This dissertation proposes sinusoidal signal generators (SSGs) and polar demodulators for bio-impedance measurement system which supports a frequency range from 1 kHz to 2048 kHz. The proposed SSGs use reconfigurable finite impulse response (FIR) filters to achieve high linearity. Design and verification of various FIR filters were performed to determine the most suitable FIR filter for the proposed SSGs. In particular, an SSG based on a constant-gain FIR filter consumes 5.1 mW and achieves a total harmonic distortion less than 0.2% using a simple digital-to-analog converter and a low-speed clock. Two self-sampling schemes and a reconfigurable time-to-digital converter (TDC) are proposed for the low-power design of polar demodulators. These self-sampling schemes extract the magnitude of the impedance by reusing signals in the phase measurement circuits. The TDC is designed to handle a wide input-time range and to improve the time resolution without increasing the clock speed.
본 논문은 1 kHz 에서부터 2048 kHz 주파수 범위를 지원하는 생체 임피던스 측정 시스템을 위한 정현파 신호 발생기(SSG)들과 극좌표 복조기들을 제안한다. 제안하는 SSG들은 높은 선형성을 달성하기 위하여 재구성 가능한 유한 임펄스 응답(FIR) 필터를 이용한다. 제안하는 SSG들에 가장 적합한 FIR 필터를 결정하기 위하여 다양한 FIR 필터들의 설계 및 검증이 수행되었다. 특히, 고정 이득 FIR 필터 기반 정현파 발생기는 5.1 mW 의 전력을 소모하며, 간단한 디지털-아날로그 변환기와 낮은 속도의 클락을 이용하여 0.2% 이하의 총 고조파 왜곡을 달성한다. 두 가지 자가 표본화 방법들과 재구성 가능한 시간-디지털 변환기(TDC)가 극좌표 복조기를 저전력으로 구현하기 위하여 제안된다. 이 자가 표본화 방법들은 위상 측정 회로들에서 이용되는 신호들을 다시 사용함으로써 임피던스의 크기를 도출한다. 이 TDC는 넓은 입력 범위를 처리하고 클락 속도의 증가 없이 시간 해상도가 향상되도도록 설계된다.