This dissertation introduces a low noise and wirelessly powered band-aid type bio-potential acquisition sensor which is developed for a wearable wireless body sensor network (W-BSN).
The sensor chip is integrated on a fabric and 2 screen-printed patterns by Ag conductive ink with the dimension of 1.5x1.5 cm2 and 3cm apart are used as the dry acquisition electrodes. The sensor wirelessly harvests power through printed planar inductor (Q=10.2 and L=0.98uH) on the same fabric sensor patch with a frequency of 13.56MHz. It consumes 12uW at a data rate of 120kb/s. A nested chopping technique with an internal power regulation is adopted to increase the performance of the circuit noise (0.3uVrms) and its common mode rejection ratio (CMRR>90dB). An electronically reconfigured gain (46~60dB) and bandwidth (0.5~200Hz) scheme are also implemented for compromise various vital signal characteristics. A 2-step converted 10b successive approximation register A/D digitizes amplified vital signal with an energy consumption of 0.12nJ/b. This sensor chip is fabricated by 0.18um 1P6M CMOS technology with a size of 2.4x2.0mm2. An ECG signal with 10b resolution is successfully recorded by the band-aid type sensor patch attached on the human chest.
최근 들어 착용이 편리한 건강관리시스템의 필요성이 증가 함에 따라 오랜 시간 동안 불편함이 없이 인체의 심전도, 심근도 등 생체신호를 지속적으로 모니터링 할 수 있는 센서의 제작에 대한 관심이 늘고 있다. 이를 위해 유연성이 좋은 직물 위에 생체신호 감지에 필요한 전극과 센서 칩을 집적하고 무선으로 센서를 동작시킴으로써 사용자가 사용하기 간편하고 오랜 시간 동안 건강관리 할 수 있는 새로운 직물 형 센서를 제안하고 구현하였다.
기존 방식과 달리 생체신호 감지에 필요로 하는 전극을 2개만 사용하고 직물 위에 센서 칩과 함께 구현 함으로서 오랜 시간 동안 사용자가 착용하여도 피부반응을 일으키지 않을 뿐만 아니라 안정적인 접촉 임피던스를 유지할 수 있었다.
센서 증폭에 필요로 하는 아날로그 전치 단을 새로운 잡음제거 기법을 도입하여 0.3uVrms 의 성능을 보였으며, 10b, 2단계 디지털 변환기법을 사용하여 전체 센서의 동작효율을 향상시켜 0.12nJ/b 이라는 저 에너지 동작성능을 얻을 수 있었다.
제작한 반창고 형태의 센서를 가슴에 부착하고 13.56MHz 의 인덕티브 유도를 이용하여 전력을 공급받는 환경에서 심전도 신호를 9.2b 정밀도로 기록하는데 성공하였다.
