A low power ExG (ECG, EEG, EOG, and EMG) signal processor is proposed for compact the health monitoring system. To effectively manage the 4 kinds of vital signs from at least 16 sensor nodes attached on a human body, 3 low power schemes are adopted in the proposed processor: the Adaptive Buffer-triggered Clock Controller, a CSD-coefficient FIR filter, and the tag-shared QLV compressor. The adaptive Buffer-triggered Clock Controller reduces power consumption by buffer-triggered clock gating which enables the controller and the data path if and only if they are requested by each ExG signal. In addition, the two accelerators, a CSD-coefficient FIR filter and a tag-shared QLV compressor, are integrated to decrease energy consumption by only 1/80 compared to the CPU with the simplified hardware and the reduced number of complex operations. Especially in the proposed compressor, the 13\% less memory capacity is required than the previous work since it shares the duplicated QLV tags so that data transaction overhead through the external interface can be further released. By using these proposed 3 schemes, the proposed 1.7x1.8 mm$^{2}$ ExG signal processor chip implemented in a 0.18$\mu$m CMOS process consumes only 30$\mu$W with 1.5V supply in the compact health monitoring system.
최근, 지속적인 모니터링과 편안한 착용감으로 착용형 건강 모니터링 시스템에 대한 관심이 증대하면서, 이를 구현하기 위한 플렛폼이 요구되고 있다. 이러한 플렛폼은 전력의 한계로 인하여 저전력 설계가 요구되며 크게 생체전위신호를 수용하는 센서 부분과 이를 외부의 장비로 송출하며 외부로 부터 통제될 수 있도록 통신 부분이 필요하다. 이와 더불어 센서 파트로부터 받아들여이즌 생체 신호를 가공, 처리할 수 있는 정보처리 부분이 필요로 하다. 본 논문에서는 건강 모니터링 플렛폼을 위한 저전력 생체신호 정보처리기를 제안한다.
첫 번째로, 생체전위신호 중 ECG 신호에 맞춰져 제안된 압축기법인 Quad Level Vector(QLV) 압축 방식을 여타 신호(EEG, EOG, EMG)에 적용시켜 사용 가능성 여부를 분석하였다. ECG에 최적화된 압축 방식답게 EEG, EOG, EMG에 적용된 QLV 압축방식은 1\% 미만의 percentage of root-mean-square difference(PRD)의 값을 가지며 평균 약 4:1의 compression ratio(CR) 있는 것을 확인할 수 있었다.
두 번째로, 저전력 생체신호 정보처리기 설계를 위해 3가지 방법이 제안되었다. Canonic signed digits(CSD)를 이용한 finite impulse response(FIR) filter를 설계하였다. 이는 일반적인 정보처리기에서 처리할 때와 비교하여 약 1/80의 에너지만을 소모하였다. 또한 QLV compression의 설계에 있어 QLV의 값을 데이터의 일부로 간주하는 방법을 사용하여 기존 저장방식 대비 13\% 의 메모리 절약 효과를 얻었다. 여러 종류의 생체신호를 수용하는 생체신호 정보처리기에서 전력을 효과적으로 통제하기 위해서 생체신호 20단의 버퍼가 찬 순간에 정보처리기가 이들을 처리할 수 있도록 하였으며 이를 통해서 평균 전력을 줄일수 있었다.
제안한 생체신호 처리기는 4가지 종류의 신호를 16개까지 받아들일 수 있으며 0.18$\mu$m 의 CMOS 공정하에서 설계되었으며, 동작전압 1.5V에서 수행된다. 면적은 1.8mm $\times$ 1.7mm 이며 평균 전력소모량은 30$\mu$W 이다.
