KR102502453B1 - 저전력 기기의 전력 제어 방법 및 이를 수행하는 저전력 기기 - Google Patents

저전력 기기의 전력 제어 방법 및 이를 수행하는 저전력 기기 Download PDF

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Abstract

저전력 기기의 전력 제어 방법 및 이를 수행하는 저전력 기기가 개시된다. 개시된 저전력 기기의 전력 제어 방법은 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 센싱 데이터를 획득하고, 저전력 기기의 외부에 위치하는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 센싱 데이터를 획득하는 동작보다 전력 소모가 큰 동작을 수행한다.

Description

저전력 기기의 전력 제어 방법 및 이를 수행하는 저전력 기기{METHOD FOR CONTROLLING POWER ON LOW POWER DEVICE AND LOW POWER DEVICE PERFORMING THE SAME}
아래 실시예들은 저전력 기기의 전력 제어 방법 및 이를 수행하는 저전력 기기에 관한 것이다.
최근 무선 전력 전송 기술의 효율이 증가함에 따라 무선 전력 전송 기술이 다양한 분야에서 이용되고 있다. 일례로, 생체 삽입형 신경 자극기에 무선 전력 전송 기술이 적용되어, 인체 내 삽입된 신경 자극기의 배터리 방전으로 인한 잦은 수술이 억제되고 있다. 다만, 생체 삽입형 신경 자극기의 배터리를 무선 전력 전송 기술로 충전할 때 에너지 손실이 발행하여, 전체적인 에너지 효율이 높지 않다.
일실시예에 따른 저전력 기기(low-power device)의 전력 제어 방법은 상기 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 센싱 데이터를 획득하는 단계; 및 상기 저전력 기기의 외부에 위치하는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여, 상기 센싱 데이터를 획득하는 동작보다 전력 소모가 큰 동작을 수행하는 단계를 포함한다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 센싱 데이터는 사용자에 대한 신경 신호(neural signal)를 포함하고, 상기 전력 소모가 큰 동작을 수행하는 단계는 상기 신경 신호에 기초하여 상기 사용자로 자극 신호(stimulating signal)를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 생성된 상기 자극 신호를 출력할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 자극 신호는 상기 내부 배터리에 저장된 전력에 독립적(independent)으로 생성될 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 전력 소모가 큰 동작을 수행하는 단계는 상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 슈퍼 커패시터에 저장하고, 상기 슈퍼 커패시터에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 상기 슈퍼 커패시터에 저장된 전력에 기반하여 생성된 상기 자극 신호를 출력할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법은 상기 신경 신호에 기초하여 상기 자극 신호를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 무선 통신을 통해 상기 외부 기기로 무선 전력 전송에 대한 요청을 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 외부 기기는 상기 저전력 기기로부터 상기 무선 전력 전송에 대한 요청이 수신되면, 상기 외부 기기를 상기 저전력 기기에 근접하게 위치시키라는 메시지를 상기 사용자로 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 저전력 기기는 상기 사용자의 신체에 삽입(implant)될 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 센싱 데이터는 상기 저전력 기기가 위치한 환경에 대한 측정 데이터를 포함하고, 상기 전력 소모가 큰 동작을 수행하는 단계는 상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 전력 소모가 큰 동작을 수행하는 단계는 상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 슈퍼 커패시터에 저장하고, 상기 슈퍼 커패시터에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 상기 슈퍼 커패시터에 저장된 전력에 기반하여 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 전력 제어 방법에서 상기 전력 소모가 큰 동작을 수행하는 단계는 상기 외부 기기로부터 무선 전력이 수신되거나 또는 상기 외부 기기로부터 무선 전력이 상기 측정 데이터에 대한 요청과 함께 수신되면, 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송할 수 있다.
일실시예에 따른 저전력 기기는 프로세서; 및 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어를 포함하는 메모리를 포함하고, 상기 적어도 하나의 명령어가 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 상기 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 구동된 센서를 통해 센싱 데이터를 획득하고, 상기 저전력 기기의 외부에 위치하는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하고 상기 센서보다 전력 소모가 큰 동작을 명령한다.
도 1은 일실시예에 따른 저전력 기기 및 외부 기기를 나타낸다.
도 2는 일실시예에 따른 저전력 기기 및 외부 기기의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따라 의료 기기에 해당하는 저전력 기기의 동작 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 다른 일실시예에 따라 저전력 기기 및 외부 기기의 블록도를 나타낸 도면이다.
도 5는 일실시예에 따른 저전력 기기의 전력 제어 방법을 나타낸 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
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.
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.
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.
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.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 실시예의 범위가 본문에 설명된 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타내며, 공지된 기능 및 구조는 생략하도록 한다.
도 1은 일실시예에 따른 저전력 기기 및 외부 기기를 나타낸다.
일실시예에 따른 저전력 기기(110)는 내부 배터리에 저장된 전력과 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 구동한다. 저전력 기기(110)는 수행 가능한 동작들 중 전력 소모가 작은 동작을 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 수행하고, 전력 소모가 큰 동작을 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 수행할 수 있다.
만약 저전력 기기(110)가 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 전력 소모가 큰 동작을 수행하게 된다면, 내부 배터리의 공칭 방전 전류(nominal discharge current)의 불만족 및 내부 배터리의 잦은 방전으로 내부 배터리의 수명(life time)이 급격히 줄어들게 된다. 따라서, 전력 소모가 작은 동작만 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 수행하고, 전력 소모가 큰 동작은 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 수행함으로써, 내부 배터리의 재충전(recharge) 횟수를 최소화하고, 내부 배터리의 수명을 최대화시키며, 단대단(end-to-end) 무선 전송 전력의 효율을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따른 저전력 기기(110)는 사용자의 신체에 삽입(implant)되는 의료 기기(예컨대, 신경 자극기 등)일 수 있다. 저전력 기기(110)는 사용자의 신경 신호(neural signal)를 획득하고, 신경 신호에 기초하여 자극이 필요한지 여부를 판단하며, 만약 자극이 필요한 경우 자극 신호(stimulating signal)를 생성하여 사용자로 출력할 수 있다.
여기서, 사용자의 신경 신호를 획득하는 동작, 신경 신호에 기초하여 자극이 필요한지 여부를 판단하는 동작은 전력 소모(예컨대, 수십
Figure 112017093411156-pat00001
)가 작은 반면, 자극 신호를 생성하여 사용자로 출력하는 동작은 전력 소모(예컨대, 수십 mW)가 클 수 있다. 따라서, 저전력 기기(110)는 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 사용자의 신경 신호를 획득하는 동작과 신경 신호에 기초하여 자극이 필요한지 여부를 판단하는 동작을 수행할 수 있다. 저전력 기기(110)는 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 자극 신호를 생성하여 사용자로 출력하는 동작을 수행할 수 있다.
예를 들어, 신경 신호는 심전도(ECG; electrocardiography) 신호, 뇌파(EEG; electroencephalography) 신호 등 다양한 생체 전기 신호를 포함할 수 있다. 신경 신호가 심전도 신호인 경우, 저전력 기기(110)는 내부 배터리의 전력에 기반하여 사용자의 심전도 신호를 모니터링할 수 있다. 이 때 부정맥이 검출되면, 저전력 기기(110)는 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 자극 신호를 생성하여 사용자로 출력함으로써 사용자의 심장 박동수를 조절할 수 있다.
또한, 신경 신호가 뇌파 신호인 경우, 저전력 기기(110)는 내부 배터리의 전력에 기반하여 사용자의 뇌파 신호를 모니터링할 수 있다. 이 때 간질 증상이 검출되면, 저전력 기기(110)는 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 자극 신호를 생성하여 사용자로 출력함으로써 간질 증상을 억제시킬 수 있다.
다른 일실시예에 따른 저전력 기기(110)는 무선 통신이 가능한 IoT(Internet of Things) 장치(예컨대, 신선 식품 모니터링 장치 등)일 수 있다. 저전력 기기(110)는 해당 저전력 기기(110)가 위치한 환경에 대한 측정 데이터를 획득하고, 획득한 측정 데이터를 외부 기기(120)로 전송할 수 있다.
여기서, 측정 데이터를 획득하는 동작은 전력 소모(예컨대, 수십
Figure 112017093411156-pat00002
)가 작은 반면, 측정 데이터를 외부 기기(120)로 전송하는 동작은 전력 소모(예컨대, 수십 mW)가 클 수 있다. 따라서, 저전력 기기(110)는 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 측정 데이터를 동작을 수행하고, 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 측정 데이터를 외부 기기(120)로 전송할 수 있다.
예를 들어, 측정 데이터는 저전력 기기(110)가 배치된 환경에 대한 온도, 습도, 조도, 초음파, SAR(Synthetic Aperture Radar), 레이더, 위치, 모션, 영상 등의 물리적 센서 데이터를 포함할 수 있다. 저전력 기기(110)는 내부 배터리의 전력에 기반하여 주기적으로 또는 이벤트에 기반으로 측정 데이터를 수집하여, 내장된 RAM(random access memory) 또는 플래시 메모리에 저장할 수 있다.
일실시예에 따른 외부 기기(120)는 무선 전송을 통해 저전력 기기(110)로 전력을 제공하는 전력 소스 장치일 수 있다. 예를 들어, 외부 기기(120)는 무선 전력 전송이 가능한 스마트 폰, 태블릿 컴퓨터, 휴대용 배터리, 웨어러블 장치 등 다양한 형태의 제품으로 구현될 수 있다.
일실시예에 따라 저전력 기기(110)와 외부 기기(120) 간에는 양방향 무선 데이터 링크 및 단방향 무선 전력 링크가 설정될 수 있다. 양방향 무선 데이터 링크를 통해, 저전력 기기(110)는 외부 기기(120)로 무선 전력 전송에 대한 요청 또는 측정 데이터를 전송하거나, 측정 데이터에 대한 요청을 수신할 수 있다. 단방향 무선 전력 링크를 통해, 저전력 기기(110)는 외부 기기(120)로부터 무선 전송된 전력을 수신할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 저전력 기기 및 외부 기기의 블록도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따른 저전력 기기(210)는 사용자의 신체에 삽입되는 의료 기기로서, 모니터링 블록(monitoring block)(211)과 자극 블록(simulating block)(213)을 포함할 수 있다.
모니터링 블록(211)은 사용자의 신경 신호를 획득하는 부분으로, 약 수십
Figure 112017093411156-pat00003
의 전력을 소모할 수 있다. 신경 인터페이스(neural interface)는 사용자의 신체 직접적으로 접촉되는 전극으로, 센싱 AFE(sensing AFE)는 신경 인터페이스를 통해 신경 신호를 획득하는 AFE-아날로그 전단(AFE-analog front-end)일 수 있다. 센싱 AFE는 신경 인터페이스의 임피던스(impedance), 다이나믹 레인지(dynamic range) 등을 고려하여, 신경 인터페이스에 입력된 아날로그 형태의 전기 신호를 디지털 신호로 변환함으로써 신경 신호를 획득할 수 있다. 신경 인터페이스에 입력된 전기 신호는 매우 작은 신호로서, 센싱 AFE는 매우 작은 신호를 정확하게 측정할 수 있는 ADC(Analog-Digital Convertor)의 일종일 수 있다.
제1 프로세서는 센싱 AFE에서 획득된 신경 신호가 정상 상태(normal state)인지 여부를 판단하는 MCU(Micro Controller Unit)일 수 있다. 예를 들어, 제1 프로세서는 신경 신호의 파형이 정상 파형에 해당되는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 신경 신호가 정상 상태가 아닌 것으로 판단되면, 제1 프로세서는 외부 기기(220)로부터의 무선 전력 전송이 필요한 것으로 결정할 수 있다. 반대로 신경 신호가 정상 상태인 것으로 판단되면, 제1 프로세서는 계속해서 신경 신호를 모니터링할 수 있다.
제1 무선 RF 트랜시버(first wireless RF transceiver)는 외부 기기(220)의 제2 무선 RF 트랜시버와 무선 통신을 통해 데이터를 주고 받을 수 있다. 제1 프로세서에서 외부 기기(220)로부터 무선 전력 전송이 필요한 것으로 결정되면, 제1 무선 RF 트랜시버는 외부 기기(220)로 무선 전력 전송에 대한 요청을 전송할 수 있다. 예를 들어, 제1 무선 RF 트랜시버는 MICS(Medical Implant Communication Service), NFC(Near Field Communication), RF(Radio Frequency) 등을 통해 외부 기기(220)의 제2 무선 RF 트랜시버와 무선 통신을 수행할 수 있다.
이 때, 제1 무선 RF 트랜시버가 무선 통신을 수행하기 위해서는 일정한 전력이 필요할 수 있으며, 이러한 일정한 전력이 제1 배터리로부터 즉시 이용 가능하기 어려울 수 있다. 따라서, 무선 통신을 수행하기 위해 요구되는 전력이 제1 배터리로부터 제1 슈퍼 커패시터(first super capacitor)에 축적될 수 있으며, 제1 무선 RF 트랜시버는 제1 슈퍼 커패시터에 저장된 전력을 이용하여 무선 통신을 수행할 수 있다.
제1 배터리는 저전력 기기(210)의 내부 배터리로서, 모니터링 블록(211)을 구동시키기 위한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 제1 배터리는 제1 BMU(Battery Management Unit)에 의해 외부 기기(220)로부터 무선 전송된 전력에 기초하여 충전될 수도 있다. 예를 들어, 제1 BMU는 필름 배터리(film battery), 고체 배터리(solid state battery), 칩 배터리(chip battery) 등의 초소형 배터리일 수 있다. 제1 BMU는 제1 배터리의 충전 상태를 모니터링하다가 제1 배터리에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 값 이하로 떨어지면, 외부 기기(220)로부터 무선 전송되는 전력을 이용하여 제1 배터리를 충전시킬 수 있다.
외부 기기(220)의 제2 무선 RF 트랜시버는 저전력 기기(210)의 제1 무선 RF 트랜시버로부터 무선 전력 전송에 대한 요청을 수신할 수 있다. 제2 무선 RF 트랜시버도 MICS, NFC, RF 등을 통해 저전력 기기(210)의 제1 무선 RF 트랜시버와 무선 통신을 수행할 수 있다.
제2 프로세서는 저전력 기기(210)로부터 수신된 무선 전력 전송에 대한 요청을 검증할 수 있다. 예를 들어, 제2 프로세서는 무선 전력 전송에 대한 요청이 정상적인 요청인지를 검증하는 MCU일 수 있다.
제2 프로세서는 무선 전력 전송에 대한 요청이 정상적인 요청인 것으로 판단되면, 외부 기기(220)를 저전력 기기(210)에 근접하게 위치시키라는 메시지를 사용자로 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 프로세서는 메시지를 외부 기기(220)의 디스플레이에 표시하거나, 메시지를 음성 신호로 출력하거나, 또는 일정한 진동 패턴을 외부 기기(220)를 저전력 기기(210)에 근접하게 위치시키라는 메시지로 출력할 수도 있다.
무선 전력 전송기(wireless power transmitter)는 무선 전력 전송을 위해 WPT(Wireless Power Transfer) 안테나에 전력을 공급하는 회로일 수 있다. 무선 전력 전송기는 제2 배터리에 저장된 전력을 제2 BMU를 통해 제공받아 무선 전력 전송을 수행할 수 있다.
외부 기기(220)는 사용자의 신체 밖에 부착되거나 또는 필요할 때마다 신체 표면에 밀착시켜 무선 전력을 저전력 기기(210)로 전송할 수 있다.
저전력 기기(210)의 자극 블록(213)은 사용자로 자극 신호를 출력하는 부분으로, 약 수십 mW의 전력을 소모할 수 있다. 무선 전력 수신기(wireless power receiver)는 무선 전력 전송기로부터 무선 전송된 전력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 정류기(rectifier) 등 무선 전송된 전력을 수신하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
제2 슈퍼 커패시터는 무선 전력 수신기에서 수신된 전력에 의해 충전될 수 있다. 제2 슈퍼 커패시터는 충전된 전력이 미리 결정된 임계 전력에 도달할 때까지 충전을 수행할 수 있으며, 미리 결정된 임계 전력에 도달하면 구동 AFE(driving AFE)에 전력을 공급하여 동작시킬 수 있다.
구동 AFE는 제2 슈퍼 커패시터에 저장된 전력에 기반하여 자극 신호를 생성하여 신경 인터페이스를 통해 사용자로 출력할 수 있다. 구동 AFE는 신경 인터페이스의 임피던스, 다이나믹 레인지 등을 고려하여 자극 신호를 생성하고, 디지털 형태의 자극 신호를 아날로그 형태로 변환하여 출력하는 DAC(Digital-Analog Converter)의 일종일 수 있다. 구동 AFE는 신경 자극기, 심장 자극기, 뇌파 자극기 등이 될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따라 의료 기기에 해당하는 저전력 기기의 동작 방법을 나타낸 도면이다.
단계(310)에서, 저전력 기기는 저전력 기기에 포함된 블록들을 초기화(peripherals initialization)할 수 있다. 예를 들어, 저전력 기기는 센싱 AFE의 이득(gain), 프로세서의 동작 속도 등을 초기화할 수 있다.
단계(320)에서, 저전력 기기는 센싱 AFE를 통해 신경 신호를 획득할 수 있다. 저전력 기기는 심전도 신호, 뇌파 신호 등을 포함하는 신경 신호를 주기적으로 또는 이벤트에 기반하여 획득할 수 있다. 예를 들어, 저전력 기기는 미리 결정된 주기마다 신경 신호를 획득할 수 있다. 또는, 저전력 기기는 특정 이벤트(예컨대, 신경 신호의 급격한 변화 등)가 발생할 때마다 신경 신호를 획득할 수 있다.
단계(330)에서, 저전력 기기는 신경 신호에 기초하여 알람 검출 알고리즘을 수행할 수 있다. 여기서, 알람은 신경 신호가 비정상 상태임을 나타내는 것으로서, 저전력 기기는 신경 신호가 정상 상태인지를 판단함으로써 알람을 검출할 수 있다.
단계(340)에서, 저전력 기기는 알람이 검출되었는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 신경 신호는 정상 상태로 판단되면 알람이 검출되지 않고, 단계(320)로 되돌아가 신경 신호를 다시 획득할 수 있다.
만약 신경 신호가 비정상 상태로 판단되어 알람이 검출된 경우, 단계(350)에서 저전력 기기는 무선 통신을 통해 외부 기기로 무선 전력 전송에 대한 요청을 전송할 수 있다. 무선 전력 전송에 대한 요청이 수신되면, 외부 기기는 저전력 기기로 전력을 무선 전송할 수 있다.
단계(360)에서, 저전력 기기는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 이용하여 슈퍼 커패시터를 충전시킬 수 있고, 슈퍼 커패시터에 충전된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 슈퍼 커패시터에 충전된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하지 않는 경우, 단계(370)에서 저전력 기기는 일정 시간 대기할 수 있다. 그 후, 저전력 기기는 다시 슈퍼 커패시터에 충전된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는지 여부를 판단할 수 있다.
만약 슈퍼 커패시터에 충전된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우, 단계(380)에서 저전력 기기는 슈퍼 커패시터에 충전된 전력에 기반하여 구동 AFE를 구동시켜 자극 신호를 생성하여 신경 인터페이스를 통해 출력할 수 있다.
단계(390)에서, 저전력 기기는 자극 신호를 미리 결정된 개수 N만큼 출력하였는지 판단하고, 만약 자극 신호의 출력 횟수가 미리 결정된 개수 N보다 작을 경우, 단계(380)로 돌아가 자극 신호를 출력할 수 있다. 만약 자극 신호의 출력 횟수가 미리 결정된 개수 N에 해당할 경우, 저전력 기기는 자극 모드를 종료하고, 다시 신경 신호 모니터링 모드로 동작할 수 있다.
도 4는 다른 일실시예에 따라 저전력 기기 및 외부 기기의 블록도를 나타낸 도면이다.
다른 일실시예에 따른 저전력 기기(410)는 무선 통신이 가능한 IoT 장치로서, 모니터링 블록(411)과 리포팅 블록(reporting block)(413)을 포함할 수 있다.
모니터링 블록(411)은 저전력 기기(410)가 위치한 환경에 대한 측정 데이터를 획득하는 부분으로, 약 수십
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의 전력을 소모할 수 있다. 센싱 AFE는 저전력 기기(410)가 배치된 환경에 대한 온도, 습도, 조도, 초음파, SAR, 레이더, 위치, 모션, 영상 등의 물리적 센서 데이터를 측정 데이터로 획득할 수 있다. 센싱 AFE는 주기적으로 또는 이벤트에 기반하여 측정 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 센싱 AFE는 미리 결정된 주기마다 측정 데이터를 획득할 수 있다. 또는 센싱 AFE는 특정 이벤트(예컨대, 온도, 습도, 조도, 초음파, SAR, 레이더, 위치, 모션, 영상 등의 급격한 변화 등)가 발생할 때마다 측정 데이터를 획득할 수 있다.
제1 프로세서는 센싱 AFE를 통해 수집된 측정 데이터를 내부 메모리에 저장할 수 있다. 또한, 제1 프로세서는 외부 기기(420)로부터 무선 전력이 수신되거나 또는 외부 기기(420)로부터 무선 전력이 측정 데이터에 대한 요청과 함께 수신되면 내부 메모리에 저장된 측정 데이터의 무선 전송을 명령할 수 있다.
센싱 AFE와 제1 프로세서는 제1 배터리에 기반하여 구동할 수 있다. 제1 배터리는 저전력 기기(410)에 내장된 내부 배터리일 수 있다. 제1 BMU는 제1 배터리의 충전 상태를 고려하여 외부 기기(420)로부터 무선 전송된 전력을 이용하여 제1 배터리를 충전할 수 있다.
리포팅 블록(413)은 측정 데이터를 외부 기기(420)로 무선 통신을 통해 전송하는 부분으로, 약 수십 mW의 전력을 소모할 수 있다. 무선 전력 수신기는 외부 기기(420)로부터 무선 전송된 전력을 수신할 수 있다. 무선 전력 수신기를 통해 수신된 전력은 슈퍼 커패시터에 충전될 수 있다.
슈퍼 커패시터에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전압을 초과하면, 제1 무선 RF 트랜시버는 슈퍼 커패시터에 저장된 전력에 기반하여 측정 데이터를 외부 기기(420)의 제2 무선 RF 트랜시버로 전송할 수 있다. 제1 무선 RF 트랜시버는 블루투스, Zigbee, WiFi 등 다양한 무선 통신 링크를 통해 측정 데이터를 외부 기기(420)의 제2 무선 RF 트랜시버로 전송할 수 있다.
그 밖에, 저전력 장치(410) 및 외부 기기(420)에 대해서는 앞선 설명들이 적용될 수 있으므로, 보다 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 일실시예에 따른 저전력 기기의 전력 제어 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 저전력 기기의 프로세서에 의해 수행되는 전력 제어 방법이 도시된다.
단계(510)에서, 저전력 기기는 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 센싱 데이터를 획득한다. 일실시예에 따라 저전력 기기가 의료 기기인 경우, 센싱 데이터는 사용자에 대한 신경 신호를 포함할 수 있다. 다른 일실시예에 따라 저전력 기기가 IoT 장치인 경우, 센싱 데이터는 저전력 기기가 위치한 환경에 대한 측정 데이터를 포함할 수 있다.
단계(520)에서, 저전력 기기는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여, 센싱 데이터를 획득하는 동작보다 전력 소모가 큰 동작을 수행한다.
일실시예에 따라 저전력 기기가 의료 기기인 경우, 저전력 기기는 신경 신호에 기초하여 사용자로 자극 신호를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 생성된 자극 신호를 출력할 수 있다. 여기서 자극 신호는 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 독립적으로 생성될 수 있다. 다시 말해, 저전력 기기가 자극 신호를 생성할 때, 내부 배터리에 저장된 전력이 이용되지 않는다.
또한, 저전력 기기는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 슈퍼 커패시터에 저장하고, 슈퍼 커패시터에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 슈퍼 커패시터에 저장된 전력에 기반하여 생성된 자극 신호를 출력할 수 있다.
다른 일실시예에 따라 저전력 기기가 IoT 장치인 경우, 저전력 기기는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 측정 데이터를 외부 기기로 전송할 수 있다. 또한, 저전력 기기는 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 슈퍼 커패시터에 저장하고, 슈퍼 커패시터에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 슈퍼 커패시터에 저장된 전력에 기반하여 측정 데이터를 외부 기기로 전송할 수 있다.
도 5에 도시된 각 단계들에는 도 1 내지 도 4를 통하여 전술한 사항들이 그대로 적용되므로, 보다 상세한 설명은 생략한다.
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, 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 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 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.

Claims (20)

  1. 저전력 기기(low-power device)의 전력 제어 방법에 있어서,
    상기 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 제1 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 저전력 기기의 외부에 위치하는 외부 기기로부터 무선 전송되어 상기 저전력 기기의 저장 엘리먼트에 저장된 전력에 기반하여, 제2 동작을 수행하는 단계
    를 포함하고,
    상기 저장 엘리먼트로부터의 제2 전력 소모는 상기 내부 배터리로부터의 제1 전력 소모보다 큰, 전력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 동작은 센싱 데이터를 획득하는 동작이고,
    상기 센싱 데이터는 사용자에 대한 신경 신호(neural signal)를 포함하고,
    상기 제2 동작을 수행하는 단계는
    상기 신경 신호에 기초하여 상기 사용자로 자극 신호(stimulating signal)를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 생성된 상기 자극 신호를 출력하는, 전력 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자극 신호는 상기 내부 배터리에 저장된 전력에 독립적(independent)으로 생성되는, 전력 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 동작을 수행하는 단계는
    상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 상기 저장 엘리먼트에 저장하고, 상기 저장 엘리먼트에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 상기 저장 엘리먼트에 저장된 전력에 기반하여 생성된 상기 자극 신호를 출력하는, 전력 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 신경 신호에 기초하여 상기 자극 신호를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 무선 통신을 통해 상기 외부 기기로 무선 전력 전송에 대한 요청을 전송하는 단계
    를 더 포함하는, 전력 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부 기기는
    상기 저전력 기기로부터 상기 무선 전력 전송에 대한 요청이 수신되면, 상기 외부 기기를 상기 저전력 기기에 근접하게 위치시키라는 메시지를 상기 사용자로 제공하는, 전력 제어 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 저전력 기기는 상기 사용자의 신체에 삽입(implant)되는, 전력 제어 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 센싱 데이터는 상기 저전력 기기가 위치한 환경에 대한 측정 데이터를 포함하고,
    상기 제2 동작을 수행하는 단계는
    상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송하는, 전력 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 동작을 수행하는 단계는
    상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 저장 엘리먼트에 저장하고, 상기 저장 엘리먼트에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 상기 저장 엘리먼트에 저장된 전력에 기반하여 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송하는, 전력 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 동작을 수행하는 단계는
    상기 외부 기기로부터 무선 전력이 수신되거나 또는 상기 외부 기기로부터 무선 전력이 상기 측정 데이터에 대한 요청과 함께 수신되면, 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송하는, 전력 제어 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.
  12. 저전력 기기에 있어서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 의해 실행 가능한 적어도 하나의 명령어를 포함하는 메모리
    를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 명령어가 상기 프로세서에서 실행되면, 상기 프로세서는 상기 저전력 기기의 내부 배터리에 저장된 전력에 기반하여 제1 동작을 수행하고, 상기 저전력 기기의 외부에 위치하는 외부 기기로부터 무선 전송되어 상기 저전력 기기의 저장 엘리먼트에 저장된 전력에 기반하여 제2 동작을 수행하고,
    상기 저장 엘리먼트로부터의 제2 전력 소모는 상기 내부 배터리로부터의 제1 전력 소모보다 큰,
    저전력 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 동작은 센싱 데이터를 획득하는 동작이고,
    상기 센싱 데이터는 사용자에 대한 신경 신호를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 신경 신호에 기초하여 상기 사용자로 자극 신호를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 상기 자극 신호를 출력하도록 명령하는, 저전력 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 자극 신호는 상기 내부 배터리에 저장된 전력에 독립적으로 생성되는, 저전력 기기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 저장하는 저장 엘리먼트
    를 더 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 저장 엘리먼트에 저장된 전력이 미리 결정된 임계 전력을 초과하는 경우 상기 저장 엘리먼트에 저장된 전력에 기반하여 생성된 상기 자극 신호가 출력되도록 명령하는, 저전력 기기.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 신경 신호에 기초하여 상기 자극 신호를 출력할 필요가 있는 것으로 판단된 경우, 무선 통신을 통해 상기 외부 기기로 무선 전력 전송에 대한 요청을 전송하는, 저전력 기기.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 저전력 기기는 상기 사용자의 신체에 삽입(implant)되는, 저전력 기기.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 센싱 데이터는 상기 저전력 기기가 위치한 환경에 대한 측정 데이터를 포함하고,
    상기 프로세서는
    상기 외부 기기로부터 무선 전송된 전력에 기반하여 상기 측정 데이터를 상기 외부 기기로 전송하도록 명령하는, 저전력 기기.
  19. 내부 배터리;
    외부 기기로부터 무선 전송된 전력을 저장하는 저장 엘리먼트; 및
    각 동작에 의해 소비되는 전력에 기초하여 상기 내부 배터리 및 상기 저장 엘리먼트 중 하나 또는 둘의 조합으로부터의 전력을 이용하여 동작을 수행하는 프로세서
    를 포함하는
    저전력 기기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 저장 엘리먼트는 상기 내부 배터리와 분리된,
    저전력 기기.
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