A 4-Channel Analog Front-End for EMG Sensor Interface
- 주제(키워드) AFE
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 안길초
- 발행년도 2018
- 학위수여년월 2018. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000062856
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 electromyogram (EMG) 센서 (sensor) 인터페이스를 위한 저 잡음 다 채널 아날로그 전 처리기 (analog front-end: AFE) 회로를 제안한다. 제안하는 AFE는 4개의 채널로 구성되어 있으며, 각 채널은 instrumentation amplifier (IA), programmable gain amplifier (PGA), low-pass filter (LPF)로 구성되며, multiplexer (MUX), 그리고 단위 이득 버퍼 (unity gain buffer)로 구성 되어 있다. IA의 신호 이득은 20dB, 40dB 으로 선택 가능하며 PGA는 6dB 부터 24dB까지 6dB 단계씩 선택 가능하도록 설계 되었다. LPF의 코너 주파수 (corner frequency)는 500Hz, 1kHz, 2kHz, 4kHz 으로 선택 가능하도록 설계하였으며 EMG 신호의 특성과 상황에 맞게 신호이득과 코너 주파수를 각각 조정 가능하다. ADC (Analog-to-Digital Converter)의 스위치드 커페시터 (switched capacitor)구조를 갖는 샘플링 네트워크 (sampling network)를 동작시키기 위해 단위 이득 버퍼가 마지막에 추가되었다. 잡음을 최소화하기 위해 차핑 기술 (chopping techinique)과 위크 인버젼 바이어싱 기술 (weak–inversion biasing technique)이 적용 되었다. 시제품 AFE는 0.18㎛ CMOS 공정을 사용하여 제작되었으며 500Hz의 EMG 신호 대역폭, 44dB AFE 이득에서 입력으로 환산한 잡음이 최소 1.55μVRMS의 성능을 나타낸다. 제안하는 4채널 AFE는 1.8 V 전원 전압에서 총 0.984mW의 전력을 소모한다.
more초록/요약
In this paper, we propose a low noise multi-channel analog front-end (AFE) circuit for electromyogram (EMG) sensor interface. The proposed AFE consists of four channels, which is composed of an instrumentation amplifier (IA), a programmable gain amplifier (PGA), a low-pass filter (LPF), a multiplexer (MUX) and an unity gain buffer. The IA is designed to have gain of 20dB and 40dB, and the PGA is designed to have gain range from 6dB to 24dB with 6dB step. The LPF is designed to have corner frequency of 500Hz, 1kHz, 2kHz and 4kHz. According to the characteristic of the EMG signal, signal gain and bandwidth is selected respectively. The unity gain buffer is employed to drive the switched capacitor sampling network of the following analog-to-digital converter (ADC). To minimize the circuit noise, chopping technique and weak-inversion biasing technique are applied in the amplifiers. The prototype AFE is fabricated using a 0.18μm CMOS process and exhibits a 1.55µVRMS input referred noise with a 44dB of AFE gain and a 500Hz of LPF corner frequency. Total power consumption of the proposed four-channel AFE is 0.984mW at a 1.8V supply voltage.
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