KR20200095271A - Bioelectrical amplifier with tunable bandwidth - Google Patents

Abstract

According to the present invention, a bioelectrical signal amplifier capable of adjusting a bandwidth comprises: an input capacitor; an operational amplifier in which the input capacitor and an input terminal are connected with a bioelectrical signal; a negative feedback capacitor formed of negative feedback for the operational amplifier; and a switched capacitor circuit connected to input and output terminals of the operational amplifier and driven through one clock signal.

Description

대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기{BIOELECTRICAL AMPLIFIER WITH TUNABLE BANDWIDTH}Bioelectric signal amplifier with adjustable bandwidth{BIOELECTRICAL AMPLIFIER WITH TUNABLE BANDWIDTH}

본 발명은 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 생체전기신호를 증폭함에 있어, 신호대역 조절 특성의 신뢰성을 높이면서, 소형으로 구현할 수 있는 생체전기신호 증폭기에 관한 것이다. The present invention relates to a bioelectrical signal amplifier capable of adjusting a bandwidth, and more particularly, to a bioelectrical signal amplifier that can be implemented in a small size while increasing the reliability of a signal band control characteristic in amplifying a bioelectrical signal.

바이오 일렉트로닉스(bio-electronics)의 발전에 따라, ECG/ECK, EMG와 같은 생체전기신호(bioelectric signal)를 검출하는 의료기기 및 진단기기가 개발되었고, EEG, ECoG, LFP, AP와 같은 뇌의 생체전기신호를 검출하고자 하는 분석 및 의료 기기들의 개발이 진행 중에 있다.With the development of bio-electronics, medical devices and diagnostic devices that detect bioelectric signals such as ECG/ECK and EMG have been developed, and the living body of the brain such as EEG, ECoG, LFP, and AP. Analysis and development of medical devices to detect electrical signals are in progress.

하지만 종래 기술의 경우 획득되는 생체전기신호에 왜곡이 발생하거나, 생체전기신호 증폭기를 집적회로로 구현시 칩 면적이 크게 증가하거나 이용 가능한 주파수 대역이 제한되는 문제가 있었다.However, in the case of the prior art, there is a problem that distortion occurs in the obtained bioelectrical signal, or when the bioelectrical signal amplifier is implemented as an integrated circuit, the chip area is greatly increased or the usable frequency band is limited.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일부 실시예는 저전력, 초소형 생체전기신호 증폭기를 직접회로로 구현함에 있어, 증폭기에 내장된 하이 패스 필터(high-pass filter) 대역을 공정, 온도 및 전원전압 편차에 둔감하도록 하여 신호 처리 신뢰성을 높이면서 초소형, 저전력으로 동작할 수 있는 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, in some embodiments of the present invention, in implementing a low-power, ultra-miniature bioelectric signal amplifier as an integrated circuit, a high-pass filter built into the amplifier It is an object of the present invention to provide a bioelectrical signal amplifier capable of adjusting a bandwidth capable of operating at a very small size and low power while increasing signal processing reliability by making the band insensitive to variations in process, temperature and power supply voltage.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기는 입력 커패시터, 상기 입력 커패시터와 입력단이 생체전기신호연결된 연산 증폭기, 상기 연산 증폭기에 대하여 네거티브 피드백으로 구성된 네거티브 피드백 커패시터 및 상기 연산 증폭기의 입력단과 출력단에 연결되며 하나의 클럭 신호를 통해 구동되는 스위치드 커패시터 회로를 포함한다.As a technical means for achieving the above technical problem, the bioelectric signal amplifier capable of adjusting the bandwidth according to the first aspect of the present invention includes an input capacitor, an operational amplifier in which the input capacitor and the input terminal are connected to a bioelectric signal, and the operational amplifier. And a negative feedback capacitor configured with negative feedback, and a switched capacitor circuit connected to the input terminal and the output terminal of the operational amplifier and driven through one clock signal.

일 실시예로, 상기 스위치드 커패시터 회로는 상기 연산 증폭기의 양의 출력과 음의 출력을 입력으로 받을 수 있다.In one embodiment, the switched capacitor circuit may receive a positive output and a negative output of the operational amplifier as inputs.

일 실시예로, 상기 스위치드 커패시터 회로는 동일한 주파수의 클럭으로 구동되는 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로를 포함할 수 있다.In an embodiment, the switched capacitor circuit may include a first sub switched capacitor circuit and a second sub switched capacitor circuit driven by a clock having the same frequency.

일 실시예로, 상기 스위치드 커패시터 회로, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 각각 등가 저항으로 기능하되, 상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 내부 커패시터의 크기가 조절됨에 따라 각각의 등가저항이 서로 동일 또는 상이하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the switched capacitor circuit and the first and second sub-switched capacitor circuits each function as equivalent resistors, and the first and second sub-switched capacitor circuits each function as an equivalent resistance as the size of the internal capacitor is adjusted. These may be configured to be the same or different from each other.

일 실시예로, 상기 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로는 네거티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하고, 상기 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 포지티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능할 수 있다.In one embodiment, the first sub-switched capacitor circuit may function as an equivalent resistance composed of negative feedback, and the second sub-switched capacitor circuit may function as an equivalent resistance composed of positive feedback.

일 실시예로, 상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first and second sub-switched capacitor circuits may include one or more series-connected switch blocks and capacitors.

일 실시예로, 상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 직렬 연결된 스위치 블록과 커패시터 중 하나 이상의 개수를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성될 수 있다.In an embodiment, the first and second switched capacitor circuits may be configured such that the number of one or more of the series-connected switch blocks and capacitors is different so that the equivalent resistances are different from each other.

일 실시예로, 상기 커패시터는 전하 전달용 커패시터와 기생 커패시턴스를 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 전하 전달용 커패시터의 크기를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the capacitor includes a charge transfer capacitor and a parasitic capacitance, and the first and second switched capacitor circuits have different sizes of the charge transfer capacitors so that the respective equivalent resistances are different from each other. I can.

일 실시예로, 상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 및 병렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first and second sub-switched capacitor circuits may include one or more series and parallel connected switch blocks and capacitors.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기는 생체전기신호를 증폭하는 연산 증폭기, 상기 연산 증폭기에 대하여 네거티브 피드백으로 구성된 네거티브 피드백 커패시터 및 상기 연산 증폭기의 입력단과 출력단에 연결되어 상기 연산 증폭기의 양의 출력과 음의 출력을 입력으로 받으며, 2개 주파수의 클럭 신호를 통해 구동되는 스위치드 커패시터 회로를 포함한다.In addition, the bioelectrical signal amplifier capable of adjusting the bandwidth according to the second aspect of the present invention is an operational amplifier that amplifies a bioelectrical signal, a negative feedback capacitor configured with negative feedback to the operational amplifier, and connected to the input and output terminals of the operational amplifier. And a switched capacitor circuit that receives the positive and negative outputs of the operational amplifier as inputs, and is driven through two-frequency clock signals.

일 실시예로, 상기 스위치드 커패시터 회로는 서로 다른 상기 2개의 주파수의 클럭으로 구동되는 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로를 포함할 수 있다.In one embodiment, the switched capacitor circuit may include a first sub-switched capacitor circuit and a second sub-switched capacitor circuit driven by clocks of the two different frequencies.

일 실시예로, 상기 스위치드 커패시터 회로, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 각각 등가 저항으로 기능하되, 상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 상기 서로 다른 2 개의 주파수의 클럭이 조절됨에 따라 각각의 등가저항이 서로 동일 또는 상이하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the switched capacitor circuit and the first and second sub-switched capacitor circuits each function as equivalent resistors, but the first and second sub-switched capacitor circuits are controlled by the clocks of the two different frequencies. Each equivalent resistance may be configured to be the same or different from each other.

일 실시예로, 상기 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로는 네거티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하고, 상기 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 포지티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능할 수 있다.In one embodiment, the first sub-switched capacitor circuit may function as an equivalent resistance composed of negative feedback, and the second sub-switched capacitor circuit may function as an equivalent resistance composed of positive feedback.

일 실시예로, 상기 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로의 주파수는 상기 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로의 주파수보다 더 높을 수 있다.In an embodiment, the frequency of the first sub-switched capacitor circuit may be higher than that of the second sub-switched capacitor circuit.

일 실시예로, 상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first and second sub-switched capacitor circuits may include one or more series-connected switch blocks and capacitors.

일 실시예로, 상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 직렬 연결된 스위치 블록과 커패시터 중 하나 이상의 개수를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성될 수 있다.In an embodiment, the first and second switched capacitor circuits may be configured such that the number of one or more of the series-connected switch blocks and capacitors is different so that the equivalent resistances are different from each other.

일 실시예로, 상기 커패시터는 전하 전달용 커패시터와 기생 커패시턴스를 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 전하 전달용 커패시터의 크기를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the capacitor includes a charge transfer capacitor and a parasitic capacitance, and the first and second switched capacitor circuits have different sizes of the charge transfer capacitors so that the respective equivalent resistances are different from each other. I can.

일 실시예로, 상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 및 병렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함할 수 있다.In one embodiment, the first and second sub-switched capacitor circuits may include one or more series and parallel connected switch blocks and capacitors.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 생체전기신호 증폭기를 직접회로로 구현함에 있어, 증폭기에 내장된 하이패스 필터 대역을 공정, 온도, 전원전압 편차에 둔감하도록 하여 신호 처리의 신뢰성을 높임과 동시에 초소형, 그리고 저전력으로 동작하게끔 할 수 있는 장점이 있다.According to the above-described problem solving means of the present invention, in implementing the bioelectric signal amplifier as an integrated circuit, the high pass filter band built in the amplifier is made insensitive to variations in process, temperature, and power supply, thereby increasing the reliability of signal processing and At the same time, it has the advantage of being able to operate with a small size and low power.

도 1은 생체전기신호 검출회로의 일반적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 생체전기신호 증폭기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 등가저항으로 나타난 생체전기신호 증폭기의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예서의 스위치드 커패시터 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예서의 다른 형태의 스위치드 커패시터 회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기의 구조도이다. 1 is a diagram illustrating a general structure of a bioelectrical signal detection circuit.
2A and 2B are diagrams for explaining a bioelectrical signal amplifier according to the prior art.
3 is a structural diagram of a bioelectric signal amplifier represented by equivalent resistance.
4 is a structural diagram of a bioelectric signal amplifier according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a switched capacitor circuit in an embodiment of the present invention.
6 is a diagram for explaining another type of switched capacitor circuit according to an embodiment of the present invention.
7 is a structural diagram of a bioelectric signal amplifier according to another embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. However, the present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 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 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with other elements in between. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

도 1은 생체전기신호 검출회로의 일반적인 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram illustrating a general structure of a bioelectrical signal detection circuit.

생체전기신호 검출회로는 생체전기신호를 전극(110)을 통해 입력받아, 증폭기(120)로 신호를 증폭하고, 필터(130)를 통해 불필요한 신호 및 잡음을 제거한 후, 아날로그 디지털 컨버터(ADC, 140)를 통해 디지털 신호로 변환한다.The bioelectrical signal detection circuit receives the bioelectrical signal through the electrode 110, amplifies the signal with the amplifier 120, removes unnecessary signals and noise through the filter 130, and then uses an analog-to-digital converter (ADC, 140). ) Through the digital signal.

이때, 전극(110)을 통해 입력되는 생체전기신호는 수 μV~수백 μV 범위의 신호이므로 생체전기신호 검출회로의 SNR(Signal to Noise Ratio) 향상을 위해서는 가장 앞 단의 증폭기(120)에서 높은 이득으로 신호를 증폭해야 한다.At this time, since the bioelectrical signal input through the electrode 110 is a signal in the range of several μV to several hundred μV, a high gain in the front amplifier 120 to improve the signal to noise ratio (SNR) of the bioelectrical signal detection circuit. The signal must be amplified.

한편, 전극(110)을 이용하여 신호를 입력 받을 때, 전극(110)에서는 최대 수백mV의 오프셋 전압이 발생할 수 있다.Meanwhile, when a signal is input using the electrode 110, an offset voltage of up to several hundred mV may be generated at the electrode 110.

전극(110)과 생체조직의 부착상태에 따라 고정된 오프셋 전압이 발생하기도 하고, 전극(110)의 물질 특성변화 및 전극(110)에 부착되는 생체조직의 변화로 인해 서서히 변화하는 오프셋 전압이 발생하기도 하며, 신체의 움직임에 따라 전극(110)과 생체조직의 부착 정도의 변화에 의해 수시로 변화하는 오프셋 전압이 발생하기도 한다.A fixed offset voltage may be generated depending on the attachment state of the electrode 110 and the biological tissue, and an offset voltage that gradually changes due to the change in material properties of the electrode 110 and the change in the biological tissue attached to the electrode 110 is generated. In some cases, an offset voltage that changes from time to time may be generated due to a change in the degree of attachment of the electrode 110 to the biological tissue according to the movement of the body.

이런 오프셋 전압은 입력 증폭기(120)를 통과하면서 증폭기(120)의 높은 이득으로 인해 신호를 포화시키거나 왜곡을 발생시켜 신호 수집을 할 수 없게 만드는 문제가 있다.This offset voltage, while passing through the input amplifier 120, saturates the signal due to the high gain of the amplifier 120 or generates distortion, thereby making it impossible to collect the signal.

따라서, 생체전기신호 수집용 IC는 DC 오프셋 전압을 제거하는 기능이 필요하다.Therefore, the bioelectrical signal collection IC needs a function of removing the DC offset voltage.

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 생체전기신호 증폭기를 설명하기 위한 도면이다.2A and 2B are diagrams for explaining a bioelectrical signal amplifier according to the prior art.

먼저 도 2a를 참조하면, 종래 기술에 따른 생체전기신호 증폭기는 트랜스 컨덕턴스 증폭기(210), 입력 커패시터(220), 네거티브 피드백 커패시터(230), 네거티브 피드백 저항(240, PMOS를 이용한 유사저항, M_RP),을 포함하여 신호 증폭 및 하이패스 필터 기능을 한다.First, referring to FIG. 2A, the bioelectrical signal amplifier according to the prior art includes a transconductance amplifier 210, an input capacitor 220, a negative feedback capacitor 230, a negative feedback resistor 240, a similar resistance using PMOS, M _RP. ), including signal amplification and high pass filter functions.

예를 들어, 100배의 신호 증폭과 함께 0.5Hz의 하이패스 필터를 구현하기 위해, C1=12pF, C2=120fF, Rp=2.65Tohm의 저항으로 구현할 수 있다. 따라서, 생체전기신호 증폭기를 IC로 제작시, 칩면적, 소모전력, 임피던스의 제약사항을 고려하여, 0.5Hz의 하이패스 필터 구현을 위해서는 저항이 수백 Gohm~수 Tohm의 값이 필요하다.For example, in order to implement a 0.5Hz high pass filter with 100 times signal amplification, it can be implemented with a resistor of C1 = 12pF, C2 = 120fF, and Rp = 2.65Tohm. Therefore, when fabricating a bioelectric signal amplifier as an IC, in consideration of the limitations of chip area, power consumption, and impedance, a resistance of several hundred Gohm to several Tohm is required to implement a 0.5Hz high-pass filter.

종래 기술과 같은 구조의 생체전기신호 증폭기를 IC로 제작시, 파운드리에서 제공하는 저항 소자를 이용하여 네거티브 피드백 저항을 구현하는 것은 너무 큰 면적을 필요로 한다.When fabricating a bioelectrical signal amplifier having the same structure as in the prior art as an IC, implementing a negative feedback resistor using a resistance element provided by a foundry requires a too large area.

그래서 다수의 생체전기신호 증폭기는 도 2b와 같은 모스펫(MOSFET)을 이용한 유사저항(pseudo resistor, 240a~240f)을 사용하며, 이는 구조에 따라 저항값 및 대칭성 특징이 달라진다.Therefore, a plurality of bioelectrical signal amplifiers use pseudo resistors 240a to 240f using a MOSFET as shown in FIG. 2B, which have different resistance values and symmetry characteristics depending on the structure.

모스펫 유사저항(240a~240f)은 크지 않은 면적으로 Tohm 수준의 매우 높은 저항을 구현할 수 있다. 하지만 IC 공정편차 및 온도에 따라 저항값 편차가 매우 큰 단점이 있으며, 유사저항 양단의 전압차가 작아질수록 저항값이 너무 커져서 증폭기 출력신호의 DC 오프셋 제거 정착시간이 너무 길어지는 문제가 있다.The MOSFET-like resistances 240a to 240f are not large and can implement a very high resistance of the Tohm level. However, there is a disadvantage in that the resistance value deviation is very large depending on the IC process deviation and temperature, and as the voltage difference across the pseudo resistance decreases, the resistance value becomes too large, so that the DC offset removal settling time of the amplifier output signal becomes too long.

또한, 모스펫 유사저항(240a~240f)은 저항값을 조절할 수 없다. 그래서 주파수 대역 조절이 가능한 하이패스 필터 구현이 불가능하다. In addition, the MOSFET-like resistors 240a to 240f cannot adjust the resistance value. Therefore, it is impossible to implement a high-pass filter capable of adjusting the frequency band.

이를 극복하기 위해 gm-C 필터, 스위치드-커패시터 등을 이용하였으나, 생체전기신호 증폭기의 칩 면적이 크게 증가하거나, 수 Tohm까지의 저항값을 구현하지 못해 하이패스 필터로 이용 가능한 주파수 대역이 제한되는 문제점이 있었다.To overcome this, a gm-C filter and a switched-capacitor were used, but the chip area of the bioelectric signal amplifier was greatly increased or the resistance value of up to several Tohms was not implemented, so the frequency band available as a high-pass filter is limited. There was a problem.

이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기는, 증폭기에 내장된 하이패스 필터 대역을 공정, 온도, 전원전압 편차에 둔감하도록 하여 신호 처리의 신뢰성을 높이면서 초소형, 저전력으로 동작하게끔 할 수 있다.In contrast, the bioelectrical signal amplifier capable of adjusting the bandwidth according to an embodiment of the present invention makes the high-pass filter band built in the amplifier insensitive to variations in process, temperature, and power supply voltage, thereby increasing the reliability of signal processing and It can be made to operate with low power.

이하에서는 도 3 내지 도 6를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a bioelectric signal amplifier capable of adjusting a bandwidth according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6.

도 3은 등가저항으로 나타난 생체전기신호 증폭기의 구조도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기의 구조도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예서의 스위치드 커패시터 회로를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예서의 다른 형태의 스위치드 커패시터 회로를 설명하기 위한 도면이다.3 is a structural diagram of a bioelectric signal amplifier represented by equivalent resistance. 4 is a structural diagram of a bioelectric signal amplifier according to an embodiment of the present invention. 5 is a view for explaining a switched capacitor circuit in an embodiment of the present invention. 6 is a diagram for explaining another type of switched capacitor circuit according to an embodiment of the present invention.

먼저, 도 3을 참조하면 증폭기는 신호대역에서의 신호이득(Av)과, 연산 증폭기(310)에 네거티브 피드백으로 구성된 저항(RF, 330)과 커패시터(CF, 320)에 의해 구성되는 하이패스 필터의 컷오프(cut-off) 주파수(f_HPF)는 다음 식 1과 식 2와 같이 나타낼 수 있다.First, referring to FIG. 3, the amplifier is a high-pass filter composed of a signal gain (Av) in a signal band and a resistor (RF, 330) and a capacitor (CF, 320) composed of negative feedback to the operational amplifier 310. The cut-off frequency (f _HPF ) of can be expressed as Equations 1 and 2 below.

[식 1][Equation 1]

[식 2][Equation 2]

하이패스 필터의 컷오프 주파수(f_HPF)는 생체전기신호에 따라 0.5Hz~250Hz의 범위에서 조절될 수 있어야 한다. The cutoff frequency (f _HPF ) of the high pass filter should be adjustable in the range of 0.5Hz to 250Hz according to the bioelectrical signal.

도 3의 생체전기신호 증폭기를 IC로 제작하는 경우 잡음 특성 및 소자 면적을 고려하여 CI=12pF, CF=120fF로 제작할 수 있다. 이때, 하이패스 필터의 컷오프 주파수를 0.5Hz와 250Hz로 설정할 경우 필요한 RF 저항값은 식 2에 의해 2.65TΩ(0.5Hz)과 5.3GΩ(250Hz)이 된다. When the bioelectric signal amplifier of FIG. 3 is fabricated as an IC, it can be fabricated as CI = 12 pF and CF = 120 fF in consideration of noise characteristics and device area. At this time, when the cutoff frequency of the high pass filter is set to 0.5Hz and 250Hz, the required RF resistance values are 2.65TΩ (0.5Hz) and 5.3GΩ (250Hz) by Equation 2.

즉, 하이패스 필터의 컷오프 주파수를 조절하기 위해서는 5.3GΩ~2.65TΩ 범위의 저항값을 조절해야 한다. 이는 IC 제작공정에서 제공하는 저항으로는 구현할 수 없는 저항값이다.That is, in order to adjust the cutoff frequency of the high pass filter, the resistance value in the range of 5.3GΩ to 2.65TΩ must be adjusted. This is a resistance value that cannot be implemented with the resistance provided in the IC manufacturing process.

그래서 종래기술과 같은 모스펫 유사저항 및 하이패스 필터 회로들이 제안되었다. 하지만 전술한 것처럼 특성편차, 면적, 소모전력, 저항값 변경 불가 등의 단점이 있다. Therefore, MOSFET pseudo-resistance and high-pass filter circuits as in the prior art have been proposed. However, as described above, there are disadvantages such as non-changeable characteristic deviation, area, power consumption, and resistance value.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기는 종래기술에 따른 단점들을 개선할 수 있는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the bioelectric signal amplifier according to an embodiment of the present invention is characterized in that it includes a means for improving the disadvantages of the prior art.

구체적으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기는 입력 커패시터(410), 연산 증폭기(420), 네거티브 피드백 커패시터(430) 및 스위치드 커패시터 회로(440)를 포함한다.Specifically, referring to FIG. 4, a bioelectrical signal amplifier according to an embodiment of the present invention includes an input capacitor 410, an operational amplifier 420, a negative feedback capacitor 430, and a switched capacitor circuit 440.

이때, 연산 증폭기(420)는 입력 커패시터(410)와 입력단이 접속되며 생체전기신호를 증폭시킨다.At this time, the operational amplifier 420 is connected to the input capacitor 410 and the input terminal to amplify the bioelectric signal.

네거티브 피드백 커패시터(430)는 연산 증폭기(420)에 대하여 네거티브 피드백으로 연결되어 있다.The negative feedback capacitor 430 is connected to the operational amplifier 420 through negative feedback.

스위치드 커패시터 회로(440)는 등가 저항회로로 표현이 가능하며, 연산 증폭기(420)의 입력단과 출력단에 연결되어 하나의 클럭 신호를 통해 구동된다. The switched capacitor circuit 440 can be expressed as an equivalent resistance circuit, and is connected to the input terminal and the output terminal of the operational amplifier 420 and driven through one clock signal.

이때, 스위치드 커패시터 회로(440)는 연산 증폭기(420)의 양의 출력과 음의 출력을 입력으로 받으며, 출력 신호를 연산 증폭기(420)로 입력되도록 하는 것을 특징으로 한다.At this time, the switched capacitor circuit 440 is characterized in that it receives the positive output and the negative output of the operational amplifier 420 as inputs, and inputs the output signal to the operational amplifier 420.

스위치드 커패시터 회로(440)는 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443)를 포함할 수 있으며, 스위치드 커패시터(440)가 등가 저항회로로 표현 가능한 것과 같이, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443) 역시 각각 등가 저항으로 표현될 수 있다.The switched capacitor circuit 440 may include first and second sub-switched capacitor circuits 441 and 443, and as the switched capacitor 440 can be expressed as an equivalent resistance circuit, the first and second sub-switched capacitors The circuits 441 and 443 may also be represented by equivalent resistances, respectively.

이 경우 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441)는 네거티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하고, 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(443)는 포지티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능할 수 있다.In this case, the first sub-switched capacitor circuit 441 may function as an equivalent resistance composed of negative feedback, and the second sub-switched capacitor circuit 443 may function as an equivalent resistance composed of positive feedback.

이때, 출력신호(OUTP, OUTN)가 차동신호(differential signal)인 경우 스위치드 커패시터 회로(440)의 등가 저항회로(RF)를 도 3의 네거티브 피드백 저항(RF)으로 변환하면, 네거티브 피드백 저항 회로의 저항값은 식 3과 같이 나타낼 수 있다.At this time, when the output signals OUTP and OUTN are differential signals, converting the equivalent resistance circuit RF of the switched capacitor circuit 440 to the negative feedback resistance RF of FIG. 3, the negative feedback resistance circuit The resistance value can be expressed as Equation 3.

[식 3][Equation 3]

본 발명의 일 실시예는 식 3에 의해 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터(441, 443)의 등가저항(RFP, RFN)의 저항값 차이를 줄이게 되면 도 3의 등가 저항회로(RF)의 저항값을 크게 증가시킬 수 있다.In an embodiment of the present invention, when the difference in the resistance values of the equivalent resistances RFP and RFN of the first and second sub-switched capacitors 441 and 443 is reduced by Equation 3, the resistance of the equivalent resistance circuit RF of FIG. You can increase the value significantly.

한편, 식 3을 이용하여 등가 저항값을 크게 증가시키더라도, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443)의 등가저항(RFP, RFN)의 저항값을 조절할 수 있어야 하며, 그 저항값의 범위는 수 GΩ에서 수십 GΩ의 범위가 되어 IC 공정에서 제공하는 저항소자를 이용하게에는 너무 큰 면적을 필요로 한다.On the other hand, even if the equivalent resistance value is greatly increased using Equation 3, the resistance value of the equivalent resistance (RFP, RFN) of the first and second sub-switched capacitor circuits 441 and 443 must be adjustable, and the resistance value The range of is in the range of several GΩ to several tens of GΩ, which requires a too large area to use the resistance element provided by the IC process.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 네거티브 피드백 저항회로를 높은 저항값의 범위에서 저항값을 조절하기 위해, 서브 등가회로 저항(RFP, RFN)을 도 5와 같이 1개의 동일한 주파수의 클럭 신호를 이용하여 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443)로 구성할 수 있다.Accordingly, in an embodiment of the present invention, in order to adjust the resistance value of the negative feedback resistance circuit in the range of the high resistance value, the sub-equivalent circuit resistance (RFP, RFN) uses one clock signal of the same frequency as shown in FIG. Thus, the first and second sub-switched capacitor circuits 441 and 443 may be configured.

제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443)는 하나 이상의 직렬 연결된 스위치 블록(511, 521)과 커패시터(513, 515, 523, 525)를 포함할 수 있다.The first and second sub-switched capacitor circuits 441 and 443 may include one or more series-connected switch blocks 511 and 521 and capacitors 513, 515, 523 and 525.

제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441)의 스위치 블록(SW_BLK, 511)는 NMOS, PMOS 소자를 통한 스위치 기능을 하고, 커패시터(CL, 513)는 스위치드 커패시터 회로(441)의 전하 전달용 커패시터이며, CP(515)는 기생 커패시턴스이다.The switch blocks SW_BLK and 511 of the first sub-switched capacitor circuit 441 function as a switch through NMOS and PMOS devices, and the capacitors CL and 513 are capacitors for charge transfer of the switched capacitor circuit 441, and CP 515 is the parasitic capacitance.

기생 커패시턴스는(515, 525) 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443)의 등가저항에서 필요한 저항값 도출시 반영되어야만 정확한 저항값을 도출할 수 있다.The parasitic capacitance (515, 525) must be reflected when deriving a required resistance value from the equivalent resistance of the first and second sub-switched capacitor circuits 441 and 443 to derive an accurate resistance value.

한편, 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441)에서 N개의 커패시터(CL, 513)가 있고, 도 5에 도시된 클럭(PH, PHB)으로 구동될 때 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441)의 등가저항 RFN은 식 4와 같다.Meanwhile, when there are N capacitors CL and 513 in the first sub-switched capacitor circuit 441 and are driven by the clocks PH and PHB shown in FIG. 5, the equivalent resistance of the first sub-switched capacitor circuit 441 RFN is shown in Equation 4.

[식 4][Equation 4]

그리고 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(443)에서도 N개의 커패시터(CS, 523)가 있고, 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441)와 동일하게 동작하는 경우 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(443)의 등가저항 RFP는 식 5와 같다.In addition, when there are N capacitors CS and 523 in the second sub-switched capacitor circuit 443, and operates in the same manner as the first sub-switched capacitor circuit 441, the equivalent resistance RFP of the second sub-switched capacitor circuit 443 Is equal to Equation 5.

[식 5][Equation 5]

따라서, 스위치 블록(511, 521)과 구동 클럭의 주파수가 동일하면, 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441, 443)의 등가저항(RFP, RFN)은 커패시터 CL(513)과 CS(523)에 의해 서로 동일 또는 상이하도록 구성될 수 있다.Therefore, if the frequency of the switch blocks 511 and 521 and the driving clock are the same, the equivalent resistances RFP and RFN of the first and second switched capacitor circuits 441 and 443 are the capacitors CL 513 and CS 523. It may be configured to be the same or different from each other by.

만약, 커패시터 CL(513)과 CS(523)의 차를 적게 구성하고, 기생 커패시턴스(515, 525)의 차를 동일하게 구성하면, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441, 443)의 등가저항(RFP, RFN)의 값은 큰 값을 가지면서 제어 가능한 저항 차이를 발생시킬 수 있게 되어, 식 3에 의해 등가적으로 제거 가능하면서 큰 RF 저항을 구현할 수 있다.If the difference between the capacitors CL 513 and the CS 523 is small, and the difference between the parasitic capacitances 515 and 525 is the same, the first and second sub-switched capacitor circuits 441 and 443 are equivalent. The values of the resistors (RFP, RFN) have a large value and can generate a controllable difference in resistance, so that a large RF resistance can be implemented while being equivalently eliminated by Equation 3.

또한, 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441, 443)는 직렬 연결된 스위치 블록(511, 521)과 커패시터(513, 515, 523, 525) 중 하나 이상의 개수를 상이하게 하여 각각의 등가저항을 서로 상이하도록 구성할 수도 있다.In addition, the first and second switched capacitor circuits 441 and 443 differ in the number of one or more of the series-connected switch blocks 511 and 521 and the capacitors 513, 515, 523, and 525 so that each equivalent resistance is It can be configured to be different.

한편, 커패시터 CL(513)과 CS(523)는 IC 제작 공정에서 이용할 수 있는 커패시터 소자를 이용할 수도 있고, 적은 커패시턴스 구현을 위해 도면 설계상에서 메탈 간의 기생 커패시턴스를 이용할 수도 있다.Meanwhile, the capacitors CL 513 and CS 523 may use capacitor devices that can be used in the IC manufacturing process, or parasitic capacitance between metals in the drawing design may be used to implement a small capacitance.

또한, 메탈 기생 커패시턴스를 이용할 때도 IC 공정의 높은 상대 정합 특성으로 커패시터 CL(513)이 CS(523)보다 큰 조건으로 제작이 가능하다.In addition, even when the metal parasitic capacitance is used, the capacitor CL 513 can be manufactured under the condition that the capacitor CL 513 is larger than the CS 523 due to the high relative matching characteristics of the IC process.

그밖에, 도 5에 도시된 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441’, 443’)는 도 6과 같은 구조로 구현될 수도 있다.In addition, the first and second switched capacitor circuits 441 ′ and 443 ′ shown in FIG. 5 may be implemented in the same structure as in FIG. 6.

예를 들어, 도 6과 같이 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441’, 443’)는 하나 이상의 직렬 및 병렬 연결된 스위치 블록과 커패시터를 포함하도록 구성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, the first and second switched capacitor circuits 441 ′ and 443 ′ may be configured to include one or more switch blocks and capacitors connected in series and in parallel.

이 경우 도 6과 같은 구조의 스위치드 커패시터 회로(441’, 443’)를 사용하면 등가저항 식은 식 6과 같이 나타낼 수 있다.In this case, if the switched capacitor circuits 441 ′ and 443 ′ having the structure shown in FIG. 6 are used, the equivalent resistance equation can be expressed as Equation 6.

[식 6][Equation 6]

또한, 도 6과 같은 구조에서 커패시터 C를 상이하게 구성하여 도 5의 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441, 443)에 적용할 수도 있다.In addition, the capacitor C may be configured differently in the structure shown in FIG. 6 and applied to the first and second switched capacitor circuits 441 and 443 of FIG. 5.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기의 구조도이다. 이때, 도 7에서는 도 3 내지 도 6에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기에서 동일한 내용에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 하고 차이가 나는 부분을 중심으로 설명하도록 한다.7 is a structural diagram of a bioelectric signal amplifier according to another embodiment of the present invention. At this time, in FIG. 7, a detailed description of the same contents in the bioelectric signal amplifier according to an embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 3 to 6 will be omitted, and a description will be made focusing on the differences.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 생체전기신호 증폭기는 연산 증폭기(420), 네거티브 피드백 커패시터(430) 및 스위치드 커패시터 회로(440’’)를 포함한다.A bioelectric signal amplifier according to another embodiment of the present invention includes an operational amplifier 420, a negative feedback capacitor 430, and a switched capacitor circuit 440''.

연산 증폭기(420)는 생체전기신호를 입력받아 증폭시키며, 네거티브 피드백 커패시터(430)는 연산 증폭기(420)에 대하여 네거티브 피드백으로 구성된다.The operational amplifier 420 receives and amplifies the bioelectrical signal, and the negative feedback capacitor 430 is configured as a negative feedback to the operational amplifier 420.

이때, 본 발명의 또 다른 실시예에서 스위치드 커패시터 회로(440’’)는 연산 증폭기(420)의 입력단과 출력단에 연결되에 연산 증폭기(420)의 양의 출력과 음의 출력을 입력으로 받으며, 2 개 주파수의 클럭 신호를 통해 구동되는 것을 특징으로 한다.At this time, in another embodiment of the present invention, the switched capacitor circuit 440 ″ is connected to the input terminal and the output terminal of the operational amplifier 420 and receives the positive and negative outputs of the operational amplifier 420 as inputs, It is characterized in that it is driven through clock signals of two frequencies.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예는 네거티브 피드백 저항회로를 높은 저항값의 범위에서 조절하기 위하여, 서브 등가저항 회로 RFP와 RFN을 도 7과 같이 2개 주파수의 클럭신호를 입력으로 받는 스위치드 커패시터 회로(440’’)로 구성할 수 있다.That is, another embodiment of the present invention is a switched capacitor circuit that receives a clock signal of two frequencies as an input of the sub-equivalent resistance circuits RFP and RFN in order to adjust the negative feedback resistance circuit in the range of a high resistance value. It can be composed of (440'').

스위치드 커패시터 회로(440’’)는 서로 다른 2개의 주파수의 클럭으로 구동되는 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)를 포함할 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 각각 등가저항으로 포현될 수 있다.The switched capacitor circuit 440 ″ may include first and second sub-switched capacitor circuits 441 ″ and 443 ″ driven by clocks of two different frequencies, which are respectively equivalent as described above. Can be expressed as resistance.

이 경우 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’)는 네거티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하고, 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(443’’)는 포지티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능할 수 있다.In this case, the first sub-switched capacitor circuit 441 ′′ may function as an equivalent resistance composed of negative feedback, and the second sub-switched capacitor circuit 443 ′’ may function as an equivalent resistance composed of positive feedback.

제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)는 하나 이상의 직렬 연결된 스위치 블록(711, 721) 및 커패시터(713, 715, 723, 725)를 포함할 수 있다. 이때, 스위치 블록(711, 721)과 커패시터(713, 715, 723, 725)는 반드시 직렬 연결로만 구성되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 하나 이상의 직렬 및 병렬로 연결될 수도 있음은 물론이다.The first and second sub-switched capacitor circuits 441 ′ and 443 ′ may include one or more series-connected switch blocks 711 and 721 and capacitors 713, 715, 723 and 725. In this case, the switch blocks 711, 721 and the capacitors 713, 715, 723, and 725 are not necessarily limited to being configured only in series, and one or more of them may be connected in series or in parallel.

제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)는 NMOS, PMOS 소자를 통한 스위치 기능을 하고, 커패시터 CL(713, 723)은 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)의 전하 전달용 커패시터이며, CP(715, 725)는 기생 커패시턴스이다. 이때, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)는 동일한 스위치 블록(711, 721)과 커패시터 CL(713, 723), CP(715, 725)로 구성된다.The first and second sub-switched capacitor circuits 441 ″ and 443 ″ function as a switch through NMOS and PMOS devices, and the capacitors CL 713 and 723 are switched capacitor circuits 441 ″ and 443 ″. Is a charge transfer capacitor, and CPs 715 and 725 are parasitic capacitances. At this time, the first and second sub-switched capacitor circuits 441'' and 443'' are composed of the same switch blocks 711 and 721, capacitors CL 713 and 723, and CPs 715 and 725.

한편, 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)에서 N개의 커패시터 CL(713, 723)이 있고, 도 7과 같이 2개의 서로 상이한 주파수 클럭(PH1, PH2)으로 구동되는 경우, 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)의 등가저항 RFN과 RFP는 식 7과 식 8과 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, there are N capacitors CL (713, 723) in the first and second switched capacitor circuits 441 ″ and 443 ″, and are driven by two different frequency clocks PH1 and PH2 as shown in FIG. 7. In this case, the equivalent resistance RFN and RFP of the first and second switched capacitor circuits 441 ″ and 443 ″ can be expressed as Equations 7 and 8.

[식 7][Equation 7]

[식 8][Equation 8]

이 경우, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)는 서로 다른 2개의 주파수 클럭이 조절됨에 따라 각각의 등가저항이 서로 동일 또는 상이하도록 구성될 수 있다.In this case, the first and second sub-switched capacitor circuits 441 ′ and 443 ′ may be configured to have the same or different equivalent resistances as two different frequency clocks are adjusted.

이때, 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로(441’’)의 주파수(f_PH1)는 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로(443’’)의 주파수(f_PH2) 보다 더 높도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 식 3에 의해 저항값 제어가 가능하면서 큰 RF 저항을 구현할 수 있게 되며, 가변 가능하면서 낮은 대역의 하이패스 필터 구현이 가능하게 된다.At this time, the frequency f _PH1 of the first sub-switched capacitor circuit 441 ″ may be configured to be higher than the frequency f _PH2 of the second sub switched capacitor circuit 443 ″, and accordingly, Equation 3 Accordingly, it is possible to control the resistance value and implement a large RF resistance, and to implement a variable and low-band high-pass filter.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 마찬가지로 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)에서 직렬 연결된 스위치 블록(711, 721)과 커패시터(713, 723, 715, 725) 중 하나 이상의 개수를 상이하게 하여 각각의 등가 저항이 서로 상이하도록 구성할 수 있으며, 또한, 전하 전달용 커패시터(713, 723)의 크기를 상이하게 하여 각각의 등가 저항이 서로 상이하도록 구성할 수도 있다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, among the switch blocks 711 and 721 and capacitors 713, 723, 715 and 725 connected in series in the first and second switched capacitor circuits 441 ″ and 443 ″, Each of the equivalent resistances may be configured to be different from each other by making one or more different numbers, and the size of the charge transfer capacitors 713 and 723 may be different so that each equivalent resistance may be different from each other.

그밖에 본 발명의 또 다른 실시예는 전술한 바와 같이 커패시터 CL(713, 723)을 IC 제작 공정에서 이용할 수 있는 커패시터 소자를 이용할 수도 있고, 작은 커패시턴스 구현을 위해 도면 설계상에서 메탈-메탈간의 기생 커패시턴스를 이용할 수도 있다.In addition, another embodiment of the present invention may use a capacitor device that can use the capacitors CL (713, 723) in the IC manufacturing process as described above, and in order to implement a small capacitance, the parasitic capacitance between metal and metal is determined in the drawing design. You can also use it.

또한, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에서와 같이 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로(441’’, 443’’)를 도 6과 같은 유사저항 회로로 구성할 수도 있다.In addition, as in the exemplary embodiment of the present invention described above, the first and second switched capacitor circuits 441 ′ and 443 ′ may be configured as similar resistance circuits as shown in FIG. 6.

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.The above description of the present invention is for illustration only, and those skilled in the art to which the present invention pertains can understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 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.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. do.

410: 입력 커패시터
420: 연산 증폭기
430: 네거티브 피드백 커패시터
440: 스위치드 커패시터 회로
441, 441’, 441’’: 제 1 스위치드 커패시터 회로
443, 443’, 443’’: 제 2 스위치드 커패시터 회로410: input capacitor
420: operational amplifier
430: negative feedback capacitor
440: switched capacitor circuit
441, 441', 441'': first switched capacitor circuit
443, 443', 443'': second switched capacitor circuit

Claims (18)

대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기에 있어서,
입력 커패시터,
상기 입력 커패시터와 입력단이 생체전기신호연결된 연산 증폭기,
상기 연산 증폭기에 대하여 네거티브 피드백으로 구성된 네거티브 피드백 커패시터 및
상기 연산 증폭기의 입력단과 출력단에 연결되며 하나의 클럭 신호를 통해 구동되는 스위치드 커패시터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.In the bioelectric signal amplifier capable of adjusting the bandwidth,
Input capacitor,
An operational amplifier in which the input capacitor and the input terminal are connected to a bioelectrical signal,
A negative feedback capacitor configured as negative feedback for the operational amplifier, and
And a switched capacitor circuit connected to the input terminal and the output terminal of the operational amplifier and driven through one clock signal. 제 1 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 회로는 상기 연산 증폭기의 양의 출력과 음의 출력을 입력으로 받는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 1,
Wherein the switched capacitor circuit receives a positive output and a negative output of the operational amplifier as inputs. 제 1 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 회로는 동일한 주파수의 클럭으로 구동되는 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 1,
Wherein the switched capacitor circuit comprises a first sub switched capacitor circuit and a second sub switched capacitor circuit driven by a clock of the same frequency. 제 3 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 회로, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 각각 등가 저항으로 기능하되,
상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 내부 커패시터의 크기가 조절됨에 따라 각각의 등가저항이 서로 동일 또는 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 3,
The switched capacitor circuit, the first and second sub switched capacitor circuits each function as equivalent resistances,
The first and second sub-switched capacitor circuits are configured such that equivalent resistances are the same or different from each other as the size of the internal capacitor is adjusted. 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로는 네거티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하고, 상기 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 포지티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 3,
The first sub-switched capacitor circuit functions as an equivalent resistance composed of negative feedback, and the second sub-switched capacitor circuit functions as an equivalent resistance composed of positive feedback. 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 3,
Wherein the first and second sub-switched capacitor circuits include one or more series-connected switch blocks and capacitors. 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 직렬 연결된 스위치 블록과 커패시터 중 하나 이상의 개수를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성 가능한 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 6,
The first and second switched capacitor circuits are configured such that the number of at least one of the series-connected switch blocks and capacitors is different so that each equivalent resistance is different from each other. 제 6 항에 있어서,
상기 커패시터는 전하 전달용 커패시터와 기생 커패시턴스를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 전하 전달용 커패시터의 크기를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성 가능한 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 6,
The capacitor includes a charge transfer capacitor and a parasitic capacitance,
The first and second switched capacitor circuits are configured to have different sizes of the charge transfer capacitors so that the respective equivalent resistances are different from each other. 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 및 병렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 3,
Wherein the first and second sub-switched capacitor circuits include one or more switch blocks and capacitors connected in series and in parallel. 대역폭 조절이 가능한 생체전기신호 증폭기에 있어서,
생체전기신호를 증폭하는 연산 증폭기,
상기 연산 증폭기에 대하여 네거티브 피드백으로 구성된 네거티브 피드백 커패시터 및
상기 연산 증폭기의 입력단과 출력단에 연결되어 상기 연산 증폭기의 양의 출력과 음의 출력을 입력으로 받으며, 2개 주파수의 클럭 신호를 통해 구동되는 스위치드 커패시터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.In the bioelectric signal amplifier capable of adjusting the bandwidth,
An operational amplifier that amplifies bioelectric signals,
A negative feedback capacitor configured as negative feedback for the operational amplifier, and
A bioelectrical signal amplifier comprising a switched capacitor circuit connected to the input terminal and the output terminal of the operational amplifier to receive the positive and negative outputs of the operational amplifier as inputs, and driven through clock signals of two frequencies. . 제 10 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 회로는 서로 다른 상기 2개의 주파수의 클럭으로 구동되는 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 10,
Wherein the switched capacitor circuit comprises a first sub switched capacitor circuit and a second sub switched capacitor circuit driven by clocks of the two different frequencies. 제 11 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 회로, 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 각각 등가 저항으로 기능하되,
상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 상기 서로 다른 2 개의 주파수의 클럭이 조절됨에 따라 각각의 등가저항이 서로 동일 또는 상이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 11,
The switched capacitor circuit, the first and second sub switched capacitor circuits each function as equivalent resistances,
Wherein the first and second sub-switched capacitor circuits are configured such that equivalent resistances are the same or different from each other as clocks of the two different frequencies are adjusted. 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로는 네거티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하고, 상기 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 포지티브 피드백으로 구성되는 등가저항으로 기능하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 11,
The first sub-switched capacitor circuit functions as an equivalent resistance composed of negative feedback, and the second sub-switched capacitor circuit functions as an equivalent resistance composed of positive feedback. 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 서브 스위치드 커패시터 회로의 주파수는 상기 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로의 주파수보다 더 높은 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 13,
The bioelectrical signal amplifier, characterized in that the frequency of the first sub-switched capacitor circuit is higher than that of the second sub-switched capacitor circuit. 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 11,
Wherein the first and second sub-switched capacitor circuits include one or more series-connected switch blocks and capacitors. 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 직렬 연결된 스위치 블록과 커패시터 중 하나 이상의 개수를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성 가능한 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 15,
The first and second switched capacitor circuits are configured such that the number of at least one of the series-connected switch blocks and capacitors is different so that each equivalent resistance is different from each other. 제 15 항에 있어서,
상기 커패시터는 전하 전달용 커패시터와 기생 커패시턴스를 포함하되,
상기 제 1 및 제 2 스위치드 커패시터 회로는 상기 전하 전달용 커패시터의 크기를 상이하게 하여 각각의 등가저항이 서로 상이하도록 구성 가능한 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 15,
The capacitor includes a charge transfer capacitor and a parasitic capacitance,
The first and second switched capacitor circuits are configured to have different sizes of the charge transfer capacitors so that the respective equivalent resistances are different from each other. 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 서브 스위치드 커패시터 회로는 하나 이상의 직렬 및 병렬 연결된 스위치 블록 및 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 생체전기신호 증폭기.The method of claim 11,
Wherein the first and second sub-switched capacitor circuits include one or more switch blocks and capacitors connected in series and in parallel.

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