의료용 기기, 높은 정밀도와 정확도 에너지 효율성 고려해야
TI, 단일 칩으로 측정 가능한 아날로그 프론트 엔드 솔루션 제공

건강에 대한 관심이 커지면서 걸음 수나 수면 패턴을 측정하는 헬스케어 데이터는 스마트폰이나 스마트밴드를 통해 간단히 측정이 가능하다. 이 밖에도 비접촉식 온도계나 혈압, 혈당, 산소포화도 등을 측정하는 헬스케어 의료기기들이 나오고 있다.

의료용으로 사용되는 기기에서 중요한 것은 정확하고 정밀도가 높은 결과값과 높은 에너지 효율성, 작은 사이즈이다. 24시간 지속적으로 사용하는 경우가 많아 적은 전력으로 오래 시간 측정이 가능해야 한다. 대표적으로 심전도(ECG), 광용적맥파(PPG) 측정용 애플리케이션에서 요구된다.

심전도는 심장의 활동을 전기적으로 측정하는 것으로 근육의 수축하면서 발생하는 전기신호로 심박수를 측정한다. 환자와 전극사이의 회로는 환자의 움직임이나 전극이 붙어 있는 상태, 호흡 등에 영향으로 변할 수 있다. 심전도 측정기에서는 파워에서 오는 간섭, 전극의 부착에 따른 DC값의 변화, 근육의 움직임, 전극 DC 전압 변화로 신호가 일정하지 않다. 이런 문제는 디지털 신호처리를 통한 대역 통과 필터(band-pass filter)를 통하여 해결한다.

광용적맥파는 광학적으로 혈관의 용적변화를 측정하는 것으로 심장, 심혈관계의 활동 상태를 반영하고 있다. 두개의 다른 파장의 빛을 손끝에 조사해 혈액의 산소 포화도를 비혈관적으로 측정하는 방법이다. 빛이 혈액에 닿기 전에 피부에 먼저 닿기 때문에 값의 영향을 받을 수 있다.

TI에서는 심전도와 광용적맥파는 하나의 칩에서 측정할 수 있는 아날로그 프론트 엔드 솔루션을 제공한다. 심전도를 측정할 수 있는 제품으로 ADS129x 시리즈가 있다. ADS1291은 Protection, Lead-off detection, ADC 등이 하나의 칩으로 들어간 솔루션으로 one-lead ECG 시스템을 구성하는데 적합하다.

ADS1292는 2개의 ADC가 내장되어 6개의 lead까지 측정이 가능하고, ADS1298은 12개의 lead, WCT 노드까지 한 칩으로 구현되는 솔루션이다.

광용적맥파는 AFE44xx 솔루션으로 만들 수 있다. 기본적으로 LED를 밝히기 위한 LED 드라이버와 반사된 빛이 포토 다이오드로 들어오게 될 경우 흐르는 전류는 감지하는 기능을 갖추고 있다. 포토 다이오드로 들어오는 신호는 주파수가 높기 때문에 신호를 받는 프론트 엔드는 넒은 대역폭을 가져야 한다.

TI의 AFE4403는 RC 필터가 4개로 각각의 필터에서 원하는 상황에서만 스위치를 켤 수 있다. TIA 뒷부분에 DC correction DAC 와 second stage amp가 있다. AFE4404는 TIA 앞부분에 DC correction DAC가 있다. AFE4403에서는 DC 성분이 커 TIA에서 증폭을 못 시킬 가능성이 있어 이를 해결하고자 앞부분에 설치하였다. AEF4403은 다이나믹 파워 세이빙 모드가 있어 파워소모를 35~70%까지 줄일 수 있다.