WO2021177701A1 - 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법 - Google Patents

광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법 Download PDF

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WO2021177701A1
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amplifier
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light receiving
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PCT/KR2021/002567
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이지훈
박정민
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삼성전자 주식회사
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Definitions

  • Various embodiments of the present disclosure relate to an electronic device for measuring a biosignal using light and an operating method thereof.
  • the biosignal that can be measured using the sensor may include, for example, blood pressure/heart rate measurement (HRM), heart rate variability (HRV), photoplethysmography (or photoplethysmography).
  • HRM blood pressure/heart rate measurement
  • HRV heart rate variability
  • PPG photoplethysmography
  • ECG electrocardiogram
  • SpO 2 oxygen saturation
  • a user has widely used a portable smart device (eg, an electronic device, a wearable device) including a biosensor for the user's health care. Accordingly, when a bio-signal provided for a user's health care is inaccurately measured due to various factors (eg, noise), incorrect bio-information may be provided to the user.
  • the biosignal may be influenced by numerous factors such as the user's emotional state and the surrounding environment such as temperature, humidity, and/or electromagnetic waves and may change in real time.
  • the PPG sensor may be a sensor that measures a user's heart rate using light (or light).
  • the PPG sensor includes a light emitting unit for emitting light, a light receiving unit for detecting and reflecting light emitted from the light emitting unit and converting it into electrical energy, and a front-end module for processing electrical energy output from the light receiving unit (eg, : AFE, analog front-end) can be included.
  • a light emitting unit eg, LED, light-emitting diode
  • a light receiving unit eg, PD, photodiode
  • DC direct current
  • PI perfusion index
  • PI may indicate a ratio of an AC (alternative current) component to a DC component, which may vary from person to person and may also be different depending on skin color.
  • the measured value is about 0.1% based on the skin of medium light series (eg, type III (14-20) of Von Luschan's chromatic scale), for example, AC
  • the magnitude of the DC signal may be about 500mV.
  • the operating range of the receiving end of the sensor is about 1.0V, it can be said that the DC signal is limited to 50% of the operating range. This is the reason that the gain of the receiving end cannot be increased in order to increase the signal to noise ratio (SNR) of the sensor, and for this reason, techniques for removing the DC signal are provided to the front-end module.
  • SNR signal to noise ratio
  • the technology applied to the existing sensor is a digital-to-analog (D/A) converter of the front-end module from the processor (eg, MCU, micro controller unit) based on the output of the front-end module. ) to remove DC, which may have limitations in that it is not a real-time compensation. In addition, since it has a delay time of at least one sample or more, it is difficult to effectively remove the abrupt DC change.
  • D/A digital-to-analog
  • the processor in the prior art, in the prior art for DC removal, the processor has a feedback structure for controlling the D/A converter, which increases the complexity of the system and requires additional current consumption. and stability may be reduced.
  • noise may tend to increase as the current of the D/A converter increases.
  • an electronic device for measuring a biosignal using light and an operating method thereof are disclosed.
  • a novel structure of a sensor capable of efficiently removing a DC component generated at a receiving end of the sensor and an operating method thereof are disclosed.
  • the two signals out of phase are differentially converted to an A/D converter by dividing the signals into at least two channels and inverting the phase difference between the signals from the at least two channels (eg, about 180 degrees).
  • a structure of a receiving end of a sensor capable of input, removing a DC component and providing an AC component, and an operation method thereof are disclosed.
  • a structure of a receiving end of a sensor and an operating method thereof, which enable AC component measurement or DC component and AC component measurement based on switching between operations of the sensor to obtain an optimized signal suitable for a situation discloses about
  • An electronic device includes a light receiving unit including a light emitting unit outputting light, a first light receiving unit detecting the light in a first channel, and a second light receiving unit detecting the light in a second channel, and processing circuitry for processing the light detected by the first light receiving unit and the second light receiving unit in the first channel and the second channel, wherein the processing circuit is operative with the first light receiving unit a first amplifier for processing the first signal of the first channel through the first light receiving unit into a second signal of a specified level, operatively connected to the second light receiving unit, and passing through the second light receiving unit A second amplifier for processing the third signal of the second channel as a fourth signal of a specified level, a phase converter for outputting a fifth signal by inverting the phase of the fourth signal output from the second amplifier, and the first and an analog-to-digital (A/D) converter for outputting a specified signal based on the second signal input from the amplifier and the fifth signal opposite in phase to the second signal input from the phase converter
  • A/D analog-to
  • a front-end module of a device for measuring a biosignal using light
  • a first amplifier operatively connected to a first light receiving unit for detecting light and converting and amplifying the first signal of the first channel through the first light receiving unit into a second signal of a specified level
  • a second amplifier operatively connected to a second light receiving unit for detecting the light of a second channel in the second amplifier for converting and amplifying the third signal of the second channel through the second light receiving unit into a fourth signal of a specified level
  • the second signal amplified by the first amplifier and the fourth signal amplified by the second amplifier and a phase converter operatively connected to the second amplifier and inverting the phase of the fourth signal
  • An analog-to-digital (A/D) converter for outputting a specified signal based on the fifth signal whose phase is inverted may be included.
  • a method of operating an electronic device capable of measuring a biosignal includes an operation of detecting a trigger related to sensor data acquisition, and first sensor data for the trigger to provide information related to a first service
  • the operation of performing signal processing to remove the DC component and extract only the AC component based on the first switching control the trigger acquires second sensor data for providing information related to the second service
  • an operation of performing signal processing to extract a DC component and an AC component based on the second switching control may be included.
  • a computer-readable recording medium recording a program for executing the method in a processor may be included.
  • a DC component eg, a DC voltage component
  • a signal having the maximum SNR may be obtained.
  • the gain of the sensor receiving end may be maximally increased due to the removal of the DC component.
  • the DC component is also measured through a switching operation, so that the electronic device provides a service to the user ( Or, it is possible to obtain an optimized biosignal according to the situation).
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device in a network environment according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 2 is a perspective view of a front surface of an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of a rear surface of an electronic device according to an exemplary embodiment
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a sensor module of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a block configuration of an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of configuring a light receiving unit and a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a simulation based on an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another example of configuring a light receiving unit and a front-end module in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of configuring a light receiving unit and a front-end module in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of a block configuration of an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of configuring a switch in a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a configuration of a switch circuit of a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating another example of a configuration of a switch circuit of a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • FIGS. 14 and 15 are diagrams illustrating an example of a simulation based on an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • 16 is a flowchart illustrating a method of operating an electronic device according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 101 in a network environment 100 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the electronic device 101 communicates with the electronic device 102 through a first network 198 (eg, a short-range wireless communication network) or a second network 199 . It may communicate with the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • a first network 198 eg, a short-range wireless communication network
  • a second network 199 e.g., a second network 199 . It may communicate with the electronic device 104 or the server 108 through (eg, a long-distance wireless communication network). According to an embodiment, the electronic device 101 may communicate with the electronic device 104 through the server 108 .
  • the electronic device 101 includes a processor 120 , a memory 130 , an input device 150 , a sound output device 155 , a display device 160 , an audio module 170 , and a sensor module ( 176 , interface 177 , haptic module 179 , camera module 180 , power management module 188 , battery 189 , communication module 190 , subscriber identification module 196 , or antenna module 197 . ) may be included. In some embodiments, at least one of these components (eg, the display device 160 or the camera module 180 ) may be omitted or one or more other components may be added to the electronic device 101 . In some embodiments, some of these components may be implemented as one integrated circuit. For example, the sensor module 176 (eg, a fingerprint sensor, an iris sensor, or an illuminance sensor) may be implemented while being embedded in the display device 160 (eg, a display).
  • the sensor module 176 eg, a fingerprint sensor, an iris sensor, or an illuminance sensor
  • the processor 120 executes software (eg, the program 140) to execute at least one other component (eg, hardware or software component) of the electronic device 101 connected to the processor 120 . It can control and perform various data processing or operations. According to an embodiment, as at least part of data processing or operation, the processor 120 stores commands or data received from other components (eg, the sensor module 176 or the communication module 190 ) into a volatile memory (volatile memory). ) 132 , may process commands or data stored in the volatile memory 132 , and store the resulting data in a non-volatile memory 134 .
  • software eg, the program 140
  • the processor 120 stores commands or data received from other components (eg, the sensor module 176 or the communication module 190 ) into a volatile memory (volatile memory).
  • volatile memory volatile memory
  • 132 may process commands or data stored in the volatile memory 132 , and store the resulting data in a non-volatile memory 134 .
  • the processor 120 includes a main processor 121 (eg, a central processing unit (CPU) or an application processor (AP)), and a coprocessor that can be operated independently or together with the processor 120 .
  • a main processor 121 eg, a central processing unit (CPU) or an application processor (AP)
  • a coprocessor that can be operated independently or together with the processor 120 .
  • 123 eg, a graphic processing unit (GPU), an image signal processor (ISP), a sensor hub processor, or a communication processor (CP)
  • the auxiliary processor 123 may be configured to use less power than the main processor 121 or to be specialized for a designated function.
  • the auxiliary processor 123 may be implemented separately from or as a part of the main processor 121 .
  • the auxiliary processor 123 is, for example, on behalf of the main processor 121 while the main processor 121 is in an inactive (eg, sleep) state, or the main processor 121 is At least one of the components of the electronic device 101 (eg, the display device 160 and the sensor module 176 ) together with the main processor 121 while in an active (eg, application execution) state ), or at least some of functions or states related to the communication module 190).
  • the coprocessor 123 eg, an image signal processor or a communication processor
  • may be implemented as part of another functionally related component eg, the camera module 180 or the communication module 190. have.
  • the memory 130 may store various data used by at least one component of the electronic device 101 (eg, the processor 120 or the sensor module 176 ).
  • the data may include, for example, input data or output data for software (eg, the program 140 ) and instructions related thereto.
  • the memory 130 may include a volatile memory 132 or a non-volatile memory 134 .
  • the program 140 may be stored as software in the memory 130 , and may include, for example, an operating system (OS) 142 , middleware 144 , or an application 146 . .
  • OS operating system
  • middleware middleware
  • application application
  • the input device 150 may receive a command or data to be used by a component (eg, the processor 120 ) of the electronic device 101 from the outside (eg, a user) of the electronic device 101 .
  • the input device 150 may include, for example, a microphone, a mouse, a keyboard, or a digital pen (eg, a stylus pen).
  • the sound output device 155 may output a sound signal to the outside of the electronic device 101 .
  • the sound output device 155 may include, for example, a speaker or a receiver.
  • the speaker can be used for general purposes such as multimedia playback or recording playback, and the receiver can be used to receive incoming calls. According to one embodiment, the receiver may be implemented separately from or as part of the speaker.
  • the display device 160 may visually provide information to the outside (eg, a user) of the electronic device 101 .
  • the display device 160 may include, for example, a display, a hologram device, or a projector and a control circuit for controlling the corresponding device.
  • the display device 160 includes a touch circuitry configured to sense a touch or a sensor circuit configured to measure the intensity of a force generated by the touch (eg, a pressure sensor). may include.
  • the audio module 170 may convert a sound into an electric signal or, conversely, convert an electric signal into a sound. According to an embodiment, the audio module 170 acquires a sound through the input device 150 , or an external electronic device (eg, a sound output device 155 ) connected directly or wirelessly with the electronic device 101 . The sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or headphones).
  • an external electronic device eg, a sound output device 155
  • the sound may be output through the electronic device 102 (eg, a speaker or headphones).
  • the sensor module 176 detects an operating state (eg, power or temperature) of the electronic device 101 or an external environmental state (eg, user state), and generates an electrical signal or data value corresponding to the sensed state. can do.
  • the sensor module 176 may include, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, a barometer sensor, a magnetic sensor, and an acceleration sensor. ), grip sensor, proximity sensor, color sensor (eg, RGB (red, green, blue) sensor), IR (infrared) sensor, biometric sensor, temperature It may include a temperature sensor, a humidity sensor, or an illumination sensor.
  • the interface 177 may support one or more designated protocols that may be used to directly or wirelessly connect to an external electronic device (eg, the electronic device 102 ) of the electronic device 101 .
  • the interface 177 may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, a secure digital (SD) card interface, or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • SD secure digital
  • the connection terminal 178 may include a connector through which the electronic device 101 can be physically connected to an external electronic device (eg, the electronic device 102 ).
  • the connection terminal 178 may include, for example, an HDMI connector, a USB connector, an SD card connector, or an audio connector (eg, a headphone connector).
  • the haptic module 179 may convert an electrical signal into a mechanical stimulus (eg, vibration or movement) or an electrical stimulus that the user can perceive through tactile or kinesthetic sense.
  • the haptic module 179 may include, for example, a motor, a piezoelectric element, or an electrical stimulation device.
  • the camera module 180 may capture still images and moving images. According to an embodiment, the camera module 180 may include one or more lenses, image sensors, image signal processors, or flashes.
  • the power management module 188 may manage power supplied to the electronic device 101 .
  • the power management module 188 may be implemented as, for example, at least a part of a power management integrated circuit (PMIC).
  • PMIC power management integrated circuit
  • the battery 189 may supply power to at least one component of the electronic device 101 .
  • battery 189 may include, for example, a non-rechargeable primary cell, a rechargeable secondary cell, or a fuel cell.
  • the communication module 190 is a direct (eg, wired) communication channel or a wireless communication channel between the electronic device 101 and an external electronic device (eg, the electronic device 102, the electronic device 104, or the server 108). It can support establishment and communication through the established communication channel.
  • the communication module 190 may include one or more communication processors that operate independently of the processor 120 (eg, an application processor) and support direct (eg, wired) communication or wireless communication.
  • the communication module 190 is a wireless communication module 192 (eg, a cellular communication module, a short-range wireless communication module, or a global navigation satellite system (GNSS) communication module) or a wired communication module 194 (eg, : It may include a local area network (LAN) communication module, or a power line communication module).
  • a corresponding communication module among these communication modules is a first network 198 (eg, a short-range communication network such as Bluetooth, Wi-Fi direct, or infrared data association (IrDA)) or a second network 199 (eg, a cellular network, the Internet).
  • a computer network eg, a telecommunication network such as a LAN or a wide area network (WAN)
  • These various types of communication modules may be integrated into one component (eg, a single chip) or may be implemented as a plurality of components (eg, multiple chips) separate from each other.
  • the wireless communication module 192 communicates with the first network 198 or the second network 199 using subscriber information (eg, international mobile subscriber identity (IMSI)) stored in the subscriber identification module 196 .
  • subscriber information eg, international mobile subscriber identity (IMSI)
  • IMSI international mobile subscriber identity
  • the antenna module 197 may transmit or receive a signal or power to the outside (eg, an external electronic device).
  • the antenna module 197 may include one antenna including a conductor formed on a substrate (eg, a PCB) or a radiator formed of a conductive pattern.
  • the antenna module 197 may include a plurality of antennas. In this case, at least one antenna suitable for a communication method used in a communication network such as the first network 198 or the second network 199 is connected from the plurality of antennas by, for example, the communication module 190 . can be selected. A signal or power may be transmitted or received between the communication module 190 and an external electronic device through the selected at least one antenna.
  • other components eg, RFIC
  • other than the radiator may be additionally formed as a part of the antenna module 197 .
  • peripheral devices eg, a bus, general purpose input and output (GPIO), serial peripheral interface (SPI), or mobile industry processor interface (MIPI)
  • GPIO general purpose input and output
  • SPI serial peripheral interface
  • MIPI mobile industry processor interface
  • the command or data may be transmitted or received between the electronic device 101 and the external electronic device 104 through the server 108 connected to the second network 199 .
  • Each of the electronic devices 102 and 104 may be the same or a different type of the electronic device 101 .
  • all or part of the operations executed in the electronic device 101 may be executed in one or more of the external electronic devices 102 , 104 , or 108 .
  • the electronic device 101 may perform the function or service itself instead of executing the function or service itself.
  • one or more external electronic devices 102 and 104 may be requested to perform at least a part of a function or a service thereof.
  • the one or more external electronic devices 102 and 104 that have received the request execute at least a part of the requested function or service, or an additional function or service related to the request, and send a result of the execution to the electronic device 101 can transmit
  • the electronic device 101 may process the result as it is or additionally and provide it as at least a part of a response to the request.
  • cloud computing, distributed computing, or client-server computing technology may be used.
  • the electronic device 101 may have various types of devices.
  • the electronic device 101 may include, for example, a portable communication device (eg, a smart phone), a portable multimedia device, a portable medical device, a camera, a wearable device, or a home appliance device.
  • a portable communication device eg, a smart phone
  • portable multimedia device e.g., a portable multimedia device
  • portable medical device e.g., a portable medical device
  • a camera e.g., a camera
  • a wearable device e.g., a smart bracelet
  • a or B at least one of A and B”, “at least one of A or B”, “A, B or C”, “at least one of A, B and C” and “A;
  • Each of the phrases such as “at least one of B, or C” may include any one of the items listed together in the corresponding one of the phrases, or all possible combinations thereof.
  • Terms such as “first”, “second”, or “first” or “second” may be used simply to distinguish the component from other such components, and may refer to components in other aspects (e.g., importance or order) is not limited.
  • a reference in which one (e.g. first) component is “coupled” or “connected” to another (e.g. second) component with or without the terms “functionally” or “communicatively” If used, it means that one component can be connected to the other component directly (eg, by wire), wirelessly, or through a third component.
  • module may include a unit implemented in hardware, software or firmware, for example, logic, logic block, component ), or the term “circuit” can be used interchangeably.
  • a module may be an integrally formed part or a minimum unit or a part of the part that performs one or more functions. According to an embodiment, the module may be implemented in the form of an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Various embodiments of the present document include one or more stored in a storage medium (eg, the internal memory 136 or the external memory 138) readable by a machine (eg, the electronic device 101). It may be implemented as software (eg, the program 140) including instructions.
  • the processor eg, the processor 120
  • the device may call at least one of one or more instructions stored from a storage medium and execute it. This makes it possible for the device to be operated to perform at least one function according to the at least one command called.
  • the one or more instructions may include code generated by a compiler or code that may be executed by an interpreter.
  • the device-readable storage medium may be provided in the form of a non-transitory storage medium.
  • 'non-transitory' only means that the storage medium is a tangible device and does not contain a signal (eg, electromagnetic wave), and this term refers to the case where data is semi-permanently stored in the storage medium and It does not distinguish between temporary storage cases.
  • a signal eg, electromagnetic wave
  • the method according to various embodiments disclosed in this document may be provided as included in a computer program product.
  • Computer program products may be traded between sellers and buyers as commodities.
  • the computer program product is distributed in the form of a machine-readable storage medium (eg CD-ROM, compact disc read only memory), or via an application store (eg Play Store TM ) or on two user devices (eg CD-ROM). : can be distributed (eg, downloaded or uploaded) directly between smartphones) and online.
  • at least a part of the computer program product may be temporarily stored or temporarily created in a machine-readable storage medium such as a memory of a server of a manufacturer, a server of an application store, or a relay server.
  • each component eg, a module or a program of the above-described components may include a singular or a plurality of entities.
  • one or more components or operations among the above-described corresponding components may be omitted, or one or more other components or operations may be added.
  • a plurality of components eg, a module or a program
  • the integrated component may perform one or more functions of each component of the plurality of components identically or similarly to those performed by the corresponding component among the plurality of components prior to the integration. .
  • operations performed by a module, program, or other component are executed sequentially, in parallel, iteratively, or heuristically, or one or more of the operations are executed in a different order. , may be omitted, or one or more other operations may be added.
  • FIG. 2 is a perspective view of a front surface of an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • 3 is a perspective view of a rear surface of an electronic device according to an exemplary embodiment;
  • an electronic device 101 has a first surface (or front surface) 210A, a second surface (or rear surface) 210B, and a first surface 210A. and a side surface 210C surrounding the space between the second surface 210B, and a housing 210 connected to at least a portion of the housing 210 and configured to attach the electronic device 101 to a user's body part (eg, a wrist). , or ankle) may include fastening members 250 and 260 configured to be detachably attached to the ankle.
  • the housing 210 may refer to a structure that forms part of the first surface 210A, the second surface 210B, and the side surface 210C of FIG. 2 .
  • the first surface 210A may be formed by the front plate 201 (eg, a glass plate including various coating layers or a polymer plate) at least a portion of which is substantially transparent.
  • the front plate 201 eg, a glass plate including various coating layers or a polymer plate
  • the second surface 210B may be formed by the substantially opaque back plate 207 .
  • the back plate 207 may be made of, for example, coated or tinted glass, ceramic, polymer, metal (eg, aluminum, stainless steel (STS), or magnesium), or a combination of at least two of the foregoing. can be formed by
  • the side surface 210C is coupled to the front plate 201 and the rear plate 207 by a side bezel structure (or “side member”) 206 comprising a metal and/or a polymer. can be formed.
  • a side bezel structure or “side member” 206 comprising a metal and/or a polymer.
  • the back plate 207 and the side bezel structure 206 are integrally formed and may include the same material (eg, a metal material such as aluminum).
  • the binding members 250 and 260 may be formed of various materials and shapes.
  • the binding members 250 and 260 may be formed so that the integral and plurality of unit links can flow with each other by a woven fabric, leather, rubber, urethane, metal, ceramic, or a combination of at least two of the above materials. .
  • the electronic device 101 includes the display 220 (eg, the display device 160 of FIG. 1 ), the audio modules 205 and 208 , and the sensor module 211 (eg, the display device 160 of FIG. 1 ). It may include at least one of a sensor module 176 ), key input devices 202 , 203 , 204 , and a connector hole 209 . In some embodiments, the electronic device 101 omits at least one of the components (eg, the key input device 202 , 203 , 204 , the connector hole 209 , or the audio module 205 , 208 ) or Other components may be additionally included.
  • the components eg, the key input device 202 , 203 , 204 , the connector hole 209 , or the audio module 205 , 208 .
  • the display 220 may be exposed through a substantial portion of the front plate 201 , for example.
  • the shape of the display 220 may be a shape corresponding to the shape of the front plate 201 , and may have various shapes such as a circle, an oval, or a polygon.
  • the display 220 may be coupled to or disposed adjacent to a touch sensing circuit, a pressure sensor capable of measuring the intensity (pressure) of a touch, and/or a fingerprint sensor.
  • the audio modules 205 and 208 may include a microphone hole 205 and a speaker hole 208 .
  • a microphone for acquiring an external sound may be disposed therein, and in some embodiments, a plurality of microphones may be disposed to detect the direction of the sound.
  • the speaker hole 208 may be used as an external speaker and/or a receiver for calls.
  • the speaker hole 208 and the microphone hole 205 may be implemented as a single hole, or a speaker may be included without the speaker hole 208 (eg, a piezo speaker).
  • the sensor module 211 may generate an electrical signal or data value corresponding to an internal operating state of the electronic device 101 or an external environmental state.
  • the sensor module 211 may include, for example, a biometric sensor module (eg, a heart rate measurement (HRM) sensor, a photoplethysmography (PPG) sensor) disposed on the second surface 210B of the housing 210 . have.
  • HRM heart rate measurement
  • PPG photoplethysmography
  • the electronic device 101 may include a sensor module not shown, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a biometric sensor, a temperature sensor, It may further include at least one of a humidity sensor and an illuminance sensor.
  • a sensor module not shown, for example, a gesture sensor, a gyro sensor, a barometric pressure sensor, a magnetic sensor, an acceleration sensor, a grip sensor, a color sensor, an IR (infrared) sensor, a biometric sensor, a temperature sensor, It may further include at least one of a humidity sensor and an illuminance sensor.
  • the key input device 202 , 203 , 204 includes a wheel key 202 disposed on a first surface 210A of the housing 210 and rotatable in at least one direction, and/or a side surface 210C of the housing 210 . ) may include side key buttons 202 and 203 disposed in the .
  • the wheel key 202 may have a shape corresponding to the shape of the front plate 202 .
  • the electronic device 101 may not include some or all of the above-mentioned key input devices 202, 203, 204 and the non-included key input devices 202, 203, 204 display a display. It may be implemented in other forms, such as soft keys on 220 .
  • the connector hole 209 may accommodate a connector (eg, a USB connector) for transmitting/receiving power and/or data to/from an external electronic device, and another connector capable of receiving a connector for transmitting/receiving an audio signal to/from an external electronic device connector hole (not shown)).
  • the electronic device 101 may further include, for example, a connector cover (not shown) that covers at least a portion of the connector hole 209 and blocks the inflow of foreign substances into the connector hole 209 .
  • the binding members 250 and 260 may be detachably attached to at least a partial region of the housing 210 using the locking members 251 and 261 .
  • the binding members 250 and 260 may include one or more of a fixing member 252 , a fixing member fastening hole 253 , a band guide member 254 , and a band fixing ring 255 .
  • the fixing member 252 may be configured to fix the housing 210 and the binding members 250 and 260 to a part of the user's body (eg, a wrist or an ankle).
  • the fixing member coupling hole 253 may correspond to the fixing member 252 to fix the housing 210 and the coupling members 250 and 260 to a part of the user's body.
  • the band guide member 254 is configured to limit the range of motion of the fixing member 252 when the fixing member 252 is fastened with the fixing member coupling hole 253, so that the fixing members 250 and 260 are attached to a part of the user's body. It can be made to adhere and bind.
  • the band fixing ring 255 may limit the range of movement of the fixing members 250 and 260 in a state in which the fixing member 252 and the fixing member coupling hole 253 are fastened.
  • the electronic device 101 may further include components not shown.
  • the electronic device 101 may include an antenna, a support member (eg, a bracket), a battery, a printed circuit board, and/or a sealing member.
  • the support member may be formed of, for example, a metallic material and/or a non-metallic (eg, polymer) material.
  • the support member may have a display 220 coupled to one surface and a printed circuit board coupled to the other surface.
  • the printed circuit board may be equipped with a processor (eg, processor 120 in FIG. 1 ), memory (eg, memory 130 in FIG. 1 ), and/or an interface (eg, interface 177 in FIG. 1 ). have.
  • the processor is, for example, a micro controller unit (MCU), a central processing unit (CPU), a graphic processing unit (GPU), a sensor processor, an application processor (AP), or communication It may include one or more of a communication processor (CP).
  • MCU micro controller unit
  • CPU central processing unit
  • GPU graphic processing unit
  • AP application processor
  • CP communication processor
  • Memory may include, for example, volatile memory or non-volatile memory.
  • the interface may include, for example, a high definition multimedia interface (HDMI), a universal serial bus (USB) interface, an SD card interface, and/or an audio interface.
  • HDMI high definition multimedia interface
  • USB universal serial bus
  • the interface may, for example, electrically or physically connect the electronic device 101 to an external electronic device, and may include a USB connector, an SD card/MMC connector, or an audio connector.
  • the battery is a device for supplying power to at least one component of the electronic device 101 , and may include, for example, a non-rechargeable primary battery, a rechargeable secondary battery, or a fuel cell. At least a portion of the battery may be disposed substantially coplanar with the printed circuit board, for example.
  • the battery may be integrally disposed inside the electronic device 101 or may be detachably disposed with the electronic device 101 .
  • the antenna may include, for example, a near field communication (NFC) antenna, a wireless charging antenna, and/or a magnetic secure transmission (MST) antenna.
  • the antenna may, for example, perform short-range communication with an external electronic device or wirelessly transmit/receive power required for charging, and may transmit a short-range communication signal or a magnetic-based signal including payment data.
  • the sealing member may be configured to block moisture and foreign substances from flowing into a space surrounded by the side bezel structure and the rear plate from the outside.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a sensor module of an electronic device according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 4 may show, for example, an example in which the sensor module 211 is disposed on the second surface 210B of the housing 210 of the electronic device 101 .
  • the sensor module 211 represents an example of a structure of an optical sensor (eg, a PPG sensor) including an emitter 410 and a receiver 420 .
  • an optical sensor eg, a PPG sensor
  • the light emitting unit 410 may include a light emitting device (or semiconductor) such as a light emitting diode (eg, LED, light-emitting diode).
  • the light receiving unit 420 includes a light receiving element (or semiconductor) that converts light energy (or light) such as a photodiode (PD) (or photodiode) into electrical energy (or electrical signal). can do.
  • the sensor module 211 includes one light emitting unit 410 and eight light receiving units 420 as an example, but various embodiments are not limited thereto.
  • the light emitting unit 410 may be disposed in the center, and the light receiving unit 420 may include a plurality of photodiodes and surround the light emitting unit 410 .
  • the eight light receiving units 420 may be configured to form at least two channels (or electrical paths) (eg, a first channel and a second channel) according to the design of the sensor module 211 .
  • the light receiving unit 420 may be divided into two groups (eg, a first group and a second group) according to two channels.
  • the light receiving unit 420 is divided into a first group formed of one or more PDs and a second group formed of the remaining PDs, and operates to receive light through a corresponding channel according to the divided group.
  • the light receiving unit 420 may include a plurality of PDs, some of the plurality of PDs may be set as a first group to form a first channel, and the remaining part may be set as a first group for removing a DC component.
  • the second group can be set to form two channels.
  • Various embodiments are not limited thereto, and in some embodiments may be configured to form three or more channels, such as a first channel, a second channel, and a third channel.
  • the light receiving unit 420 may configure the same number of PDs in the first group and the second group, or may configure the number of PDs in the first group and the second group differently. For example, by configuring each of the first group and the second group with four PDs, the number of PDs in each channel may be identically configured. As another example, the first group may be composed of two PDs, and the second group may be composed of six PDs, so that the number of PDs in each channel may be configured differently. According to an embodiment, when the number of PDs in each channel is different from each other, a direct current (DC) level in each channel may be corrected using a gain of an amplifier.
  • DC direct current
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a block configuration of an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 5 may show an example of a block configuration related to a sensor module for sensing biometric data in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the block configuration of the electronic device 101 according to the example of FIG. 5 is the electronic device 101 itself (eg, a sensor (eg, a light sensor) or a sensor module) or within the electronic device 101 . It may correspond to the configuration of the provided sensor module.
  • the electronic device 101 may include a sensing unit and a processing unit.
  • the sensing unit may be divided into a sensor block and a control block.
  • the sensor block serves to receive biosignals measured from the body (eg, sensing operation)
  • the control block serves to digitize the analog signals received from the sensor block (eg, signal conversion and/or or processing).
  • the sensing unit may include a light emitting unit 510 , a plurality of light receiving units 521 and 523 , and a front-end module 530 (eg, analog front-end (AFE)).
  • the processing unit may include a processor 570 (eg, the processor 120 of FIG. 1 ).
  • the configuration of the electronic device 101 is not limited thereto, and may include various blocks and/or circuits for providing services (or functions) based on bio-signal measurement.
  • the components listed in the example of FIG. 5 may be operatively and/or electrically connected to each other.
  • the biosignal that can be measured by the electronic device 101 using a sensor may include, for example, blood pressure/heart rate measurement (HRM), heart rate variability (HRV), and light. plethysmography (PPG), electrocardiograms (ECG), and/or peripheral oxygen saturation (SpO 2 ).
  • the light emitting unit 510 may be implemented as a light emitting device (or semiconductor) such as a light emitting diode (eg, LED, light-emitting diode), and may emit a specified light (eg, LED light).
  • a light emitting device or semiconductor
  • a light emitting diode eg, LED, light-emitting diode
  • a specified light eg, LED light
  • the light receiving units 521 and 523 are light receiving elements (or semiconductors) that convert light energy (or light) such as photodiodes (PDs) (or photodiodes) into electrical energy (or electrical signals). may include.
  • the light receiving units 521 and 523 may include a first light receiving unit 521 for a first channel (eg, an electrical path) and a second light receiving unit 523 for a second channel. have.
  • each of the first light receiving unit 521 and the second light receiving unit 523 may include one or more photodiodes.
  • the number of photodiodes of the first light receiving unit 521 of the first channel and the number of photodiodes of the second light receiving unit 523 of the second channel may be the same or different from each other.
  • the light receiving units 521 and 523 are output (or emitted) from the light emitting unit 510 and transmitted to a specific object (eg, user's skin) to receive reflected light (eg, LED light) (or signal). It can detect (or receive).
  • the light receiving units 521 and 523 may convert a detected signal (eg, light) into an electrical signal and transmit it to the front-end module 530 based on a corresponding channel.
  • the front-end module 530 receives an electrical signal (eg, a first signal, a second signal) for each channel from the light receiving units 521 and 523 , and processes the signal based on the corresponding channel to process the signal. You can pass it to (570).
  • the front-end module 530 may perform a sensing function (eg, measurement of a biological signal) based on an electrical signal (eg, a biological signal) received from the light receiving units 521 and 523 .
  • the front-end module 530 processes (eg, removes or includes a DC component) a sensed signal (eg, alternative current (AC) + direct current (DC)) and transmits it to the processor 570 .
  • a sensing function eg, measurement of a biological signal
  • the front-end module 530 processes (eg, removes or includes a DC component) a sensed signal (eg, alternative current (AC) + direct current (DC)) and transmits it to the processor 570 .
  • AC alternative current
  • the front-end module 530 may perform a pre-processing operation on an intermediate frequency signal (IF) prior to processing by the processor 570 .
  • the front-end module 530 may include amplifiers 541 , 543 , a phase converter 550 , and an analog-to-digital (A/D) converter 560 .
  • the configuration of the front-end module 530 is not limited thereto, and may include various blocks and/or circuits for appropriate processing by the processor 570 .
  • the amplifiers 541 and 543 may include an operational amplifier such as a trans-impedance amplifier (TIA).
  • the amplifiers 541 and 543 may include a first TIA 541 for the first channel and a second TIA 543 for the second channel.
  • the first TIA 541 of the first channel and the second TIA 543 of the second channel are operatively and/or electrically connected to the light receiving units 521 and 523 of the corresponding channel, respectively, and , the current transmitted from the light receiving units 521 and 523 may be converted into a voltage and amplified.
  • the first TIA 541 may be connected to the first light receiving unit 521 of the first channel, convert a first current according to the first channel into a first voltage, and provide an amplified first signal.
  • the second TIA 543 may be connected to the second light receiving unit 523 of the second channel, convert a second current according to the second channel into a second voltage, and provide an amplified second signal.
  • the first signal (eg, DC+AC) of the first light receiving unit 521 according to the first channel may be transmitted to the A/D converter 560 through the first TIA 541 .
  • the second signal (eg, DC+AC) of the second light receiving unit 523 according to the second channel is converted into a third signal (eg, DC-AC) processed through the phase converter 550 . and may be transmitted to the A/D converter 560 .
  • the phase converter 550 inverts (or 180 degrees phase) the second signal (eg, DC+AC) to remove the DC component (extract only the AC component) from the A/D converter 560 . It may serve to generate a third signal (eg, DC-AC) by performing a phase shift.
  • the phase converter 550 may include an inverting amplifier 551 and a filter 553 .
  • the configuration of the phase converter 550 is not limited thereto, and may include various blocks and/or circuits for inverting a given signal for proper processing by the A/D converter 560 .
  • the inverting amplifier 551 is operatively and/or electrically coupled with the second TIA 543 of the second channel to provide a second signal from the second TIA 543 to a given reference potential point. It can serve as a reversal based on According to an embodiment, the inverting amplifier 551 may invert and output the signal by a predetermined amplification degree with respect to the input signal. For example, the inverting amplifier 551 may amplify a negative (-) voltage as a positive (+) voltage and a positive voltage as a negative voltage while maintaining the shape of the signal.
  • the inverting amplifier 551 may include a first input port (eg, an inverting terminal (-)), a second input port (eg, a non-inverting terminal (+)), and one output port. have. According to an embodiment, the inverting amplifier 551 may invert the second signal into the third signal based on the reference potential applied to (or input) to the second input port.
  • a first input port eg, an inverting terminal (-)
  • a second input port eg, a non-inverting terminal (+)
  • the inverting amplifier 551 may invert the second signal into the third signal based on the reference potential applied to (or input) to the second input port.
  • the filter 553 may provide a reference potential for inverting the second signal of the second TIA 543 to DC to the inverting amplifier 551 as a center for inverting the second signal of the inverting amplifier 551 .
  • the filter 553 may include a low pass filter (LPF).
  • the filter 553 is between the second TIA 543 and the inverting amplifier 551, one end is connected to the second TIA 543, and the other end is an inverting amplifier 551 (eg, an inverting amplifier).
  • the second input port of 551) may be formed to be connected.
  • the filter 553 may serve to determine a reference electric potential for a signal (eg, a third signal) inverted through the inverting amplifier 551 .
  • the filter 553 extracts (or filters) a specified signal (eg, a DC component) from the signal (eg, the second signal) of the second TIA 543 of the second channel to reverse the second signal. It may be provided to the inverting amplifier 551 as a reference signal (or reference value) for
  • the A/D converter 560 is operatively and/or electrically connected to the first TIA 541 of the first channel and the inverting amplifier 551 of the second channel to signal (eg, the second It may serve to digitize the difference between the first signal and the third signal).
  • the A/D converter 560 receives an analog (waveform) signal (eg, a first signal) from the first TIA 541 of the first channel and the inverting amplifier 551 of the second channel.
  • a fourth signal eg, an AC component from which a DC component is removed
  • a difference between the received analog (waveform) signals eg, a third signal
  • the first signal (eg, DC+AC) of the first channel and the third signal (eg, DC-AC) of the second channel having opposite phases are differential of the A/D converter 560 .
  • a first signal and a third signal having opposite phases are respectively input to the two input ports of the A/D converter 560 , and the A/D converter 560 receives DC from the first signal and the third signal.
  • the component can be removed and only the AC component can be output.
  • the processor 570 may serve to control the configuration of the electronic device 101 .
  • the processor 570 may perform various operations based on an output signal of the front-end module 530 .
  • the processor 570 calculates information (eg, health information) about the corresponding biosignal using the biosignal (eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 ) to the user.
  • information eg, health information
  • the biosignal eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of configuring a light receiving unit and a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram and/or circuit of the light receiving units 521 and 523 and the front-end module 530 corresponding to FIG. 5 in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 6 may show an example of the structure of the receiving end of the sensor module for efficiently removing the DC component generated at the receiving end of the optical sensor.
  • the components listed in the example of FIG. 6 may be operatively and/or electrically connected to each other.
  • the receiving end of the electronic device 101 uses a plurality of photodiodes 521 and 523 (eg, PD1 521 , PD2 523 ).
  • the electronic device 101 is divided into two channels (eg, a first channel and a second channel), and a photodiode (eg, PD1) which is a light receiving element for the first light receiving unit 521 of the first channel and a photodiode (eg, PD2) serving as a light receiving element for the second light receiving unit 523 of the second channel.
  • the first light receiving unit 521 and the second light receiving unit 523 may each include a plurality of photodiodes, and may include the same or different number of photodiodes in each channel.
  • the electronic device 101 is operatively and/or electrically connected to each of the light receiving units 521 and 523 divided into two channels, and processes the signals of each of the light receiving units 521 and 523 (eg: It may include amplifiers 541 and 543 (eg, first TIA 541 and second TIA 543 ) for converting and amplifying).
  • the amplifiers 541 and 543 may include a first TIA 541 that processes the signal of the first light receiving unit 521 of the first channel and a second second that processes the signal of the second light receiving unit 523 of the second channel.
  • TIA 543 may be included.
  • the amplifiers 541 and 543 may use an operational amplifier and may include devices (eg, resistors and capacitors) for stable operation.
  • the first signal 610 processed through the first TIA 541 of the first channel may be input to the first input terminal (or port) (+) of the A/D converter 560 . have.
  • the second signal 620 processed through the second TIA 543 of the second channel may be input to the phase converter 550 .
  • the phase converter 550 is the second in the inverting amplifier 551 and the inverting amplifier 551 that inverts the second signal 620 of the second TIA 543 of the second channel to have a phase difference of 180 degrees.
  • a filter 553 that provides a reference signal (or reference potential) for setting an inversion center capable of removing the DC component of the signal 620 as the DC component may be included.
  • the inverting amplifier 551 may use an operational amplifier and may include a device (eg, a resistor) for stable operation.
  • the filter 553 may use an LPF.
  • the second signal 620 may be used as an input of the inverting amplifier 551 and the filter 553 (eg, LPF) of the phase converter 550 .
  • the filter 553 eg, LPF
  • the inverting amplifier 551 may include a first input port (eg, an inverting terminal (-)), a second input port (eg, a non-inverting terminal (+)), and one output port. have.
  • the inverting amplifier 551 may invert the second signal 620 into the third signal 630 based on the reference potential applied to (or input) to the second input port.
  • a reference potential (eg, ⁇ (DC)) of the filter 553 may be input to the second input port of the inverting amplifier 551 according to an electrical path with the filter 553 .
  • the reference potential passing through the filter 553 may include a DC component (eg, ⁇ (DC)) of a specific voltage.
  • the inverting amplifier 551 has a first input port (eg, an inverting terminal (-)) operatively and/or electrically connected to a second TIA 543 of a second channel, and a second An input port (eg, a non-inverting terminal (+)) may be operatively and/or electrically connected to the filter 553 .
  • the inverting amplifier 551 substantially inverts the AC component in the second signal 620 from the second TIA 543 when the reference potential of the filter 553 is input to the second input port. to output the third signal 630 .
  • the second signal 620 (eg, ⁇ (DC+AC)) input to the first input port and the second input Based on the first reference potential (eg, ⁇ (DC)) input to the port, the second signal 620 is shifted (or floated) from the ground by a certain range instead of the ground reference (eg, the second signal ( (corresponding to the input DC component of 1220)).
  • the inverting amplifier 551 may amplify and invert a voltage between two points that are not based on the ground by a predetermined amplification and output the amplified voltage.
  • the inverting amplifier 551 may amplify a signal that does not change according to a ground reference (or a signal floating on the ground), and may be defined as in [Equation 1] below.
  • the filter 553 is formed between the second TIA 543 and the inverting amplifier 551 to set the center for inversion of the second signal 620 in the inverting amplifier 551 to DC.
  • a reference potential for this may be provided to the inverting amplifier 551 .
  • the filter 553 applies a reference potential (eg, ⁇ (DC)) for a signal (eg, the third signal 630) inverted through the inverting amplifier 551 to the inverting amplifier 551 . can be entered.
  • the filter 553 generates a reference signal (or reference signal) (eg, ⁇ (DC)) based on the second signal 620 (eg, output voltage) of the second TIA 543 . can do.
  • the inverting amplifier 551 inverts the phase of the second signal 620 based on a reference potential point (eg, a voltage based on the reference potential point) according to the reference potential provided from the filter 553 to thereby invert the third signal 630 . ) can be printed.
  • the third signal 630 processed through the inverting amplifier 551 may be input to the second input terminal (or port) ( ⁇ ) of the A/D converter 560 .
  • two signals having opposite phases are, for example, the first signal 610 of the first channel and the third signal 630 of the second channel are differential ( differential) input.
  • the first signal 610 and the third signal 630 having opposite phases are differentially input to the two input ports of the A/D converter 560, respectively, and the A/D converter 560 is the first A DC component common to the signal 610 and the third signal 630 may be removed, and only the AC component may be output.
  • the A/D converter 560 of the amplifiers 541 and 543 to the difference '2AC' between (DC+AC) of the first signal 610 and (DC-AC) of the third signal 630 .
  • a fourth signal 640 '2 ⁇ (AC)' multiplied by a gain constant ' ⁇ ' (eg, ⁇ x2AC) may be obtained.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a simulation based on an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 7 may represent, for example, a graph showing a simulation result based on the circuit of FIG. 6 .
  • the x-axis may represent time(s)
  • the y-axis may represent a DC component.
  • the example shown in FIG. 7 takes the reference values of two TIAs 541 and 543 , one inverting amplifier 551 , and an inverting amplifier 551 , as illustrated in FIG. 6 .
  • An example of a simulation result based on a circuit composed of a filter 553 for periodicity can be shown.
  • Example 701 of FIG. 7 may represent a current (eg, a PD output current) output from each of the light receiving units 521 and 523 .
  • a current eg, a PD output current
  • the outputs of the first light receiving unit 521 (eg, PD1) and the second light receiving unit 523 (eg, PD2) are triangular waves of about 2 Hz, and the magnitude of DC
  • ? is set to about 5uA
  • the size of AC is set to about 10nApp
  • the gain ⁇ of the first TIA 541 and the second TIA 543 is about 25000.
  • the magnitude of DC may represent about 125 mV
  • the magnitude of AC may represent about 0.24 mV.
  • the magnitude of DC may be about 125 mV
  • the magnitude of AC may indicate 0.24 mV.
  • Example 707 of FIG. 7 shows that the output (eg, the second signal) of the second TIA 543 is inverted (eg, phase shifted by 180 degrees) based on the DC magnitude of about 125 mV (eg, of the inverting amplifier 551 )
  • an output of the inverting amplifier 551 eg, a third signal 630
  • ) may be the same as the inverted output (eg, -second signal) of the second TIA 543 .
  • comparing the outputs (eg, the second signal 620 and the third signal 630 ) of Example 705 and Example 707 of FIG. It can be confirmed that it has a phase (eg, a phase difference of 180 degrees).
  • DC is removed from the output of the A/D converter 560 (eg, the fourth signal 640 ) to a nearly non-existent level (eg, the fourth signal 640 ). : about -161 nV), and it can be seen that the magnitude of AC is about 0.48 mV.
  • the processor 570 may acquire a more accurate biosignal (eg, a PPG signal) based on a fourth signal (eg, an AC component) output through the A/D converter 560, More accurate sensing information may be provided to the user by using the obtained bio-signals. For example, the processor 570 may calculate the actual PPG based on the AC component from which the DC component is removed.
  • a more accurate biosignal eg, a PPG signal
  • a fourth signal eg, an AC component
  • FIG. 8 is a diagram illustrating another example of configuring a light receiving unit and a front-end module in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a block constituting the light receiving units 821 and 823 and the front-end module 530 corresponding to FIGS. 5 and/or 6 in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure. and/or other examples of circuits.
  • FIG. 8 another example of the structure of the receiving end of the sensor module for efficiently removing the DC component generated at the receiving end of the optical sensor may be shown.
  • FIG. 8 an example of the structure of the receiving end may be shown when each light receiving unit of each channel includes a plurality of photodiodes and the number of photodiodes between channels is different from each other.
  • FIG. 8 shows a plurality of photodiodes 821 and 823 (eg, PD1 to PD6 821 , PD7 for each channel (eg, a first channel and a second channel) at the receiving end of the electronic device 101 ). It may be a structure using ⁇ PD8(823)). According to an embodiment, in FIG. 8 , eight photodiodes for the light receiving unit may be included, and the eight photodiodes may be divided into different numbers for each channel (or grouped) and operated.
  • the electronic device 101 is divided into two channels (eg, a first channel and a second channel), and a plurality of photodiodes (eg, PD1 to PD6 ) for the first light receiving unit 821 of the first channel ) and a plurality of photodiodes (eg, PD7 and PD8) for the second light receiving unit 823 of the second channel.
  • a plurality of photodiodes eg, PD1 to PD6
  • a plurality of photodiodes eg, PD7 and PD8
  • the electronic device 101 may include a sensing unit and a processing unit as described in the description with reference to FIG. 5 .
  • the sensing unit may be divided into a sensor block and a control block.
  • the sensor block serves to receive biosignals measured by the body (eg, sensing operation)
  • the control block serves to digitize the analog signals received by the sensor block (eg, signal conversion and/or processing) can do.
  • the sensing unit may include a light emitting unit 510 , a plurality of light receiving units 821 and 823 , and a front-end module 530 (eg, AFE).
  • the processing unit may include a processor 570 (eg, the processor 120 of FIG. 1 ).
  • the configuration of the electronic device 101 is not limited thereto, and various blocks for providing a service (or function) by measurement of a biosignal (eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 signal) and / or circuitry.
  • a biosignal eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 signal
  • the components listed above may be operatively or electrically connected to each other, and the light receiving units 821 and 823 and each operational amplifier (eg, the first TIA 541 , the second TIA 543 , Components and operations other than the output of the inverting amplifier 551 ) may correspond to the components described in the description with reference to FIGS. 5 and 6 , and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the electronic device 101 includes a plurality of photodiodes for each of the first light receiving unit 821 of the first channel and the second light receiving unit 823 of the second channel, and each of the light receiving units 821 and 823 .
  • of photodiodes may be operatively and/or electrically connected to each other (eg, connected in parallel).
  • the output signal of each of the light receiving units (821, 823) is an amplifier (541, 543) operatively and/or electrically connected to each of the light receiving units (821, 823) (eg, a first TIA 541); It may be input to the second TIA 543 ).
  • the number of photodiodes of the light receiving units 821 and 823 corresponding to each channel may be the same, or the number of photodiodes may be different from each other.
  • the first light receiving unit 821 composed of six photodiodes of the first channel (eg, PD1, PD2, PD3, PD4, PD5, PD6) and two photodiodes of the second channel
  • the second light receiving unit 823 configured (eg, PD7, PD8).
  • the configuration of the electronic device 101 is not limited thereto, and the number of photodiodes of the first channel and the second channel may be variously implemented.
  • the first light receiving unit 821 of the first channel converts a signal detected based on six photodiodes into an electrical signal (or an analog signal), and the converted signal (eg, 6 (DC+AC) )) may be output to the first TIA 541 of the first channel.
  • the second light receiving unit 823 of the second channel converts a signal detected based on two photodiodes into an electrical signal (or analog signal), and the converted signal (eg, 2 (DC+AC) )), may be output to the second TIA 543 of the second channel.
  • the analog signal output from the light receiving units 821 and 823 of each channel is a coefficient (eg, '6', '2') (or a constant factor) corresponding to the number of each photodiode of the corresponding channel. can be multiplied by
  • the The gains of the first TIA 541 and/or the second TIA 543 of the second channel may be adjusted to be different so that the DC level of each channel is the same.
  • the gain of the first TIA 541 of the first channel and the gain of the second TIA 543 of the second channel may be set differently.
  • a gain of a corresponding TIA may be set based on the number of photodiodes allocated to each channel (eg, in inverse proportion). For example, referring to FIG.
  • the first signal 810 processed through the first TIA 541 of the first channel may be input to the first input terminal (or port) (+) of the A/D converter 560 . have.
  • an analog signal eg, 2 (DC+AC)
  • the second signal 820 or the second output
  • OUT2 6 ⁇ (DC+AC)
  • '6 ⁇ ' is the number of PDs 2 x gain 3 ⁇
  • 3 ⁇ is the (voltage) of the second TIA 543 gain
  • the second signal 820 processed through the second TIA 543 of the second channel may be input to the phase converter 550 .
  • the phase shifter 550 is an inverting amplifier 551 for inverting the second signal 820 of the second TIA 543 of the second channel to have a 180 degree phase difference with the first signal 810 . and a filter 553 (eg, LPF) for providing a reference signal of the inverting amplifier 551 .
  • the third signal 830 processed through the phase converter 550 may be input to the second input terminal (or port) ( ⁇ ) of the A/D converter 560 .
  • two signals having opposite phases are, for example, the first signal 810 of the first channel and the third signal 830 of the second channel are differential inputs of the A/D converter 560 .
  • the first signal 810 of the first channel and the third signal 830 of the second channel are differential inputs of the A/D converter 560 .
  • the first signal 810 and the third signal 830 having opposite phases are differentially input to the two input ports of the A/D converter 560, respectively, and the A/D converter 560 is the first A DC component common to the signal 810 and the third signal 830 may be removed, and only the AC component may be output.
  • the A/D converter 560 calculates the difference '2AC' between (DC+AC) of the first signal 810 and (DC-AC) of the third signal 830 to the gain constant '6 ⁇ ' of the amplifier.
  • a fourth signal 840 '12 ⁇ (AC)' multiplied by (eg, 6 ⁇ x2AC) may be obtained.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating another example of configuring a light receiving unit and a front-end module in an electronic device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 is a block constituting the light receiving units 921 and 923 and the front-end module 530 corresponding to FIGS. 5 and/or 6 in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure. and/or other examples of circuits.
  • FIG. 9 another example of the structure of the receiving end of the sensor module for efficiently removing the DC component generated at the receiving end of the optical sensor may be shown.
  • FIG. 9 an example of the structure of the receiving end may be shown when each light receiving unit of each channel includes a plurality of photodiodes and the number of photodiodes between channels is the same.
  • FIG. 9 shows a plurality of photodiodes 921 and 923 (eg, PD1 to PD4 921 , PD5 ) for each channel (eg, a first channel and a second channel) at the receiving end of the electronic device 101 .
  • ⁇ PD8(923) may be used.
  • eight photodiodes for the light receiving unit may be included, and the eight photodiodes may be divided (or grouped) in the same number for each channel and operated.
  • the electronic device 101 is divided into two channels (eg, a first channel and a second channel), and a plurality of photodiodes (eg, PD1 to PD4 ) for the first light receiving unit 921 of the first channel ) and a plurality of photodiodes (eg, PD5 to PD8) for the second light receiving unit 923 of the second channel.
  • a plurality of photodiodes eg, PD1 to PD4
  • a plurality of photodiodes eg, PD5 to PD8
  • FIG. 9 other components except for the output of the light receiving units 921 and 923 and each operational amplifier (eg, the first TIA 541, the second TIA 543, and the inverting amplifier 551), and Since the operation may correspond to the components described in the description with reference to FIG. 8 , a detailed description thereof will be omitted.
  • the electronic device 101 includes a plurality of photodiodes for each of the first light receiving unit 921 of the first channel and the second light receiving unit 923 of the second channel, and each of the light receiving units 921 and 923 .
  • of photodiodes may be operatively and/or electrically connected to each other (eg, connected in parallel).
  • the output signal of each light receiving unit 921, 923 is an amplifier 541, 543 (eg, a first TIA 541) operatively and/or electrically connected to each of the light receiving units 921 and 923; It may be input to the second TIA 543 ).
  • the number of photodiodes of the light receiving units 921 and 923 corresponding to each channel may be the same, or the number of photodiodes may be different from each other.
  • the first light receiving unit 921 composed of four photodiodes (eg, PD1, PD2, PD3, and PD4) of the first channel and four photodiodes of the second channel (eg, PD5) , PD6, PD7, and PD8), an example in which the number of photodiodes of each channel is identically configured may be shown.
  • the configuration of the electronic device 101 is not limited thereto, and the number of photodiodes of the first channel and the second channel may be variously implemented.
  • the first light receiving unit 921 of the first channel converts a signal detected based on four photodiodes into an electrical signal (or analog signal), and the converted signal (eg, 4 (DC+AC) )) may be output to the first TIA 541 of the first channel.
  • the second light receiving unit 923 of the second channel converts a signal detected based on four photodiodes into an electrical signal (or analog signal), and the converted signal (eg, 4 (DC+AC) )), may be output to the second TIA 543 of the second channel.
  • the analog signal output from the light receiving units 921 and 923 of each channel may be multiplied by a coefficient (eg, '4') (or a constant factor) corresponding to the number of each photodiode of the corresponding channel. have.
  • the first channel when the number of photodiodes of the light receiving units 921 and 923 corresponding to each channel is the same (eg, Ch1: 4, Ch2: 4), the first channel
  • the gains of the first TIA 541 and/or the second TIA 543 of the second channel may be equally adjusted so that the DC level of each channel is the same.
  • the gain of the first TIA 541 of the first channel and the gain of the second TIA 543 of the second channel may be set to be the same.
  • a gain of a corresponding TIA may be set based on the number of photodiodes allocated to each channel. For example, referring to FIG.
  • the gain of the first TIA 541 and the gain of the second TIA 543 may correspond to about 1 times (eg, Ch1: 4 PDs / Ch2: 4 PDs).
  • the DC level in each channel may be corrected using a gain of an amplifier (eg, the first TIA 541 and/or the second TIA 543 ).
  • the first signal 910 processed through the first TIA 541 of the first channel may be input to the first input terminal (or port) (+) of the A/D converter 560 . have.
  • the second signal 920 processed through the second TIA 543 of the second channel may be input to the phase converter 550 .
  • the phase shifter 550 is an inverting amplifier 551 for inverting the second signal 920 of the second TIA 543 of the second channel to have a 180 degree phase difference with the first signal 910 . and a filter 553 (eg, LPF) for providing a reference signal of the inverting amplifier 551 .
  • the third signal 930 processed through the phase converter 550 may be input to the second input terminal (or port) ( ⁇ ) of the A/D converter 560 .
  • two signals having opposite phases are, for example, the first signal 910 of the first channel and the third signal 930 of the second channel are differential inputs of the A/D converter 560 .
  • the first signal 910 of the first channel and the third signal 930 of the second channel are differential inputs of the A/D converter 560 .
  • the first signal 910 and the third signal 930 having opposite phases are differentially input to the two input ports of the A/D converter 560, respectively, and the A/D converter 560 is the first A DC component common to the signal 910 and the third signal 930 may be removed, and only an AC component may be output.
  • the A/D converter 560 calculates the difference '2AC' between (DC+AC) of the first signal 910 and (DC-AC) of the third signal 930 to the gain constant '4 ⁇ ' of the amplifier.
  • a fourth signal 940 multiplied by (eg, 4 ⁇ x2AC) '8 ⁇ (AC)' may be obtained.
  • the DC component may be removed without additional noise generated while removing the DC component from the conventional sensor.
  • SNR signal-to-noise
  • the number of electronic devices 101 providing a function of measuring the oxygen saturation (SpO 2 ) in a part of the body (eg, the wrist) has recently increased.
  • the oxygen saturation may be defined as in the following [Equation 2].
  • the oxygen saturation may include a red LED and an infrared LED in the light emitting unit (eg, the light emitting unit 510 of FIG. 5 ) of the sensor, and the light receiving unit (eg, the light receiving unit of FIG. 5 ) ( 521, 523)) can be measured with a photodiode.
  • the signal measured by the sensor unit may be composed of an AC component and a DC component.
  • oxygen saturation may approach almost 100%, but in other cases, the value may decrease. .
  • the DC component may also be one piece of information, and the DC component needs to be considered together when measuring oxygen saturation.
  • the DC level may be measured together by including a switch (or switch circuitry) in the structure of the receiving end proposed as described above.
  • PPG and SpO 2 may be simultaneously measured.
  • the electronic device 101 may operate as a circuit that extracts only AC from a signal including a DC component and an AC component when measuring PPG, and when measuring SpO 2 It can operate as a circuit for extracting DC and AC components.
  • a structure of a receiving end is variable, and an optimized signal suitable for a situation can be obtained and provided .
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of a block configuration of an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 10 may show another example of a block configuration related to a sensor module for sensing biometric data in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure.
  • components and operations other than the configuration of the phase converter 1050 for the switching structure are described in the description with reference to FIG. 5 . Since it may correspond to the components as described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • the electronic device 101 includes a light emitting unit 510 , a plurality of light receiving units 521 and 523 divided into two channels, a front-end module 530 (eg, AFE); and a processor 570 (eg, the processor 120 of FIG. 1 ).
  • a front-end module 530 eg, AFE
  • a processor 570 eg, the processor 120 of FIG. 1
  • the configuration of the electronic device 101 is not limited thereto, and various blocks for providing a service (or function) by measurement of a biosignal (eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 signal) and / or circuitry.
  • a biosignal eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 signal
  • the front-end module 530 receives an electrical signal (eg, a first signal, a second signal) for each channel from the light receiving units 521 and 523 , and processes the signal based on the corresponding channel to process the signal. You can pass it to (570).
  • the front-end module 530 may process (eg, remove or include a DC component) the sensed signal (eg, AC+DC), and transmit it to the processor 570 .
  • the front-end module 530 may include amplifiers 541 and 543 , a phase converter 1050 , and an A/D converter 560 .
  • the configuration of the front-end module 530 is not limited thereto, and may include various blocks and/or circuits for appropriate processing by the processor 570 .
  • the first signal (eg, DC+AC) of the first light receiving unit 521 according to the first channel may be transmitted to the A/D converter 560 through the first TIA 541 .
  • the second signal (eg, DC+AC) of the second light receiving unit 523 according to the second channel is the third signal (eg, DC-AC) or the second signal processed through the phase converter 1050 . It may be converted into 4 signals (eg, -(DC+AC)) and transmitted to the A/D converter 560 .
  • the phase converter 1050 may remove the DC component (extract only the AC component) from the A/D converter 560 according to the first state (or first mode) of the electronic device 101 .
  • the second signal eg, DC+AC
  • the third signal eg, DC-AC
  • the first state may include a state that operates to acquire first sensor data (eg, a PPG signal) for a first service (or function).
  • the phase converter 1050 maintains the DC component and the AC component in the A/D converter 560 according to the second state (or second mode) of the electronic device 101 , so that the second signal (eg, DC+AC) may serve to generate a fourth signal (eg, -(DC+AC)) by substantially inverting the DC component and the AC component.
  • the second state may include a state that operates to acquire second sensor data (eg, an SpO 2 signal) for a second service (or function).
  • the phase shifter 1050 may include an inverting amplifier 1051 , a filter 1053 , and a switch 1055 (or switch circuitry).
  • the phase shifter 1050 may be interpreted as including a voltage reference (Vref) (or reference circuitry).
  • Vref voltage reference
  • the configuration of the phase converter 1050 is not limited thereto, and may include various blocks and/or circuits for inverting a given signal based on a given reference potential point for proper processing by the A/D converter 560 . have.
  • the inverting amplifier 1051 is operatively and/or electrically coupled with a second TIA 543 of a second channel to provide a second signal from the second TIA 543 to a given reference potential point. may serve to output the third signal or output the fourth signal by inverting based on the .
  • the inverting amplifier 1051 may include a first input port (eg, an inverting terminal (-)), a second input port (eg, a non-inverting terminal (+)), and one output port. have.
  • the inverting amplifier 1051 converts the second signal of the second TIA 543 input to the first input port to the third signal based on the reference potential applied to (or input) the second input port. Alternatively, it may be inverted with the fourth signal.
  • the second input port of the inverting amplifier 1051 is connected to the filter 1053 and the first electrical path based on the switching of the switch 1055, or the reference voltage Vref (or reference circuit) and the second It may be connected by an electrical path.
  • a first reference potential of the filter 1053 is input to the second input port of the inverting amplifier 1051 according to a first electrical path, or a reference voltage Vref ( Alternatively, the second reference potential of the reference circuit) may be input.
  • the first reference potential passing through the filter 1053 may include a DC component of a specific voltage.
  • the second reference potential of the reference voltage Vref may not (almost) flow current and may include a ground potential (eg, 0V).
  • the method instead of the reference voltage Vref circuit, may include implementing the second electrical path by grounding the second electrical path to the ground.
  • the filter 1053 inverts a reference potential (eg, a first reference potential) for centered on DC for inverting the second signal of the second TIA 543 in the inverting amplifier 1051 . It may be provided as an amplifier 1051 . According to one embodiment, the filter 1053 may include an LPF. According to one embodiment, the filter 1053 is between the second TIA 543 and the inverting amplifier 1051, one end is connected to the second TIA 543, the other end is an inverting amplifier 1051 (eg, an inverting amplifier) (Second input port of 1051) may be formed to be connected.
  • a reference potential eg, a first reference potential
  • the filter 1053 may serve to determine a reference potential (eg, a first reference potential) for a signal (eg, a third signal) inverted through the inverting amplifier 1051 .
  • a reference potential eg, a first reference potential
  • the filter 1053 extracts (or filters) a specified signal (eg, a DC component) from a signal (eg, the second signal) of the second TIA 543 of the second channel to reverse the second signal. It may be provided to the inverting amplifier 1051 as a reference signal (or reference value) for
  • the switch 1055 may switch the electrical path of the inverting amplifier 1051 based on the control of the processor 570 .
  • the switch 1055 includes a first electrical path for inputting the first reference potential by the filter 1053 to the inverting amplifier 1051 (eg, the second input port of the inverting amplifier 1051) and The second reference potential based on the reference voltage Vref may serve as a switching function between the second electrical paths for inputting the second reference potential to the inverting amplifier 1051 (eg, the second input port of the inverting amplifier 1051 ).
  • the switch 1055 may be implemented as at least one switch for connecting an electrical path (eg, a first electrical path, a second electrical path) and the inverting amplifier 1051 .
  • the switch 1055 is a first switch, reference to open (or open) or short (or short) the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 .
  • the second electrical path between the voltage Vref and the inverting amplifier 1051 may include two switches of a one-circuit, one-contact type based on each electrical path, such as a second switch for opening or shorting.
  • the switch 1055 is between the inverting amplifier 1051 and each electrical path, one circuit 2 for selectively connecting (eg, open or short) to one of a first electrical path and a second electrical path. It may include one switch of the contact type.
  • the A/D converter 560 is operatively and/or electrically connected to the first TIA 541 of the first channel and the inverting amplifier 1051 of the second channel to signal (eg, the second It may serve to digitize the difference between the first signal and the third signal, or the first signal and the fourth signal).
  • the A/D converter 560 receives an analog (waveform) signal (eg, a first signal) from the first TIA 541 of the first channel and the inverting amplifier 1051 of the second channel. Only the AC component is inverted and a fifth signal (eg, AC component from which the DC component is removed) generated by the difference of the received analog (waveform) signal (eg, the third signal) may be digitized and provided to the processor 570 .
  • the first signal (eg, DC+AC) of the first channel and the third signal (eg, DC-AC) of the second channel having opposite phases are differential of the A/D converter 560 .
  • the A/D converter 560 receives the first signal and the third signal from the first signal and the third signal. It is possible to remove the DC component and output only the AC component.
  • the A/D converter 560 receives an analog (waveform) signal (eg, a first signal) from the first TIA 541 of the first channel and the inverting amplifier 1051 of the second channel.
  • a sixth signal eg, including a DC component and an AC component generated by the difference between the received analog (waveform) signal (eg, the fourth signal) with the DC component and the AC component inverted is digitized and provided to the processor 570 can do.
  • the first signal and the fourth signal having opposite phases are differentially input to the two input ports of the A/D converter 560, respectively, and the A/D converter 560 receives the first signal and the fourth signal from the first signal and the fourth signal. It can output including DC component and AC component.
  • the processor 570 may serve to control the configuration of the electronic device 101 .
  • the processor 570 may perform various operations based on an output signal of the front-end module 530 .
  • the processor 570 calculates information (eg, health information) about the corresponding biosignal using the biosignal (eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 ) to the user.
  • the processor 570 may control switching of an electrical path for acquiring corresponding sensor data based on a service (or function) provided.
  • the processor 570 when the processor 570 uses the first sensor data (eg, a PPG signal) based on the first service, the DC component is removed based on the first switching control and only the AC component is extracted (or acquisition) can be performed.
  • the processor 570 may control switching of the switch 1055 so that a signal of the filter 1053 is input to the inverting amplifier 1051 for the first sensor data.
  • the processor 570 switches the switch 1055 to short the electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 . ) can be controlled.
  • the processor 570 when the electronic device 101 uses two switches 1055 of a one-circuit, one-contact type, the processor 570 performs the first switch of the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 . to control the switching to open the second switch of the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 .
  • the processor 570 displays information (eg, PPG signal-based health information) according to the first service based on the acquired first sensor data (eg, the display 220 of FIG. 2 ). can be provided to users.
  • information eg, PPG signal-based health information
  • the processor 570 extracts (or acquires) a DC component and an AC component based on the second switching control when using the second sensor data (eg, an SpO 2 signal) based on the second service. ) to perform signal processing.
  • the processor 570 may control the switching of the switch 1055 so that a signal of the reference voltage Vref is input to the inverting amplifier 1051 for the second sensor data.
  • the processor 570 switches the switch ( 1055) can be controlled.
  • the processor 570 when the electronic device 101 uses two switches 1055 of a one-circuit, one-contact type, the processor 570 performs the first switch of the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 . to open and control switching to short the second switch of the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 .
  • the processor 570 displays information (eg , health information based on SpO 2 signal) according to the second service based on the acquired second sensor data (eg, the display 220 of FIG. 2 ). can be provided to users.
  • 11 is a diagram illustrating an example of configuring a switch in a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • 12 is a diagram illustrating an example of a configuration of a switch circuit of a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • 13 is a diagram illustrating another example of a configuration of a switch circuit of a front-end module in an electronic device according to an embodiment.
  • FIG. 11 shows blocks and/or circuits constituting the light receiving units 521 and 523 and the front-end module 530 corresponding to FIG. 10 in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 11 shows blocks and/or circuits constituting the light receiving units 521 and 523 and the front-end module 530 corresponding to FIG. 10 in the electronic device 101 according to various embodiments of the present disclosure.
  • the components and operations of the electronic device 101 according to the example of FIG. 11 other than the configuration of the phase converter 1050 for the switching structure are described with reference to FIGS. 6 and 10 . Since it may correspond to the components described in the section, a detailed description thereof will be omitted.
  • the receiving end of the electronic device 101 uses a plurality of photodiodes 521 and 523 (eg, PD1 521 , PD2 523 ).
  • the electronic device 101 is divided into two channels (eg, a first channel and a second channel), and a photodiode (eg, PD1) which is a light receiving element for the first light receiving unit 521 of the first channel and a photodiode (eg, PD2) serving as a light receiving element for the second light receiving unit 523 of the second channel.
  • the first light receiving unit 521 and the second light receiving unit 523 may each include a plurality of photodiodes, and may include the same or different number of photodiodes in each channel.
  • the electronic device 101 is operatively and/or electrically connected to each of the light receiving units 521 and 523 divided into two channels, and processes the signals of each of the light receiving units 521 and 523 (eg: It may include amplifiers 541 and 543 (eg, first TIA 541 and second TIA 543 ) for converting and amplifying).
  • the amplifiers 541 and 543 may include a first TIA 541 that processes the signal of the first light receiving unit 521 of the first channel and a second second that processes the signal of the second light receiving unit 523 of the second channel.
  • TIA 543 may be included.
  • the amplifiers 541 and 543 may use an operational amplifier and may include devices (eg, resistors and capacitors) for stable operation.
  • the first signal 1110 processed through the first TIA 541 of the first channel may be input to the first input terminal (or port) (+) of the A/D converter 560 . have.
  • the second signal 1120 processed through the second TIA 543 of the second channel may be input to the phase converter 1050 .
  • an input reference potential eg, a first reference potential or a second reference potential. or 180 degree phase shift
  • the phase converter 1050 inverts the second signal 1120 of the second TIA 543 of the second channel to have a 180 degree phase difference based on the reference potential input to the inverting amplifier 1051 .
  • Inverting amplifier 1051 filter 1053 that provides a reference signal (or first reference potential) for setting the DC component to the inverting center from which the DC component of the second signal 1120 can be removed in the inverting amplifier 1051 .
  • a reference voltage Vref that provides a reference signal (or a second reference potential) for aligning an inversion center in which the DC component of the second signal 1120 can be maintained in the inverting amplifier 1051
  • a filter 1053 that provides a reference signal (or a second reference potential) for aligning an inversion center in which the DC component of the second signal 1120 can be maintained in the inverting amplifier 1051 .
  • a switch 1055 for switching an electrical path such that the first reference potential according to the reference potential or the second reference potential according to the reference voltage Vref is input to the inverting amplifier 1051 may be included.
  • the inverting amplifier 1051 may use an operational amplifier and may include a device (eg, a resistor) for stable operation.
  • the filter 1053 may use an LPF.
  • the inverting amplifier 1051 may include a first input port (eg, an inverting terminal (-)), a second input port (eg, a non-inverting terminal (+)), and one output port. have.
  • the second input port of the inverting amplifier 1051 may be connected to the filter 1053 through a first electrical path or a reference voltage Vref and a second electrical path based on the switching of the switch 1055 .
  • a first reference potential (eg, ⁇ (DC)) of the filter 1053 is input to the second input port of the inverting amplifier 1051 according to a first electrical path, or a second electrical path
  • a second reference potential (eg, 0V) of the reference voltage Vref may be input.
  • the first reference potential passing through the filter 1053 may include a DC component (eg, ⁇ (DC)) of a specific voltage.
  • the second reference potential of the reference voltage Vref may include a ground potential (eg, 0V).
  • the method may include implementing the second electrical path by grounding the second electrical path to the ground.
  • the phase converter 1050 is connected to the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 through the switch 1055, the second signal 1120 to the filter 1053
  • the A/D converter ( 560) can be printed.
  • an inverted fourth signal eg, - ⁇ (DC+AC)
  • the inverting amplifier 1051 has a first input port (eg, an inverting terminal (-)) operatively and/or electrically connected to a second TIA 543 of a second channel, and a second An input port (eg, a non-inverting terminal (+)) may be operatively and/or electrically connected to the filter 1053 or a reference voltage (Vref).
  • a first input port eg, an inverting terminal (-)
  • An input port eg, a non-inverting terminal (+)
  • Vref reference voltage
  • the inverting amplifier 1051 when a first reference potential is applied to the second input port, the second signal 1120 (eg, ⁇ (DC+AC)) input to the first input port and the second input Based on the first reference potential (eg, ⁇ (DC)) input to the port, the second signal 1120 is shifted (or floated) from the ground by a certain range instead of the ground reference (eg, the second signal ( 1120), corresponding to the input DC component).
  • the inverting amplifier 1051 may amplify and invert a voltage between two points that are not referenced to the ground by a predetermined amplification and output the amplified voltage.
  • the inverting amplifier 1051 may amplify a signal that does not change according to a ground reference (or a signal floating on the ground).
  • the inverting amplifier 1051 is configured to receive a second TIA 543 when a second reference potential (eg, 0V) of the reference voltage Vref is input to the second input port according to the connection of the second electrical path. ) by inverting the second signal 1120 to output the fourth signal 1140 (eg, - ⁇ (DC+AC)).
  • a second reference potential eg, 0V
  • the inverting amplifier 1051 uses the second signal 1120 (eg, ⁇ (DC+AC)) input to the first input port as the ground reference.
  • the inverting amplifier 1051 may amplify and invert the voltage between two points with respect to the ground by a predetermined amplification degree and output the amplified voltage.
  • the filter 1053 is formed between the second TIA 543 and the inverting amplifier 1051 , so that the center for inversion of the second signal 1120 in the inverting amplifier 1051 is DC.
  • a first reference potential for this may be provided to the inverting amplifier 1051 .
  • the reference voltage Vref may provide the inverting amplifier 1051 with a second reference potential for locating the center for inversion of the second signal 1120 in the inverting amplifier 1051 to the ground. .
  • the switch 1055 selectively selects one of the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 and the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 . It may be formed to be connected. According to an embodiment, the third signal 1130 or the fourth signal 1140 processed through the inverting amplifier 1051 is input to the second input terminal (or port) ( ⁇ ) of the A/D converter 560 . can be
  • the switch 1055 may be implemented as at least one switch for connecting an electrical path (eg, a first electrical path, a second electrical path) and the inverting amplifier 1051 .
  • the switch 1055 opens (or disconnects) or shorts the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 ( or short circuit) for each electrical path, such as a second switch (eg SW2) for opening or shorting a first switch (eg SW1), a second electrical path between the reference voltage (Vref) and the inverting amplifier 1051
  • a second switch eg SW2
  • a first switch eg SW1
  • Vref reference voltage
  • one circuit may include two switches SW1 and SW2 of a one-contact type.
  • the switch 1055 is selectively connected to one of a first electrical path and a second electrical path between the inverting amplifier 1051 and each electrical path (eg: It may include one switch (SW) of a one-circuit two-contact method for opening or shorting).
  • SW switch
  • the switch 1055 shorts the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051, based on the first control of the processor 570, and inverts the reference voltage Vref.
  • a second electrical path between the amplifiers 1051 may be switched to open.
  • the switch 1055 opens a first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 based on the second control of the processor 570 and sets the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 . It is possible to switch to short the second electrical path between 1051 .
  • the first signal 1110 of the first channel and the third signal 1130 or the fourth signal 1140 of the second channel may be used as a differential input of the A/D converter 560 . .
  • the A/D converter 560 removes the DC component based on the first signal 1110 and the third signal 1130 and the fifth signal 1150 (or the fifth signal 1150 ) in which only the AC component remains.
  • the first signal 1110 and the third signal 1130 are respectively differentially input to the two input ports of the A/D converter 560 , and the A/D converter 560 receives the first signal 1110 . and only the AC component from which the DC component is removed from the third signal 1130 may be output.
  • the difference between (DC+AC) of the first signal 1110 and (DC-AC) of the third signal 1130 is '2AC' of the amplifiers 541 and 543 .
  • a fifth signal 1150 '2 ⁇ (AC)' multiplied by a gain constant ' ⁇ ' (eg, ⁇ x2AC) may be obtained.
  • the A/D converter 560 is a sixth signal 1160 (or a sixth output) including a DC component and an AC component, based on the first signal 1110 and the fourth signal 1140 .
  • the processor 570 may be a sixth signal 1160 (or a sixth output) including a DC component and an AC component, based on the first signal 1110 and the fourth signal 1140 .
  • the first signal 1110 and the fourth signal 1140 are respectively differentially input to the two input ports of the A/D converter 560 , and the A/D converter 560 receives the first signal 1110 , respectively. and a DC component in the fourth signal 1140 may be maintained to output both the DC component and the AC component.
  • the A/D converter 560 is an amplifier to '2(DC+AC)', a difference between (DC+AC) of the first signal 1110 and -(DC+AC) of the fourth signal 1140 .
  • a sixth signal 1160 '2 ⁇ (DC+AC)' multiplied by the gain constant ' ⁇ ' of (541, 543) (eg, ⁇ x2(DC+AC)) may be obtained.
  • FIGS. 14 and 15 are diagrams illustrating an example of a simulation based on an electronic device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIGS. 14 and 15 are based on the switching of the switch 1055 in the configuration of the electronic device 101 including (or applied) the switch 1055 as shown in FIGS. 10 and 11 .
  • a graph showing a simulation result for comparing a difference according to a reference potential input to the inverting amplifier 1051 may be shown.
  • the x-axis may represent time (s)
  • the y-axis may represent a DC component.
  • the second reference potential of the filter 1053 (eg, about DC 250 mV) is When it is applied to the second input port (eg, non-inverting terminal (+)) of the inverting amplifier 1051, it can be seen that the magnitude of AC is about 480 uV.
  • the example of FIG. 15 shows a second reference potential (eg, about DC 0V) of the reference voltage Vref according to the connection of the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 . ) is applied to the second input port (eg, non-inverting terminal (+)) of the inverting amplifier 1051, it can be seen that the magnitude of AC is about 480uV.
  • a second reference potential eg, about DC 0V
  • the electronic device 101 includes a light emitting unit that outputs light (eg, the light emitting unit 510 of FIG. 5 or 10 ), and a first light receiving unit that detects the light from a first channel.
  • a light receiving unit including (eg, the first light receiving unit 521 of FIG. 5 or 10 ) and a second light receiving unit (eg, the second light receiving unit 523 of FIG. 5 or 10 ) for detecting the light in a second channel; and a processing circuitry for processing the light detected by the first light receiving unit and the second light receiving unit in the first channel and the second channel (eg, the front-end module 530 of FIG. 5 or 10).
  • a first amplifier eg, a first amplifier that is operatively connected to the first light receiving unit and processes the first signal of the first channel through the first light receiving unit into a second signal of a specified level
  • the processing circuit includes: The first TIA 541 of FIG. 5 or 10) is operatively connected to the second light receiving unit and processing the third signal of the second channel through the second light receiving unit as a fourth signal of a specified level 2 amplifiers (eg, the second TIA 543 of FIG. 5 or FIG. 10 ), and a phase converter that inverts the phase of the fourth signal output from the second amplifier to output a fifth signal (eg, FIG. 5 or FIG.
  • the acid converters 550 and 1050 10, the acid converters 550 and 1050), and output a signal designated based on the second signal input from the first amplifier and the fifth signal having an opposite phase to the second signal input from the phase shifter and an analog-to-digital (A/D) converter (eg, the A/D converter 560 of FIG. 5 or FIG. 10 ).
  • A/D analog-to-digital
  • the phase converter is operatively connected to the second amplifier, and an inverting amplifier (eg, FIG. 5 or inverting amplifiers 551 and 1051 of FIG. 10) may be included.
  • an inverting amplifier eg, FIG. 5 or inverting amplifiers 551 and 1051 of FIG. 10.
  • the phase converter between the second amplifier and the inverting amplifier, is operatively connected to the second amplifier and the inverting amplifier, and provides a reference value of the inverting amplifier
  • a filter eg, the filters 553 and 1053 of FIG. 5 or 10 .
  • the first light receiving unit and the second light receiving unit may include one or more light receiving elements that convert light energy into electrical energy.
  • the first light receiving unit includes a plurality of first photodiodes (PD) for the first channel
  • the second light receiving unit includes a plurality of first photodiodes (PD) for the second channel.
  • Two photodiodes may be included.
  • the number of the first photodiode and the second photodiode may be the same or different.
  • the gains of the first amplifier and the second amplifier may be set to be the same.
  • a gain of the first amplifier or the second amplifier is adjusted to adjust the gain of the first channel and the second photodiode. You can set the channels to have the same DC level.
  • the A/D converter differentially inputs the second signal and the fifth signal having an opposite phase to the second signal to remove the DC component and to remove the AC component of the designated signal. can be printed out.
  • the phase converter includes a switch circuitry (eg, the switch of FIG. 10 ) for switching an electrical path based on sensor data measurement based on DC component removal or DC component maintenance. (1055)).
  • a switch circuitry eg, the switch of FIG. 10 for switching an electrical path based on sensor data measurement based on DC component removal or DC component maintenance. (1055)).
  • the switch circuit selectively forms a first electrical path between the filter and the inverting amplifier or a second electrical path between a reference circuit and the inverting amplifier, and and at least one switch for switching supply of a reference potential according to the filter or a reference potential according to the reference circuit.
  • the electronic device 101 includes a processor (eg, the processor 570 of FIG. 5 or 10 ), the processor detects a trigger related to sensor data acquisition, , based on a trigger related to acquisition of sensor data of a first type, set a signal processing path for removing a DC component based on a first switching control of the switch circuit, and based on a trigger related to acquisition of sensor data of a second type Accordingly, a signal processing path including a DC component may be set based on the second switching control of the switch circuit.
  • a processor eg, the processor 570 of FIG. 5 or 10
  • the processor detects a trigger related to sensor data acquisition, , based on a trigger related to acquisition of sensor data of a first type, set a signal processing path for removing a DC component based on a first switching control of the switch circuit, and based on a trigger related to acquisition of sensor data of a second type Accordingly, a signal processing path including a DC component may be set based on the second switching control of the switch circuit
  • the processor controls the switch circuit so that the signal of the filter is input to the inverting amplifier based on the first switching control, and based on the second switching control,
  • the switch circuit may be controlled so that the signal of the reference circuit is input to the inverting amplifier.
  • a front-end module (eg, the front-end of FIG. 5 or 10 ) of a device (eg, the electronic device 101 or a sensor) for measuring a biosignal using light according to various embodiments of the present disclosure
  • the module 530 is operatively connected to a first light receiving unit (eg, the first light receiving unit 521 of FIG. 5 or 10) that detects the light of a first channel from the outside of the front-end module,
  • a first amplifier eg, the first TIA 541 of FIG. 5 or 10) for converting and amplifying the first signal of the first channel through the first light receiving unit into a second signal of a specified level
  • the front-end module A second light receiving unit (eg, the second light receiving unit 523 of FIG.
  • a second amplifier eg, the second TIA 543 of FIG. 5 or 10
  • An inverting phase shifter eg, the phase shifters 550 and 1050 of FIG. 5 or FIG. 10
  • An analog-to-digital (A/D) converter eg, the A/D converter 560 of FIG. 5 or FIG. 10 ) for outputting a specified signal based on the fifth signal whose phase is inverted may be included.
  • the phase converter is operatively connected to the second amplifier and inverts the phase of the fourth signal output from the second amplifier to output the fifth signal an amplifier (eg, inverting amplifier 551 , 1051 of FIG. 5 or FIG. 10 ), and between the second amplifier and the inverting amplifier, operatively coupled with the second amplifier and the inverting amplifier, the second amplifier A filter (eg, filters 553 and 1053 of FIG. 5 or FIG. 10 ) may be included to provide a reference potential for setting the inverting center of the inverting amplifier to DC from the fourth signal of
  • the phase converter may include a reference circuit (eg, the reference voltage Vref of FIG. 10 ) that provides a reference potential for setting the inverting center of the inverting amplifier to DC. have.
  • a reference circuit eg, the reference voltage Vref of FIG. 10
  • the phase converter is a switch circuit for switching a connection by a first electrical path between the inverting amplifier and the filter or a second electrical path between the inverting amplifier and the reference circuit (eg, the switch 1055 of FIG. 10 ).
  • the inverting amplifier includes a first input port (eg, an inverting terminal (-)), a second input port (eg, a non-inverting terminal (+)), and an output port, and ,
  • the second input port is connected to the filter and the first electrical path based on the switching of the switch circuit, or is connected to the reference circuit and the second electrical path, the reference potential applied to the second input port based on the inversion of the fourth signal of the second amplifier input to the first input port may be processed.
  • operations performed by the electronic device 101 to be described below are at least one processor 570 (eg, at least one processor including a processing circuit) of the electronic device 101 , for example
  • it may be executed by the processor 120 of FIG. 1 (hereinafter referred to as a 'processor 570').
  • operations performed by the electronic device 101 are stored in a memory (eg, the memory 130 of FIG. 1 ) (hereinafter referred to as a 'memory 130'), and when executed, the processor may be executed by instructions that cause 120 to operate.
  • 16 is a flowchart illustrating a method of operating an electronic device according to various embodiments of the present disclosure
  • a filter 1053 and an inverting amplifier 1051 in the phase converter 1050 of the front-end module 530 can represent
  • the processor 570 may serve to control the configuration of the electronic device 101 .
  • the processor 570 may perform various operations based on the output signal of the front-end module 530 .
  • the processor 570 calculates information (eg, health information) about the corresponding biosignal using the biosignal (eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 ) and provides it to the user can do.
  • the processor 570 may control switching of an electrical path for acquiring corresponding sensor data based on a service (or function) provided.
  • the processor 570 of the electronic device 101 may detect a trigger related to sensor data acquisition.
  • the processor 570 is a user's biosignals (eg, HRM, HRV, ECG, PPG, and/or SpO 2 ) Based on the execution of a health function (or health application) related to measurement, the biosignal A user input requesting a measurement may be received.
  • the processor 570 may check a designated period and/or time point, and may automatically measure a biosignal automatically at each designated period and/or time point.
  • the processor 120 may determine a user input detection and/or automatic measurement time as a trigger related to acquisition of sensor data.
  • the processor 570 may identify whether the trigger corresponds to the first type data (or sensor data) or the second type data based on the trigger detection.
  • the processor 570 detects a trigger for acquiring sensor data, the corresponding trigger is used to acquire first type data (or biosignal) for providing information related to a first service (or function). Whether it is a related trigger or a trigger related to acquisition of second type data (or biosignal) for providing information related to the second service, the type of the trigger may be identified.
  • the first type data includes, for example, first sensor data (eg, a PPG signal) including only an AC component excluding a DC component, based on a first service (eg, heart rate measurement function).
  • the second type data includes, for example, a DC component and an AC component with a DC component maintained (or not removed) based on a second service (eg, oximetry function). and second sensor data (eg, an SpO 2 signal).
  • a second service eg, oximetry function
  • second sensor data eg, an SpO 2 signal
  • the processor 570 1 it is possible to perform signal processing to remove the DC component and extract (or acquire) only the AC component based on the switching control.
  • the processor 570 may control the switching of the switch 1055 so that the signal of the filter 1053 is input to the inverting amplifier 1051 to obtain the first sensor data.
  • the processor 570 performs a first electrical connection between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 .
  • the switch 1055 can be controlled to short the path.
  • the processor 570 may It is possible to control switching for shorting the first switch of the first electrical path and opening the second switch of the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 .
  • the processor 570 displays information according to the first service (eg, health information based on a PPG signal) based on the acquired first sensor data (eg, the display 220 of FIG. 2 ) to the user through a display (eg, the display 220 of FIG. 2 ).
  • the first service e.g, health information based on a PPG signal
  • the acquired first sensor data e.g, the display 220 of FIG. 2
  • a display eg, the display 220 of FIG. 2 .
  • the processor 570 may control the switching of the switch 1055 so that a signal of the reference voltage Vref is input to the inverting amplifier 1051 for the second sensor data. For example, when the electronic device 101 uses one switch 1055 of a one-circuit, two-contact type, the processor 570 shorts the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 .
  • the switch 1055 may be controlled.
  • the processor 570 performs the first switch of the first electrical path between the filter 1053 and the inverting amplifier 1051 . to open and control switching to short the second switch of the second electrical path between the reference voltage Vref and the inverting amplifier 1051 .
  • the processor 570 displays information (eg, health information based on SpO 2 signal) according to the second service based on the acquired second sensor data (eg, the display 220 of FIG. 2 ) through a display (eg, the display 220 of FIG. 2 ). can be provided to users.
  • information eg, health information based on SpO 2 signal
  • An operation method performed by the electronic device 101 capable of measuring a biosignal includes an operation of detecting a trigger related to sensor data acquisition, and the trigger providing information related to a first service.
  • a trigger related to acquisition of first sensor data for
  • an operation of performing signal processing to extract a DC component and an AC component based on the second switching control may be included.
  • an operation of controlling switching of a switch circuit such that a first reference potential is input to an inverting amplifier to obtain the first sensor data, and the first sensor data based on the obtained first sensor data may include an operation of providing information according to the service through a display.
  • the obtained second may include providing information according to the second service through a display based on sensor data.

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Abstract

다양한 실시예들은 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치의 수신단 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다. 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 광을 출력하는 발광부, 상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부를 포함하는 수광부, 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로를 포함하고, 상기 처리 회로는, 상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기, 상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기, 및 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법
본 개시의 다양한 실시예들은 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.
최근 디지털 기술의 발달과 함께 사용자의 다양한 생체 신호를 측정할 수 있는 다양한 유형의 센서(예: 생체 센서) 또는 센서를 포함하는 전자 장치가 사용 및 개발되고 있다. 예를 들어, 센서를 이용하여 측정할 수 있는 생체 신호는, 예를 들면, 혈압/심박(HRM, heart rate measurement), 심박 변이도(HRV, heart rate variability), 광용적맥파(또는 광혈류측정)(PPG, photoplethysmography), 심전도(ECG, electrocardiograms), 및/또는 산소포화도(SpO2, peripheral oxygen saturation)를 포함할 수 있다.
최근 사용자는 생체 센서를 포함하는 휴대용 스마트 기기(예: 전자 장치(electronic device), 웨어러블 장치(wearable device))를, 사용자의 헬스 케어(health care)를 위해 널리 사용하고 있다. 따라서, 사용자의 헬스 케어를 위해 제공하는 생체 신호가, 여러 요인(예: 노이즈(noise))으로 인해 부정확하게 측정되는 경우, 사용자에게 잘못된 생체 정보를 제공할 수 있다. 예를 들면, 생체 신호는 온도, 습도, 및/또는 전자파와 같은 주변 환경과 사용자의 감정 상태와 같은 수많은 요인들에 의해 영향을 받을 수 있고 실시간으로 변화할 수 있다.
일 실시예에 따르면, PPG 센서는 빛(또는 광)을 이용하여 사용자의 심박수를 측정하는 센서일 수 있다. PPG 센서는, 빛을 발광하기 위한 발광부, 발광부에서 발광되어 반사된 빛을 검출하여 전기 에너지로 변환하기 위한 수광부, 수광부에서 출력되는 전기 에너지를 처리하는 프론트엔드(front-end) 모듈(예: AFE, analog front-end)을 포함하여 구성될 수 있다.
광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 기존 센서에서는, 발광부(예: LED, light-emitting diode)에서 직접적으로 수광부(예: PD, photodiode)로 입사되는 빛, 센서를 보호하는 유리에 반사되는 빛, 및/또는 혈관에 침투되지 못하고 피부에서 바로 반사되는 빛들이 센서의 수신단에서 DC(direct current) 성분으로 나타날 수 있다. 이러한 DC 성분은 센서의 수신단의 동작 범위(예: 다이나믹 레인지(dynamic range))를 제한하기 때문에 이를 제거 혹은 줄이기 위한 방법들이 프론트엔드 모듈에 적용되고 있다. 예를 들면, PI(perfusion index)는 AC(alternative current) 성분과 DC 성분의 비율을 나타낼 수 있으며, 이는 사람마다 다르며 피부 색깔에 따라서도 다를 수 있다. 일 예로, 중간 밝은 계열(예: 폰 류샨의 유채색표(Von Luschan’s chromatic scale)의 III타입(14-20)) 피부를 기준으로 측정 값이 약 0.1% 수준인 것을 가정하면, 예를 들면, AC 신호의 크기가 약 500uV 일 때 DC 신호의 크기는 약 500mV정도의 수준일 수 있다. 예를 들어, 센서의 수신단의 동작 범위가, 만약 약 1.0V라면, DC신호는 동작 범위의 50%로 제한하고 있다고 할 수 있다. 이는, 센서의 신호 대 잡음비(SNR, signal to noise ratio)를 높이기 위해 수신단의 이득(gain)을 높일 수 없는 이유가 되며, 이러한 이유로 DC 신호를 제거하기 위한 기술들이 프론트엔드 모듈에 제공하고 있다.
하지만, 기존 센서에 적용되는 기술은, 프론트엔드 모듈의 출력을 기반으로 하여 프로세서(예: MCU, micro controller unit)에서 프론트엔드 모듈의 디지털-아날로그 컨버터(D/A(digital-to-analog) converter)를 제어하여 DC를 제거하는 방식으로, 실시간 보상이 아니라는 점에서 한계를 가질 수 있다. 또한, 이는 최소 하나의 샘플 이상의 지연 시간을 가지고 있기 때문에, 급격한 DC의 변화에 대해서 효과적으로 제거해주기 어렵다.
예를 들면, 종래 기술에 따른 센서에서, DC 제거를 위한 종래 기술은, 프로세서가 D/A 컨버터를 제어하기 위한 피드백(feedback) 구조를 가지며, 이는 시스템의 복잡도를 높이고, 추가적인 소모 전류를 필요로 하며, 안정성이 저하될 수 있다. 일 예로, 기존 센서의 구조에서는 D/A 컨버터의 전류가 커질수록 노이즈가 증가하는 경향성을 가질 수 있다.
다양한 실시예들에서는, 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 전자 장치 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.
다양한 실시예들에서는, 센서의 수신단에 발생하는 DC 성분의 효율적인 제거가 가능한 센서의 새로운 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.
다양한 실시예들에서는, 적어도 2개의 채널로 구분하고, 적어도 2개의 채널로부터의 신호 간의 위상차를 반전(예: 약 180도)하여, 위상이 반대인 두 신호를 A/D 컨버터로 차동(differential) 입력하여, DC성분을 제거하고 AC 성분을 제공할 수 있는 센서의 수신단 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다..
다양한 실시예들에서는, 센서의 동작 간 스위칭에 기반하여 AC 성분 측정 또는 DC 성분 및 AC 성분 측정이 가능하도록 하여, 상황에 맞는 최적화된 신호를 획득하도록 할 수 있는 센서의 수신단 구조 및 그의 동작 방법에 관하여 개시한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 광을 출력하는 발광부, 상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부를 포함하는 수광부, 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로(processing circuitry)를 포함하고, 상기 처리 회로는, 상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기, 상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기, 및 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 디바이스(예: 전자 장치, 센서)의 프론트엔드(frond-end) 모듈은, 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제1 채널의 상기 광을 검출하는 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 변환 및 증폭하는 제1 증폭기, 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제2 채널의 상기 광을 검출하는 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 변환 및 증폭하는 제2 증폭기, 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하는 위상 변환기, 및 상기 제1 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제2 신호와, 상기 제2 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제4 신호의 위상이 반전된 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 생체 신호의 측정이 가능한 전자 장치의 동작 방법은, 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하는 동작, 상기 트리거가 제1 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작, 상기 트리거가 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 개시의 다양한 실시예들에서는, 상기 방법을 프로세서에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체를 포함할 수 있다.
본 개시의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 개시의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 개시의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
다양한 실시예들에 따른 전자 장치 및 그의 동작 방법에 따르면, 센서 수신단의 새로운 구조를 통해, 광을 이용한 생체 신호 측정 시에, 필연적으로 발생하는 DC 성분(예: DC 전압 성분)을 효과적으로 제거할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 피드백 로직(feedback logic)이 없는 상황에서 센서의 DC 성분을 실시간으로 빠르게 제거할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 기존 센서에서 DC 성분을 제거하면서 생기는 추가적인 노이즈가 없기 때문에 최대한의 SNR을 가지는 신호를 획득할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, DC 성분의 제거로 인해 센서 수신단의 이득(gain)을 최대한 높일 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 센서를 이용하여 산소포화도(SpO2)와 같이, DC 성분이 필요한 경우에는, 스위칭 동작을 통해 DC 성분도 함께 측정이 가능하도록 하여, 전자 장치에서 사용자에게 제공하고자 하는 서비스(또는 상황)에 따라 최적화된 생체 신호를 획득할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 전면의 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 일 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈에 스위치를 구성하는 예를 도시하는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치회로 구성의 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치 회로 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면들이다.
도 16은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성 요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드(embedded)된 채 구현될 수 있다.
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성 요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성 요소)를 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성 요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(volatile memory)(132)에 로드(load)하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(non-volatile memory)(134)에 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치(CPU, central processing unit) 또는 어플리케이션 프로세서(AP, application processor)), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치(GPU, graphic processing unit), 이미지 시그널 프로세서(ISP, image signal processor), 센서 허브 프로세서(sensor hub processor), 또는 커뮤니케이션 프로세서(CP, communication processor))를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(inactive)(예: 슬립(sleep)) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(active)(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성 요소들 중 적어도 하나의 구성 요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))과 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(OS, operating system)(142), 미들웨어(middleware)(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성 요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)는, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커(speaker) 또는 리시버(receiver)를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)는, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서(pressure sensor))를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))(예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서(gesture sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 기압 센서(barometer sensor), 마그네틱 센서(magnetic sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 그립 센서(grip sensor), 근접 센서(proximity sensor), 컬러 센서(color sensor)(예: RGB(red, green, blue) 센서), IR(infrared) 센서, 생체 센서(biometric sensor), 온도 센서(temperature sensor), 습도 센서(humidity sensor), 또는 조도 센서(illuminance sensor)를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)의 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜(protocol)들을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD(secure digital) 카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(connection terminal)(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 단자(178)는, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(haptic module)(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터(motor), 압전 소자(piezoelectric element), 또는 전기 자극 장치(electrical stimulation device)를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(188)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지(fuel cell)를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108)) 간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제1 네트워크(198)(예: 블루투스, Wi-Fi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN(wide area network))와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다.
무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI, international mobile subscriber identity))를 이용하여 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제1 네트워크(198) 또는 제2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC)가 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성 요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고, 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호 간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104) 간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104 또는 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들(102, 104)에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들(102, 104)은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅(cloud computing), 분산 컴퓨팅(distributed computing), 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅(client-server computing) 기술이 이용될 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치(예: 스마트 폰), 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치(wearable device), 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치(101)는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성 요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", “A 또는 B 중 적어도 하나”, "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나" 및 “A, B, 또는 C 중 적어도 하나”와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성 요소를 다른 해당 구성 요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성 요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성 요소가 다른(예: 제2) 구성 요소에 "기능적으로” 또는 “통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, “커플드” 또는 “커넥티드”라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성 요소가 상기 다른 구성 요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성 요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어(firmware)로 구현된 유닛(unit)을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직(logic), 논리 블록(logic block), 부품(component), 또는 회로(circuit)의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101))에 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들(instructions)을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러(compiler) 생성된 코드 또는 인터프리터(interpreter)에 의해 실행될 수 있는 코드(code)를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: CD-ROM, compact disc read only memory)의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성 요소들의 각각의 구성 요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성 요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성 요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성 요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성 요소는 상기 복수의 구성 요소들 각각의 구성 요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성 요소들 중 해당 구성 요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성 요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱(heuristic)하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
이하에서는, 다양한 실시예들에 따라, 광 센서를 포함하는 전자 장치(101)에 대한 예를 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 장치의 전면의 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 전자 장치의 후면의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는, 제1 면(또는 전면)(210A), 제2 면(또는 후면)(210B), 및 제1 면(210A) 및 제2 면(210B) 사이의 공간을 둘러싸는 측면(210C)을 포함하는 하우징(210)과, 하우징(210)의 적어도 일부에 연결되고 전자 장치(101)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 또는 발목)에 탈착 가능하게 결착하도록 구성된 결착 부재(250, 260)를 포함할 수 있다. 다른 실시예(미도시)에서는, 하우징(210)은, 도 2의 제1 면(210A), 제2 면(210B), 및 측면(210C)들 중 일부를 형성하는 구조를 지칭할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 면(210A)은 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(201)(예: 다양한 코팅 레이어들을 포함하는 글라스 플레이트, 또는 폴리머 플레이트)에 의하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 면(210B)은 실질적으로 불투명한 후면 플레이트(207)에 의하여 형성될 수 있다. 후면 플레이트(207)는, 예를 들어, 코팅 또는 착색된 유리, 세라믹, 폴리머, 금속(예: 알루미늄, 스테인레스 스틸(STS, stainless steel), 또는 마그네슘), 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측면(210C)은, 전면 플레이트(201) 및 후면 플레이트(207)와 결합하며, 금속 및/또는 폴리머를 포함하는 측면 베젤 구조(또는 “측면 부재”)(206)에 의하여 형성될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 후면 플레이트(207) 및 측면 베젤 구조(206)는 일체로 형성되고 동일한 물질(예: 알루미늄과 같은 금속 물질)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 결착 부재(250, 260)는 다양한 재질 및 형태로 형성될 수 있다. 예를 들면, 결착 부재(250, 260)는 직조물, 가죽, 러버, 우레탄, 금속, 세라믹, 또는 상기 물질들 중 적어도 둘의 조합에 의하여 일체형 및 복수의 단위 링크가 서로 유동 가능하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 디스플레이(220)(예: 도 1의 표시 장치(160))), 오디오 모듈(205, 208), 센서 모듈(211)(예: 도 1의 센서 모듈(176)), 키 입력 장치(202, 203, 204), 및 커넥터 홀(209) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)는, 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 키 입력 장치(202, 203, 204), 커넥터 홀(209), 또는 오디오 모듈(205, 208))를 생략하거나 다른 구성 요소를 추가적으로 포함할 수 있다.
디스플레이(220)는, 예를 들어, 전면 플레이트(201)의 상당 부분을 통하여 노출될 수 있다. 디스플레이(220)의 형태는, 상기 전면 플레이트(201)의 형태에 대응하는 형태일 수 있으며, 원형, 타원형, 또는 다각형과 같이 다양한 형태일 수 있다. 디스플레이(220)는, 터치 감지 회로, 터치의 세기(압력)를 측정할 수 있는 압력 센서, 및/또는 지문 센서와 결합되거나 인접하여 배치될 수 있다.
오디오 모듈(205, 208)은, 마이크 홀(205) 및 스피커 홀(208)을 포함할 수 있다. 마이크 홀(205)은 외부의 소리를 획득하기 위한 마이크가 내부에 배치될 수 있고, 어떤 실시예에서는 소리의 방향을 감지할 수 있도록 복수개의 마이크가 배치될 수 있다. 스피커 홀(208)은, 외부 스피커 및/또는 통화용 리시버로 사용할 수 있다. 어떤 실시예에서는 스피커 홀(208)과 마이크 홀(205)이 하나의 홀로 구현 되거나, 스피커 홀(208) 없이 스피커가 포함될 수 있다(예: 피에조 스피커).
센서 모듈(211)은, 전자 장치(101)의 내부의 작동 상태, 또는 외부의 환경 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 센서 모듈(211)은, 예를 들어, 상기 하우징(210)의 제2 면(210B)에 배치된 생체 센서 모듈(예: HRM(heart rate measurement) 센서, PPG(photoplethysmography) 센서)을 포함할 수 있다. 전자 장치(101)는, 도시되지 않은 센서 모듈, 예를 들어, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
키 입력 장치(202, 203, 204)는, 하우징(210)의 제1 면(210A)에 배치되고 적어도 하나의 방향으로 회전 가능한 휠 키(202), 및/또는 하우징(210)의 측면(210C)에 배치된 사이드 키 버튼(202, 203)을 포함할 수 있다. 휠 키(202)는 전면 플레이트(202)의 형태에 대응하는 형태일 수 있다. 다른 실시예에서는, 전자 장치(101)는 상기 언급된 키 입력 장치(202, 203, 204)들 중 일부 또는 전부를 포함하지 않을 수 있고 포함되지 않은 키 입력 장치(202, 203, 204)는 디스플레이(220) 상에 소프트 키와 같은 다른 형태로 구현될 수 있다.
커넥터 홀(209)은, 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하기 위한 커넥터(예: USB 커넥터)를 수용할 수 있고, 외부 전자 장치와 오디오 신호를 송수신하기 위한 커넥터를 수용할 수 있는 다른 커넥터 홀(미도시))을 포함할 수 있다. 전자 장치(101)는, 예를 들면, 커넥터 홀(209)의 적어도 일부를 덮고, 커넥터 홀(209)에 대한 외부 이물질의 유입을 차단하는 커넥터 커버(미도시)를 더 포함할 수 있다.
결착 부재(250, 260)는 락킹 부재(251, 261)를 이용하여 하우징(210)의 적어도 일부 영역에 탈착 가능하도록 결착될 수 있다. 결착 부재(250, 260)는 고정 부재(252), 고정 부재 체결 홀(253), 밴드 가이드 부재(254), 밴드 고정 고리(255) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
고정 부재(252)는 하우징(210)과 결착 부재(250, 260)를 사용자의 신체 일부(예: 손목, 발목)에 고정시키도록 구성될 수 있다. 고정 부재 체결 홀(253)은 고정 부재(252)에 대응하여 하우징(210)과 결착 부재(250, 260)를 사용자의 신체 일부에 고정시킬 수 있다. 밴드 가이드 부재(254)는 고정 부재(252)가 고정 부재 체결 홀(253)과 체결 시 고정 부재(252)의 움직임 범위를 제한하도록 구성됨으로써, 결착 부재(250, 260)가 사용자의 신체 일부에 밀착하여 결착되도록 할 수 있다. 밴드 고정 고리(255)는 고정 부재(252)와 고정 부재 체결 홀(253)이 체결된 상태에서, 결착 부재(250, 260)의 움직임 범위를 제한할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 도시되지 않은 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(101)는 안테나, 지지 부재(예: 브라켓), 배터리, 인쇄 회로 기판, 및/또는 실링 부재를 포함할 수 있다. 지지 부재는, 예를 들어, 금속 재질 및/또는 비금속(예: 폴리머) 재질로 형성될 수 있다. 지지 부재는, 일면에 디스플레이(220)가 결합되고 타면에 인쇄 회로 기판이 결합될 수 있다. 인쇄 회로 기판에는, 프로세서(예: 도 1의 프로세서(120)), 메모리(예: 도 1의 메모리(130)), 및/또는 인터페이스(예: 도 1의 인터페이스(177))가 장착될 수 있다.
프로세서는, 예를 들어, MCU(micro controller unit), 중앙처리장치(CPU, central processing unit), GPU(graphic processing unit), 센서 프로세서(sensor processor), 어플리케이션 프로세서(AP, application processor), 또는 커뮤니케이션 프로세서(CP, communication processor) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
메모리는, 예를 들어, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스), SD 카드 인터페이스, 및/또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어, 전자 장치(101)를 외부 전자 장치와 전기적 또는 물리적으로 연결시킬 수 있으며, USB 커넥터, SD 카드/MMC 커넥터, 또는 오디오 커넥터를 포함할 수 있다.
배터리는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급하기 위한 장치로서, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지, 또는 연료 전지를 포함할 수 있다. 배터리의 적어도 일부는, 예를 들어, 인쇄 회로 기판과 실질적으로 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 배터리는 전자 장치(101) 내부에 일체로 배치될 수 있고, 전자 장치(101)와 탈부착 가능하게 배치될 수도 있다.
안테나는, 예를 들어, NFC(near field communication) 안테나, 무선 충전 안테나, 및/또는 MST(magnetic secure transmission) 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는, 예를 들어, 외부 전자 장치와 근거리 통신을 하거나, 충전에 필요한 전력을 무선으로 송수신 할 수 있고, 근거리 통신 신호 또는 결제 데이터를 포함하는 자기-기반 신호를 송출할 수 있다.
실링 부재는, 외부로부터 측면 베젤 구조와 후면 플레이트에 의해 둘러싸인 공간으로 유입되는 습기와 이물을 차단하도록 구성될 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 센서 모듈의 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.
도 4는, 예를 들면, 전자 장치(101)의 하우징(210)의 제2 면(210B)에 센서 모듈(211)이 배치되는 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 4의 예시에서는, 센서 모듈(211)은 발광부(emitter)(410)와 수광부(receiver)(420)를 포함하는 광 센서(예: PPG 센서) 구조의 예를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따라, 발광부(410)는 발광 다이오드(예: LED, light-emitting diode)와 같은 발광 소자(또는 반도체)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(420)는 포토 다이오드(PD, photodiode)(또는 광 다이오드)와 같은 빛 에너지(또는 빛)를 전기 에너지(또는 전기 신호)로 변환하는 수광 소자(또는 반도체)를 포함할 수 있다.
도 4의 예시에서는, 센서 모듈(211)이 하나의 발광부(410)와 8개의 수광부(420)를 포함하는 것을 예로 도시하였으나, 다양한 실시예들이 이에 제한하지 않는다. 예를 들면, 발광부(410)는 가운데 배치될 수 있고, 수광부(420)는 복수의 포토 다이오드로 구성되며 발광부(410)를 에워싸는 형태를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 8개의 수광부(420)는 센서 모듈(211)의 설계에 따라 적어도 2개의 채널(channel)(또는 전기적 경로)(예: 제1 채널, 제2 채널)을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 수광부(420)는 2개의 채널에 따른 2개의 그룹(예: 제1 그룹, 제2 그룹)으로 구분될 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(420)는 하나 또는 그 이상의 PD로 형성된 제1 그룹과, 나머지 PD로 형성된 제2 그룹으로 구분하고, 구분된 그룹에 따라 대응하는 채널을 통해 광을 수신하도록 동작할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수광부(420)는 복수의 PD를 포함할 수 있고, 복수의 PD 중 일부를 제1 채널을 형성하도록 제1 그룹으로 설정할 수 있고, 나머지 일부를 DC 성분을 제거하기 위한 제2 채널을 형성하도록 제2 그룹으로 설정할 수 있다. 다양한 실시예들이 이에 제한되지 않으며, 어떤 실시예에서는 제1 채널, 제2 채널, 및 제3 채널과 같이 3개 이상의 채널을 형성하도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 수광부(420)는 제1 그룹과 제2 그룹의 PD의 개수를 동일하게 구성하거나, 또는 제1 그룹과 제2 그룹의 PD의 개수를 상이하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 제1 그룹과 제2 그룹 각각 4개의 PD로 구성하여 각 채널의 PD 개수를 동일하게 구성할 수 있다. 다른 예를 들면, 제1 그룹은 2개의 PD로 구성하고, 제2 그룹은 6개의 PD로 구성하여 각 채널의 PD 개수를 상이하게 구성할 수 있다. 일 실시예에 따라, 각 채널의 PD의 개수가 서로 다른 경우, 증폭기의 게인(gain)을 이용하여 각 채널에서의 DC(direct current) 레벨(level)을 보정할 수 있다. 수광부(420)의 동작과 관련하여 후술하는 도면들을 참조하여 설명된다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 5는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 생체 데이터 센싱을 수행하는 센서 모듈에 관련된 블록 구성의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 5의 예시에 따른 전자 장치(101)의 블록 구성은, 전자 장치(101) 자체(예: 센서(예: 광 센서) 또는 센서 모듈)이거나, 전자 장치(101) 내에 구비되는 센서 모듈의 구성에 대응할 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 센싱부와 프로세싱부를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 센싱부는 센서 블록(sensor block)과 제어 블록(control block)으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 센서 블록은 신체에서 측정된 생체 신호를 받아들이는 역할(예: 센싱 동작)을 하고, 제어 블록은 센서 블록에서 받아들인 아날로그 신호를 디지털화(digitization) 하는 역할(예: 신호 변환 및/또는 처리)을 할 수 있다. 예를 들면, 센싱부는 발광부(510), 복수의 수광부(521, 523), 및 프론트엔드 모듈(front-end module)(530)(예: AFE(analog front-end))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세싱부는 프로세서(570)(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함할 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 생체 신호(bio-signal) 측정에 의한 서비스(또는 기능)를 제공하기 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 5의 예시에서 열거된 구성 요소들은 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 전자 장치(101)에서 센서를 이용하여 측정할 수 있는 생체 신호는, 예를 들면, 혈압/심박(HRM, heart rate measurement), 심박 변이도(HRV, heart rate variability), 광용적맥파(또는 광혈류측정)(PPG, photoplethysmography), 심전도(ECG, electrocardiograms), 및/또는 산소포화도(SpO2, peripheral oxygen saturation)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 발광부(510)는 발광 다이오드(예: LED, light-emitting diode)와 같은 발광 소자(또는 반도체)로 구현될 수 있고, 지정된 광(예: LED 광)을 발광할 수 있다.
일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 포토 다이오드(PD, photodiode)(또는 광 다이오드)와 같은 빛 에너지(또는 빛)를 전기 에너지(또는 전기 신호)로 변환하는 수광 소자(또는 반도체)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 제1 채널(channel)(예: 전기적 경로)을 위한 제1 수광부(521)와, 제2 채널을 위한 제2 수광부(523)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수광부(521)와 제2 수광부(523) 각각은 하나 또는 그 이상의 포토 다이오드를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 제1 채널의 제1 수광부(521)의 포토 다이오드 개수와 제2 채널의 제2 수광부(523)의 포토 다이오드 개수는 서로 같거나, 또는 서로 다를 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 발광부(510)에서 출력(또는 발광)되어 특정 객체(예: 사용자 피부)에 전달되어 반사된 빛(예: LED 광)(또는 신호)을 검출(또는 수신)할 수 있다. 일 실시예에 따라, 수광부(521, 523)는 검출된 신호(예: 빛)를 전기적인 신호로 변환하여, 대응하는 채널에 기반하여 프론트엔드 모듈(530)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따라, 프론트엔드 모듈(530)은 수광부(521, 523)로부터 채널 별로 전기적 신호(예: 제1 신호, 제2 신호)를 수신하고, 대응하는 채널에 기반하여 신호를 처리하여 프로세서(570)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프론트엔드 모듈(530)은 수광부(521, 523)로부터 수신된 전기적 신호(예: 생체 신호)에 기반하여 센싱 기능(예: 생체 신호 측정)을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 센싱된 신호(예: AC(alternative current)+DC(direct current))를 처리(예: DC 성분 제거 또는 포함)하여, 프로세서(570)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 프로세서(570)에 의한 처리에 앞서, 중간 주파수 신호(IF, intermediate frequency)에 대한 전처리 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 증폭기(541, 543), 위상 변환기(550), 및 아날로그-디지털 컨버터(A/D(analog-to-digital) converter)(560)를 포함할 수 있다. 하지만, 프론트엔드 모듈(530)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 프로세서(570)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 트랜스 임피던스 증폭기(TIA, trans-impedance amplifier)와 같은 연산 증폭기(operational amplifier)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 제1 채널을 위한 제1 TIA(541)와 제2 채널을 위한 제2 TIA(543)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 TIA(543)는 각각 대응하는 채널의 수광부(521, 523)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고, 수광부(521, 523)로부터 전달된 전류를 전압으로 변환 및 증폭을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(521)와 연결되고, 제1 채널에 따른 제1 전류를 제1 전압으로 변환 및 증폭된 제1 신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(523)와 연결되고, 제2 채널에 따른 제2 전류를 제2 전압으로 변환 및 증폭된 제2 신호를 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 채널에 따른 제1 수광부(521)의 제1 신호(예: DC+AC)는 제1 TIA(541)를 거쳐 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 채널에 따른 제2 수광부(523)의 제2 신호(예: DC+AC)는 위상 변환기(550)를 통해 처리된 제3 신호(예: DC-AC)로 변환되어 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 A/D 컨버터(560)에서 DC 성분을 제거(AC 성분만 추출)할 수 있도록 제2 신호(예: DC+AC)를 반전(또는 180도 위상 천이(phase shift))하여 제3 신호(예: DC-AC)를 생성하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 반전 증폭기(inverting amplifier)(551)와 필터(filter)(553)를 포함할 수 있다. 하지만, 위상 변환기(550)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 주어진 신호를 반전하여 A/D 컨버터(560)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)는 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호를 주어진 기준 전위점에 기반하여 반전하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 입력된 신호에 대해 정해진 증폭도로 신호를 반전하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)는 음(-) 전압은 양(+) 전압으로, 양 전압은 음 전압으로 신호의 모양은 유지하면서 증폭할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여 제2 신호를 제3 신호로 반전할 수 있다.
일 실시예에 따라, 필터(553)는 제2 TIA(543)의 제2 신호를 반전 증폭기(551)에서 반전하기 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 반전 증폭기(551)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(553)는 저역 통과 필터(LPF, low pass filter)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(553)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(551) 사이에서, 일단이 제2 TIA(543)와 연결되고, 타단이 반전 증폭기(551)(예: 반전 증폭기(551)의 제2 입력 포트)와 연결되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)는 반전 증폭기(551)를 통해 반전되는 신호(예: 제3 신호)에 대한 기준 전위(reference electric potential)를 정해주는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 필터(553)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 신호(예: 제2 신호)에서 지정된 신호(예: DC 성분)를 추출(또는 필터링)하여 제2 신호의 반전을 위한 참조 신호(또는 기준 값)로 반전 증폭기(551)에 제공할 수 있다.
일 실시예에 따라, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 반전 증폭기(551)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어 신호(예: 제1 신호와 제3 신호)의 차이를 디지털화(digitization)하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제1 신호)와 제2 채널의 반전 증폭기(551)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제3 신호)의 차에 의해 생성된 제4 신호(예: DC 성분이 제거된 AC 성분)를 디지털화 하여 프로세서(570)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상이 서로 반대인 제1 채널의 제1 신호(예: DC+AC)와 제2 채널의 제3 신호(예: DC-AC)는 A/D 컨버터(560)의 차동(differential) 입력이 되어, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제3 신호 간의 차(예: (DC+AC)-(DC-AC)=2AC)에 의해 DC 성분은 제거되고, AC 성분만 출력할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호와 제3 신호가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호와 제3 신호에서 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 전자 장치(101)의 구성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 프론트엔드 모듈(530)의 출력 신호에 기반하여 다양한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(570)는, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO2)를 이용하여 대응하는 생체 신호에 관한 정보(예: 헬스 정보)를 계산하여 사용자에게 제공할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 도 6은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 5에 대응하는 수광부(521, 523)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 6에서는, 광 센서의 수신단에서 발생하는 DC 성분을 효율적으로 제거하기 위한 센서 모듈의 수신단 구조의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 6의 예시에서 열거된 구성 요소는 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5를 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 전자 장치(101)의 수신단은 복수의 포토 다이오드(521, 523)(예: PD1(521), PD2(523))를 사용하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(521)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD1)와 제2 채널의 제2 수광부(523)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수광부(521)와 제2 수광부(523)는 각각 복수의 포토 다이오드를 포함할 수 있고, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 동일하게 또는 다르게 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 2개의 채널로 구분되는 각 수광부(521, 523)에 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고 각 수광부(521, 523)의 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하는 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))를 포함할 수 있다. 예를 들면, 증폭기(541, 543)는 제1 채널의 제1 수광부(521)의 신호를 처리하는 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 수광부(523)의 신호를 처리하는 제2 TIA(543)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항, 캐패시터)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(521)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(610)(또는 제1 출력)(예: OUT1=β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득(gain))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(610)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(523)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(620)(또는 제2 출력)(예: OUT2=β(DC+AC), β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(620)는 위상 변환기(550)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상 변환기(550)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(620)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여 제3 신호(630)(또는 제3 출력)(예: OUT3=β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(620)가 180도 위상차를 갖도록 반전하는 반전 증폭기(551)와 반전 증폭기(551)에서 제2 신호(620)의 DC 성분의 제거가 가능한 반전 중심을 DC 성분으로 잡아주기 위한 참조 신호(또는 기준 전위)를 제공하는 필터(553)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)는 LPF를 이용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제2 신호(620)는 위상 변환기(550)의 반전 증폭기(551)와 필터(553)(예: LPF)의 입력으로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여 제2 신호(620)를 제3 신호(630)로 반전할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)의 제2 입력 포트에는 필터(553)와의 전기적 경로에 따라, 필터(553)의 기준 전위(예: β(DC))가 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)를 통과한 기준 전위는 특정 전압의 DC 성분(예: β(DC))을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(551)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-))가 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고, 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))가 필터(553)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 필터(553)의 기준 전위가 입력되는 경우, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호(620)에서 실질적으로 AC 성분을 반전하여 제3 신호(630)를 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)는 제2 입력 포트에 제1 기준 전위가 걸리는 경우, 제1 입력 포트로 입력된 제2 신호(620)(예: β(DC+AC))와 제2 입력 포트로 입력된 제1 기준 전위(예: β(DC))에 기반하여, 제2 신호(620)를 그라운드 기준이 아니라, 그라운드에서 일정 범위만큼 쉬프트(또는 뜬) 전위(예: 제2 신호(1220)의 입력 DC 성분에 대응) 상에서 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)는 그라운드를 기준으로 하지 않는 2점 사이의 전압을 정해진 증폭도로 증폭 및 반전하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 반전 증폭기(551)는 그라운드 기준에 따라 변화하지 않는 신호(또는 그라운드에서 떠 있는 신호)를 증폭할 수 있으며, 아래의 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.
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일 실시예에 따르면, 필터(553)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(551) 사이에 형성되어, 반전 증폭기(551)에서 제2 신호(620)의 반전을 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 반전 증폭기(551)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(553)는 반전 증폭기(551)를 통해 반전되는 신호(예: 제3 신호(630))에 대한 기준 전위(예: β(DC))를 반전 증폭기(551)에 입력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(553)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(620)(예: 출력 전압)에 기반하여 참조 신호(또는 기준 신호)(예: β(DC))를 생성할 수 있다. 반전 증폭기(551)는 필터(553)로부터 제공된 기준 전위에 따른 기준 전위점(예: 기준 전위점을 기준으로 한 전압)에 기반하여 제2 신호(620)의 위상을 반전하여 제3 신호(630)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(551)를 통해 처리된 제3 신호(630)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상이 반대인 두 신호는, 예를 들면, 제1 채널의 제1 신호(610)와 제2 채널의 제3 신호(630)는 A/D 컨버터(560)의 차동(differential) 입력으로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 위상이 반대인 제1 신호(610)와 제3 신호(630)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제4 신호(640)(또는 제4 출력)(예: OUT4=2β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호(610)와 제3 신호(630)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(610)와 제3 신호(630)에서 공통으로 나타나는 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(610)의 (DC+AC)와 제3 신호(630)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기(541, 543)의 이득 상수 ‘β’가 곱해진(예: βx2AC) 제4 신호(640) ‘2β(AC)’를 획득할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 도 7은, 예를 들면, 도 6의 회로에 기반한 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 7에서, x축은 시간(time(s))을 나타낼 수 있고, y축은 DC 성분(component)을 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 7에 도시된 예시는, 도 6에 예시한 바와 같이, 2개의 TIA(541, 543), 1개의 반전 증폭기(551), 및 반전 증폭기(551)의 기준 값을 잡아주기 위한 필터(553)로 구성되는 회로에 기반한 시뮬레이션 결과의 예를 나타낼 수 있다.
도 7의 예시 701은, 각 수광부(521, 523)에서 출력되는 전류(예: PD 출력 전류(output current))를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 7에 예시된 회로 시뮬레이션에서는, 제1 수광부(521)(예: PD1)와 제2 수광부(523)(예: PD2)의 출력은 약 2Hz의 삼각파로 가정하고, DC의 크기는 약 5uA로 설정하고, AC의 크기는 약 10nApp으로 설정하며, 제1 TIA(541)와 제2 TIA(543)의 이득(β)이 약 25000으로 동일한 경우를 가정할 수 있다.
도 7의 예시 703은 제1 수광부(521)의 출력 전류가 제1 TIA(541)를 거쳐 전압으로 변환된 결과(예: 제1 TIA(541)의 출력으로, 예를 들면, 제1 신호(610)(예: OUT1=β(DC+AC))를 나타낼 수 있다. 예시 703에서, DC의 크기는 약 125mV이고, AC의 크기는 약 0.24mV를 나타낼 수 있다.
도 7의 예시 705는 제2 수광부(523)의 출력 전류가 제2 TIA(543)를 거쳐 전압으로 변환된 결과(예: 제2 TIA(543)의 출력으로, 예를 들면, 제2 신호(620)(예: OUT2=β(DC+AC))를 나타낼 수 있다. 예시 705에서, DC의 크기는 약 125mV이고, AC의 크기는 0.24mV를 나타낼 수 있다.
도 7의 예시 707은 제2 TIA(543)의 출력(예: 제2 신호)이 DC의 크기 약 125mV를 기준으로 반전(예: 180도 위상 천이)된 결과(예: 반전 증폭기(551)의 출력으로, 예를 들면, 제3 신호(630)(예: OUT3=β(DC-AC))를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(551)의 출력(예: 제3 신호(630))은 제2 TIA(543)의 반전 출력(예: -제2 신호)과 동일할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 7의 예시 705와 예시 707의 출력(예: 제2 신호(620)와 제3 신호(630))를 비교하면 동일한 DC(예: 약 125mV)를 기준으로 서로 반대의 위상(예: 180도 위상차)을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 7의 예시 709는 예시 703의 제1 신호(예: 제1 TIA(541)의 출력)와 예시 707의 제3 신호(예: 반전 증폭기(551)의 출력)가 A/D 컨버터(560)로 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제3 신호 간의 차이, 예를 들면, A/D 컨버터(560)의 출력이 되는 신호(예: 제4 신호(640)(예: OUT4=2β(AC))를 나타낼 수 있다. 예시 709에 도시된 바와 같이, A/D 컨버터(560)의 출력(예: 제4 신호(640))에서 DC는 제거되어 거의 없는 수준(예: 약 -161nV)일 수 있고, AC의 크기는 약 0.48mV인 것을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하여 살펴본 바와 같이, 도 6을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 회로 구현을 통해 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 출력이 되는 것을 시뮬레이션을 통해 검증할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 A/D 컨버터(560)를 통해 출력되는 제4 신호(예: AC 성분)에 기반하여 보다 정확한 생체 신호(예: PPG 신호)를 획득할 수 있고, 획득된 생체 신호를 이용하여 보다 정확한 센싱 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 DC 성분이 제거된 AC 성분에 기반하여 실제의 PPG를 계산할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 도 8은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 5 및/또는 도 6에 대응하는 수광부(821, 823)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 다른 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 8에서는, 광 센서의 수신단에서 발생하는 DC 성분을 효율적으로 제거하기 위한 센서 모듈의 수신단 구조의 다른 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 8에서는 각 채널의 수광부 각각이 복수의 포토 다이오드를 포함하고, 채널 간 포토 다이오드의 개수가 서로 다른 경우의 수신단 구조의 예를 나타낼 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 8은 전자 장치(101)의 수신단에서 채널(예: 제1 채널, 제2 채널) 별로 복수의 포토 다이오드(821, 823)(예: PD1~PD6(821), PD7~PD8(823))를 사용하는 구조일 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 8에서는 수광부를 위한 포토 다이오드를 8개를 포함하고, 8개의 포토 다이오드를 각 채널 별로 다른 개수로 구별(또는 그룹)하여 운영하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(821)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD1~PD6)와 제2 채널의 제2 수광부(823)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD7, PD8)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 도 5를 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이 센싱부와 프로세싱부를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 센싱부는 센서 블록과 제어 블록으로 구분할 수 있다. 예를 들면, 센서 블록은 신체에서 측정된 생체 신호를 받아들이는 역할(예: 센싱 동작)을 하고, 제어 블록은 센서 블록에서 받아들인 아날로그 신호를 디지털화 하는 역할(예: 신호 변환 및/또는 처리)을 할 수 있다. 예를 들면, 센싱부는 발광부(510), 복수의 수광부(821, 823), 및 프론트엔드 모듈(530)(예: AFE)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세싱부는 프로세서(570)(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함할 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO2 신호) 측정에 의한 서비스(또는 기능)를 제공하기 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 상기 열거된 구성 요소들은 서로 작동적으로 또는 전기적으로 연결될 수 있으며, 수광부(821, 823)와 각 연산 증폭기(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543), 반전 증폭기(551))의 출력을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 5 및 도 6을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 채널의 제1 수광부(821)와 제2 채널의 제2 수광부(823) 각각을 복수의 포토 다이오드로 구성하고, 각 수광부(821, 823)의 포토 다이오드를 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결(예: 병렬 연결)할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 수광부(821, 823)의 출력 신호는 각 수광부(821, 823)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결된 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각 채널에 대응하는 수광부(821, 823)의 포토 다이오드의 개수는 서로 동일하게 구성하거나, 또는 포토 다이오드의 개수를 서로 상이하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 8의 예시에서는, 제1 채널의 6개의 포토 다이오드(예: PD1, PD2, PD3, PD4, PD5, PD6)로 구성된 제1 수광부(821)와 제2 채널의 2개의 포토 다이오드(예: PD7, PD8)로 구성된 제2 수광부(823)와 같이, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 상이하게 구성하는 예를 나타낼 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 제1 채널과 제2 채널의 포토 다이오드의 개수는, 다양하게 구현될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 수광부(821)는 6개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 6(DC+AC))를, 제1 채널의 제1 TIA(541)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 수광부(823)는 2개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 2(DC+AC))를, 제2 채널의 제2 TIA(543)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 각 채널의 수광부(821, 823)로부터 출력되는 아날로그 신호는 대응하는 채널의 각 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘6’, ‘2’)(또는 상수 인자)가 곱해질 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 8의 예시와 같이 각 채널에 대응하는 수광부(821, 823)의 포토 다이오드의 개수가 서로 다른 경우(예: Ch1: 6개, Ch2: 2개), 제1 채널의 제1 TIA(541) 및/또는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 상이하게 조절하여 각 채널의 DC 레벨(level)이 동일하도록 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 다르게 설정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 채널에 할당되는 포토 다이오드의 개수에 기반하여(예: 반비례하여) 대응하는 TIA의 이득을 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 제2 TIA(543)의 이득은 제1 TIA(541)의 이득에 약 1/3배(예: Ch1: PD 6개 / Ch2: PD 2개)에 대응할 수 있으므로, 제1 TIA(541)의 이득에 약 3의 계수를 곱하여(예: Gain of TIA2 = 3 x Gain of TIA1)(또는 제2 TIA(543)의 이득을 조절하여), 각 채널의 DC 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들면, 각 채널에서의 DC 레벨은 증폭기(예: 제1 TIA(541) 및/또는 제2 TIA(543)) 이득을 이용하여 보정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(821)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 6(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(810)(또는 제1 출력)(예: OUT1=6β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 TIA(541)의 출력(예: 제1 신호(810))은, 제1 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘6’)와 제1 TIA(541)의 이득 1β가 곱해진 값(예: 6x1β=6β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(810)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(823)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 2(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(820)(또는 제2 출력)(예: OUT2=6β(DC+AC), ‘6β’은 PD 개수 2 x 이득 3β), 3β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 TIA(543)의 출력(예: 제2 신호(820))은, 제2 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘2’)와 제2 TIA(543)의 이득 3β가 곱해진 값(예: 2X3β=6β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(820)는 위상 변환기(550)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상 변환기(550)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(820)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여 제3 신호(830)(또는 제3 출력)(예: OUT3=6β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(820)가 제1 신호(810)와 180도 위상차를 갖도록 반전하기 위한 반전 증폭기(551)와 반전 증폭기(551)의 참조 신호를 제공하기 위한 필터(553)(예: LPF)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)를 통해 처리된 제3 신호(830)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상이 반대인 두 신호는, 예를 들면, 제1 채널의 제1 신호(810)와 제2 채널의 제3 신호(830)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력으로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 위상이 반대인 제1 신호(810)와 제3 신호(830)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제4 신호(840)(또는 제4 출력)(예: OUT4=12β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호(810)와 제3 신호(830)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(810)와 제3 신호(830)에서 공통으로 나타나는 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(810)의 (DC+AC)와 제3 신호(830)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기의 이득 상수 ‘6β’가 곱해진(예: 6βx2AC) 제4 신호(840) ‘12β(AC)’를 획득할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 수광부와 프론트엔드 모듈을 구성하는 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도 9는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 5 및/또는 도 6에 대응하는 수광부(921, 923)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 다른 예를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 도 9에서는, 광 센서의 수신단에서 발생하는 DC 성분을 효율적으로 제거하기 위한 센서 모듈의 수신단 구조의 다른 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 다르면, 도 9에서는 각 채널의 수광부 각각이 복수의 포토 다이오드를 포함하고, 채널 간 포토 다이오드의 개수가 서로 동일한 경우의 수신단 구조의 예를 나타낼 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 9는 전자 장치(101)의 수신단에서 채널(예: 제1 채널, 제2 채널) 별로 복수의 포토 다이오드(921, 923)(예: PD1~PD4(921), PD5~PD8(923))를 사용하는 구조일 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 9에서는 수광부를 위한 포토 다이오드를 8개를 포함하고, 8개의 포토 다이오드를 각 채널 별로 동일한 개수로 구별(또는 그룹)하여 운영하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(921)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD1~PD4)와 제2 채널의 제2 수광부(923)를 위한 복수의 포토 다이오드(예: PD5~PD8)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 9에서는 수광부(921, 923)와 각 연산 증폭기(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543), 반전 증폭기(551))의 출력을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 8을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 제1 채널의 제1 수광부(921)와 제2 채널의 제2 수광부(923) 각각을 복수의 포토 다이오드로 구성하고, 각 수광부(921, 923)의 포토 다이오드를 서로 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결(예: 병렬 연결)할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 수광부(921, 923)의 출력 신호는 각 수광부(921, 923)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결된 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 각 채널에 대응하는 수광부(921, 923)의 포토 다이오드의 개수는 서로 동일하게 구성하거나, 또는 포토 다이오드의 개수를 서로 상이하게 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 9의 예시에서는, 제1 채널의 4개의 포토 다이오드(예: PD1, PD2, PD3, PD4)로 구성된 제1 수광부(921)와 제2 채널의 4개의 포토 다이오드(예: PD5, PD6, PD7, PD8)로 구성된 제2 수광부(923)와 같이, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 동일하게 구성하는 예를 나타낼 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 제1 채널과 제2 채널의 포토 다이오드의 개수는, 다양하게 구현될 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 수광부(921)는 4개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 4(DC+AC))를, 제1 채널의 제1 TIA(541)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 수광부(923)는 4개의 포토 다이오드에 기반하여 검출된 신호를 전기적 신호(또는 아날로그 신호)로 변환하고, 변환된 신호(예: 4(DC+AC))를, 제2 채널의 제2 TIA(543)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 각 채널의 수광부(921, 923)로부터 출력되는 아날로그 신호는 대응하는 채널의 각 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘4’)(또는 상수 인자)가 곱해질 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 9의 예시와 같이 각 채널에 대응하는 수광부(921, 923)의 포토 다이오드의 개수가 서로 동일한 경우(예: Ch1: 4개, Ch2: 4개), 제1 채널의 제1 TIA(541) 및/또는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 동일하게 조절하여 각 채널의 DC 레벨이 동일하도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 TIA(543)의 이득을 동일하게 설정할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 각 채널에 할당되는 포토 다이오드의 개수에 기반하여 대응하는 TIA의 이득이 설정될 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 제1 TIA(541)의 이득과 제2 TIA(543)의 이득은 약 1배(예: Ch1: PD 4개 / Ch2: PD 4개)에 대응할 수 있으므로, 제1 TIA(541)의 이득과 제2 TIA(543)의 이득은 동일(예: Gain of TIA1 = Gain of TIA2)하게 구성하여, 각 채널의 DC 레벨을 조절할 수 있다. 예를 들면, 각 채널에서의 DC 레벨은 증폭기(예: 제1 TIA(541) 및/또는 제2 TIA(543)) 이득을 이용하여 보정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(921)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 4(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(910)(또는 제1 출력)(예: OUT1=4β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 TIA(541)의 출력(예: 제1 신호(910))은, 제1 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘4’)와 제1 TIA(541)의 이득 1β가 곱해진 값(예: 4x1β=4β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(910)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(923)로부터 입력된 아날로그 신호(예: 4(DC+AC))를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(920)(또는 제2 출력)(예: OUT2=4β(DC+AC), β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 TIA(543)의 출력(예: 제2 신호(920))은, 제2 채널의 포토 다이오드의 개수에 대응하는 계수(예: ‘4’)와 제2 TIA(543)의 이득 1β가 곱해진 값(예: 4x1β=4β)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(920)는 위상 변환기(550)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상 변환기(550)는 제2 TIA(543)의 제2 신호(920)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여 제3 신호(930)(또는 제3 출력)(예: OUT3=4β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(920)가 제1 신호(910)와 180도 위상차를 갖도록 반전하기 위한 반전 증폭기(551)와 반전 증폭기(551)의 참조 신호를 제공하기 위한 필터(553)(예: LPF)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(550)를 통해 처리된 제3 신호(930)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상이 반대인 두 신호는, 예를 들면, 제1 채널의 제1 신호(910)와 제2 채널의 제3 신호(930)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력으로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 위상이 반대인 제1 신호(910)와 제3 신호(930)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제4 신호(940)(또는 제4 출력)(예: OUT4=8β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호(910)와 제3 신호(930)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(910)와 제3 신호(930)에서 공통으로 나타나는 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(910)의 (DC+AC)와 제3 신호(930)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기의 이득 상수 ‘4β’가 곱해진(예: 4βx2AC) 제4 신호(940) ‘8β(AC)’를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전술한 바와 같이 센서(예: PPG 센서)의 센싱 신호에서 DC 성분을 별도의 피드백 로직(feedback logic)이 없는 상황에서도 실시간으로 빠르게 DC 성분을 제거할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기존 방식의 센서에서 DC 성분을 제거하면서 생기는 추가적인 노이즈(noise) 없이 DC 성분을 제거할 수 있다. 이를 통해, 수신된 신호의 증폭을 최대로 할 수 있으며, 결과적으로 SNR(signal-to-noise)을 최대한 확보할 수 있다. 예를 들면, 노이즈 없이 PPG 신호만을 최대로 증폭할 수 있으므로, 최대한의 SNR을 가지는 신호를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 최근에는 신체의 일부(예: 손목)에서의 산소포화도(SpO2) 측정 기능을 제공하는 전자 장치(101)가 증가하고 있다. 일반적으로, 산소포화도는 다음의 [수학식 2]와 같이 정의될 수 있다.
Figure PCTKR2021002567-appb-M000002
일 실시예에 따르면, 산소포화도(SpO2)는 센서의 발광부(예: 도 5의 발광부(510))에 적색 LED 및 적외선 LED를 포함할 수 있고, 수광부(예: 도 5의 수광부(521, 523))에서 포토 다이오드로 측정할 수 있다. 이와 같이, 센서부에서 측정된 신호는 AC 성분과 DC 성분으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따라, [수학식 2]에 따를 때, 적색과 적외선의 AC 및 DC 성분이 거의 같은 경우에 산소포화도는 거의 100%에 근접할 수 있지만, 다른 경우에는 그 값이 감소할 수 있다. [수학식 2]에서 알 수 있듯이, DC 성분도 하나의 정보일 수 있으며, 산소포화도 측정 시에는 DC 성분도 함께 고려될 필요가 있다. 일 실시예에 따르면, 본 개시에서는 전술한 바와 같이 제안된 수신단의 구조에서 스위치(switch)(또는 스위치 회로(switch circuitry))를 포함하여, DC 레벨을 함께 측정할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른 전자 장치(101)(예: 센서)에 따르면, PPG와 SpO2를 동시에 측정할 수 있다.
이하에서, 아래 도 10, 도 11, 및 도 12를 참조하여 수신단에 스위치를 추가하여 DC 성분을 유지할 수 있는 구조에 대하여 설명한다. 일 실시예에 따르면, 스위치를 이용한 스위칭에 기반하여, 전자 장치(101)에서 DC 성분과 AC 성분이 포함된 신호에서, PPG 측정 시에는 AC만 추출하는 회로로 동작할 수 있고, SpO2 측정 시에는 DC 성분과 AC 성분을 추출하는 회로로 동작할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따르면, 스위치를 이용한 동작 간 스위칭을 통해 AC 성분 측정 또는 DC 성분 및 AC 성분 측정이 가능하며, 수신단 구조가 가변적이고, 상황에 맞는 최적화된 신호를 획득하여 제공할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 전자 장치의 블록 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 도 10은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 생체 데이터 센싱을 수행하는 센서 모듈에 관련된 블록 구성의 다른 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 10의 예시에 따른 전자 장치(101)의 블록 구성은, 스위칭 구조를 위한 위상 변환기(1050)의 구성을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 5를 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 일 실시예에 따른 전자 장치(101)는 발광부(510), 2개의 채널로 구분되는 복수의 수광부(521, 523), 프론트엔드 모듈(530)(예: AFE), 및 프로세서(570)(예: 도 1의 프로세서(120))를 포함할 수 있다. 하지만, 전자 장치(101)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO2 신호) 측정에 의한 서비스(또는 기능)를 제공하기 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 프론트엔드 모듈(530)은 수광부(521, 523)로부터 채널 별로 전기적 신호(예: 제1 신호, 제2 신호)를 수신하고, 대응하는 채널에 기반하여 신호를 처리하여 프로세서(570)에 전달할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 센싱된 신호(예: AC+DC)를 처리(예: DC 성분 제거 또는 포함)하여, 프로세서(570)로 전달할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프론트엔드 모듈(530)은 증폭기(541, 543), 위상 변환기(1050), 및 A/D 컨버터(560)를 포함할 수 있다. 하지만, 프론트엔드 모듈(530)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 프로세서(570)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 채널에 따른 제1 수광부(521)의 제1 신호(예: DC+AC)는 제1 TIA(541)를 거쳐 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 채널에 따른 제2 수광부(523)의 제2 신호(예: DC+AC)는 위상 변환기(1050)를 통해 처리된 제3 신호(예: DC-AC) 또는 제4 신호(예: -(DC+AC))로 변환되어 A/D 컨버터(560)에 전달될 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 전자 장치(101)의 제1 상태(또는 제1 모드)에 따라, A/D 컨버터(560)에서 DC 성분을 제거(AC 성분만 추출)할 수 있도록 제2 신호(예: DC+AC)에서 실질적으로 AC 성분을 반전(또는 180도 위상 천이(phase shift))하여 제3 신호(예: DC-AC)를 생성하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태는 제1 서비스(또는 기능)를 위한 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 획득하도록 동작하는 상태를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 전자 장치(101)의 제2 상태(또는 제2 모드)에 따라, A/D 컨버터(560)에서 DC 성분과 AC 성분을 유지할 수 있도록 제2 신호(예: DC+AC)에서 실질적으로 DC 성분과 AC 성분을 반전하여 제4 신호(예: -(DC+AC))를 생성하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 제2 상태는 제2 서비스(또는 기능)를 위한 제2 센서 데이터(예: SpO2 신호)를 획득하도록 동작하는 상태를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 반전 증폭기(1051), 필터(1053), 및 스위치(1055)(또는 스위치 회로(switch circuitry))를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 기준 전압(Vref, voltage reference)(또는 기준 회로(reference circuitry))를 포함하는 것으로 해석할 수 있다. 하지만, 위상 변환기(1050)의 구성이 이에 한정되지 않으며, 주어진 신호를 주어진 기준 전위점에 기반하여 반전하여 A/D 컨버터(560)에 의한 적절한 처리를 위한 다양한 블록 및/또는 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호를 주어진 기준 전위점에 기반하여 반전하여, 제3 신호를 출력하거나, 또는 제4 신호를 출력하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여, 제1 입력 포트로 입력된 제2 TIA(543)의 제2 신호를 제3 신호 또는 제4 신호로 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트는 스위치(1055)의 스위칭에 기반하여 필터(1053)와 제1 전기적 경로로 연결되거나, 기준 전압(Vref)(또는 기준 회로)과 제2 전기적 경로로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트에는 제1 전기적 경로에 따라, 필터(1053)의 제1 기준 전위가 입력되거나, 또는 제2 전기적 경로에 따라 기준 전압(Vref)(또는 기준 회로)의 제2 기준 전위가 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)를 통과한 제1 기준 전위는 특정 전압의 DC 성분을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위는 전류가 (거의) 흐르지 않을 수 있고, 그라운드(ground) 전위(예: 0V)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 전압(Vref) 회로 대신, 제2 전기적 경로를 그라운드와 접지하여 구현하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 필터(1053)는 제2 TIA(543)의 제2 신호를 반전 증폭기(1051)에서 반전하기 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위(예: 제1 기준 전위)를 반전 증폭기(1051)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(1053)는 LPF를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 필터(1053)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(1051) 사이에서, 일단이 제2 TIA(543)와 연결되고, 타단이 반전 증폭기(1051)(예: 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트)와 연결되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)는 반전 증폭기(1051)를 통해 반전되는 신호(예: 제3 신호)에 대한 기준 전위(예: 제1 기준 전위)를 정해주는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 필터(1053)는 제2 채널의 제2 TIA(543)의 신호(예: 제2 신호)에서 지정된 신호(예: DC 성분)를 추출(또는 필터링)하여 제2 신호의 반전을 위한 참조 신호(또는 기준 값)로 반전 증폭기(1051)에 제공할 수 있다.
일 실시예에 따라, 스위치(1055)는 프로세서(570)의 제어에 기반하여 반전 증폭기(1051)의 전기적 경로를 스위칭 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 필터(1053)에 의한 제1 기준 전위를 반전 증폭기(1051)(예: 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트)에 입력하기 위한 제1 전기적 경로와 기준 전압(Vref)에 기반한 제2 기준 전위를 반전 증폭기(1051)(예: 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트)에 입력하기 위한 제2 전기적 경로 간의 스위칭 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 전기적 경로(예: 제1 전기적 경로, 제2 전기적 경로)와 반전 증폭기(1051)의 연결을 위한 적어도 하나의 스위치로 구현될 수 있다. 예를 들면, 스위치(1055)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 오픈(open)(또는 단선) 또는 쇼트(short)(또는 단락)를 위한 제1 스위치, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 오픈 또는 쇼트를 위한 제2 스위치와 같이 각 전기적 경로에 기반하여 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 반전 증폭기(1051)와 각 전기적 경로 사이에서, 제1 전기적 경로 및 제2 전기적 경로 중 하나에 선택적으로 연결(예: 오픈 또는 쇼트)하기 위한 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)와 제2 채널의 반전 증폭기(1051)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되어 신호(예: 제1 신호와 제3 신호, 또는 제1 신호와 제4 신호)의 차이를 디지털화하는 역할을 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제1 신호)와 제2 채널의 반전 증폭기(1051)로부터 AC 성분만 반전되어 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제3 신호)의 차에 의해 생성된 제5 신호(예: DC 성분이 제거된 AC 성분)를 디지털화 하여 프로세서(570)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상이 서로 반대인 제1 채널의 제1 신호(예: DC+AC)와 제2 채널의 제3 신호(예: DC-AC)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력이 되어, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제3 신호 간의 차(예: (DC+AC)-(DC-AC)=2AC)에 의해 DC 성분은 제거되고, AC 성분만 출력할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호와 제3 신호가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호와 제3 신호에서 DC 성분을 제거하고, AC 성분만을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 채널의 제1 TIA(541)로부터 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제1 신호)와 제2 채널의 반전 증폭기(1051)로부터 DC 성분과 AC 성분이 반전되어 수신된 아날로그 (파형) 신호(예: 제4 신호)의 차에 의해 생성된 제6 신호(예: DC 성분과 AC 성분 포함)를 디지털화 하여 프로세서(570)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 위상이 서로 반대인 제1 채널의 제1 신호(예: DC+AC)와 제2 채널의 제4 신호(예: -(DC+AC))는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력이 되어, A/D 컨버터(560)에서 제1 신호와 제4 신호 간의 차(예: (DC+AC)-{-(DC+AC)}=2(DC+AC))에 의해 DC 성분과 AC 성분을 포함하여 출력할 수 있다. 예를 들면, 위상이 반대인 제1 신호와 제4 신호가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호와 제4 신호에서 DC 성분과 AC 성분을 포함하여 출력할 수 있다.
일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 전자 장치(101)의 구성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 프론트엔드 모듈(530)의 출력 신호에 기반하여 다양한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(570)는, 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO2)를 이용하여 대응하는 생체 신호에 관한 정보(예: 헬스 정보)를 계산하여 사용자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 제공하는 서비스(또는 기능)에 기반하여 대응하는 센서 데이터 획득을 위한 전기적 경로의 스위칭을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제1 서비스에 기반하여 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 사용하는 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 제1 센서 데이터를 위해 필터(1053)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 쇼트하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 오픈하는 스위칭을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 제1 서비스에 따른 정보(예: PPG 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제2 서비스에 기반하여 제2 센서 데이터(예: SpO2 신호)를 사용하는 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 제2 센서 데이터를 위해 기준 전압(Vref)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 오픈하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 쇼트하는 스위칭을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 제2 서비스에 따른 정보(예: SpO2 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈에 스위치를 구성하는 예를 도시하는 도면이다. 도 12는 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치 회로 구성의 예를 도시하는 도면이다. 도 13은 일 실시예에 따른 전자 장치에서 프론트엔드 모듈의 스위치 회로 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 도 11은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)에서 도 10에 대응하는 수광부(521, 523)와 프론트엔드 모듈(530)을 구성하는 블록 및/또는 회로의 예를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 11의 예시에 따른 전자 장치(101)의 구성 요소는, 스위칭 구조를 위한 위상 변환기(1050)의 구성을 제외한 다른 구성 요소 및 동작은, 도 6 및 도 10을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같은 구성 요소에 대응할 수 있으므로, 그의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 도 10을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 전자 장치(101)의 수신단은 복수의 포토 다이오드(521, 523)(예: PD1(521), PD2(523))를 사용하는 구조일 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)는 2개의 채널(예: 제1 채널, 제2 채널)로 구분되고, 제1 채널의 제1 수광부(521)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD1)와 제2 채널의 제2 수광부(523)를 위한 수광 소자인 포토 다이오드(예: PD2)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 수광부(521)와 제2 수광부(523)는 각각 복수의 포토 다이오드를 포함할 수 있고, 각 채널의 포토 다이오드의 개수를 동일하게 또는 다르게 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 2개의 채널로 구분되는 각 수광부(521, 523)에 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고 각 수광부(521, 523)의 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하는 증폭기(541, 543)(예: 제1 TIA(541), 제2 TIA(543))를 포함할 수 있다. 예를 들면, 증폭기(541, 543)는 제1 채널의 제1 수광부(521)의 신호를 처리하는 제1 TIA(541)와 제2 채널의 제2 수광부(523)의 신호를 처리하는 제2 TIA(543)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 증폭기(541, 543)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항, 캐패시터)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 TIA(541)는 제1 채널의 제1 수광부(521)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제1 신호(1110)(또는 제1 출력)(예: OUT1=β(DC+AC), β는 제1 TIA(541)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 채널의 제1 TIA(541)를 통해 처리된 제1 신호(1110)는 A/D 컨버터(560)의 제1 입력 단자(또는 포트)(+)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 채널의 제2 TIA(543)는 제2 채널의 제2 수광부(523)로부터 입력된 아날로그 신호를 처리(예: 변환 및 증폭)하여 제2 신호(1120)(또는 제2 출력)(예: OUT2=β(DC+AC), β는 제2 TIA(543)의 (전압) 이득)를 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 채널의 제2 TIA(543)를 통해 처리된 제2 신호(1120)는 위상 변환기(1050)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 위상 변환기(1050)는 입력되는 기준 전위(예: 제1 기준 전위 또는 제2 기준 전위)에 기반하여 제2 TIA(543)의 제2 신호(1120)의 위상을 반전(또는 180도 위상 천이)하여, 제3 신호(1130)(또는 제3 출력)(예: OUT3=β(DC-AC)) 또는 제4 신호(1140)(또는 제4 출력)(예: OUT4=-β(DC+AC))를 출력할 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 반전 증폭기(1051)에 입력되는 기준 전위에 기반하여 제2 채널의 제2 TIA(543)의 제2 신호(1120)가 180도 위상차를 갖도록 반전하는 반전 증폭기(1051), 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 DC 성분의 제거가 가능한 반전 중심을 DC 성분으로 잡아주기 위한 참조 신호(또는 제1 기준 전위)를 제공하는 필터(1053), 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 DC 성분의 유지가 가능한 반전 중심을 잡아주기 위한 참조 신호(또는 제2 기준 전위)를 제공하는 기준 전압(Vref), 및 필터(1053)에 따른 제1 기준 전위 또는 기준 전압(Vref)에 따른 제2 기준 전위가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 전기적 경로를 스위칭 하는 스위치(1055)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 연산 증폭기를 이용할 수 있고, 안정적인 동작을 위한 소자(예: 저항)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)는 LPF를 이용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 하나의 출력 포트를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 걸리는(또는 입력되는) 기준 전위에 기반하여 제2 신호(1120)(예: β(DC+AC))를 제3 신호(1130)(예: OUT3=β(DC-AC)) 또는 제4 신호(1140)(예: OUT4=-β(DC+AC))로 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트는 스위치(1055)의 스위칭에 기반하여 필터(1053)와 제1 전기적 경로로 연결되거나, 기준 전압(Vref)과 제2 전기적 경로로 연결될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트에는 제1 전기적 경로에 따라, 필터(1053)의 제1 기준 전위(예: β(DC))가 입력되거나, 또는 제2 전기적 경로에 따라 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위(예: 0V)가 입력될 수 있다. 일 실시예에 따라, 필터(1053)를 통과한 제1 기준 전위는 특정 전압의 DC 성분(예: β(DC))을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위는 그라운드 전위(예: 0V)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 전압(Vref) 회로 대신, 제2 전기적 경로를 그라운드와 접지하여 구현하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 스위치(1055)를 통해 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로가 연결된 경우, 제2 신호(1120)가 필터(1053)에 의한 제1 기준 전위(예: β(DC))에 기반하여 AC 성분이 반전(또는 180도 위상 천이)된 제3 신호(1130)(예: β(DC-AC))를 A/D 컨버터(560)로 출력할 수 있다. 일 실시예에 따라, 위상 변환기(1050)는 스위치(1055)를 통해 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로가 연결된 경우, 제2 신호(1120)가 기준 전압(Vref)에 의한 제2 기준 전위에 기반하여 반전된 제4 신호(예: -β(DC+AC))를 A/D 컨버터(560)로 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 반전 증폭기(1051)는 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-))가 제2 채널의 제2 TIA(543)와 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결되고, 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))가 필터(1053) 또는 기준 전압(Vref)과 작동적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제1 전기적 경로의 연결에 따라, 필터(1053)의 제1 기준 전위(예: β(DC))가 입력되는 경우, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호(1120)에서 실질적으로 AC 성분을 반전하여 제3 신호(1130)(예: β(DC-AC))를 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제1 기준 전위가 걸리는 경우, 제1 입력 포트로 입력된 제2 신호(1120)(예: β(DC+AC))와 제2 입력 포트로 입력된 제1 기준 전위(예: β(DC))에 기반하여, 제2 신호(1120)를 그라운드 기준이 아니라, 그라운드에서 일정 범위만큼 쉬프트(또는 뜬) 전위(예: 제2 신호(1120)의 입력 DC 성분에 대응) 상에서 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 그라운드를 기준으로 하지 않는 2점 사이의 전압을 정해진 증폭도로 증폭 및 반전하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 반전 증폭기(1051)는 그라운드 기준에 따라 변화하지 않는 신호(또는 그라운드에서 떠 있는 신호)를 증폭할 수 있다.
일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제2 전기적 경로의 연결에 따라 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위(예: 0V)가 입력되는 경우, 제2 TIA(543)로부터의 제2 신호(1120)를 반전하여 제4 신호(1140)(예: -β(DC+AC))를 출력할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 제2 입력 포트에 제2 기준 전위가 걸리는 경우, 제1 입력 포트로 입력된 제2 신호(1120)(예: β(DC+AC))를 그라운드 기준으로 반전할 수 있다. 예를 들면, 반전 증폭기(1051)는 그라운드를 기준으로 하는 2점 사이의 전압을 정해진 증폭도로 증폭 및 반전하여 출력할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 필터(1053)는 제2 TIA(543)와 반전 증폭기(1051) 사이에 형성되어, 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 반전을 위한 중심을 DC로 잡아주기 위한 제1 기준 전위를 반전 증폭기(1051)로 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준 전압(Vref)은 반전 증폭기(1051)에서 제2 신호(1120)의 반전을 위한 중심을 그라운드로 잡아주기 위한 제2 기준 전위를 반전 증폭기(1051)로 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로와 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로 중 하나가 선택적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 반전 증폭기(1051)를 통해 처리된 제3 신호(1130) 또는 제4 신호(1140)는 A/D 컨버터(560)의 제2 입력 단자(또는 포트)(-)로 입력될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 전기적 경로(예: 제1 전기적 경로, 제2 전기적 경로)와 반전 증폭기(1051)의 연결을 위한 적어도 하나의 스위치로 구현될 수 있다.
예를 들면, 도 12의 예시로 도시된 바와 같이, 스위치(1055)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 오픈(open)(또는 단선) 또는 쇼트(short)(또는 단락)를 위한 제1 스위치(예: SW1), 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 오픈 또는 쇼트를 위한 제2 스위치(예: SW2)와 같이 각 전기적 경로에 기반하여 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(SW1, SW2)를 포함할 수 있다. 다른 예를 들면, 도 13의 예시로 도시된 바와 같이, 스위치(1055)는 반전 증폭기(1051)와 각 전기적 경로 사이에서, 제1 전기적 경로 및 제2 전기적 경로 중 하나에 선택적으로 연결(예: 오픈 또는 쇼트)하기 위한 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(SW)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 프로세서(570)의 제1 제어에 기반하여, 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 쇼트하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 오픈하도록 스위칭 할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 스위치(1055)는 프로세서(570)의 제2 제어에 기반하여, 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 오픈하고 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 쇼트하도록 스위칭 할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 채널의 제1 신호(1110)와 제2 채널의 제3 신호(1130) 또는 제4 신호(1140)는 A/D 컨버터(560)의 차동 입력으로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제3 신호(1130)에 기반하여, DC 성분을 제거하고 AC 성분만 남은 제5 신호(1150)(또는 제5 출력)(예: OUT5=2β(AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 신호(1110)와 제3 신호(1130)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제3 신호(1130)에서 DC 성분이 제거된 AC 성분만을 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)의 (DC+AC)와 제3 신호(1130)의 (DC-AC)의 차이 ‘2AC’에 증폭기(541, 543)의 이득 상수 ‘β’가 곱해진(예: βx2AC) 제5 신호(1150) ‘2β(AC)’를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따르면, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제4 신호(1140)에 기반하여, DC 성분과 AC 성분을 포함하는 제6 신호(1160)(또는 제6 출력)(예: OUT6=2β(DC+AC))를 출력하여 프로세서(570)에 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 신호(1110)와 제4 신호(1140)가 A/D 컨버터(560)의 2개의 입력 포트로 각각 차동 입력되고, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)와 제4 신호(1140)에서 DC 성분을 유지하여 DC 성분과 AC 성분을 모두 출력할 수 있다. 예를 들어, A/D 컨버터(560)는 제1 신호(1110)의 (DC+AC)와 제4 신호(1140)의 -(DC+AC)의 차이 ‘2(DC+AC)’에 증폭기(541, 543)의 이득 상수 ‘β’가 곱해진(예: βx2(DC+AC)) 제6 신호(1160) ‘2β(DC+AC)’를 획득할 수 있다.
도 14 및 도 15는 다양한 실시예들에 따른 전자 장치에 기반한 시뮬레이션 예를 설명하기 위해 도시하는 도면들이다.
일 실시예에 따라, 도 14 및 도 15는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은 스위치(1055)를 포함(또는 적용)하는 전자 장치(101)의 구성에서 스위치(1055)의 스위칭에 기반하여 반전 증폭기(1051)에 입력되는 기준 전위에 따른 차이를 비교하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 14 및 도 15에서, x축은 시간(time(s))을 나타낼 수 있고, y축은 DC 성분을 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 14의 예시는, 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 연결에 따라, 필터(1053)의 제2 기준 전위(예: 약 DC 250mV)가 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))에 인가되는 경우로, AC의 크기가 약 480uV로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따라, 도 15의 예시는, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 연결에 따라, 기준 전압(Vref)의 제2 기준 전위(예: 약 DC 0V)가 반전 증폭기(1051)의 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+))에 인가되는 경우로, AC의 크기가 약 480uV로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 스위치(1055)를 이용한 제1 기준 전위 또는 제2 기준 전위의 스위칭을 통해 기준 전위를 변경하더라도, 실질적으로 AC 성분의 크기가 대체적으로 동일한 수준을 가지는 것을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치(101)는, 광을 출력하는 발광부(예: 도 5 또는 도 10의 발광부(510)), 상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제1 수광부(521)) 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제2 수광부(523))를 포함하는 수광부, 및 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로(processing circuitry)(예: 도 5 또는 도 10의 프론트엔드 모듈(530))를 포함하고, 상기 처리 회로는, 상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제1 TIA(541)), 상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제2 TIA(543)), 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기(예: 도 5 또는 도 10의 위산 변환기(550, 1050)), 및 상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터(예: 도 5 또는 도 10의 A/D 컨버터(560))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호로 처리하는 반전 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 반전 증폭기(551, 1051))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 반전 증폭기의 기준 값을 제공하는 필터(예: 도 5 또는 도 10의 필터(553, 1053))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부는, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하나 또는 그 이상의 수광 소자를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 수광부는 상기 제1 채널을 위한 복수의 제1 포토 다이오드(PD, photodiode)를 포함하고, 상기 제2 수광부는 상기 제2 채널을 위한 복수의 제2 포토 다이오드를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일하거나, 또는 다르게 형성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일한 경우, 상기 제1 증폭기와 제2 증폭기의 이득(gain)을 동일하게 설정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 다른 경우, 상기 제1 증폭기 또는 상기 제2 증폭기의 이득을 조정하여, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 DC 레벨이 동일하도록 설정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 A/D 컨버터는, 상기 제2 신호 및 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호를 차동 입력하여 DC 성분을 제거하고 상기 지정된 신호의 AC 성분을 출력할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, DC 성분 제거 또는 DC 성분 유지에 기반한 센서 데이터 측정에 기반하여, 전기적 경로를 스위칭 하기 위한 스위치 회로(switch circuitry)(예: 도 10의 스위치(1055))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 스위치 회로는, 상기 필터와 상기 반전 증폭기 사이의 제1 전기적 경로 또는 기준 회로와 상기 반전 증폭기 사이의 제2 전기적 경로를 선택적으로 형성하고, 상기 반전 증폭기로 상기 필터에 따른 기준 전위 또는 상기 기준 회로에 따른 기준 전위의 공급을 스위칭 하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 전자 장치(101)는, 프로세서(예: 도 5 또는 도 10의 프로세서(570))를 포함하고, 상기 프로세서는, 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하고, 제1 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하는 신호 처리 경로를 설정하고, 제2 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 포함하는 신호 처리 경로를 설정할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 제1 스위칭 제어에 기반하여, 상기 필터의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어하고, 상기 제2 스위칭 제어에 기반하여, 상기 기준 회로의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 디바이스(예: 전자 장치(101), 센서)의 프론트엔드(frond-end) 모듈(예: 도 5 또는 도 10의 프론트엔드 모듈(530))은, 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제1 채널의 상기 광을 검출하는 제1 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제1 수광부(521))와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 변환 및 증폭하는 제1 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제1 TIA(541)), 상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제2 채널의 상기 광을 검출하는 제2 수광부(예: 도 5 또는 도 10의 제2 수광부(523)와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 변환 및 증폭하는 제2 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 제2 TIA(543)), 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하는 위상 변환기(예: 도 5 또는 도 10의 위상 변환기(550, 1050)), 및 상기 제1 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제2 신호와, 상기 제2 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제4 신호의 위상이 반전된 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터(예: 도 5 또는 도 10의 A/D 컨버터(560))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호를 출력하는 반전 증폭기(예: 도 5 또는 도 10의 반전 증폭기(551, 1051)), 및 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호로부터 상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 필터(예: 도 5 또는 도 10의 필터(553, 1053)를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 기준 회로(예: 도 10의 기준 전압(Vref))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 위상 변환기는, 상기 반전 증폭기와 상기 필터 사이의 제1 전기적 경로 또는 상기 반전 증폭기와 상기 기준 회로 사이의 제2 전기적 경로에 의한 연결을 스위칭 하기 위한 스위치 회로(예: 도 10의 스위치(1055))를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 반전 증폭기는, 제1 입력 포트(예: 반전 단자(-)), 제2 입력 포트(예: 비반전 단자(+)), 및 출력 포트를 포함하고, 상기 제2 입력 포트는 상기 스위치 회로의 스위칭에 기반하여 상기 필터와 상기 제1 전기적 경로로 연결되거나, 또는 상기 기준 회로와 상기 제2 전기적 경로로 연결되고, 상기 제2 입력 포트에 걸리는 기준 전위에 기반하여 상기 제1 입력 포트로 입력된 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호의 반전을 처리하도록 할 수 있다.
이하에서는 다양한 실시예들의 전자 장치(101)의 동작 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다양한 실시예들에 따라, 이하에서 설명하는 전자 장치(101)에서 수행하는 동작들은, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 프로세서(570)(예: 프로세싱 회로를 포함하는 적어도 하나의 프로세서로서, 예를 들면, 도 1의 프로세서(120))(이하, ‘프로세서(570)’라 한다)에 의해 실행될 수 있다. 일 실시예에 따라, 전자 장치(101)에서 수행하는 동작들은, 메모리(예: 도 1의 메모리(130))(이하, ‘메모리(130)’라 한다)에 저장되고, 실행 시에, 프로세서(120)가 동작하도록 하는 인스트럭션들(instructions)에 의해 실행될 수 있다.
도 16은 다양한 실시예들에 따른 전자 장치의 동작 방법을 도시하는 흐름도이다.
일 실시예에 따라, 도 16에서는, 예를 들면, 도 10 내지 도 11을 참조한 설명 부분에서 설명한 바와 같이, 프론트엔드 모듈(530)의 위상 변환기(1050)에 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로와, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로 간의 스위칭을 위한 스위치(1055)를 포함하는 구조에서, 스위치(1055)의 스위칭을 제어하는 예를 나타낼 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 전자 장치(101)의 구성을 제어하는 역할을 할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(570)는 프론트엔드 모듈(530)의 출력 신호에 기반하여 다양한 연산을 수행할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(570)는 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO2)를 이용하여 대응하는 생체 신호에 관한 정보(예: 헬스 정보)를 계산하여 사용자에게 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제공하는 서비스(또는 기능)에 기반하여 대응하는 센서 데이터 획득을 위한 전기적 경로의 스위칭을 제어할 수 있다.
도 16을 참조하면, 동작 1601에서, 전자 장치(101)의 프로세서(570)는 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 사용자의 생체 신호(예: HRM, HRV, ECG, PPG, 및/또는 SpO2) 측정과 관련된 헬스 기능(또는 헬스 어플리케이션)의 실행에 기반하여, 생체 신호 측정을 요청하는 사용자 입력을 수신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 지정된 주기 및/또는 시점을 체크할 수 있고, 지정된 주기 및/또는 시점마다 자동적으로 생체 신호를 자동 측정할 수 있다. 일 실시예에 따라, 프로세서(120)는 사용자 입력 감지 및/또는 자동 측정 시점을 센서 데이터의 획득에 관련된 트리거로 판단할 수 있다.
동작 1603에서, 프로세서(570)는 트리거 감지에 기반하여, 트리거가 제1 타입 데이터(또는 센서 데이터)에 대응하는지, 또는 제2 타입 데이터에 대응하는지 여부를 식별할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 센서 데이터 획득을 위한 트리거를 감지하는 경우, 해당 트리거가 제1 서비스(또는 기능)에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 타입 데이터(또는 생체 신호) 획득에 관련된 트리거인지, 또는 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 타입 데이터(또는 생체 신호) 획득에 관련된 트리거인지, 그 트리거 종류를 식별할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제1 타입 데이터는, 예를 들면, 제1 서비스(예: 심박 측정 기능)에 기반하여, DC 성분을 제외한 AC 성분만을 포함하는 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 타입 데이터는, 예를 들면, 제2 서비스(예: 산소포화도 측정 기능)에 기반하여, DC 성분이 유지된(또는 제거하지 않은), DC 성분과 AC 성분을 포함하는 제2 센서 데이터(예: SpO2 신호)를 포함할 수 있다.
동작 1603에서, 프로세서(570)는 트리거가 제1 타입 데이터에 대응하는 경우, 예를 들면, 제1 서비스에 기반하여 제1 센서 데이터(예: PPG 신호)를 사용하는 경우, 동작 1605에서, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제1 센서 데이터를 획득하도록, 필터(1053)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(예: 도 13의 SW)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(예: 도 12의 SW1, SW2)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 쇼트하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 오픈하는 스위칭을 제어할 수 있다.
동작 1607에서, 프로세서(570)는 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 제1 서비스에 따른 정보(예: PPG 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
동작 1603에서, 프로세서(570)는 트리거가 제2 타입 데이터에 대응하는 경우, 예를 들면, 제2 서비스에 기반하여 제2 센서 데이터(예: SpO2 신호)를 사용하는 경우, 동작 1611에서, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출(또는 획득)하도록 하는 신호 처리를 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(570)는 제2 센서 데이터를 위해 기준 전압(Vref)의 신호가 반전 증폭기(1051)에 입력되도록 스위치(1055)의 스위칭을 제어할 수 있다. 일 예로, 전자 장치(101)가 1회로 2접점 방식의 1개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로를 쇼트하도록 스위치(1055)를 제어할 수 있다. 다른 예로, 전자 장치(101)가 1회로 1접점 방식의 2개의 스위치(1055)를 이용하는 경우, 프로세서(570)는 필터(1053)와 반전 증폭기(1051) 사이의 제1 전기적 경로의 제1 스위치를 오픈하고, 기준 전압(Vref)과 반전 증폭기(1051) 사이의 제2 전기적 경로의 제2 스위치를 쇼트하는 스위칭을 제어할 수 있다.
동작 1613에서, 프로세서(570)는 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 제2 서비스에 따른 정보(예: SpO2 신호 기반의 헬스 정보)를 디스플레이(예: 도 2의 디스플레이(220))를 통해 사용자에게 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따른 생체 신호의 측정이 가능한 전자 장치(101)에서 수행하는 동작 방법은, 센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하는 동작, 상기 트리거가 제1 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작, 상기 트리거가 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 타입센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제1 센서 데이터를 획득하도록, 제1 기준 전위가 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하는 동작, 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 상기 제1 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 상기 제2 센서 데이터를 획득하도록, 상기 제1 기준 전위와 다른 제2 기준 전위가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하는 동작, 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 상기 제2 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작을 포함할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 다양한 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전자 장치에 있어서,
    광을 출력하는 발광부;
    상기 광을 제1 채널에서 검출하는 제1 수광부 및 상기 광을 제2 채널에서 검출하는 제2 수광부를 포함하는 수광부; 및
    상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부에서 검출된 상기 광을 상기 제1 채널과 상기 제2 채널에서 처리하는 처리 회로(processing circuitry)를 포함하고, 상기 처리 회로는,
    상기 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 처리하는 제1 증폭기,
    상기 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 처리하는 제2 증폭기,
    상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 제5 신호를 출력하는 위상 변환기, 및
    상기 제1 증폭기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 상기 위상 변환기로부터 입력되는 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함하는 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
    상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호로 처리하는 반전 증폭기를 포함하고,
    상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 반전 증폭기의 기준 값을 제공하는 필터를 포함하는 전자 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수광부 및 상기 제2 수광부는, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 하나 또는 그 이상의 수광 소자를 포함하고,
    상기 제1 수광부는 상기 제1 채널을 위한 복수의 제1 포토 다이오드(PD, photodiode)를 포함하고,
    상기 제2 수광부는 상기 제2 채널을 위한 복수의 제2 포토 다이오드를 포함하는 전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일하거나, 또는 다르게 형성되록 설정되고,
    상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 동일한 경우, 상기 제1 증폭기와 제2 증폭기의 이득(gain)을 동일하게 설정하고,
    상기 제1 포토 다이오드와 상기 제2 포토 다이오드의 개수가 다른 경우, 상기 제1 증폭기 또는 상기 제2 증폭기의 이득을 조정하여, 상기 제1 채널과 상기 제2 채널의 DC 레벨이 동일하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 A/D 컨버터는,
    상기 제2 신호 및 상기 제2 신호와 위상이 반대인 상기 제5 신호를 차동 입력하여 DC 성분을 제거하고 상기 지정된 신호의 AC 성분을 출력하도록 설정된 전자 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
    DC 성분 제거 또는 DC 성분 유지에 기반한 센서 데이터 측정에 기반하여, 전기적 경로를 스위칭 하기 위한 스위치 회로(switch circuitry)를 포함하는 전자 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위치 회로는,
    상기 필터와 상기 반전 증폭기 사이의 제1 전기적 경로 또는 기준 회로와 상기 반전 증폭기 사이의 제2 전기적 경로를 선택적으로 형성하고, 상기 반전 증폭기로 상기 필터에 따른 기준 전위 또는 상기 기준 회로에 따른 기준 전위의 공급을 스위칭 하기 위한 적어도 하나의 스위치를 포함하는 전자 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전자 장치는, 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는,
    센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하고,
    제1 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하는 신호 처리 경로를 설정하고,
    제2 타입의 센서 데이터 획득에 관련된 트리거에 기반하여, 상기 스위치 회로의 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 포함하는 신호 처리 경로를 설정하도록 하는 전자 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는,
    상기 제1 스위칭 제어에 기반하여, 상기 필터의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어하고,
    상기 제2 스위칭 제어에 기반하여, 상기 기준 회로의 신호가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 상기 스위치 회로를 제어하도록 설정된 전자 장치.
  10. 광을 이용하여 생체 신호를 측정하는 디바이스의 프론트엔드(frond-end) 모듈에 있어서,
    상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제1 채널의 상기 광을 검출하는 제1 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제1 수광부를 통한 상기 제1 채널의 제1 신호를 지정된 레벨의 제2 신호로 변환 및 증폭하는 제1 증폭기,
    상기 프론트엔드 모듈의 외부에서 제2 채널의 상기 광을 검출하는 제2 수광부와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 수광부를 통한 상기 제2 채널의 제3 신호를 지정된 레벨의 제4 신호로 변환 및 증폭하는 제2 증폭기,
    상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제4 신호의 위상을 반전하는 위상 변환기, 및
    상기 제1 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제2 신호와, 상기 제2 증폭기에 의해 증폭되는 상기 제4 신호의 위상이 반전된 제5 신호에 기반하여 지정된 신호를 출력하는 A/D(analog-to-digital) 컨버터를 포함하는 프론트엔드 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
    상기 제2 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기로부터 출력되는 상기 제4 신호의 위상을 반전하여 상기 제5 신호를 출력하는 반전 증폭기, 및
    상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기 사이에서, 상기 제2 증폭기 및 상기 반전 증폭기와 작동적으로 연결되고, 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호로부터 상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 필터를 포함하는 프론트엔드 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 위상 변환기는,
    상기 반전 증폭기의 반전 중심을 DC로 잡아주기 위한 기준 전위를 제공하는 기준 회로를 포함하고,
    상기 반전 증폭기와 상기 필터 사이의 제1 전기적 경로 또는 상기 반전 증폭기와 상기 기준 회로 사이의 제2 전기적 경로에 의한 연결을 스위칭 하기 위한 스위치 회로를 포함하는 프론트엔드 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반전 증폭기는,
    제1 입력 포트, 제2 입력 포트, 및 출력 포트를 포함하고,
    상기 제2 입력 포트는 상기 스위치 회로의 스위칭에 기반하여 상기 필터와 상기 제1 전기적 경로로 연결되거나, 또는 상기 기준 회로와 상기 제2 전기적 경로로 연결되고,
    상기 제2 입력 포트에 걸리는 기준 전위에 기반하여 상기 제1 입력 포트로 입력된 상기 제2 증폭기의 상기 제4 신호의 반전을 처리하도록 설정된 프론트엔드 모듈.
  14. 생체 신호의 측정이 가능한 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
    센서 데이터 획득에 관련된 트리거를 감지하는 동작,
    상기 트리거가 제1 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제1 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제1 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분을 제거하고 AC 성분만 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작,
    상기 트리거가 제2 서비스에 관련된 정보를 제공하기 위한 제2 센서 데이터 획득에 관련된 트리거인 경우, 제2 스위칭 제어에 기반하여 DC 성분과 AC 성분을 추출하도록 하는 신호 처리를 수행하는 동작을 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 센서 데이터를 획득하도록, 제1 기준 전위가 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하고, 획득된 제1 센서 데이터에 기반하여 상기 제1 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작,
    상기 제2 센서 데이터를 획득하도록, 상기 제1 기준 전위와 다른 제2 기준 전위가 상기 반전 증폭기에 입력되도록 스위치 회로의 스위칭을 제어하고, 획득된 제2 센서 데이터에 기반하여 상기 제2 서비스에 따른 정보를 디스플레이를 통해 제공하는 동작을 포함하는 방법.
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