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표제지
국문초록
목차
Ⅰ. 서론 8
1. 연구 배경 8
2. 연구 내용 11
Ⅱ. 일반적인 생체신호 측정에 사용되는 구조 13
1. 생체 신호 측정 시스템 13
2. 일반적인 계측용 증폭기 14
3. 일반적인 기준전압 회로 16
Ⅲ. 제안 사용한 회로의 구조 19
1. 전류귀환 계측용 증폭기 19
2. 저전압 Bandgap 기준전압회로 20
Ⅳ. 제안한 회로 설계 22
1. 전체 블록도 23
2. 계측용 증폭기 설계 24
2-1. 전류 Bias 설계 24
2-2. 계측용 증폭기 설계 25
3. 기준전압 회로 설계 30
3-1. Bandgap 기준전압 회로 설계 31
3-2. Regulaor 회로 설계 37
Ⅴ. 모의실험 결과 및 Layout 40
1. 전체 모의실험 결과 40
2. 레이아웃 41
3. 성능비교 42
Ⅵ. 결론 43
참고문헌 45
Abstract 48
감사의 글 50
표 1. 생체 신호의 종류 및 특성 9
표 5-1. 저전압 기준전압 회로 비교 42
표 6-1. 블록별 전류 소모 44
표 6-2. 성능 요약 44
그림 1-1. 생체 신호 측정 블록도 8
그림 2-1. 심전도 신호 측정 시스템 13
그림 2-2. 일반적인 계측용 증폭기 구조도 14
그림 2-3. 일반적인 기준 전압 회로 16
그림 3-1. 전류 귀환 계측용 증폭기 19
그림 3-2. 저전압 Bandgap 기준 전압 회로 개념도 20
그림 4-1. 전체 블록도 23
그림 4-2. Bais 회로도 24
그림 4-3. Bias 모의 시뮬레이션 결과 25
그림 4-4. 전류귀한 계측용 증폭기 회로 25
그림 4-5. 증폭기 AC 모의 시뮬레이션 결과 27
그림 4-6. 증폭기 CMRR 모의 시뮬레이션 결과 27
그림 4-7. 증폭기 DC sweep 모의 시뮬레이션 결과 28
그림 4-8. 증폭기 Tran 모의 시뮬레이션 결과 28
그림 4-9. Regulator의 블록도 30
그림 4-10. 저전압 Bandgap 기준전압 회로 31
그림 4-11. diode connected PMOS and parasitcs 32
그림 4-12. 모스2개를 이용한 가상저항 33
그림 4-13. 가상 저항의 시뮬레이션 결과 34
그림 4-14. 제안한 가상저항을 이용한 Bandgap 기준전압회로 34
그림 4-15. Bandgap 기준전압회로 온도 변화 모의 시뮬레이션 결과 35
그림 4-16. 전원전압 Vdda Sweep 모의 시뮬레이션 결과 36
그림 4-17. Tran 모의 시뮬레이션 결과 36
그림 4-18. Regulator 회로도 37
그림 4-19. 레귤레이터 전원 전압 Sweep 모의 시뮬레이션 결과 38
그림 4-20. 레귤레이터 온도 Sweep 모의 시뮬레이션 결과 38
그림 4-21. Tran 모의 시뮬레이션 결과 39
그림 5-1. 전체 모의 시뮬레이션 결과 40
그림 5-2. 레이아웃 41
초록보기 더보기
본 논문에서는 생체신호 측정 계측용 증폭기를 IC로 구동하기 위한 회로를 설계하였다. 휴대용 장비에 사용이 가능하도록 전력 소모를 최대한 줄이는데 목적을 두었다. 설계한 증폭기에는 전압 레퍼런스 회로를 포함한 계측용 증폭기로서 일반적인 구조의 증폭기에서 저항의 매칭에 의해서 CMRR(Comm Mode Rejection Ratio)이 결정이 되는 문제점을 전류귀환(Current Feedback) 계측용 증폭기를 사용하여 높은 CMRR을 갖도록 해결하였다. 또한 증폭기에 사용하는 모든 MOSFET 트랜지스터를 서브 쓰레시-홀드 영역에서 동작시켜서 전류 소모를 현저히 줄였다. 일반적인 Bandgap 기준전압 회로에서는 저항의 PTAT(proportional to absolute temperature) 특성과 다이오드의 CTAT(complementary to absolute temperature) 특성을 이용하여 온도변화에 대하여 일정한 전압을 만든다. 이 때 저항과 다이오드가 직렬로 연결이 되므로 기존의 기준 전압 발생회로는 전원 전압이 1.8V 이상에서 정상적으로 동작을 한다. 본 논문에서는 저항과 다이오드를 병렬로 연결하고 구성에 필요한 큰 저항을, 간단한 모스펫 역방향 다이오드의 가상저항 특성을 이용 사용하여 Bandgap 기준전압회로를 제안하여 설계하였다. 이렇게 구성하여 저전압 구성이 가능하고 저 면적 구성이 가능하게 되었다. 1.5V 전원 전압을 가지고 0.35um 1P4M (1 poly 4 metal) 표준 CMOS 공정을 사용하였고 칩 면적은 1370 × 2417 um 이다. 전류 귀환 계측용 증폭기는 Bias 포함하여 약 2.55uW의 전력소모를 가지고 전압 바이어스를 제공하는 Regulator은 전원전압 1.5V 실내 온도에서 약 4.5uW의 전력 소모를 가지게 되어 전체 전력소모는 8.4uW이다.
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