KR20220050676A - 임피던스 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
임피던스 측정 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 입력 전류 생성기, 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하는 제1 전극, 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 제2 전극, 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 증폭기, 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력하는 베이스라인 신호 차감기, 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터 및 디지털 변조 신호를 기초로 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기를 포함한다.
Description
임피던스 측정에 관한 것으로, 생체의 임피던스를 측정하는 기술에 관한 것이다.
생체 임피던스 측정(BIA : Bioelectrical Impedance Analysis) 기술은 인체의 체수분을 전기적인 방법을 사용하여 측정하는 기술이다. 인체로 약한 교류 전류 신호를 보낼 때 전류는 전도성이 높은 체수분을 따라 흐르게 된다. 수분이 많고 적음은 전기가 흐르는 통로의 넓고 좁음이 결정되는데, 이는 임피던스(Impedance)라는 측정치로 나타나게 된다.
인체의 생체 임피던스(Bioelectrical Impedance)값을 구하면, 인체의 체수분량을 구할 수 있고, 이 체수분량으로부터 단백질량과 무기질량을 구할 수 있으며, 체수분량으로부터 단백질량과 무기질량을 빼면 체지방량이 구해지게 된다. 따라서, 인체의 생체 임피던스 측정을 통해 인체의 체지방 등의 임상정보 획득이 가능해진다.
위에서 설명한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 입력 전류 생성기; 상기 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하는 제1 전극; 상기 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 제2 전극; 상기 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 상기 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력하는 베이스라인 신호 차감기; 상기 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; 및 상기 디지털 변조 신호를 기초로 상기 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기를 포함한다.
상기 베이스라인 신호 차감기는, 상기 제1 증폭 신호를 기초로 베이스라인 신호를 생성하는 베이스라인 신호 생성기; 및 상기 진폭 변조 신호로부터 상기 베이스라인 신호를 차감하는 베이스라인 차감 회로를 포함할 수 있다.
상기 베이스라인 신호 생성기는, 상기 제1 증폭 신호로부터 상기 베이스라인 신호의 진폭을 추정하는 진폭 추정 회로; 및 상기 제1 증폭 신호로부터 상기 베이스라인 신호의 위상을 추출하는 위상 추출 회로를 포함할 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는 상기 디지털 변조 신호에서 상기 캐리어 주파수의 성분을 제거하여 임피던스 주파수의 디지털 복조 신호로 변환하는 디지털 복조기를 더 포함하고, 상기 임피던스 측정기는 상기 디지털 복조 신호를 기초로 상기 임피던스를 측정할 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는 상기 차감 변조 신호를 입력 받아 상기 차감 변조 신호를 출력하는 버퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는 상기 차감 변조 신호를 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 제2 증폭기를 더 포함하고, 상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제2 증폭 신호를 디지털 변조 신호로 변환하고, 상기 제2 증폭기의 이득(gain)은 조정될 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는 상기 차감 변조 신호에서 상기 캐리어 주파수의 성분을 제거하여 임피던스 주파수의 제1 아날로그 복조 신호로 변환하는 아날로그 복조기를 더 포함하고, 상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제1 아날로그 복조 신호를 디지털 변조 신호로 변환할 수 있다.
상기 임피던스 측정 장치는 제1 아날로그 복조 신호로부터 상기 임피던스 주파수 이외의 고주파 성분을 필터링하여 제2 아날로그 복조 신호를 출력하는 필터를 더 포함하고, 상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제2 아날로그 복조 신호를 디지털 변조 신호로 변환할 수 있다.
다른 실시예에 따른 임피던스 측정 장치는, 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 입력 전류 생성기; 상기 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하고 상기 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 복수의 전극쌍; 상기 복수의 전극쌍 각각에 대응하는 채널의 신호 처리기를 포함하고, 상기 복수의 전극쌍 각각은, 상기 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하는 제1 전극; 및 상기 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 제2 전극을 포함하고, 상기 각각의 신호 처리기는, 상기 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 상기 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력하는 베이스라인 신호 차감기; 상기 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; 및 상기 디지털 변조 신호를 기초로 상기 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기를 포함한다.
상기 입력 전류 생성기는, 상기 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 디지털 아날로그 컨버터; 및 상기 사인파 입력 신호의 아날로그 레벨을 저장하는 메모리를 포함하고, 상기 베이스라인 신호 차감기는, 상기 제1 증폭 신호 및 상기 아날로그 레벨을 기초로 상기 베이스라인 신호를 생성할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치에 의해 오브젝트의 임피던스가 측정되는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 제1 증폭기에 입력되는 신호의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 제2 증폭기를 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 아날로그 보조기를 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 멀티 채널을 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 제1 증폭기에 입력되는 신호의 전압을 나타낸 그래프이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 제2 증폭기를 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 아날로그 보조기를 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 멀티 채널을 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 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 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치에 의해 오브젝트의 임피던스가 측정되는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 오브젝트(101)의 임피던스를 측정할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 오브젝트(101)로부터 수신한 진폭 변조 신호를 기초로 베이스라인(baseline) 신호를 생성하고, 진폭 변조 신호로부터 베이스라인 신호를 차감할 수 있다. 이를 통해, 임피던스 측정 장치(100)는 오브젝트(101)의 임피던스를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 생체 임피던스(bioimpedance) 측정에 적용될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 측정 장치(100)는 신경 다발의 임피던스를 측정하는 데에 적용될 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 단층촬영(electrical impedance tomography, EIT)을 수행하는 경우에 적용될 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 의료 분야 뿐만 아니라, 로봇용 센서와 같이 작은 임피던스의 변화를 측정할 필요가 있는 모든 분야에 적용될 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 칩(chip) 형태로 구현될 수 있다.
임피던스를 측정하기 위해서는 측정 대상에 전류를 인가하고 측정 대상의 양단에 발생하는 전압을 측정해야 한다. 출력 신호는 측정 대상의 특성이 반영된 저주파의 타겟(target) 신호 뿐만 아니라 캐리어 주파수의 입력 신호에 의한 베이스라인 신호를 포함하게 된다. 타겟 신호를 검출하기 위해 출력 신호를 증폭하는 경우 베이스라인 신호도 함께 증폭된다. 보통 베이스라인 신호는 타겟 신호보다 진폭이 크기 때문에, 증폭된 신호의 타겟 신호 부분은 낮은 해상도를 가지게 된다. 측정하고자 하는 임피던스의 노미널(nominal) 값이 큰 경우, 미세하게 변하는 임피던스 값을 측정하는 것이 어려워지고, 고성능의 증폭기와 아날로그 디지털 컨버터(analog to digital converter, ADC)가 요구된다.
베이스라인 신호를 차감하기 위해 사각파(square wave)의 입력 신호를 측정 대상에 인가하는 경우, 임피던스의 측정 대상인 타겟 신호의 주파수 외에 하모닉 주파수들에 의한 신호 성분이 존재할 수 있다. 임피던스 측정 회로에 있는 증폭기의 비선형성(nonlinearity) 또는 복조기(demodulator)에 의해 하모닉 주파수 성분으로부터 노이즈가 발생할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 진폭 변조 신호를 기초로 베이스라인(baseline) 신호를 생성하고 진폭 변조 신호로부터 베이스라인 신호를 차감함으로써, 증폭기의 입력 범위를 최대한 활용할 수 있고, 고해상도의 임피던스 측정을 수행할 수 있다. 또한, 임피던스 측정 장치(100)는 사인파(Sinusoidal) 또는 슈도 사인파(pseudo-sinusoidal)의 베이스라인 신호를 형성하여 진폭 변조 신호로부터 베이스라인 신호를 차감함으로써, 하모닉(harmonic) 주파수 성분에 의한 노이즈를 완화할 수 있다.
이를 위하여, 임피던스 측정 장치(100)는 진폭 변조 신호의 진폭과 위상을 추정하여 베이스라인 신호를 생성할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 베이스라인 신호를 진폭 변조 신호에서 차감함으로써 오브젝트(101)의 특성이 반영된 타겟 신호를 검출할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 베이스라인 신호가 차감된 신호를 증폭함으로써 오브젝트(101)의 특성이 반영된 타겟 신호의 미세한 임피던스 변화량을 측정할 수 있다.
사인파 또는 슈도 사인파 형태의 입력 신호를 사용하는 경우 베이스라인 신호를 정교하게 차감하기 위해서는 차감하고자 하는 베이스라인 신호의 진폭과 위상을 정확하게 결정할 필요가 있다. 입력 신호의 위상과 차감되는 베이스라인 신호의 위상이 일치해야 정확한 베이스라인 신호의 차감이 수행될 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 진폭 추정 회로를 통해 입력 신호의 진폭을 개략적으로 파악할 수 있으며, 위상 추출 회로를 통해 베이스라인 신호의 위상을 추출할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 추정된 진폭을 기초로 디지털 아날로그 컨버터로부터 생성된 사인파의 진폭을 스케일링(scaling)하고 추출된 위상에 사인파 신호를 동기화하여 베이스라인 신호를 생성할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 복수의 전극 쌍에 대응하는 복수의 채널을 통해 오브젝트(101)의 임피던스를 측정할 수 있다. 각각의 전극 쌍은 오브젝트(101)의 길이 방향을 따라 배치되고, 이러한 전극 쌍들은 오브젝트(101)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 오브젝트(101)의 상이한 부위에 복수의 채널이 배치됨으로써, 임피던스 측정 장치(100)는 보다 정확하게 오브젝트(101)의 임피던스를 측정할 수 있다.
단층촬영과 같이 복수의 채널을 통해 임피던스가 측정되는 경우, 임피던스 측정을 위해 슈도 사인파 형태의 입력 신호가 각 채널 별로 인가될 수 있다. 각 채널 별로 차감될 고품질의 베이스라인 신호의 생성을 위해 고해상도의 디지털 아날로그 컨버터가 사용되면 필요 면적이 커지며 이는 생체 임피던스 측정에 불리한 요소이다.
임피던스 측정 장치(100)는 복수의 채널에서 고해상도의 베이스라인 신호를 생성할 때 하나의 고해상도 신호 생성기를 공유할 수 있다. 여기서, 고해상도 신호 생성기는 디지털 아날로그 컨버터(digital to analogue converter)를 포함할 수 있다. 메모리는 디지털 아날로그 컨버터에 의해 생성된 고해상도 신호의 아날로그 레벨(analogue level)을 저장하고 지속적으로 갱신(refresh)할 수 있다. 메모리에 저장된 고해상도의 슈도 사인파 신호의 아날로그 레벨들을 기초로 각 채널에서의 입력 신호에 맞게 진폭 및 위상에 따라 베이스라인 신호가 생성될 수 있다.
이처럼, 임피던스 측정 장치(100)는 각 채널마다 고해상도의 디지털 아날로그 컨버터를 배치하여 베이스라인 신호를 생성하는 대신, 입력 신호를 생성하기 위한 디지털 아날로그 컨버터에서 생성된 슈도 사인파의 아날로그 레벨들을 저장할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 저장된 아날로그 레벨을 시간에 따라 순차적으로 출력하여 각 채널의 베이스라인 신호를 생성할 수 있다.
상술한 내용들은 전류를 인가하고 전압을 측정하여 임피던스를 측정하는 것으로 설명하였으나, 전압을 인가하고 전류를 측정하여 임피던스를 측정하는 것도 가능하다.
도 2는 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 입력 전류 생성기(201), 제1 전극(미도시), 제2 전극(미도시), 제1 증폭기(204), 베이스라인 신호 차감기(210), 아날로그 디지털 컨버터(206) 및 임피던스 측정기(207)을 포함한다.
여기서, 입력 전류 생성기(201)는 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성한다. 제1 전극은 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트(202)에 인가한다. 제2 전극은 오브젝트(202)로부터 진폭 변조 신호를 수신한다. 임피던스 측정 장치(100)는 사인파(Sinusoidal) 또는 슈도 사인파(pseudo-sinusoidal)의 입력 신호를 오브젝트(202)에 인가함으로써 하모닉(harmonic) 주파수 성분에 의한 노이즈를 완화할 수 있다.
제1 증폭기(204)는 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력한다. 진폭 변조 신호로부터 곧바로 진폭과 위상 정보를 획득하는 대신, 제1 증폭기(204)는 진폭 추정과 위상 추출을 보다 정교하게 구현하기 위해 진폭 변조 신호를 증폭할 수 있다. 제1 증폭기(204)에 의해 충분한 크기로 증폭된 제1 증폭 신호를 기초로 진폭 추정과 위상 추출이 보다 정확하게 수행될 수 있다.
베이스라인 신호 차감기(210)는 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력한다. 베이스라인 신호 차감기(210)는 베이스라인 신호 생성기(213) 및 베이스라인 차감 회로(214)를 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 생성기(213)는 제1 증폭 신호를 기초로 베이스라인 신호를 생성할 수 있다. 베이스라인 차감 회로(214)는 진폭 변조 신호로부터 베이스라인 신호를 차감할 수 있다. 베이스라인 신호 생성기(213)는 진폭 추정 회로(211) 및 위상 추출 회로(212)를 포함할 수 있다. 진폭 추정 회로(211)는 제1 증폭 신호로부터 베이스라인 신호의 진폭을 추정할 수 있다. 위상 추출 회로(212)는 제1 증폭 신호로부터 베이스라인 신호의 위상을 추출할 수 있다. 이처럼, 진폭 변조 신호로부터 입력 신호의 캐리어 주파수 성분인 베이스라인 신호를 차감함으로써, 임피던스 측정 장치(100)는 증폭기의 입력 범위를 최대한 활용할 수 있고, 고해상도의 임피던스 측정을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 아날로그 디지털 컨버터(206)는 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환한다. 임피던스 측정기(207)는 디지털 변조 신호를 기초로 임피던스를 측정한다.
임피던스 측정 장치(100)는 디지털 복조기를 더 포함할 수 있다. 디지털 복조기는 디지털 변조 신호에서 캐리어 주파수의 성분을 제거하여 임피던스 주파수의 디지털 복조 신호로 변환할 수 있다. 이 경우, 임피던스 측정기는 디지털 복조 신호를 기초로 임피던스를 측정할 수 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 버퍼(205)를 더 포함할 수 있다. 아날로그 디지털 컨버터(206)는 버퍼(205)로부터 차감 변조 신호를 입력 받을 수 있다. 버퍼(205)로 인해 아날로그 디지털 컨버터(206)의 입력 저항은 높아질 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 임피던스 측정 장치의 제1 증폭기에 입력되는 신호의 전압을 나타낸 그래프이다.
임피던스 측정 장치(100)는 베이스라인 신호가 차감된 신호를 증폭함으로써 오브젝트(101)의 특성이 반영된 타겟 신호의 미세한 임피던스 변화량을 측정할 수 있다. 도 3을 참조하면, B 지점 이전까지 베이스라인 신호가 차감되지 않은 진폭 변조 신호가 수신된다. 베이스라인 신호 성분으로 인해 진폭 변조 신호에 포함된 타겟 신호 성분의 검출은 어려울 수 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 A 지점에서 진폭 변조 신호의 피크를 검출함으로써 베이스라인 신호의 진폭을 추정할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 B 지점에서 진폭 변조 신호의 위상을 검출함으로써 베이스라인 신호의 위상을 추정할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 진폭 정보와 위상 정보를 기초로 베이스라인 신호를 생성하여 진폭 변조 신호에서 차감할 수 있다.
B 지점 이후는 베이스라인 신호가 차감된 차감 변조 신호가 나타난다. 차감 변조 신호에는 타겟 신호 성분이 큰 비중을 차지하며 전체 진폭이 작아져서 추가적인 증폭이 가능해지며 보다 높은 해상도의 임피던스 측정이 가능해진다.
도 4는 다른 실시예에 따른 제2 증폭기를 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 입력 전류 생성기(201), 제1 전극(미도시), 제2 전극(미도시), 제1 증폭기(204), 베이스라인 신호 차감기(210), 아날로그 디지털 컨버터(206) 및 임피던스 측정기(207)을 포함한다. 임피던스 측정 장치(100)는 버퍼(205)를 더 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기(210)는 베이스라인 신호 생성기(213) 및 베이스라인 차감 회로(214)를 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기(210)는 진폭 추정 회로(211) 및 위상 추출 회로(212)를 더 포함할 수 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 제2 증폭기(208)를 더 포함할 수 있다. 제2 증폭기(208)는 차감 변조 신호를 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력할 수 있다. 제2 증폭기(208)의 이득(gain)은 조정될 수 있다. 여기서, 아날로그 디지털 컨버터(206)는 제2 증폭 신호를 디지털 변조 신호로 변환할 수 있다.
예를 들어, 제2 증폭기(208)는 프로그래머블 이득 증폭기(programmable gain amplifier)를 포함할 수 있다. 제1 증폭기(204)에 의한 이득 만으로 아날로그 디지털 컨버터(206)의 입력단에서 요구되는 신호의 크기가 만족되지 않는 경우, 제2 증폭기(208)는 신호의 크기를 더욱 크게 증폭할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 아날로그 보조기를 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 입력 전류 생성기(201), 제1 전극(미도시), 제2 전극(미도시), 제1 증폭기(204), 베이스라인 신호 차감기(210), 아날로그 디지털 컨버터(206) 및 임피던스 측정기(207)을 포함한다. 임피던스 측정 장치(100)는 버퍼(205)를 더 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기(210)는 베이스라인 신호 생성기(213) 및 베이스라인 차감 회로(214)를 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기(210)는 진폭 추정 회로(211) 및 위상 추출 회로(212)를 더 포함할 수 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 아날로그 복조기(221)를 더 포함할 수 있다. 아날로그 복조기(221)는 차감 변조 신호에서 캐리어 주파수의 성분을 제거하여 임피던스 주파수의 제1 아날로그 복조 신호로 변환할 수 있다. 이때, 아날로그 디지털 컨버터(206)는 제1 아날로그 복조 신호를 디지털 변조 신호로 변환할 수 있다.
임피던스 측정 장치(100)는 필터(222)를 더 포함할 수 있다. 필터(222)는 제1 아날로그 복조 신호로부터 임피던스 주파수 이외의 고주파 성분을 필터링하여 제2 아날로그 복조 신호를 출력할 수 있다. 이때, 아날로그 디지털 컨버터(206)는 제2 아날로그 복조 신호를 디지털 변조 신호로 변환할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 멀티 채널을 가지는 임피던스 측정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
다른 실시예에 따르면, 임피던스 측정 장치(100)는 입력 전류 생성기(201), 복수의 전극쌍, 각 전극쌍에 대응하는 채널의 신호 처리기(601, 602, 603)를 포함한다. 각각의 전극쌍은 제1 전극(미도시) 및 제2 전극(미도시)을 포함한다.
복수의 채널의 신호 처리기(601, 602, 603)는 각각 제1 증폭기(204), 베이스라인 신호 차감기, 아날로그 디지털 컨버터(206) 및 임피던스 측정기(207)을 포함한다. 임피던스 측정 장치(100)는 버퍼(205)를 더 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기는 베이스라인 신호 생성기(213) 및 베이스라인 차감 회로(214)를 포함할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기는 진폭 추정 회로(211) 및 위상 추출 회로(212)를 더 포함할 수 있다.
입력 전류 생성기(201)는 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성한다. 복수의 전극쌍은 각각 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트(202)에 인가하고 오브젝트(202)로부터 진폭 변조 신호를 수신한다.
입력 전류 생성기(201)는 디지털 아날로그 컨버터 및 메모리를 포함한다. 디지털 아날로그 컨버터는 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성할 수 있다. 메모리는 사인파 입력 신호의 아날로그 레벨을 저장할 수 있다. 베이스라인 신호 차감기는 제1 증폭 신호 및 아날로그 레벨을 기초로 베이스라인 신호를 생성할 수 있다.
복수의 전극쌍 각각의 제1 전극은 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트(202)에 인가한다. 제2 전극은 오브젝트(202)로부터 진폭 변조 신호를 수신한다.
각각의 신호 처리기의 제1 증폭기(204)는 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력한다. 베이스라인 신호 차감기는 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력한다. 아날로그 디지털 컨버터(206)는 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환한다. 임피던스 측정기(207)는 디지털 변조 신호를 기초로 임피던스를 측정한다.
이처럼, 임피던스 측정 장치(100)는 각 채널마다 고해상도의 디지털 아날로그 컨버터를 배치하여 베이스라인 신호를 생성하는 대신, 입력 신호를 생성하기 위한 디지털 아날로그 컨버터에서 생성된 슈도 사인파의 아날로그 레벨들을 저장할 수 있다. 임피던스 측정 장치(100)는 복수의 채널에서 고해상도의 베이스라인 신호를 생성할 때 하나의 고해상도 신호 생성기를 공유함으로써 임피던스 측정 장치(100)의 면적을 줄이고 비용을 절감할 수 있다.
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, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 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 컨트롤러를 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 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. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며 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.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 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.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (10)
- 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 입력 전류 생성기;
상기 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하는 제1 전극;
상기 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 제2 전극;
상기 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 증폭기;
상기 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 상기 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력하는 베이스라인 신호 차감기;
상기 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
상기 디지털 변조 신호를 기초로 상기 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기를 포함하는,
임피던스 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 베이스라인 신호 차감기는,
상기 제1 증폭 신호를 기초로 베이스라인 신호를 생성하는 베이스라인 신호 생성기; 및
상기 진폭 변조 신호로부터 상기 베이스라인 신호를 차감하는 베이스라인 차감 회로를 포함하는,
임피던스 측정 장치. - 제2항에 있어서,
상기 베이스라인 신호 생성기는,
상기 제1 증폭 신호로부터 상기 베이스라인 신호의 진폭을 추정하는 진폭 추정 회로; 및
상기 제1 증폭 신호로부터 상기 베이스라인 신호의 위상을 추출하는 위상 추출 회로를 포함하는,
임피던스 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디지털 변조 신호에서 상기 캐리어 주파수의 성분을 제거하여 임피던스 주파수의 디지털 복조 신호로 변환하는 디지털 복조기를 더 포함하고,
상기 임피던스 측정기는 상기 디지털 복조 신호를 기초로 상기 임피던스를 측정하는,
임피던스 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차감 변조 신호를 입력 받아 상기 차감 변조 신호를 출력하는 버퍼를 더 포함하는,
임피던스 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차감 변조 신호를 증폭하여 제2 증폭 신호를 출력하는 제2 증폭기를 더 포함하고,
상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제2 증폭 신호를 디지털 변조 신호로 변환하고,
상기 제2 증폭기의 이득(gain)은 조정될 수 있는,
임피던스 측정 장치. - 제1항에 있어서,
상기 차감 변조 신호에서 상기 캐리어 주파수의 성분을 제거하여 임피던스 주파수의 제1 아날로그 복조 신호로 변환하는 아날로그 복조기를 더 포함하고,
상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제1 아날로그 복조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는,
임피던스 측정 장치. - 제7항에 있어서,
제1 아날로그 복조 신호로부터 상기 임피던스 주파수 이외의 고주파 성분을 필터링하여 제2 아날로그 복조 신호를 출력하는 필터를 더 포함하고,
상기 아날로그 디지털 컨버터는 상기 제2 아날로그 복조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는,
임피던스 측정 장치. - 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 입력 전류 생성기;
상기 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하고 상기 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 복수의 전극쌍;
상기 복수의 전극쌍 각각에 대응하는 채널의 신호 처리기를 포함하고,
상기 복수의 전극쌍 각각은,
상기 사인파 입력 신호를 임피던스를 가지는 오브젝트에 인가하는 제1 전극; 및
상기 오브젝트로부터 진폭 변조 신호를 수신하는 제2 전극을 포함하고,
상기 각각의 신호 처리기는,
상기 진폭 변조 신호를 증폭하여 제1 증폭 신호를 출력하는 제1 증폭기;
상기 제1 증폭 신호를 기초로 생성된 베이스라인 신호를 상기 진폭 변조 신호에서 차감하여 차감 변조 신호를 출력하는 베이스라인 신호 차감기;
상기 차감 변조 신호를 디지털 변조 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터; 및
상기 디지털 변조 신호를 기초로 상기 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기를 포함하는,
임피던스 측정 장치. - 제9항에 있어서,
상기 입력 전류 생성기는,
상기 캐리어 주파수의 사인파 입력 신호를 생성하는 디지털 아날로그 컨버터; 및
상기 사인파 입력 신호의 아날로그 레벨을 저장하는 메모리를 포함하고,
상기 베이스라인 신호 차감기는,
상기 제1 증폭 신호 및 상기 아날로그 레벨을 기초로 상기 베이스라인 신호를 생성하는,
임피던스 측정 장치.
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