๊ณต์‹ ๋ง๊ณ  ํ๋ฆ„์œผ๋กœ ๋ฐฐ์šฐ๋Š” ์•„๋‚ ๋กœ๊ทธ ํšŒ๋กœ Part 1 : ํ•„ํ„ฐ์™€ OP-AMP๋ฅผ ์ดํ•ดํ•˜๋Š” 6๋‹จ๊ณ„ [์ด๋ก ํŽธ]

์šฐ๋ฆฌ๊ฐ€ ๋งํ•˜๋Š” 0๊ณผ 1, HIGH์™€ LOW, ๋…ผ๋ฆฌ๊ฒŒ์ดํŠธ์™€ ํ”Œ๋ฆฝํ”Œ๋กญ์€ ๋ชจ๋‘ ์•„๋‚ ๋กœ๊ทธ ์‹ ํ˜ธ๊ฐ€ ์ž„๊ณ„๊ฐ’์„ ๋„˜๋Š” ๋ฌผ๋ฆฌ์  ์‚ฌ๊ฑด์œผ๋กœ๋ถ€ํ„ฐ ํƒœ์–ด๋‚ฉ๋‹ˆ๋‹ค. ๊ทธ๋ ‡๋‹ค๋ฉด, ๋…ผ๋ฆฌ ์ด์ „์˜ ์„ธ๊ณ„ โ€” ์ „๋ฅ˜์™€ ์ „์••์ด ๋งŒ๋“œ๋Š” ์›€์ง์ž„์„ ์ดํ•ดํ•˜๋Š” ๊ฒƒ์ด ์ง„์งœ ํšŒ๋กœ ์„ค๊ณ„์˜ ์‹œ์ž‘์ด ์•„๋‹๊นŒ์š”? ์ด ๊ฐ•์˜๋Š” ๊ทธ ์ฒซ ๊ฑธ์Œ์„ ํ•จ๊ป˜ํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

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  • ์ „๋ฅ˜์™€ ์ „์••์˜ ๋ฌผ๋ฆฌ์  ์˜๋ฏธ

  • RLCํšŒ๋กœ์— ๋Œ€ํ•œ ๊ธฐ์ดˆ์  ์ดํ•ด

  • ์ „๋ฅ˜์˜ ํ๋ฆ„์œผ๋กœ โ€˜์‹ ํ˜ธโ€™๋ผ๋Š” ๊ฐœ๋…์„ ๋А๋ผ๊ธฐ

  • ํŠธ๋žœ์ง€์Šคํ„ฐ๋ฅผ โ€˜๊ฒŒ์ดํŠธโ€™๊ฐ€ ์•„๋‹Œ โ€˜์กฐ์ ˆ๊ธฐโ€™๋กœ ์ดํ•ด

  • ํšŒ๋กœ๋ฅผ โ€˜์–ธ์–ดโ€™๋กœ ์ฝ๋Š” ๋ฒ•

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์•„๋‚ ๋กœ๊ทธ ํšŒ๋กœ๋Š” ๊ณต์‹๋ถ€ํ„ฐ ์™ธ์šฐ๋ฉด ๋๊นŒ์ง€ ์•ˆ ๋ณด์ž…๋‹ˆ๋‹ค.
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๊ทธ๋ฆฌ๊ณ  ๊ทธ ๊ฐ๊ฐ ์œ„์— ์ฐจ๋™ ์ฆํญ๊ณผ OP-AMP๋ฅผ ์˜ฌ๋ ค์„œ, ๋งˆ์ง€๋ง‰์—” ๋ฒ„ํผยท๋ฐ˜์ „ยท๋น„๋ฐ˜์ „ ์ฆํญ๊ธฐ์™€ HPF/LPF ํ•„ํ„ฐ๊นŒ์ง€ โ€œ๊ทธ๋ฆด ์ˆ˜ ์žˆ๋Š” ์ˆ˜์ค€โ€์œผ๋กœ ๋งŒ๋“ค์–ด๋“œ๋ฆฝ๋‹ˆ๋‹ค.

๋ชฉํ‘œ๋Š” โ€˜๋ฌธ์ œ ํ’€์ดโ€™๊ฐ€ ์•„๋‹ˆ๋ผ, ํšŒ๋กœ๋ฅผ ๋ณผ ๋•Œ ์›์ธ-๊ฒฝ๋กœ-๊ฒฐ๊ณผ๊ฐ€ ๋จธ๋ฆฟ์†์—์„œ ์ž๋™์œผ๋กœ ์—ฐ๊ฒฐ๋˜๋Š” ์ƒํƒœ์ž…๋‹ˆ๋‹ค.


์ด๋Ÿฐ ๋ถ„๊ป˜ ์ถ”์ฒœํ•ด์š”

  • ํšŒ๋กœ ์ด๋ก ์„ ๋ฐฐ์› ๋Š”๋ฐ ํšŒ๋กœ๊ฐ€ ์•ˆ ๋ณด์ด๋Š” ๋ถ„

  • ์ „์••/์ „๋ฅ˜/R/C/OP-AMP๊ฐ€ ๊ฐ๊ฐ ๋”ฐ๋กœ ๋†€์•„์„œ ์—ฐ๊ฒฐ์ด ์•ˆ ๋˜๋Š” ๋ถ„

  • ์ „์ž/์ „๊ธฐ/๋ฌผ๋ฆฌ/๋ฐ˜๋„์ฒด ์ „๊ณต ์ž…๋ฌธ์ž, ์•„๋‚ ๋กœ๊ทธ ์„ค๊ณ„์— ๊ด€์‹ฌ ์žˆ๋Š” ๋ถ„

  • ์„ผ์„œ/ECG ๊ฐ™์€ ์ž‘์€ ์‹ ํ˜ธ๋ฅผ ์ฆํญยทํ•„ํ„ฐ๋งํ•˜๋Š” ๊ธฐ์ดˆ(AFE)๋ฅผ ์ดํ•ดํ•˜๊ณ  ์‹ถ์€ ๋ถ„

  • โ€œ๋ณด๋“œํ”Œ๋กฏ/๋ฏธ๋ถ„๋ฐฉ์ •์‹โ€๋ถ€ํ„ฐ ๋‚˜์˜ค๋ฉด ๋ฉ˜ํƒˆ์ด ๊บพ์ด๋Š” ๋ถ„(์ด ๊ฐ•์˜๋Š” ๊ทธ ๊ธธ๋กœ ์•ˆ ๊ฐ‘๋‹ˆ๋‹ค)


์ˆ˜๊ฐ• ํ›„ ์–ป๋Š” ๊ฒƒ

  • ์ „์••/์ „๋ฅ˜๋ฅผ โ€œ๊ณต์‹โ€์ด ์•„๋‹ˆ๋ผ ๋ฌผ๋ฆฌ์  ๊ฐ๊ฐ์œผ๋กœ ์„ค๋ช…ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

  • R/C๋ฅผ ์ด์šฉํ•ด ์‹œ๊ฐ„ยท์™„์ถฉยท์ œํ•œยท์ €์žฅ์˜ ์˜๋ฏธ๋ฅผ ์ง๊ด€์ ์œผ๋กœ ์ดํ•ดํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

  • LPF/HPF๋ฅผ ํŒŒํ˜• ์ „/ํ›„๋กœ ๋ณด๊ณ  โ€œ์–ด๋–ค ์„ฑ๋ถ„์„ ๋ฒ„๋ฆฌ๋Š”์ง€โ€ ์„ ํƒํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

  • ์ฐจ๋™ ์ฆํญ์˜ ํ•ต์‹ฌ์ธ ์ „๋ฅ˜ ๋ถ„๋ฐฐ(steering) ๊ฐ๊ฐ์„ ๊ฐ–๊ฒŒ ๋ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

  • OP-AMP ํ”ผ๋“œ๋ฐฑ์˜ ๋ณธ์งˆ(V+โ‰ˆV-)์„ ์ดํ•ดํ•˜๊ณ ,

    • ๋ฒ„ํผ / ๋ฐ˜์ „ / ๋น„๋ฐ˜์ „์„ ๋ชฉ์ ์— ๋งž๊ฒŒ ์„ ํƒํ•ด์„œ ์„ค๊ณ„ํ•  ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

  • ์ตœ์ข…์ ์œผ๋กœ Sensor โ†’ Buffer โ†’ Gain โ†’ HPF โ†’ LPF ๊ฐ™์€ AFE ์ฒด์ธ์„ ์Šค์Šค๋กœ ๊ทธ๋ฆด ์ˆ˜ ์žˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.


๊ฐ•์˜ ํŠน์ง•

  • ์ˆ˜์‹ ์ตœ์†Œํ™”: ํ•„์š”ํ•œ ๊ณต์‹์€ โ€œ์ž๋ง‰โ€ ์ˆ˜์ค€์œผ๋กœ๋งŒ ์‚ฌ์šฉํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.


  • ๋น„์œ  โ†’ ํšŒ๋กœ ์–ธ์–ด๋กœ ์ฐฉ์ง€: ๋น„์œ ๋กœ ์‹œ์ž‘ํ•˜์ง€๋งŒ ๋์€ ํšŒ๋กœ ์„ค๊ณ„ ์–ธ์–ด๋กœ ๋งˆ๋ฌด๋ฆฌํ•ฉ๋‹ˆ๋‹ค.

  • ๊ธฐ์ดˆ๋ถ€ํ„ฐ ์‹ค์ „ ์—ฐ๊ฒฐ: ๋‹จ์ˆœ ๊ฐœ๋… ์„ค๋ช…์ด ์•„๋‹ˆ๋ผ โ€œ์–ธ์ œ ๋ญ˜ ์“ฐ๋Š”์ง€โ€๊นŒ์ง€ ๊ฐ‘๋‹ˆ๋‹ค.


์ปค๋ฆฌํ˜๋Ÿผ (1~6๋‹จ๊ณ„)

  1. ์ „๋ฅ˜์™€ ์ „์••์˜ ๋ฌผ๋ฆฌ์  ๊ฐ๊ฐ: ์ „์ž๋Š” ์™œ ์›€์ง์ด๋Š”๊ฐ€? ๊ธฐ์ค€์ (GND)

  2. ์ €ํ•ญ๊ณผ ์ปคํŒจ์‹œํ„ฐ: ํ๋ฆ„์„ ์กฐ์ ˆํ•˜๊ณ , ์ž ์‹œ ์ €์žฅํ•˜๋Š” ํšŒ๋กœ์˜ ๊ธฐ๋ณธ ์–ธ์–ด

  3. ์ฆํญ์˜ ์”จ์•—(ํŠธ๋žœ์ง€์Šคํ„ฐ ์ง๊ด€): โ€œ์กฐ์ ˆโ€์ด ์–ด๋–ป๊ฒŒ ์ฆํญ์œผ๋กœ ์ด์–ด์ง€๋Š”๊ฐ€

  4. ์ฐจ๋™ ์ฆํญ & OP-AMP์˜ ๋ณธ์งˆ: ์ฐจ์ด(ฮ”V) โ†’ ๋ถ„๋ฐฐ(ฮ”I) โ†’ ์ถœ๋ ฅ(ฮ”Vout)

  5. ํ•„ํ„ฐ์˜ ๋ณธ์งˆ(HPF/LPF): ์›ํ•˜๋Š” ์‹ ํ˜ธ๋งŒ ๋‚จ๊ธฐ๊ธฐ(ํŒŒํ˜• ์ „/ํ›„๋กœ ์ดํ•ด)

  6. OP-AMP ์‹ค์ „ 3์ข…: ๋ฒ„ํผ / ๋ฐ˜์ „ / ๋น„๋ฐ˜์ „ (ํ”ผ๋“œ๋ฐฑ์œผ๋กœ ๊ธฐ๋Šฅ ๋งŒ๋“ค๊ธฐ)


์ˆ˜๊ฐ• ์ „ ํ•œ ๋งˆ๋””

๊ณต์‹์ด ์•„๋‹ˆ๋ผ ๊ฐ๊ฐ์ด ๋จผ์ € ์žกํžˆ๋ฉด, ์ดํ›„์˜ ๊ณต๋ถ€ ์†๋„๊ฐ€ ๋ฐ”๋€๋‹ˆ๋‹ค.
์ด ๊ฐ•์˜๋Š” ๊ทธ ๊ฐ๊ฐ์„ ๋งŒ๋“ค์–ด์ฃผ๋Š” โ€œ์ฒซ ์ง€๋„โ€์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

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  • ์ „์ž๊ณตํ•™ยท๋ฌผ๋ฆฌยท์ปดํ“จํ„ฐ ์ „๊ณต ์ž…๋ฌธ์ž

  • ์ „๊ณต ๊ธฐ์ดˆ๋ฅผ ๋‹ค์‹œ ๋‹ค์ง€๊ณ  ์‹ถ์€ ๋Œ€ํ•™์ƒ

  • ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์œผ๋กœ ์‚ฌ๊ณ ํ•˜๋Š” ์—”์ง€๋‹ˆ์–ด๋ฅผ ๊ฟˆ๊พธ๋Š” ๋ถ„

  • ์‹ค์Šต ์ค‘์‹ฌ์˜ ํ•™์Šต์„ ์„ ํ˜ธํ•˜๋Š” ๋ถ„

์„ ์ˆ˜ ์ง€์‹,
ํ•„์š”ํ• ๊นŒ์š”?

  • ํ”„๋กœ๊ทธ๋ž˜๋ฐ ๊ธฐ์ดˆ ์ง€์‹

  • ๋ฏธ๋ถ„๋ฐฉ์ •์‹์— ๋Œ€ํ•œ ์ง๊ด€์  ์ดํ•ด

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32

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๋ฐ˜๋„์ฒด์™€ ์•„๋‚ ๋กœ๊ทธ ํšŒ๋กœ๋ฅผ ์—ฐ๊ตฌํ•˜๊ณ  ์žˆ๋Š” ์ด์„ํ˜•์ž…๋‹ˆ๋‹ค.

  

์ง์ ‘ 12bit SAR ADC ๋ฅผ ์„ค๊ณ„ํ•˜๊ณ ,

Synopsys ํ™˜๊ฒฝ์—์„œ LVS/DRC ๊ฒ€์ฆ ๋ฐ ์นฉ ์ œ์ž‘๊นŒ์ง€ ์ˆ˜ํ–‰ํ•˜๋ฉฐ,

์ด๋ก ๊ณผ ์‹ค์ œ ํšŒ๋กœ์˜ ์—ฐ๊ฒฐ์„ ๊นŠ์ด ์ดํ•ดํ–ˆ์Šต๋‹ˆ๋‹ค.

 

๊ฐ•์˜์—์„œ๋Š” ๊ทธ ๊ฒฝํ—˜์„ ๋ฐ”ํƒ•์œผ๋กœ,

โ€œ์•„๋‚ ๋กœ๊ทธ์—์„œ ๋””์ง€ํ„ธ์„ ๊ฑฐ์ณ ASIC ์„ค๊ณ„๋กœ ๋‚˜์•„๊ฐ€๋Š” ๊ธฐ์ดˆ ํ† ๋Œ€โ€๋ฅผ ํ•จ๊ป˜ ์Œ“์•„๊ฐ‘๋‹ˆ๋‹ค.

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