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로 및 이를 이용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템에 관한 것이다.
현재 의료의 패러다임은 의사에 의한 치료 중심에서 소비자가 자신의 건강을 검진하고 미리 예방하는 방향으로 가고 있으며, 이러한 요구로 인하여 생체 신호를 모니터링하는 요구가 급격히 증가하고 있다.
인체의 생체 신호는 pH 뿐만 아니라, 온도, 습도 등 다양하기 때문에 이러한 다양한 지표들을 센싱하는 경우 더욱 정확한 환자의 상태를 진단할 수 있으며, 마찬가지로 이를 감지하는 센서의 종류와 센서의 아웃풋 신호의 종류 또한 다양하다.
그러나, 기존에 환자의 상처 상태를 진단하기 위한 방법으로 일반적으로 전압을 측정하는 전기적 파라미터 센서만을 이용하여 한정적으로 처리하였기 때문에, 이를 제외한 저항 또는 캐패시터 등의 센서를 활용할 수 없었다.
특히, 한국 공개특허 10-2016-0120396호의 경우, 사용자의 신체에 부착하여 사용시 이물감이 적은 패치형 체온계로서 무선 통신을 통해 체온 데이터를 사용자가 쉽게 확인할 수 있으며, 무선 전력 전송을 통해 전원을 공급함으로써 장시간 또는 연속적인 체온 모니터링이 가능한 장치 및 방법이 개시되어 있는 바, 이러한 특징을 구현하기 위한 패치형 체온계는, 사용자의 신체에 부착되어 온도를 측정하는 센서부; 상기 센서부와 전기적으로 연결되며, 측정된 온도를 무선 전송하는 송신부; 및 상기 송신부와 전기적으로 연결되며, 외부의 소스로부터 무선으로 전력을 공급받는 무선 전력 생성부를 포함하며, 상기 무선 전력 생성부는 RF신호를 DC신호로 변환하여 상기 송신부에 전력을 공급하는 것이 개시되어 있다.
또한, 한국 공개특허 10-2017-0113930호의 경우, 외부기기로부터 무선전력을 수신하여 창상부위의 피에이치(pH)를 측정하고, 피에이치(pH)를 측정하여 생성한 정보를 다시 외부기기로 송신하는 스마트드레싱 및 이에 관련된 시스템에 관한 것으로, 드레싱부 및 창상 부위의 피에이치(pH)를 측정하여 측정신호를 생성하는 피에이치(pH)센싱부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트드레싱이 개시되어 있다.
그러나 기존의 센서를 처리하는 회로에서는 센서의 출력 신호에 따라서 개별적인 회로를 통해 센서를 처리하였다. 즉, 전압, 저항 또는 캐패시터 등에 따라 출력되는 다양한 생체 신호를 동시에 모니터링 해야 하는 시스템에서는 각 센서 타입 마다 개별적인 회로를 이용하여야만 하였으며, 이에 따라 소요되는 공간이 많이 필요함과 동시에, 전력의 소모가 커지는 단점을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전하 증폭기(charge amplifier)의 구조를 이용하여 다양한 센서를 동시에 처리하는 회로가 사용되었다. 그러나 이러한 동시 처리 회로가 갖는 단점으로, 캐패시터 타입의 센서를 처리할 경우 캐패시터 센서의 초기 값에 해당하는 캐패시터가 별도로 필요할 뿐만 아니라, 칩 내부에 센서의 변화 값에 해당하는 만큼의 캐패시터를 내재하여야 하므로, 수백 pF에 해당하는 상용 캐패시터 센서를 처리하기에는 칩의 면적이 크게 증가하는 문제가 있었다.
한국 공개특허 10-2016-0120396호 한국 공개특허 10-2017-0113930호
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 기존의 dual-slope integrator 회로에 디지털 신호로 제어 되는 스위치를 이용하여, 각 전압, 저항, 캐패시터 센서에 적합하게 회로의 동작 모드를 바꿈으로써, 하나의 회로를 가지고 전압, 캐패시터, 저항 센서들을 순차적으로 처리 할 수 있는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로 및 이를 이용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템을 제공하고자 함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로의 구성은, 환자의 감염부위에 밀착하여 신체 신호를 감지하는 센서부; 상기 센서부에서 감지한 신체 신호값을 전달받아 순차적으로 처리하고, 처리된 신호를 마이크로 컨트롤러로 전달하는 인터페이스 칩; 상기 인터페이스 칩에 필요한 전원을 공급하는 교류 전원; 상기 인터페이스 칩에서 요구되는 전원 값에 대응하여 낮은 전위차에서 동작하여 전원을 공급하는 저손실 타입 리니어 레귤레이터(Low Dropout); 및 상기 마이크로 컨트롤러에 전달된 신호를 외부기기로 전달하고, 외부로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 저손실 타입 리니어 레귤레이터에 무선으로 전원을 공급하는 무선통신 유닛; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부는, 상기 신체 신호를 전압, 저항 및 캐패시터 타입 중 어느 하나의 센서로 감지하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인터페이스 칩은, 상기 센서부에서 감지된 아날로그 신호를 전달받아 시간값으로 변환하는 아날로그-시간 변환기(ATC, Analog sensor signal to Time Converter) 및 상기 아날로그 신호 시간 변환기에서 변환된 시간값을 전달받아 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환기(TDC, Time to Digital Converter)를 포함하는 것이 바람직하다.
이 중에서, 상기 아날로그-시간 변환기는, 상기 센서부에서 감지된 다양한 신호에 대응하는 전압을 연산하여 출력 전압을 도출하는 듀얼-슬로프 적분기(Dual-Slope Integrator) 및 상기 듀얼-슬로프 적분기에서 도출된 출력 전압을 시간값으로 변환시키는 비교기(Comparator)를 포함하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 시간-디지털 변환기는, 상기 아날로그-시간 변환기에서 변환된 서로 다른 시간값을 복수의 카운터에서 전달받은 후, 상기 복수의 카운터의 출력값을 합산하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 센서부에서 감지된 신체 신호는 전압, 저항 및 캐패시터 타입 중 어느 하나의 센서로 감지하도록 이루어지며, 상기 전압, 저항 및 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 상기 아날로그-시간 변환기에 의하여 시간값으로 변환하고, 상기 아날로그 신호 시간 변환기에서 변환된 시간값을 상기 시간-디지털 변환기에 의하여 디지털 값으로 변환하는 과정은 시분할 다중화 방식을 이용하여 하나의 회로로 순차적으로 처리하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 아날로그-시간 변환기는, 상기 전압, 저항 및 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 하나의 회로로 순차적으로 처리함에 있어, 서로 다른 크기의 전압값을 하나의 공급 회로에서 처리하기 위한 충전 스위치부 및 방전 스위치부를 포함하는 것이 좋다.
상기 충전 스위치부는, 상기 전압 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 전압 충전 스위치부(TVC), 상기 저항 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 저항 충전 스위치부(TRC), 상기 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 캐패시터 충전 스위치부(TCC)를 포함하며,
상기 방전 스위치부는, 상기 전압 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 전압 방전 스위치부(TVD), 상기 저항 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 저항 방전 스위치부(TRD), 상기 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 캐패시터 방전 스위치부(TCD)를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 시간-디지털 변환기로부터 합산되어 출력되는 카운터 출력값을 전달받아 출력값이 중복되지 않도록 순차적으로 처리하여 디지털 클록을 생성하는 디지털 클록 생성기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 전압, 저항, 캐피시터 타입의 센서를 시분할 다중화 방식을 이용하여 하나의 회로로 순차적으로 처리함으로써, 칩의 면적과 소모 전력을 감소 시키는 데에 있으며, 이를 이용하여 소형화와 저전력이 강조되는 웨어러블 헬스 모니터링 시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 하나의 구조를 이용하여, 각기 다른 전압, 저항, 캐패시터 센서를 순차적으로 읽어 들이고 이를 시간영역에서 디지털화하여 처리함으로써 칩의 사이즈 및 전력의 감소를 가져온다. 따라서 이는 다양한 생체 신호의 모니터링이 필요한 웨어러블 어플리케이션에 적합한 회로가 될 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로의 전체적인 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 인터페이스 칩의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 듀얼 슬로프 적분기에서의 충전 과정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 듀얼 슬로프 적분기에서의 방전 과정을 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 아날로그-시간 변환기에서 듀얼 슬로프 적분기를 사용하여 전압 신호를 시간으로 변환하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 아날로그-시간 변환기에서 듀얼 슬로프 적분기를 사용하여 저항 신호를 시간으로 변환하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명에 사용되는 아날로그-시간 변환기에서 듀얼 슬로프 적분기를 사용하여 캐패시터 신호를 시간으로 변환하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명에 사용되는 아날로그-시간 변환기에서 듀얼 슬로프 적분기를 거친 후 출력되는 전압 및 신호값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라 감지되는 전압, 저항, 캐패시터 생체 신호에 따른 출력값을 오실로스코프로 측정한 실험 결과 그래프이다.
도 10은 본 발명에 사용되는 디지털 클록 생성기를 거친 후 출력되는 클록 및 신호값을 나타낸 그래프이다.
도 11 및 12는 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로를 구현한 시제품 사진이다.
도 13 및 14는 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로가 적용된 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 사시도 및 분해사시도이다.
도 15는 본 발명이 적용된 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 배출부재에 의해 연결된 피에이치센서 및 거즈부의 평면도이다.
도 16은 본 발명이 적용된 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 분해단면도이다.
도 17은 본 발명이 적용된 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 또다른 액체 유도 패드의 사시도 및 부분확대도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로는 화상 또는 창상 등의 상처부위가 추가적인 감염이 되고 있는지 여부를 실시간으로 판단하고 이에 따른 조치를 신속히 취할 수 있도록 하기 위한 것으로써, 종래 상처부위의 상태를 판단하기 위해서 드레싱을 제거하여 눈으로 식별하거나 샘플을 채취하여야만 상처부위의 상태를 판단할 수 있었던 문제를 해결하기 위한 것이다.
즉, 환자의 상처부위 모니터링을 위하여 피에이치(pH) 센서가 구비된 드레싱이 사용되고 있는데, 피에이치(pH) 센서를 신체에 적용할 경우 기본적으로 신체의 건강에 대하여 파악할 수 있고, 특히 신체의 창상부위에 피에이치(pH)센서를 접촉시키면 피에이치(pH)센서가 창상부위의 치유 정도나 창상부위의 감염 정도에 따라 서로 다른 피에이치(pH) 값을 출력하게 되므로, 이에 대한 모니터링이 가능하게 된다.
다만, 이러한 실시간 모니터링을 하기 위해서는 사용되는 피에이치 센서를 보다 정확하고 빠르게, 또한 소형화 및 저전력 구현이 가능하여야만 한다.
이에 따라 본 발명에서는 기존의 dual-slope integrator 회로에 디지털 신호로 제어 되는 스위치를 이용하여, 각 전압/저항/캐패시터 센서에 적합하게 회로의 동작 모드를 바꿈으로써, 하나의 회로를 가지고 전압, 캐패시터, 저항 센서들을 순차적으로 처리 할 수 있도록 구성하였다.
즉, 듀얼-슬로프 적분기(22)(Dual-slope integrator) 회로 뒤에 comparator(비교기)를 붙임으로써, 회로의 아웃풋을 전압이 아닌 시간으로 바꾸어 주었다. 따라서 기존의 파워 소모가 큰 아날로그 블락인 ADC (analog-to-digital converter)는, 디지털 로직으로 동작하는 TDC (time-to-digital converter)로 대체 할 수 있으며, 전체 시스템의 파워를 크게 줄일 수 있는 이점을 가진다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로의 구성은, 환자의 감염부위에 밀착하여 신체 신호를 감지하는 센서부(10); 상기 센서부(10)에서 감지한 신체 신호값을 전달받아 순차적으로 처리하고, 처리된 신호를 마이크로 컨트롤러(50)로 전달하는 인터페이스 칩(20); 상기 인터페이스 칩(20)에 필요한 전원을 공급하는 교류 전원(30); 상기 인터페이스 칩(20)에서 요구되는 전원 값에 대응하여 낮은 전위차에서 동작하여 전원을 공급하는 저손실 타입 리니어 레귤레이터(40)(Low Dropout); 및 상기 마이크로 컨트롤러(50)에 전달된 신호를 외부기기로 전달하고, 외부로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 저손실 타입 리니어 레귤레이터(40)에 무선으로 전원을 공급하는 무선통신 유닛(60); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센서부(10)는, 상기 신체 신호를 전압, 저항 및 캐패시터 타입 중 어느 하나의 센서로 감지하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 인터페이스 칩(20)은, 상기 센서부(10)에서 감지된 아날로그 신호를 전달받아 시간값으로 변환하는 아날로그-시간 변환기(21)(ATC, Analog sensor signal to Time Converter) 및 상기 아날로그 신호 시간 변환기에서 변환된 시간값을 전달받아 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환기(26)(TDC, Time to Digital Converter)를 포함하는 것이 바람직하다.
이 중에서, 상기 아날로그-시간 변환기(21)는, 상기 센서부(10)에서 감지된 다양한 신호에 대응하는 전압을 연산하여 출력 전압을 도출하는 듀얼-슬로프 적분기(22)(Dual-Slope Integrator) 및 상기 듀얼-슬로프 적분기(22)에서 도출된 출력 전압을 시간값으로 변환시키는 비교기(23)(Comparator)를 포함하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 시간-디지털 변환기(26)는, 상기 아날로그-시간 변환기(21)에서 변환된 서로 다른 시간값을 복수의 카운터에서 전달받은 후, 상기 복수의 카운터의 출력값을 합산하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
즉, 상기 시간-디지털 변환기(26)는 기준 클록으로 8MHz 를 사용하고, 10-bit 솔루선을 사용하며, 최대 128 마이크로초 까지 측정할 수 있다.
또한, 상기 무선통신 유닛(60)은 외부 기기와 무선으로 신호를 주고받음과 동시에 에너지 하베스팅을 할 수 있는 무선 전력 송수신 구조로 이루어져 있으며, 바람직하게는 13.56 MHz 의 RFID 방식으로 이루어지는 것이 좋다. (NT3H1101 (NXP) 13.56 MHz RFID, 5 mA @ 2V including AFE, MCU, RFID, Clock)
위에서 서술한 종래 기술들의 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 듀얼-슬로프 적분기(22)를 기본으로 한 회로를 이용하였다. 듀얼-슬로프 적분기(22)의 출력 전압 식은 아래와 같다.
Figure 112018084326983-pat00001
상기와 같은 듀얼-슬로프 적분기(22) 출력 전압 식을 보면, 전압, 저항, 캐패시터 값이 포함 되어 있으므로, 다양한 스위치를 이용하여 저항, 캐패시터 센서를 선택하면, 각 센서에 해당하는 출력 전압을 얻을 수 있으며, 캐패시터 값이 출력 전압과 반비례 하기 때문에, 큰 캐패시터를 처리하기에 적합하다.
이와 같은 듀얼-슬로프 적분기(22)를 거쳐 센서 처리 회로(인터페이스 칩)를 통해 얻어진 값을 디지털화 시키기 위해서, 듀얼-슬로프 적분기(22) 회로 뒤에 비교기(23)를 붙임으로써 전압을 시간으로 변환 시키고, 변환된 시간을 시간-디지털 변환기(26)(TDC, time-to-digital converter)를 이용하여 디지털 값으로 변환하였다.
일반적으로 시간-디지털 변환 회로는 기존의 전압을 디지털화 시키는 아날로그-디지털 변환 회로에 비해 적은 전력을 소모하므로 저전력으로 동작하는 시스템에 적합하다.
상기 듀얼-슬로프 적분기(22)에서 충전(charging) 및 방전(discharging) 과정이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
본 발명에서 사용되는 회로 설명은 다음과 같다. 모든 센서의 입력을 받을 시에는, 우선 피드백 캐패시터에 걸린 전압을 Vref로 전압을 고정 시킨 후, 동작한다. 또한 센서의 신호를 읽는 시간 구간은 충전 과정(charging phase) 이라고 정의하고, 알고 있는 값을 통하여, 센서의 신호를 시간으로 바꾸는 구간은 방전 과정 (discharging phase) 으로 정의한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 듀얼-슬로프 적분기(22)에서의 충전 과정은 다음의 식을 만족하게 된다.
Figure 112018084326983-pat00002
또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 듀얼-슬로프 적분기(22)에서의 방전 과정은 다음의 식들을 만족하게 된다.
Figure 112018084326983-pat00003
Figure 112018084326983-pat00004
Figure 112018084326983-pat00005
나아가, 본 발명에 사용되는 상기 센서부(10)에서 감지된 신체 신호는 전압, 저항 및 캐패시터 타입 중 어느 하나의 센서로 감지하도록 이루어지는데, 상기 전압, 저항 및 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 상기 아날로그-시간 변환기(21)에 의하여 시간값으로 변환하고, 상기 아날로그 신호 시간 변환기에서 변환된 시간값을 상기 시간-디지털 변환기(26)에 의하여 디지털 값으로 변환하는 과정은 시분할 다중화 방식을 이용하여 하나의 회로로 순차적으로 처리하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
즉, 전압 센서의 경우, 도 5(a) 에 도시된 바와 같이 충전 과정 (charging phase)에 입력 전압에 비례하는 전류가 일정한 시간 동안 피드백 캐패시터에 전하를 충전시키게 된다. 이에 따른 식은 아래와 같다.
Figure 112018084326983-pat00006
이와 반대로, 방전 과정 (discharging phase) 에서는 충전 과정 (charging phase) 에서의 전압 증가 기울기와 반대 방향으로 알고 있는 전압을 연결하여 피드백 캐패시터에 충전된 전하를 방전 시키게 된다.
이 때, 방전 과정 (discharging phase) 에서 처음의 리셋 구간의 전압 Vref 값 이하로 듀얼-슬로프 적분기(22)의 전압이 내려가면 비교기(23)의 출력 전압이 바뀌게 되며, 이 시간을 측정함으로써 전압 센서의 값을 알 수 있다. 아래의 식은 방전 과정 (discharging phase) 에서의 듀얼-슬로프 적분기(22)의 식을 나타내며, 각 센서의 전압은 아래의 식을 통해 추산할 수 있다.
Figure 112018084326983-pat00007
Figure 112018084326983-pat00008
Figure 112018084326983-pat00009
전압 센서의 경우, 입력 전압의 크기에 따라서 듀얼-슬로프 적분기(22) 전압이 증가하는 방향이 다르기 때문에, D-flip-flop을 이용하여, 충전 과정이 완료된 시점에서 비교기(23)의 상태에 따라 각 상황에 맞는 전압을 연결하였다.
본 발명에서 저항값을 감지하는 센서를 사용할 경우 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 전압 센서의 경우의 원리와 동일하다.
다만 다른 점은 피드백 저항 (Rf)보다 낮은 저항 센서에서도 회로를 동작 시키기 위해서, 디지털-아날로그 변환 회로(DAC, digital-to-analog converter)와, 충전 시간 (charging time)을 각 센서의 범위에 맞게 조절 가능하게 하였다.
보다 상세하게는, VINT 값은 일정하게 (Rf : 1.66 MW) 모여질 수 있으며, 충전 전류를 조절하기 위하여 8-bit DAC 가 0 to 0.9 V 범위 내에서 사용될 수 있다. 또한, 조절될 수 있는 시간으로 TRC 가 0.25/0.5/0.75/1TRC 로 변경될 수 있으며, TRC 의 최대값은 128 μs 이다.
이는 피드백 캐패시터에 충전되는 전하량과 시간을 조절하는 기능을 하며, 넓은 범위의 저항 센서를 전원 전압 내에 동작하게 한다. 위의 원리를 이용한 저항 센서의 값은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
- 충전 과정
Figure 112018084326983-pat00010
Figure 112018084326983-pat00011
- 방전 과정
Figure 112018084326983-pat00012
추가적으로, 캐패시터 센서를 처리하는 과정이 도 7에 도시되어 있다.
앞서 전압 센서를 처리하는 과정과 다른 점은, 충전 과정에서 캐패시터 센서와 피드백 캐패시터를 동시에 충전시키게 되며, 두 캐패시터가 병렬로 연결 되어 있기 때문에 전압의 값은 동일하다.
따라서 방전 과정에서 피드백 캐패시터에 충전된 전하만 방전시키더라도, 센서 값을 알 수 있게 된다. 캐패시터 센서의 처리 범위를 증가시키기 위해서 디지털-아날로그 변환 회로(DAC)를 이용하여 방전 과정에서의 전류를 조절하였다.
이와 같은 캐패시터 센서의 값은 아래의 식을 통해 알 수 있다.
- 충전 과정
Figure 112018084326983-pat00013
Figure 112018084326983-pat00014
- 방전 과정
Figure 112018084326983-pat00015
위와 같이, 본 발명에서는 전압, 저항, 캐피시터 타입의 센서를 시분할 다중화 방식을 이용하여 하나의 회로로 순차적으로 처리함으로써, 칩의 면적과 소모 전력을 감소시킬 수 있으며, 이를 이용하여 소형화와 저전력이 강조되는 웨어러블 헬스 모니터링 시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.
즉, 본 발명에서 사용되는 상기 아날로그-시간 변환기(21)는, 상기 전압, 저항 및 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 하나의 회로로 순차적으로 처리함에 있어, 서로 다른 크기의 전압값을 하나의 공급 회로에서 처리하기 위한 충전 스위치부(24) 및 방전 스위치부(25)를 포함하는 것이 좋다.
나아가, 상기 충전 스위치부(24)는, 상기 전압 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 전압 충전 스위치부(TVC), 상기 저항 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 저항 충전 스위치부(TRC), 상기 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 캐패시터 충전 스위치부(TCC)를 포함하며,
상기 방전 스위치부(25)는, 상기 전압 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 전압 방전 스위치부(TVD), 상기 저항 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 저항 방전 스위치부(TRD), 상기 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 캐패시터 방전 스위치부(TCD)를 포함하는 것이 좋다.
이와 같은 다양한 스위치들의 조작에 따라 도 5, 도 6, 도 7에 도시된 바와 같은 전압, 저항, 캐패시터 센서에 따른 각각의 독립적인 회로를 구성할 수 있게 되며, 하나의 회로 구조를 이용하여 각기 다른 전압, 저항, 캐패시터 센서를 순차적으로 읽어 들이고 이를 시간영역에서 디지털화하여 처리함으로써 칩의 사이즈 및 전력의 감소를 가져올 수 있고, 따라서 이는 다양한 생체 신호의 모니터링이 필요한 웨어러블 어플리케이션에 적합한 회로가 될 수 있다는 장점이 있다.
이와 같은 전압, 저항, 캐패시터 각각의 센서를 순차적으로 처리할 시에, 듀열-슬로프 적분기의 전압, 그리고 센서의 입력 신호에 따른 변환된 시간값에 대한 그래프가 도 8에 도시되어 있으며, 이를 오실로스코프로 측정한 결과가 도 9에 도시되어 있다.
각각의 센서로부터 변환된 시간값은 상기 시간-디지털 변환기(26)(TDC, Time to Digital Converter)의 하나 이상의 카운터를 이용하여 디지털화 시켜서 저장된다. 생체 신호의 주파수는 낮기 때문에 고속으로 처리할 필요가 없으므로 본 발명에 사용되는 카운터는 일반적인 카운터가 사용될 수 있다.
이와 같은 아날로그-시간 변환기(21)(ATC, Analog sensor signal to Time Converter) 및 시간-디지털 변환기(26)(TDC, Time to Digital Converter)에서의 회로를 조절할 수 있는 디지털 클록 생성기(70)(Digital Clock Generator)가 도 2에 도시되어 있다.
즉, 본 발명은 상기 시간-디지털 변환기(26)로부터 합산되어 출력되는 카운터 출력값을 전달받아 출력값이 중복되지 않도록 순차적으로 처리하여 디지털 클록을 생성하는 디지털 클록 생성기(70)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 디지털 클록 생성기(70)는 전력 소모를 줄이기 위하여, 카운터의 기준 클락과 같은 신호를 디바이더를 통해 주파수를 낮추어 주며, 그 후 존슨 카운터를 이용하여, 각 32개의 지연된 시간 신호를 생성하고 이를 AND gate와 OR gate를 조합하여, 디지털 클락 제어 신호를 생성하였다.
이에 대한 결과가 도 10에 도시되어 있다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이 저항 센서의 충전 과정(charging phase) 에서는 디지털 코드를 통하여 시간 조절이 가능하다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 회로를 측정하기 위한 실험 환경을 도시한 것이며, 각종 센서를 연결하여 측정하기 위해, 회로를 제어하기 위한 마이크로 컨트롤러(50) (MCU, micro control unit), 클락 생성 칩, 그리고 회로에 기준 전압 VREF를 생성할 전압 버퍼를 프린티드 서킷 보드(PCB)에 부착하였다.
이를 이용하여, 측정한 각 신호 파형들은 앞서 살핀 도 9 및 도 10과 같으며, 1.8 V의 전원을 이용하였을 때 각각의 전류 소모량은 다음의 표와 같다.
Components Current (μA)
Buffer 4.43
LDO 1
Chip Oscillator 447.57
Micro control unit 668
Proposed chip 1060
Total 2180
따라서 제안한 회로의 소모 전력은 1.9 mW 값을 가지며 이는 저항 또는 캐패시터 센서를 처리하는 종래의 타 기술에서의 소비전력과 비교했을 시에 더 낮은 소비 전력을 보이는 것을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같은 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로를 이용한 다양한 적용예로써, 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱 및 웨어러블 헬스 모니터링 시스템 등을 고려할 수 있다.
도 13 내지 도 16에 도시된 바와 같은 본 발명인 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로가 적용된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 일실시예를 설명하면 다음과 같다.
즉, 피에이치센서 및 유체채널이 도시된 면이 상처부위와 대면되는 부위고, 고정부는 상처부위에 부착된 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 최외곽부위이다.
따라서, 본 발명에서 상처부위를 아래로 두고 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱을 부착 한 것으로, 하면은 상처부위 방향이고, 상면은 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱 방향을 뜻한다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱(100)는 상처부위와 대면되도록 배치되고, 상처부위에서 발생되는 삼출물을 안내하도록 유체채널(121)이 형성된 판상형상의 액체 유도 패드(120), 상기 액체 유도 패드로부터 안내된 삼출물로부터 산성도를 측정하도록 상기 액체 유도 패드(120)의 상면에 배치된 피에이치센서(110), 상기 피에이치센서(110)를 통해 산성도가 측정된 삼출물을 흡수하도록 상기 피에이치센서(110) 및 상기 액체 유도 패드(120)의 상면에 배치된 거즈부(130), 상기 피에이치센서(110)와 상기 액체 유도 패드(120) 및 상기 거즈부(130)를 감싸도록 배치되어 상처부위로부터 고정시키도록 접착성을 갖는 소재로 구성된 고정부(140)를 제공한다.
보다 상세하게는, 상기 피에이치센서(110)는 유체의 pH를 측정하기 위한 센서로 액체의 pH에 의하여 수산화물의 이온화평형이 변화하는 것을 이용하는 안티몬 전극, 폴리염화비닐을 매트릭스로 하는 중성자 캐리어 유기감응물질을 사용하는 액체막형 전극, MOSFET의 금속 게이트 부분에 Al2O3나 Ta2O5 등의 무기절연막을 부착한 pH용 FET 센서, Li2O2를 포함한 pH감응 규산염 유리박막을 사용하는 유리전극 등으로 구성되는 센서이다.
또한, 상기 액체 유도 패드(120)는 상기 피에이치센서(110)의 하면에 배치되어 판상형상으로 형성되고, 상기 피에이치센서(110)로 삼출물을 안내하도록 홈형상의 유체채널(121)이 형성된다.
따라서, 삼출물은 유체채널(121)의 홈을 따라 상기 피에이치센서(110)로 유동된다.
또한, 거즈부(130)는 판상형상으로 상기 피에이치센서(110) 및 상기 액체 유도 패드(120)의 상면에 배치되고, 상처부위에서 발생되는 삼출물이 상기 피에이치센서(110)부를 거쳐 상기 거즈부(130)에 흡수되거나 과도한 삼출물의 생성 시 상기 거즈부(130)에서 삼출물을 흡수하게 된다.
또한, 상처부위에 상기 피에이치센서(110)와 상기 액체 유도 패드(120) 및 상기 거즈부(130)가 고정되어 일정한 위치를 유지할 수 있도록 접착성을 갖는 고정부(140)가 구비된다.
따라서, 상기 고정부(140)는 상기 피에이치센서(110)와 상기 액체 유도 패드(120) 및 상기 거즈부(130)가 일정한 위치를 유지하므로, 상처부위를 보호하고 외부로부터 오염되는 것을 방지하며 피에이치센서(110)가 상처부위의 산성도를 안정적으로 측정할 수 있도록 한다.
또한, 유체채널(121)은 상처부위와 대면되는 상기 액체 유도 패드(120) 일면의 가장자리에서 중심부로 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상의 홈으로 형성되고, 테이퍼진 형상으로 압력차가 발생되어 삼출물이 상기 액체 유도 패드(120)의 가장자리에서 중심부 측으로 안내되도록 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 액체 유도 패드(120)에는 가장자리에서 중심부로 폭이 좁아지는 테이퍼진 형상의 홈으로 형성된 유체채널(121)이 구비되어 상기 테이퍼진 형상의 홈을 따라 삼출물이 안내되고, 상기 피에이치센서(110)를 통해 안내된 삼출물의 산성도를 측정하도록 한다.
즉, 상기 유체채널(121)은 가장자리에서 중심부 측으로 폭이 좁아지는 형상에 의해 유체의 이동 시 압력이 증가되어 폭이 좁은 방향으로 유체가 이동하게되므로, 테이퍼진 형상의 홈의 일측에 발생된 삼출물이 상기 유체채널(121)의 테이퍼진 형상의 홈의 타측에 위치된 피에이치센서(110)로 유동되고, 상기 피에치이센서(110)는 유동된 삼출물의 산성도를 측정할 수 있다.
또한, 액체 유도 패드(120)의 중심부에는 상기 피에이치센서(110)가 배치되고, 상기 유체채널(121)을 통해 상기 피에이치센서(110) 측으로 삼출물이 안내될 수 있다.
보다 상세하게는, 액체 유도 패드(120)의 중심부에는 피에이치센서(110)가 배치되고, 상기 유체채널(121)은 가장자리에서 중심부로 갈수록 폭이 좁아지는 형상으로 형성되므로, 삼출물이 상기 액체 유도 패드(120)의 가장자리에서 중심부로 이동하게 되고, 상기 피에이치센서(110)가 중심부에 배치되므로, 상기 피에이치센서(110)와 떨어져 생성된 삼출물이 상기 유체채널(121)을 통해 안내되어 상기 피에이치센서(110) 측으로 유동될 수 있다.
따라서, 상기 피에이치센서(110)는 이와 떨어져 발생된 삼출물의 산성도를 측정함으로써 상처부위 전면의 감염 및 염증상태를 파악할 수 있다.
또한, 액체 유도 패드(120)의 중심부에는 관통홀(123)이 구비되고, 상기 관통홀(123)은 유체채널(121)을 통해 안내된 삼출물이 상기 피에이치센서(110)로 유입되는 통로역할 수행하도록 구비된 것일 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 액체 유도 패드(120)의 중심부에는 관통홀(123)이 구비되고, 상기 피에이치센서(110)는 상기 관통홀(123)에 위치하게 된다. 따라서, 상기 유체채널(121)을 통해 안내된 삼출물이 상기 관통홀(123)로 유입되어 최종적으로 상기 피에이치센서(110)로 유동되므로 삼출물의 산성도를 용이하게 측정할 수 있다.
즉, 유체채널(121)에 의해서 액체 유도 패드(120)의 중심부 측으로 삼출물이 안내되고, 상기 액체 유도 패드(120)의 중심부에 배치된 피에이치센서(110)로 삼출물이 이동하도록 관통홀(123)이 통로역할을 수행하게 된다.
한편, 피에이치센서(110)가 상처부위 전체에 균일하게 산성도를 측정하도록 상기 액체 유도 패드(120)의 일면에는 상기 피에이치센서(110)를 중심으로 방사형으로 다수의 유체채널(121)이 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 액체 유도 패드(120)는 상처부위에서 불특정하게 발생되는 삼출물을 상기 피에이치센서(110)로 안내하도록 상기 액체 유도 패드(120)의 일면에 상기 피에이치센서(110)를 중심으로 방사형으로 유체채널(121)이 형성된다.
따라서, 상처부위의 전면에 걸쳐 상기 유체채널(121)이 형성되어 불특정하게 발생되는 삼출물을 균일하게 안내할 수 있다.
또한, 삼출물이 상기 거즈부(130)로 배출되도록 상기 피에이치센서 및 상기 거즈부(130)는 배출부재(150)가 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 유체채널(121)에 의해서 상기 피에이치센서(110)로 안내된 삼출물은 pH가 측정된 후 거즈부(130)로 흡수되고, 새로운 삼출물이 안내되어 새로운 pH가 측정된다. 따라서, 지속적으로 새로운 삼출물의 pH가 측정되어 상처부위의 상태를 파악할 수 있도록 거즈부(130)로 삼출물의 흡수가 빠르게 진행되도록 상기 피에이치센서 및 상기 거즈부(130)는 배출부재(150)에 의해 연결된다.
상기 배출부재(150)는 상기 피에이치센서와 상기 거즈부(130)를 직접적으로 연결시키도록 소정의 길이의 막대형상으로 형성되고, 유체의 흡수가 용이하도록 거즈부(130)와 동일한 평직의 면직물로 구성되거나, 다공의 폴리우레탄 성분으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 배출부재(150)는 다양한 길이로 형성되므로 짧은 길이의 배출부재(150)는 상기 피에이치센서와 근접한 거즈부(130)에 흡수되고, 긴 길이의 배출부재(150)는 짧은 길이의 배출부재(150) 보다 비교적 먼 거리의 거즈부(130)에 흡수되므로, 상기 거즈부(130)의 흡수력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한, 액체 유도 패드(120)는 피부와 밀착되어 삼출물이 외부로 유실되지 않도록 외측면을 따라 돌기부(124)가 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 돌기부(124)는 상처부위와 대면되는 상기 액체 유도 패드(120)의 외측면을 따라 돌출되어 형성되고, 본 발명에 따른 액체 유도 패드를 구비한 드레싱(100)을 상처부위에 부착하였을 때 상처부위로부터 발생되는 삼출물이 외부로 유실되지 않도록 피부와 밀착되는 역할을 수행할 수 있다.
따라서, 상기 돌기부(124)가 피부와 밀착되므로, 삼출물이 외부로 유출되지 않고, 새로운 삼출물을 피에이치센서(110)로 지속적으로 유동시켜 산성도를 측정함으로써 상처부위의 상태를 모니터링할 수 있게 된다.
또한, 피에이치센서(110)는 삼출물의 산성도를 측정하여 감염 및 염증상태를 판단하도록 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 피에이치센서(110)는 삼출물의 산성도를 측정하고 산성도에 따라 상처부위의 감염 및 염증상태를 파악할 수 있다.
즉, 정상적인 상처의 pH 지수는 5.5~6.5를 나타내지만, 감염된 상처는 6.5 보다 큰 pH지수를 가진 따라서, 삼출물의 산성도를 측정하여 이에 따라 상처부위의 감염 및 염증상태를 파악할 수 있고, 상처부위의 상태가 악화되는 것을 방지 및 예방할 수 있다.
또한, 피에이치센서(110)는 온도센서(도시하지 않음)가 결합되고, 상기 온도센서는 상처부위의 온도를 측정하여 염증상태를 판단할 수 있다.
보다 상세하게는, 피에이치센서(110)에는 온도센서가 결합되고, 상기 온도센서는 상처부위 또는 삼출물의 온도를 측정할 수 있다. 일반적으로 상처 부위의 온도는 염증상태에 따라 변화되는데 상기 온도센서를 통해 상처부위 및 삼출물의 온도를 측정하여 염증상태를 파악할 수 있고, 상처부위의 상태가 악화되는 것을 방지 및 예방할 수 있다.
또한, 거즈부(130)는 삼출물이 흡수되도록 평직의 면직물로 구성되거나, 다공의 폴리우레탄 성분으로 구성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 거즈부(130)는 삼출물이 용이하게 흡수되고, 습윤환경을 유지하여 상처치유환경조성을 돕도록 평직의 면직물로 구성되거나, 다공의 폴리우레탄 성분으로 구성될 수 있다.
또한, 피에이치센서(110)에 전원을 공급하도록 상기 피에이치센서(110)와 전기적으로 연결된 전원부(도시하지 않음)가 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 전원부는 상기 피에이치센서(110)와 결합되어 전원을 공급하도록 상기 피에이치센서(110)의 일측에 구비될 수 있고, 상기 피에이치센서(110)가 전원부가 구비된 외부와 전기적으로 연결되어 전원을 공급받을 수 있다.
따라서, 상기 피에이치센서(110)는 전원부를 통해 전원공급받음으로써, 상처부위 및 삼출물의 산성도를 실시간으로 측정할 수 있다.
또한, 액체 유도 패드(120)를 구비한 드레싱은 무선통신장비를 통해 실시간으로 상처부위를 모니터링하도록 실시간 모니터링 드레싱이 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 실시간 모니터링 드레싱은 무선통신장비가 구비된 드레싱이 실시간으로 측정된 pH를 통해 상처부위의 상태를 파악하고 이를 무선통신장비로 송신 및 수신하여 실시간으로 상처부위를 모니터링할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱의 액체 유도 패드의 사시도 및 A의 부분확대도이다.
도 13 및 도 17을 참조하면, 상기 유체채널(321)은 일자홈형상으로 형성되고, 상기 일자홈의 측면에는 보조홈(322)이 형성되며, 상기 보조홈(322)은 상처부위에서 불특정하게 발생되는 삼출물을 균일하게 상기 피에이치센서(310)로 공급하도록 상기 일자홈의 측면에 다수 형성될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 액체 유도 패드(320)에는 유체채널(321)이 균일하게 형성되고, 상기 유체채널(321)의 일자홈의 측면에는 보조홈(322)이 추가로 형성되어 상처부위의 삼출물을 균일하게 안내할 수 있다.
즉, 상기 유체채널(321)의 일자홈의 측면에 형성된 보조홈(322)은 삼출물과 접촉될 수 있는 단면적을 증가시킴으로써, 상기 피에이치센서(310)로 삼출물을 균일하게 안내할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 센서부
20 : 인터페이스 칩 (Interface IC)
21 : 아날로그-시간 변환기(ATC, Analog sensor signal to Time Converter)
22 : 듀얼-슬로프 적분기(Dual Slope Integrator)
23 : 비교기 (Comparator)
24 : 충전 스위치부
25 : 방전 스위치부
26 : 시간-디지털 변환기(TDC, Time to Digital Converter)
30 : 교류 전원
40 : 저손실 타입 리니어 레귤레이터(LDO, Low Dropout)
50 : 마이크로 컨트롤러 (MCU, Micro Control Unit)
60 : 무선통신 유닛
70 : 디지털 클록 생성기 (Digital Clock Generator)
100, 200: 액체 유도 패드가 구비된 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱
110, 210: 피에이치센서
120, 220: 액체 유도 패드
121, 221: 유체채널
123: 관통홀
124: 돌기부
130: 거즈부
131: 수납홈
140: 고정부
150: 배출부재
222: 보조홈

Claims (12)

  1. 환자의 감염부위에 밀착하여 신체 신호를 감지하는 센서부;
    상기 센서부에서 감지한 신체 신호값을 전달받아 순차적으로 처리하고, 처리된 신호를 마이크로 컨트롤러로 전달하는 인터페이스 칩;
    상기 인터페이스 칩에 필요한 전원을 공급하는 교류 전원;
    상기 인터페이스 칩에서 요구되는 전원 값에 대응하여 낮은 전위차에서 동작하여 전원을 공급하는 저손실 타입 리니어 레귤레이터(Low Dropout); 및
    상기 마이크로 컨트롤러에 전달된 신호를 외부기기로 전달하고, 외부로부터 무선으로 전원을 공급받아 상기 저손실 타입 리니어 레귤레이터에 무선으로 전원을 공급하는 무선통신 유닛; 을 포함하며,
    상기 센서부는, 상기 신체 신호를 전압, 저항 및 캐패시터 타입 중 어느 하나의 센서로 감지하도록 이루어지며,
    상기 인터페이스 칩은, 상기 센서부에서 감지된 아날로그 신호를 전달받아 시간값으로 변환하는 아날로그-시간 변환기(ATC, Analog sensor signal to Time Converter) 및 상기 아날로그 신호 시간 변환기에서 변환된 시간값을 전달받아 디지털 값으로 변환하는 시간-디지털 변환기(TDC, Time to Digital Converter)를 포함하며,
    상기 전압, 저항 및 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 상기 아날로그-시간 변환기에 의하여 시간값으로 변환하고, 상기 아날로그 신호 시간 변환기에서 변환된 시간값을 상기 시간-디지털 변환기에 의하여 디지털 값으로 변환하는 과정은 시분할 다중화 방식을 이용하여 하나의 회로로 순차적으로 처리하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 아날로그-시간 변환기는,
    상기 센서부에서 감지된 다양한 신호에 대응하는 전압을 연산하여 출력 전압을 도출하는 듀얼-슬로프 적분기(Dual-Slope Integrator) 및 상기 듀얼-슬로프 적분기에서 도출된 출력 전압을 시간값으로 변환시키는 비교기(Comparator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  5. 제1항에 있어서, 상기 시간-디지털 변환기는,
    상기 아날로그-시간 변환기에서 변환된 서로 다른 시간값을 복수의 카운터에서 전달받은 후, 상기 복수의 카운터의 출력값을 합산하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 아날로그-시간 변환기는,
    상기 전압, 저항 및 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 하나의 회로로 순차적으로 처리함에 있어, 서로 다른 크기의 전압값을 하나의 공급 회로에서 처리하기 위한 충전(charging) 스위치부 및 방전(discharging) 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  8. 제7항에 있어서, 상기 충전 스위치부는,
    상기 전압 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 전압 충전 스위치부(TVC), 상기 저항 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 저항 충전 스위치부(TRC), 상기 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 캐패시터 충전 스위치부(TCC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  9. 제7항에 있어서, 상기 방전 스위치부는,
    상기 전압 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 전압 방전 스위치부(TVD), 상기 저항 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 저항 방전 스위치부(TRD), 상기 캐패시터 타입의 센서로 감지된 값을 시간값으로 변환 처리하도록 회로를 구성하기 위한 캐패시터 방전 스위치부(TCD)를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시간-디지털 변환기로부터 합산되어 출력되는 카운터 출력값을 전달받아 출력값이 중복되지 않도록 순차적으로 처리하여 디지털 클록을 생성하는 디지털 클록 생성기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로.
  11. 제1항의 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로를 적용한 창상 감염 모니터링용 스마트 드레싱.
  12. 제1항의 헬스 모니터링용 센서 인터페이스 회로를 적용한 웨어러블 헬스 모니터링 시스템.

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