Recently, due to the development of wearable devices, the performance requirements of electrocardiogram sensors are increasing. This study is based on the previous research that implemented the electrocardiogram sensor using only the continuous time sigma-delta modulator. The input stage utilizes the DC coupling structure to obtain a large input resistance. The feed-forward DC cancellation technique is applied to the first integrator stage of the sigma-delta modulator so as to have a wide DC input range without harming the DC coupling structure. In addition, the quantization noise is greatly reduced using the first-order digital noise coupling technique. The proposed sigma-delta modulator is designed using 65nm CMOS process. The power consumption of the proposed sigma-delta modulator is $3.61\muW$ and the DC input range is $\pm300mV$. The sum of the circuit noise and the quantization noise is $3.15\muV_{rms}$, which satisfies the requirements of the electrocardiogram sensor for monitoring.
최근 웨어러블 기기의 발전에 힘입어 심전도 센서의 성능에 대한 요구치가 갈수록 높아지고 있다. 본 연구는 연속시간 시그마-델타 모듈레이터만을 활용하여 심전도 센서를 구현한, 이전 연구를 바탕으로 한다. 입력단은 직류 결합 구조를 활용하여 입력 저항을 크게 얻었고, 시그마-델타 모듈레이터의 첫 번째 적분기 단에 피드포워드 방식 직류 제거 기술을 적용하여, 직류 결합 구조를 해치지 않으면서, 넓은 직류 입력 범위를 갖도록 설계하였다. 또한, 1차의 디지털 노이즈 커플링 기술을 이용하여, 양자화 노이즈를 크게 줄였다. 제안한 시그마-델타 모듈레이터는 65nm의 CMOS 공정을 활용하여 설계하였다. 제안하는 시그마-델타 모듈레이터의 소비전력은 $3.61\muW$이고, 직류 입력 범위는 $\pm300mV$이다. 노이즈 성능은 회로 노이즈와 양자화 노이즈의 합이 $3.15\muV_{rms}$ 수준으로, 모니터링용 심전도 센서의 요구 조건을 모두 만족한다.
