Design of a Readout Circuit of Pulse Rate and Pulse Waveform for a U-Health System Using a Dual-Mode ADC

In this paper, we proposed a readout circuit of pulse waveform and rate for a U-health system to monitor health condition. For long-time operation without replacing or charging a battery, either pulse waveform or pulse rate is selected as the output data of the proposed readout circuit according to health condition of a user. The proposed readout circuit consists of a simple digital logic discriminator and a dual-mode ADC which operates in the ADC mode or in the count mode. Firstly, the readout circuit counts pulse rate for 4 seconds in the count mode using the dual-mode ADC. Health condition is examined after the counted pulse rate is accumulated for 1 minute in the discriminator. If the pulse rate is out of the preset normal range, the dual-mode ADC operates in the ADC mode where pulse waveform is converted into 10-bit digital data with the sampling frequency of 1 kHz. These data are stored in a buffer and transmitted by 620 kbps to an external monitor through a RF transmitter. The data transmission period of the RF transmitter depends on the operation mode. It is generally 1 minute in the normal situation or 1 ms in the emergency situation. The proposed readout circuit was designed with $0.11{\mu}m$ process technology. The chip area is $460{\times}800{\mu}m^2$. According to measurement, the power consumption is $161.8{\mu}W$ in the count mode and $507.3{\mu}W$ in the ADC mode with the operating voltage of 1 V.

이중 모드 ADC를 이용한 U-Health 시스템용 맥박수와 맥박파형 검출 회로 설계

본 논문에서는 수면 중에 사용자의 건강상태를 모니터링 하기 위한 U-health 시스템으로 맥박 수와 맥박 파형 검출 회로를 제안하였다. 제안된 검출 회로의 출력은 배터리의 교체 없이 장시간 사용하기 위하여 건강 상태에 따라 맥박 수 또는 맥박 파형이 선택된다. 이러한 동작을 위해 제안된 신호 검출 회로는 ADC 모드 또는 카운트 모드로 동작하는 이중 모드 ADC와 간단한 디지털 로직으로 구성된 판별기를 사용하였다. 우선 초기에는 카운트 모드로 동작하는 이중 모드 ADC를 통해 4초 동안의 맥박 수를 검출한다. 검출된 맥박수는 판별기에서 1분간 누적한 뒤 건강 상태를 판별한다. 건강 이상 등으로 맥박 수가 설정된 정상 범위를 벗어난 경우 이중 모드 ADC는 ADC 모드로 동작하며 맥박 파형을 1kHz의 샘플링 주파수로 10bit의 디지털 데이터로 변환한다. 데이터는 버퍼에 저장하였다가 620kbps의 속도로 RF Tx를 통해 단말기로 전송한다. 이때 RF Tx는 모드에 따라 1분 혹은 1ms 간격으로 동작한다. 제안된 신호 검출 회로는 $0.11{\mu}m$ 공정으로 설계하였으며 $460{\times}800{\mu}m^2$의 면적을 차지한다. 측정결과 제안된 검출 회로는 1V의 동작 전압에서 카운트 모드에서는 $161.8{\mu}W$, ADC 모드에서는 $507.3{\mu}W$의 전력을 소모한다.