델타 시그마 모듈레이터를 이용한 심전도 센서의 아날로그프론트엔드 설계

Abstract

이 논문은 연속 시간 델타 시그마 모듈레이터를 이용한 심전도 센서의 설계에 관한 내용이다. 심전도 신호는 심장의 이상 유무를 확인할 수 있는 심장의 전기적 신호이다. 심장질환을 확인할 수 있는 부정맥 등의 신호는 비주기적으로 발생하기 때문에, 심전도 신호의 오랜 관측이 필요하다. 따라서 저 전력 구동의 심전도 센서 설계가 필수적이다. 기존에 연구된 심전도 센서는 고역필터, 계측증폭기, 가변증폭기, 저역필터, 아날로그-디지털 변환기 등 여러 아날로그 회로가 필요하다. 본 연구에서는 넓은 입력선형영역을 가지는 Gm-C 적분기를 이용한 연속 시간 방식의 델타 시그마 모듈레이터를 설계하였고, 설계된 델타 시그마 모듈레이터만을 이용하여 기존의 연구 대비 작은 면적, 저 전력 구동 심전도 센서를 구현하였다. 연속 시간 델타 시그마 모듈레이터는 2차 Gm-C 적분기와 1bit 비교기를 포함하고 CMOS 65 nm 공정에서 설계되었다. 1.2V 전원전압에서 전력소모는 1.44 uW이다. 신호의 추가적인 증폭 없이 1 mV 신호에 대한 연속 시간 델타 시그마 모듈레이터의 SNDR은 39 dB이다.