(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象に印加される測定信号の周波数成分を有する第１基準信号を受信するステップと、
増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号を受信するステップと、
前記第１基準信号及び前記第２基準信号を用いて、前記測定対象から測定された第１信号を周波数成分が前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換するステップと、
前記増幅器を用いて前記第２信号が増幅された第３信号を生成するステップと、
前記第３信号を、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域であるベースバンドの第４信号に変換するステップと、を有し、
前記第２信号の周波数成分は、前記増幅器の周波数帯域幅に含まれ且つ前記増幅器の低周波雑音帯域よりも高いことを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】
前記第１信号を前記第２信号に変換するステップは、
前記第１基準信号及び前記第２基準信号を組み合わせて第１制御信号を生成するステップと、
前記第１制御信号を用いて前記第１信号を前記第２信号に変換するステップと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項３】
前記第１信号は、前記増幅器の周波数帯域幅の範囲外に位置する周波数成分を有し、
前記第２信号は、前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる中間周波数成分を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理方法。
【請求項４】
測定モードに基づいて測定信号の周波数成分を有する複数の第１基準信号のうちのいずれか一つの第１基準信号を選択するステップと、
前記選択された第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号を用いて第１制御信号を生成するステップと、
前記第１制御信号を用いて、測定対象から測定された第１信号を周波数成分が前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換するステップと、
前記増幅器を用いて前記第２信号が増幅された第３信号を生成するステップと、
前記第３信号を、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域であるベースバンドの第４信号に変換するステップと、を有し、
前記第２信号の周波数成分は、前記増幅器の周波数帯域幅に含まれ且つ前記増幅器の低周波雑音帯域よりも高いことを特徴とする信号処理方法。
【請求項５】
前記第１基準信号を選択するステップは、
第１測定モードで前記測定対象に印加される測定信号の周波数成分を有する第１基準信号を選択し、
第２測定モードで時間に応じて固定された信号レベルを有する第１基準信号を選択することを特徴とする請求項４に記載の信号処理方法。
【請求項６】
前記第１測定モードは、生体インピーダンス情報を測定するためのモードであり、
前記第２測定モードは、生体電位情報を測定するためのモードであることを特徴とする請求項５に記載の信号処理方法。
【請求項７】
前記第１制御信号を生成するステップは、前記第１基準信号及び前記第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して前記第１制御信号を生成することを特徴とする請求項２又は４乃至６のいずれか一項に記載の信号処理方法。
【請求項８】
前記第１制御信号は、信号の大きさが上限閾値よりも大きく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第１時間幅及び第２時間幅を有し、信号の大きさが下限閾値よりも小さく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第３時間幅及び第４時間幅を有することを特徴とする請求項２又は４乃至７のいずれか一項に記載の信号処理方法。
【請求項９】
前記第１時間幅は前記第４時間幅と同一であり、前記第２時間幅は前記第３時間幅と同一であることを特徴とする請求項８に記載の信号処理方法。
【請求項１０】
前記第３信号を前記第４信号に変換するステップは、前記第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する第２制御信号を用いて前記第３信号を前記第４信号に変換することを特徴とする請求項９に記載の信号処理方法。
【請求項１１】
前記第３信号を前記第４信号に変換するステップは、前記第２基準信号を９０度位相シフトした第２制御信号を用いて前記第３信号を前記第４信号に変換することを特徴とする請求項９又は１０に記載の信号処理方法。
【請求項１２】
増幅器の周波数帯域幅に含まれない測定対象から測定された生体信号の周波数成分を該増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換するステップと、
前記周波数成分が変換された生体信号を増幅するステップと、
前記増幅された生体信号を、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域の信号であるベースバンド信号に変換するステップと、を有し、
前記変換された生体信号の周波数成分を含む周波数帯域は、前記測定対象から測定された生体信号の周波数成分を含む周波数帯域よりも低く、前記ベースバンド信号の周波数成分を含む周波数帯域よりも高いことを特徴とする生体信号処理方法。
【請求項１３】
測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成するコントローラと、
前記第１制御信号に基づいて、測定対象から測定された第１信号を周波数成分が前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換する第１変換器と、
前記第２信号を増幅して第３信号を出力する増幅器と、
前記第３信号を、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域であるベースバンドの第４信号に変換する第２変換器と、を備え、
前記第２信号の周波数成分は、前記増幅器の周波数帯域幅に含まれ且つ前記増幅器の低周波雑音帯域よりも高いことを特徴とする信号処理装置。
【請求項１４】
前記コントローラは、前記第１基準信号及び前記第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して前記第１制御信号を生成することを特徴とする請求項１３に記載の信号処理装置。
【請求項１５】
前記第１制御信号は、信号の大きさが上限閾値よりも大きく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第１時間幅及び第２時間幅を有し、信号の大きさが下限閾値よりも小さく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第３時間幅及び第４時間幅を有することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の信号処理装置。
【請求項１６】
前記第２変換器は、前記第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する第２制御信号を用いて前記第３信号を前記第４信号に変換することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１７】
前記第２変換器は、前記第２基準信号を９０度位相シフトした第２制御信号を用いて前記第３信号を前記第４信号に変換することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１８】
前記信号処理装置は、ウェラブルデバイスに含まれて動作することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか一項に記載の信号処理装置。
【請求項１９】
増幅器の周波数帯域幅に含まれない測定対象から測定された生体信号の周波数成分を該増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換する第１変換器と、
前記周波数成分が変換された生体信号を増幅する増幅器と、
前記増幅された生体信号を、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域の信号であるベースバンド信号に変換する第２変換器と、を備え、
前記変換された生体信号の周波数成分を含む周波数帯域は、前記測定対象から測定された生体信号の周波数成分を含む周波数帯域よりも低く、前記ベースバンド信号の周波数成分を含む周波数帯域よりも高いことを特徴とする生体信号処理装置。
【請求項２０】
測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成するコントローラを更に含み、
前記コントローラは、前記第１基準信号及び前記第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して前記第１制御信号を生成することを特徴とする請求項１９に記載の生体信号処理装置。
【請求項２１】
前記第１制御信号は、信号の大きさが上限閾値よりも大きく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第１時間幅及び第２時間幅を有し、信号の大きさが下限閾値よりも小さく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第３時間幅及び第４時間幅を有することを特徴とする請求項２０に記載の生体信号処理装置。
【請求項２２】
測定信号を測定対象に伝達して該測定対象から反応信号を受信するインタフェースと、
増幅器の周波数帯域幅に含まれない前記反応信号に基づく第１信号の周波数成分に応答して、前記第１信号を前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分を有する第２信号に変換する第１変換器と、
前記第２信号を増幅する増幅器と、
前記増幅された第２信号を、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域の信号であるベースバンド信号に変換する第２変換器と、を備え、
前記変換された第２信号の周波数成分を含む周波数帯域は、前記反応信号に基づく第１信号の周波数成分を含む周波数帯域よりも低く、前記ベースバンド信号の周波数成分を含む周波数帯域よりも高いことを特徴とする生体信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的信号を処理する技術に関し、より詳細には、信号処理装置及び方法並びに生体信号処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
計測増幅器（ＩＡ：Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、様々な信号を測定するために用いられる。例えば、計測増幅器は、医療分野で心電図（ＥＣＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ）や筋電図（ＥＭＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍ）、光体積変動波形（ＰＰＧ：ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ）、体積抵抗又は動き信号などのような生体信号を増幅する。一般に、計測増幅器は、低いオフセット、少ない雑音、高い同相信号除去（ｈｉｇｈ  ｃｏｍｍｏｎ  ｍｏｄｅ  ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）、高いループ利得、高い入力抵抗を示す差動増幅器で構成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、信号処理装置及び方法並びに生体信号処理方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による信号処理方法は、測定対象に印加される測定信号の周波数成分を有する第１基準信号を受信するステップと、増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号を受信するステップと、前記第１基準信号及び前記第２基準信号を用いて、前記測定対象から測定された第１信号を周波数成分が前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換するステップと、を有する。
【０００５】
前記第１信号を前記第２信号に変換するステップは、前記第１基準信号及び前記第２基準信号を組み合わせて第１制御信号を生成するステップと、前記第１制御信号を用いて前記第１信号を前記第２信号に変換するステップと、を含み得る。
前記第１制御信号を生成するステップは、前記第１基準信号及び前記第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して前記第１制御信号を生成し得る。
前記第１制御信号は、信号の大きさが上限閾値よりも大きく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第１時間幅及び第２時間幅を有し、信号の大きさが下限閾値よりも小さく時間区間が少なくとも互いに異なる２つの第３時間幅及び第４時間幅を有し得る。
前記第１時間幅は前記第４時間幅と同一であり、前記第２時間幅は前記第３時間幅と同一であり得る。
前記信号処理方法は、前記増幅器を用いて前記第２信号が増幅された第３信号を生成するステップと、前記第３信号をベースバンドの第４信号に変換するステップと、を更に含むことができる。
前記第３信号を前記第４信号に変換するステップは、前記第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する第２制御信号を用いて前記第３信号を前記第４信号に変換し得る。
前記第３信号を前記第４信号に変換するステップは、前記第２基準信号を９０度位相シフトした第２制御信号を用いて前記第３信号を前記第４信号に変換し得る。
前記第１信号は、前記増幅器の周波数帯域幅の範囲外に位置する周波数成分を有し、前記第２信号は、前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる中間周波数成分を有し得る。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による信号処理方法は、測定モードに基づいて複数の第１基準信号のうちのいずれか一つの第１基準信号を選択するステップと、前記選択された第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号を用いて第１制御信号を生成するステップと、前記第１制御信号を用いて、測定対象から測定された第１信号を周波数成分が前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換するステップと、を有する。
【０００７】
前記第１基準信号を選択するステップは、第１測定モードで前記測定対象に印加される測定信号の周波数成分を有する第１基準信号を選択し、第２測定モードで時間に応じて固定された信号レベルを有する第１基準信号を選択し得る。
前記第１測定モードは、生体インピーダンス情報を測定するためのモードであり、前記第２測定モードは、生体電位情報を測定するためのモードであり得る。
【０００８】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による生体信号処理方法は、増幅器の周波数帯域幅に含まれない測定対象から測定された生体信号の周波数成分を該増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換するステップと、前記周波数成分が変換された生体信号を増幅するステップと、を有する。
【０００９】
前記変換された生体信号の周波数成分は、前記測定対象から測定された生体信号の周波数成分よりも低くあり得る。
前記変換された生体信号の周波数成分は、前記測定対象から測定された生体信号の周波数成分よりも高くあり得る。
前記生体信号処理方法は、前記増幅された生体信号をベースバンド信号に変換するステップを更に含むことができる。
前記変換された生体信号の周波数成分は、前記ベースバンド信号の周波数成分よりも高くあり得る。
【００１０】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による信号処理装置は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成するコントローラと、前記第１制御信号に基づいて、測定対象から測定された第１信号を周波数成分が前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換する第１変換器と、前記第２信号を増幅して第３信号を出力する増幅器と、前記第３信号をベースバンドの第４信号に変換する第２変換器と、を備える。
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による生体信号処理装置は、増幅器の周波数帯域幅に含まれない測定対象から測定された生体信号の周波数成分を該増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換する第１変換器と、前記周波数成分が変換された生体信号を増幅する増幅器と、を備える。
【００１２】
前記生体信号処理装置は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成するコントローラを更に含むことができる。
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による生体信号処理装置は、測定信号を測定対象に伝達して該測定対象から反応信号を受信するインタフェースと、増幅器の周波数帯域幅に含まれない前記反応信号に基づく第１信号の周波数成分に応答して、前記第１信号を前記増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分を有する第２信号に変換する第１変換器と、前記第２信号を増幅する増幅器と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、より小さい周波数帯域幅を有する増幅器を用いて生体インピーダンス情報を測定することができ、増幅器の電力消費を低減させることができる。
また、一つの回路構成で生体インピーダンス情報と生体電位情報の双方を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による生体信号処理装置がウェラブルデバイスに適用される一例を説明するための図である。
【図２】一実施形態による生体信号処理装置の動作を説明するための図である。
【図３Ａ】一実施形態による信号処理装置の構成を示す図である。
【図３Ｂ】他の実施形態による信号処理装置の構成を示す図である。
【図４】第１測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【図５】第２測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【図６】第３測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【図７】第４測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【図８】一実施形態による信号処理装置の回路構成を示す図である。
【図９】一実施形態によるコントローラの動作を説明するための図である。
【図１０】一実施形態による第１変換器及び第２変換器の動作を説明するための図である。
【図１１】他の実施形態による信号処理装置の回路構成を示す図である。
【図１２Ａ】第１測定モードで入力又は出力される信号の一例を示す図である。
【図１２Ｂ】第１測定モードで入力又は出力される信号の一例を示す図である。
【図１３】一実施形態による第１制御信号の波形を説明するための図である。
【図１４Ａ】第４測定モードで入力又は出力される信号の一例を示す図である。
【図１４Ｂ】第４測定モードで入力又は出力される信号の一例を示す図である。
【図１５】一実施形態による信号処理方法の動作を示すフローチャートである。
【図１６】他の実施形態による信号処理方法の動作を示すフローチャートである。
【図１７】一実施形態による生体信号処理方法の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の特定の構造的又は機能的な説明は単に実施形態を説明するための目的として例示するものであり、本発明が本文で説明する実施形態に限定されるものではない。各図面に示した同一の参照符号は同一の部材を示し、公知機能及び構造は省略する。
【００１７】
図１は、一実施形態による生体信号処理装置がウェラブルデバイス（ｗｅａｒａｂｌｅ  ｄｅｖｉｃｅ）に適用される一例を説明するための図である。
【００１８】
生体信号処理装置１１０は、生体信号を測定し、測定された生体信号を処理する。例えば、生体信号処理装置１１０は、ユーザの体１２０から生体インピーダンス（ｂｉｏ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）情報、ユーザの体成分情報、筋電図（ＥＭＧ）、心電図（ＥＣＧ）、又は光体積変動波形（ＰＰＧ）などの生体信号を測定し、測定された生体信号を処理する。生体信号は、ユーザの健康状態又はユーザの感情状態をモニタリングするために用いられる。
【００１９】
本実施形態によると、生体信号処理装置１１０は、モバイル環境で生体インピーダンスを測定及び処理して体脂肪などの生体信号を検出する様な様々な応用分野に適用される。生体信号処理装置１１０は、ユーザの体に装着して動作するウェラブルデバイスに含まれて動作する。例えば、生体信号処理装置１１０は、時計、手袋、衣類、帽子、メガネ、又は、履物などの形態を有するウェラブルデバイスに含まれて動作する。生体信号処理装置１１０は、ユーザの体１２０から測定された生体信号を適切な形態に処理し、処理された生体信号をモバイルデバイス１３０に送信する。モバイルデバイス１３０は、生体信号処理装置１１０から受信した生体信号を分析し、分析結果に基づいてユーザの体の状態、健康状態、又は感情状態などを決定する。
【００２０】
生体信号処理装置１１０は、測定信号を生成し、生成された測定信号を、インタフェース部（図示せず）を用いてユーザの体１２０に印加する。例えば、インタフェース部は、ユーザの体１２０の様な測定対象から生体信号を測定する生体電極である。インタフェース部は、ウェラブルデバイスで接触又は非接触方式によりユーザの体１２０に取付けられ、生体信号処理装置１１０から出力された測定信号に基づいてユーザの生体信号を測定する。例えば、インタフェース部は、ユーザの体１２０の皮膚に直接接触されて生体信号を測定するか、又は非接触方式のようにユーザの体１２０の皮膚から一定の距離以上離隔された状態で生体信号を測定する。インタフェース部は、生体信号を測定するための複数の電極、又は発光ダイオード（ＬＥＤ）、フォトダイオード、光検出器などのセンサを含む。
【００２１】
生体信号処理装置１１０は、インタフェース部から出力される生体信号を増幅する。例えば、生体信号処理装置１１０は、計測増幅器（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＩＡ）を用いてインタフェース部から伝えられた生体信号を増幅する。例えば、ユーザの体１２０に測定信号として電流を注入し、反応信号として電圧を測定することで、ユーザの体１２０の生体インピーダンス情報を抽出する。他の例として、ユーザの体１２０に電圧を印加し、印加された電圧の反応信号として電流を測定することで、ユーザの体１２０の生体インピーダンス情報を抽出する。
【００２２】
生体信号を正常に増幅するためには、生体信号処理装置１１０内の増幅器（図示せず）に入力される信号の周波数成分が増幅器の増幅可能な周波数帯域幅内に含まれなければならない。例えば、増幅器に入力される生体信号の周波数成分が１ＭＨｚであれば、増幅器は少なくとも１ＭＨｚよりも大きい周波数帯域幅を有しなければ生体信号を正常に増幅することができない。従って、増幅器に入力される生体信号の周波数が高周波であるほど、増幅器の周波数帯域幅もより広くすることで、増幅器が正常に生体信号を増幅することができる。しかし、一般に、増幅器の周波数帯域幅が広くなるほど増幅器の消費電力が増加するという傾向がある。
【００２３】
増幅器に入力される生体信号が増幅器の増幅可能な周波数帯域幅を超える周波数成分を有する場合、生体信号処理装置１１０は、生体信号の周波数成分が増幅器の増幅可能な周波数帯域幅に含まれるように生体信号を変換する。その後、生体信号処理装置１１０は、増幅器を用いて生体信号を増幅し、増幅された生体信号をベースバンド信号に変換する。
【００２４】
増幅器が正常に生体信号を増幅するための周波数帯域幅は、本来の生体信号でない変換された生体信号の周波数成分を含む。従って、生体信号処理装置１１０は、測定信号の中心周波数よりも低い周波数帯域幅を有する増幅器を用いて生体信号を増幅することができる。より小さい周波数帯域幅を有する増幅器を用いることで、増幅器の消費電力が低減する。また、一般に、増幅器の周波数帯域幅を広くするためには、増幅器を構成するトランジスタの大きさを増大しなければならないことから、生体信号処理装置１１０は、小さい周波数帯域幅を有する増幅器を用いることで生体信号処理装置の設計面積を減らすことができる。
【００２５】
他の実施形態によると、生体信号処理装置１１０は、様々な測定モードとして動作する。例えば、生体信号処理装置１１０は、生体インピーダンス情報を測定するための測定モード又はユーザのＥＣＧ若しくはＥＭＧなどの生体電位情報を測定するための測定モードとして動作する。生体信号処理装置１１０は、制御信号に基づいて回路動作を制御し、同一の回路構成で生体インピーダンス情報及び生体電位情報の双方を測定することができる。
【００２６】
図２は、一実施形態による生体信号処理装置の動作を説明するための図である。図２を参照すると、生体信号処理装置２００は、測定信号生成器２１０、コントローラ２２０、第１変換器２３０、増幅器２４０、及び第２変換器２５０を含む。
【００２７】
生体信号処理装置２００は、複数の測定モードのうちのいずれか一つの測定モードとして動作する。本実施形態によると、生体信号処理装置２００は、第１測定モード、第２測定モード、第３測定モード、及び第４測定モードのうちのいずれか一つのモードとして動作する。生体信号処理装置２００は、例えば第１測定モード、第３測定モード、及び第４測定モードで生体インピーダンス情報を測定し、第２測定モードで生体電位情報を測定する。各第１測定モード、第３測定モード、及び第４測定モードで、生体信号処理装置２００は、測定しようとする生体インピーダンスの種類及び信号特性に応じてそれぞれ異なる方式で生体信号を処理する。
【００２８】
コントローラ２２０は、制御信号を用いて測定信号生成器２１０、第１変換器２３０、増幅器２４０、及び第２変換器２５０を制御する。コントローラ２２０は、生体信号処理装置２００の測定モードに基づいて、第１変換器２３０を制御するための第１制御信号を生成する。
【００２９】
コントローラ２２０は、測定モードにより、Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗのような固定信号、測定信号生成器２１０を制御する制御信号の周波数成分又は測定信号の周波数成分を有する信号、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号、第２基準信号の位相がシフトされた信号、第２変換器２５０を制御するための第２制御信号、及び第２制御信号の位相がシフトされた信号のうちの少なくとも一つを用いて第１制御信号を生成する。本実施形態によると、第２基準信号は、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれ且つ低雑音周波数帯域より高い周波数成分を有する。コントローラ２２０は、上記の信号のうちの一つの信号のみを用いるか、又は複数の信号を組み合わせて第１制御信号を生成する。
【００３０】
一実施形態によると、第１基準信号は測定信号生成器２１０を制御する制御信号に対応し、第２基準信号は第２変換器２５０を制御する第２制御信号に対応する。他の実施形態によると、第１基準信号は測定信号生成器２１０を制御する制御信号に対応し、第２基準信号は第２変換器２５０を制御する第２制御信号の位相がシフトされた信号に対応する。
【００３１】
コントローラ２２０は、生体信号処理装置２００の測定モードに基づいて第１制御信号を生成するために用いられる第１基準信号を選択する。例えば、コントローラ２２０は、第１測定モードで測定信号の周波数成分を有する信号を第１基準信号として選択し、第２測定モードで時間に応じて固定された信号レベルを有する信号を第１基準信号として選択する。
【００３２】
＜第１測定モードにおける生体信号処理装置２００の動作＞
【００３３】
生体インピーダンス情報を測定するための第１測定モードで、測定信号生成器２１０は、生体信号を測定するための測定信号を生成する。例えば、測定信号生成器２１０は、特定の周波数成分を有する交流電流又は交流電圧を生成してインタフェース部２６０に伝達する。インタフェース部２６０は、測定信号生成器２１０から伝えられた測定信号を、電極を用いて測定対象に印加する。例えば、インタフェース部２６０は、ユーザの体の様な測定対象から生体信号を測定する生体電極である。
【００３４】
測定信号生成器２１０は、コントローラ２２０の制御により様々な周波数成分を有する測定信号を生成する。測定しようとする対象により測定信号の周波数成分が変わり得る。コントローラ２２０は、測定しようとする対象による測定信号の周波数成分を決定し、測定信号生成器２１０が当該周波数成分を有する測定信号を生成するように測定信号生成器２１０を制御する。例えば、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０がユーザの体脂肪を測定するために５０ｋＨｚの周波数成分を有する測定信号を生成するよう制御する。
【００３５】
測定信号生成器２１０により生成された測定信号は、インタフェース部２６０を用いて測定対象に印加され、測定信号に対する反応信号として生体信号が測定される。例えば、インタフェース部２６０は、正の電極端子と負の電極端子を含み、測定信号が測定対象に流れることによりインタフェース部２６０の２つの電極端子の間に電位差が発生する。例えば、測定信号が特定の中心周波数成分を有する交流電流である場合、インタフェース部２６０の２つの電極端子の間で発生する電圧差は、測定信号の中心周波数成分を有する交流電圧である。
【００３６】
例えば、測定信号生成器２１０は、方形波又は正弦波などの信号形態を有する測定信号を生成する。測定信号生成器２１０は、ウィーンブリッジ発振器（ｗｉｅｎ  ｂｒｉｄｇｅ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）の様な方式を用いて正弦波を生成する。ここで、第１変換器２３０又は第２変換器２５０がクロック形態の信号を必要とする場合、測定信号生成器２１０は、正弦波を比較器（図示せず）に通過させる方式でクロック形態の信号を生成する。或いは、測定信号生成器２１０は、デジタル−アナログ変換器（ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とアナログフィルタを用いてルックアップテーブルに格納されたデータから正弦波を生成する。測定信号生成器２１０は、正弦波の大きさ及び時点間情報を用いて必要なクロック形態の信号を生成し、生成されたクロック形態の信号は、第１変換器２３０又は第２変換器２５０で活用される。
【００３７】
例えば、ユーザの体に交流電流が流れる場合、細胞膜に電流が通過しながら電荷が細胞膜に充電される。この場合、細胞膜がキャパシタの機能を行い、細胞膜によるキャパシタを用いてユーザの体の電気的特性がモデリングされる。測定信号として用いられる交流電流又は交流電圧の周波数成分によりユーザの体に対する電気の透過程度が変わり、このような特性を用いてユーザの様々な体成分情報を測定する。例えば、交流電流が測定部位に印加されると、測定部位は生体インピーダンスにより電圧降下が生じ、このような電圧降下による電位差を測定することで、生体インピーダンス情報を測定する。
【００３８】
コントローラ２２０は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器２４０の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成する。例えば、コントローラ２２０は、第１基準信号及び第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。コントローラ２２０は、第１制御信号に基づいて第１変換器２３０を制御する。
【００３９】
第１変換器２３０は、インタフェース部２６０から伝えられた生体信号の周波数成分を変換する。例えば、第１変換器２３０は、コントローラ２２０から出力された第１制御信号に基づいて、増幅器２４０の周波数帯域幅に含まれない測定対象から測定された生体信号の周波数成分が増幅器２４０の周波数帯域幅に含まれるように生体信号を変換する。測定信号生成器２１０を制御する制御信号の周波数成分又は測定信号の周波数成分が増幅器２４０の周波数帯域幅を超えるか、又は増幅器２４０の周波数帯域幅の上限に近接する場合、第１変換器２３０は、増幅器２４０に入力される生体信号を、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれ且つ低周波雑音帯域（又は、フリッカーノイズ（Ｆｌｉｃｋｅｒ  Ｎｏｉｓｅ）領域）よりも高い周波数帯域の信号に変換する。
【００４０】
第１変換器２３０により変換された生体信号の周波数成分は、測定信号の周波数成分より低く、ベースバンドより高く、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれる中間周波数帯域の信号である。ベースバンドは、本来の測定対象の信号が存在する周波数帯域を示す。
【００４１】
例えば、第１変換器２３０は、制御信号によってスイッチング動作が制御されるチョッパー（ｃｈｏｐｐｅｒ）を用いて生体信号の周波数成分を変換する。第１変換器２３０は、インタフェース部２６０から伝えられた生体信号の入出力経路を時間に応じて変更し、生体信号の周波数成分を変換する。
【００４２】
増幅器２４０は、第１変換器２３０によって周波数成分が変換された生体信号を増幅する。増幅器２４０は、所定の増幅器２４０の利得に基づいて生体信号を増幅する。増幅器２４０によって増幅された生体信号は、第２変換器２５０により周波数成分がベースバンドに変換される。第２変換器２５０は、増幅器２４０によって増幅された生体信号をベースバンド信号に変換する。他の実施形態によると、第２変換器２５０は、増幅器２４０に含まれて動作する。第２変換器２５０は、制御信号によりスイッチング動作が制御されるチョッパーを用いて、増幅器２４０から出力された生体信号をベースバンド信号に変換する。
【００４３】
コントローラ２２０は、第２変換器２５０を制御するための第２制御信号を生成し、第２変換器２５０は、コントローラ２２０から出力された第２制御信号に基づいて、増幅器２４０により増幅された生体信号をベースバンド信号に変換する。第２制御信号も、第２基準信号と同様に、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれ且つ増幅器２４０の低周波雑音帯域よりも高い周波数成分を有する。他の実施形態によると、第２制御信号は、第２基準信号の位相をシフトした信号である。例えば、第２変換器２５０は、第２基準信号を９０度シフトした第２制御信号を用いて、増幅された生体信号をベースバンド信号に変換する。
【００４４】
第２変換器２５０に第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する第２制御信号が印加された場合、増幅された生体信号から実数成分が変換される。第２変換器２５０に第２基準信号を９０度シフトした第２制御信号が印加された場合、増幅された生体信号から虚数成分（直交成分）が変換される。
【００４５】
生体信号処理装置２００は、第２変換器２５０から出力された信号をローパスフィルタ（ｌｏｗ  ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）を用いてフィルタリングした後、フィルタリングされた信号をアナログ−デジタル変換する。生体信号処理装置２００は、デジタル形式に変換された信号を外部に送信するための通信機（図示せず）を更に含む。
【００４６】
＜第２測定モードにおける生体信号処理装置２００の動作＞
【００４７】
生体電位情報を測定するための第２測定モードで、生体信号処理装置２００の第１変換器２３０は、増幅器２４０に入力される信号を、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれるが増幅器２４０の低周波雑音帯域に含まれない信号に変換する。コントローラ２２０は、第１変換器２３０を制御する第１制御信号として、第２変換器２５０を制御する第２制御信号と同一の信号又は第２制御信号の位相がシフトされた信号を出力する。
【００４８】
コントローラ２２０は、時間に応じて固定された信号レベルを有する信号（即ち、直流電圧）を第１基準信号として選択し、第１基準信号と第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。例えば、コントローラ２２０が第２測定モードで時間に応じて常にＨｉｇｈ論理状態を有する基準電圧信号と第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算する場合、ＸＮＯＲ論理演算により生成された第１制御信号は、第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する。第２基準信号は、第２制御信号と同一の信号であるか、又は第２制御信号の位相がシフトされた信号である。
【００４９】
第２測定モードで、第１変換器２３０によって変換された生体信号の周波数成分は、変換される前の生体信号の周波数成分及びベースバンドよりも高く、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれる中間周波数帯域の信号である。測定対象の生体電位を測定するために、測定対象に別途の測定信号を印加する必要がないため、第２測定モードでは、測定信号生成器２１０が不活性化されるか、又は測定信号生成器２１０の出力を遮断する。
【００５０】
第２変換器２５０は、コントローラ２２０から出力された第２制御信号に基づいて増幅器２４０により増幅された生体信号を再びベースバンド信号に変換する。本実施形態によると、第２制御信号の周波数成分は、第２基準信号の周波数成分と同一である。
【００５１】
＜第３測定モードにおける生体信号処理装置２００の動作＞
【００５２】
生体インピーダンス情報を測定するための第３測定モードで、生体信号処理装置２００は、例えば皮膚の水分量のような生体インピーダンス情報を測定する。生体信号処理装置２００は、皮膚の水分量を測定するために皮膚に特定周波数の測定信号を印加し、測定信号に対する電気的な反応信号の生体信号を測定する。
【００５３】
測定信号生成器２１０は、特定周波数（例えば、３０Ｈｚ）成分を含む測定信号を生成し、生成された測定信号はインタフェース部２６０を用いてユーザの体に注入される。例えば、測定信号は、方形波形態又は正弦波形態の電流信号である。測定対象から測定信号の反応信号の生体信号を測定する際には、測定信号が注入される位置又は当該位置と異なる位置で行われる。例えば、測定信号の注入位置で生体信号を測定する場合、測定対象と電気的にインタフェースする位置は２ヶ所であり、測定信号の注入位置でない他の位置で生体信号を測定する場合、測定対象と電気的にインタフェースする位置は４ヶ所である。
【００５４】
測定された生体信号は、測定信号の特定周波数（３０Ｈｚ）を基準とする周波数帯域に測定しようとする情報を含み、生体信号に含まれる情報は、増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域幅に十分含まれるため、第１変換器２３０は、インタフェース部２６０から伝えられた生体信号を変換せずに、入力された生体信号をそのまま出力する。第１変換器２３０を制御するための第１制御信号は、論理的にＨｉｇｈ状態又はＬｏｗ状態の固定信号である。
【００５５】
増幅器２４０により増幅された生体信号は、第２変換器２５０によりベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号に変換するために第２変換器２５０に供給される第２制御信号は、基本的に測定信号生成器２１０を制御する制御信号（又は、測定信号生成器２１０により生成された測定信号）と同一の周波数（例えば、３０Ｈｚ）成分を有する。コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号をそのまま第２制御信号として用いるか、又は測定信号生成器２１０を制御する制御信号の位相をシフトした信号を第２制御信号として用いる。測定信号生成器２１０を制御する制御信号と第２制御信号との間に位相差がない場合、第２変換器２５０に入力される信号から実数成分が抽出される。測定信号生成器２１０を制御する制御信号と第２制御信号との間に９０度の位相差がある場合、第２変換器２５０に入力される信号から虚数成分（直交成分）が抽出される。
【００５６】
＜第４測定モードにおける生体信号処理装置２００の動作＞
【００５７】
生体インピーダンス情報を測定するための第４測定モードで、生体信号処理装置２００は、第３測定モードと同様に皮膚の水分量のような生体インピーダンス情報を測定する。生体信号処理装置２００は、皮膚の水分量を測定するために皮膚に特定周波数の測定信号を印加し、測定信号に対する電気的な反応信号の生体信号を測定する。
【００５８】
第３測定モードとは異なり、第４測定モードで、生体信号処理装置２００は、測定された生体信号を変換した後に増幅する。測定信号生成器２１０は、特定周波数（例えば、３０Ｈｚ）成分を含む測定信号を生成し、生成された測定信号はインタフェース部２６０を用いてユーザの体に注入される。第１変換器２３０に入力される生体信号は、測定信号の特定の周波数成分を中心とする周波数帯域を有し、生体信号の周波数帯域は、増幅器２４０の低周波雑音帯域（例えば、１ｋＨｚ以内の周波数帯域）に含まれる。
【００５９】
生体信号を増幅器２４０の低周波雑音帯域を回避して増幅させるために、第１変換器２３０は、生体信号を増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域に含まれ且つ低周波雑音帯域を回避する信号に変換する。例えば、第１変換器２３０は、４ｋＨｚの周波数成分を有する第１制御信号に基づいて生体信号の周波数成分を変換する。
【００６０】
第１変換器２３０により周波数変換された生体信号は、増幅器２４０により増幅される。増幅器２４０により増幅された生体信号は、第２変換器２５０によりベースバンド信号に変換される。第２変換器２５０に入力される第２制御信号は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号及び第１制御信号に基づいて生成される。一実施形態として、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号と第１制御信号をＸＮＯＲ論理演算して第２制御信号を生成する。他の実施形態として、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号の位相をシフトした信号と第１制御信号をＸＮＯＲ論理演算して第２制御信号を生成する。
【００６１】
図３Ａは、一実施形態による信号処理装置の構成を示す図である。
【００６２】
信号処理装置３１０は、増幅器の周波数帯域幅に基づいて入力信号の周波数成分を変換して増幅した後、ベースバンド信号に変換する。本実施形態によると、信号処理装置３１０は、高周波成分を有する信号を増幅器の周波数帯域幅に含まれる中間周波数帯域の信号に変換して増幅した後、増幅された信号をベースバンド信号に変換する。信号処理装置３１０は、ウェラブルデバイスに含まれて動作する。
【００６３】
図３Ａを参照すると、信号処理装置３１０は、第１変換器３２０、コントローラ３３０、増幅器３４０、及び第２変換器３５０を含む。
【００６４】
コントローラ３３０は、第１変換器３２０を制御する第１制御信号を生成する。コントローラ３３０は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号を用いて第１制御信号を生成する。例えば、コントローラ３３０は、第１基準信号及び第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算することで第１制御信号を生成する。第２基準信号は、増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれ且つ増幅器３４０の低雑音周波数帯域よりも高い周波数成分を有する。
【００６５】
第１変換器３２０は、第１制御信号に基づいて第１信号を周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換する。第１信号は信号処理の対象となる信号として信号処理装置３１０に入力される信号である。例えば、第１信号は、測定対象に印加された測定信号に対する反応信号として測定された生体信号である。第１信号は、増幅器３４０の周波数帯域幅よりも高いか、又は増幅器３４０の周波数帯域幅に相当する周波数成分を有し、第１変換器３２０から出力される第２信号は、増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる周波数成分を有する。
【００６６】
第１変換器３２０は、第１信号を変換して周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれ且つ増幅器３４０の低周波雑音帯域に含まれない信号に変換する。第１変換器３２０は、例えば、複数のスイッチで構成され、制御信号に基づいて入力される信号の周波数成分を変換するチョッパーを含む。第１変換器３２０は、第１制御信号に基づいてチョッパーのスイッチング動作を制御することで第１信号の周波数成分を変換して第２信号を生成する。
【００６７】
他の実施形態によると、図３Ｂに示すように、第１変換器３２０は、第１サブ変換器３２２及び第２サブ変換器３２４を含む。第１サブ変換器３２２は第２サブ変換器３２４に接続され、第２サブ変換器３２４は増幅器３４０に接続される。第１サブ変換器３２２は、第１信号をベースバンド信号に変換する。第２サブ変換器３２４は、第１サブ変換器３２２によってベースバンド信号に変換された第１信号を増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換する。
【００６８】
コントローラ３３０は、第１信号を測定するために用いられた測定信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する制御信号を第１サブ変換器３２２に印加する。また、コントローラ３３０は、増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する制御信号を第２サブ変換器３２４に印加する。このように、第１サブ変換器３２２及び第２サブ変換器３２４には、コントローラ３３０から出力されたそれぞれの制御信号が順次適用されて入力信号の周波数成分を変換する。
【００６９】
再び図３Ａを参照すると、増幅器３４０は、第１変換器３２０から伝えられた第２信号を増幅して第３信号を出力する。第２変換器３５０は、第３信号をベースバンドの第４信号に変換する。コントローラ３３０は、第２変換器３５０を制御するための第２制御信号を生成して第２変換器３５０に伝達する。第２変換器３５０は、第２制御信号に基づいて第３信号の周波数成分を変換し、ベースバンドの周波数成分を有する第４信号を生成する。例えば、第２変換器３５０は、複数のスイッチで構成され、制御信号に基づいて入力される信号の周波数成分を変化させるチョッパーを含む。第２変換器３５０は、第２制御信号に基づいて第３信号が入力されるチョッパーのスイッチング動作を制御することで、第３信号を第４信号に変換する。
【００７０】
コントローラ３３０は、第２基準信号の周波数成分に基づいて第２制御信号の周波数成分を決定する。第２制御信号及び第１制御信号を生成するために用いられる第２基準信号は、互いに同一の周波数成分を有するか、又は９０度の位相差を有する。コントローラ３３０により生成された第２制御信号に基づいて第３信号が第２変換器３５０によって変換され、第２変換器３５０から第４信号が出力される。第２制御信号が第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する場合、第２変換器３５０から出力された第４信号は実数成分を含む。他の例として、第２変換器３５０は、第２基準信号を９０度位相シフトした第２制御信号を用いて第３信号を第４信号に変換する。第２制御信号が第２基準信号と９０度の位相差を有する場合、第２変換器３５０から出力された第４信号は虚数成分（直交成分）を含む。
【００７１】
更なる実施形態によると、信号処理装置３１０は、第１測定モード、第２測定モード、第３測定モード、及び第４測定モードのうちのいずれか一つのモードとして動作する。第１測定モードは、インピーダンス情報を測定するためのモードとして、インピーダンス情報を測定するために用いられる測定信号の周波数成分が増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅の上限に近接するか、又は増幅可能な周波数帯域幅よりも高い場合に行われる。第２測定モードは、生体電位情報を測定するためのモードである。
【００７２】
第３測定モードは、インピーダンス情報を測定するためのモードとして、インピーダンス情報を測定するために用いられる測定信号の周波数成分が増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅内に含まれる場合に行われる。第４測定モードは、インピーダンス情報を測定するためのモードとして、インピーダンス情報を測定するために用いられる測定信号の周波数成分が増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅内に含まれるが、増幅器３４０の低周波雑音帯域に含まれるか又は近接する場合に行われる。
【００７３】
コントローラ３３０は、測定モードに基づいて第１変換器３２０を制御するための第１制御信号を生成する。例えば、コントローラ３３０は、測定モードによりＨｉｇｈ、Ｌｏｗのような固定信号、測定信号の周波数成分を有する信号、増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号、第２基準信号の位相がシフトされた信号、第２変換器３５０を制御するための第２制御信号、及び第２制御信号の位相がシフトされた信号のうちの少なくとも一つを用いて第１制御信号を生成する。コントローラ３３０は、上記の信号のうちの一つの信号のみを用いるか、又は複数の信号を組み合わせて第１制御信号を生成する。一実施形態によると、第２制御信号は、第２基準信号の周波数成分と同一の周波数成分を有する。
【００７４】
コントローラ３３０は、複数の信号のうち、測定モードに基づいていずれか一つの信号を選択し、選択された信号と増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成する。コントローラ３３０は、信号処理装置３１０の測定モードに基づいて第１制御信号を生成するために用いられる第１基準信号を選択する。
【００７５】
例えば、コントローラ３３０は、第１測定モードで測定信号の周波数成分を有する信号を第１基準信号として選択し、測定信号の周波数成分を有する信号と第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。第２測定モードで、コントローラ３３０は、時間に応じて固定された信号レベルを有する信号を第１基準信号として選択し、時間に応じて固定された信号レベルを有する信号と第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。時間に応じて固定された信号レベルを有する信号は、時間の流れに拘わらず常にＨｉｇｈ論理値を有する信号である。第１測定モード及び第２測定モードで、第１変換器３２０に入力された第１信号は、周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれるように変換される。第２測定モードで、第１信号は第１変換器３２０により周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅の範囲内で変換される。
【００７６】
第３測定モードで、第１変換器３２０は、第１信号を変換せずに、入力された第１信号をそのまま増幅器３４０に出力する。第１変換器３２０を制御するための第１制御信号は、論理的にＨｉｇｈ状態又はＬｏｗ状態の固定信号である。増幅器３４０により増幅された第１信号は、第２変換器３５０によりベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号に変換するために第２変換器３５０に供給される第２制御信号は、基本的に測定信号と同一の周波数成分を有する。第２制御信号の位相により、第２変換器３５０に入力される信号から実数成分又は虚数成分が抽出される。
【００７７】
第４測定モードで、信号処理装置３１０は、第３測定モードとは異なり、入力された第１信号を変換した後に増幅する。第１信号を増幅器３４０の低周波雑音帯域を回避して増幅させるために、第１変換器３２０は、第１信号を増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域に含まれ且つ低周波雑音帯域を回避する第２信号に変換する。第２信号は増幅器３４０により増幅され、増幅器３４０から増幅された第２信号の第３信号が出力される。増幅器３４０から出力された第３信号は、第２変換器３５０によってベースバンド信号に変換される。
【００７８】
本実施形態によると、図３Ａ及び図３Ｂに示す第１変換器３２０、コントローラ３３０、増幅器３４０、及び第２変換器３５０は、それぞれ図２に示す第１変換器２３０、コントローラ２２０、増幅器２４０、及び第２変換器２５０に対応する。従って、上記の第１変換器３２０、コントローラ３３０、増幅器３４０、及び第２変換器３５０に関して図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明しない内容は図２に記載した内容を参照する。
【００７９】
図４は、第１測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【００８０】
（ａ）は、生体インピーダンス情報を測定するための第１測定モードで、第１変換器３２０に入力される第１信号４３０の一例を示す。第１信号４３０の周波数成分ｆは、増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅４１０範囲の外に位置する。一般に、増幅器３４０は周波数帯域幅４１０に含まれる信号を増幅するため、第１信号４３０が増幅器３４０に入力される場合、増幅器３４０は第１信号４３０を正常に増幅できない。第１信号４３０が増幅器３４０で正常に増幅されるためには、第１信号４３０の周波数成分ｆが増幅器３４０の周波数帯域幅４１０のカットオフ周波数（ｃｕｔｏｆｆ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）より低くなければならない。
【００８１】
（ｂ）は、第１変換器３２０から出力された第２信号４４０の一例を示す。第１変換器３２０は、第１信号４３０の周波数成分を変換して周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅４１０に含まれる第２信号４４０を出力する。第１変換器３２０は、増幅器３４０の低周波雑音帯域４２０を考慮して、第１信号４３０を直ちにベースバンド信号に変換せずに、第１信号を増幅器３４０の周波数帯域幅４１０内に含まれ且つ低周波雑音帯域４２０よりも高い周波数成分を有する第２信号４４０に変換する。
【００８２】
（ｃ）は、第２変換器３５０に入力される第３信号４６０の一例を示す。増幅器３４０は、第２信号４４０を増幅して第３信号４６０を出力する。第１信号４３０を増幅器３４０の低周波雑音帯域４２０の外の周波数成分を有する第２信号４４０に変換して増幅することでノイズを減少する。領域４５０は、増幅器３４０によって増幅された増幅器３４０の低周波雑音を示す。
【００８３】
（ｄ）は、第２変換器３５０から出力された第４信号４７０の一例を示す。第２変換器３５０は、増幅器３４０から出力された第３信号４６０をベースバンドの周波数成分を有する第４信号４７０に変換する。ベースバンド信号に変換された第４信号４７０は、第１信号４３０の実数成分又は虚数成分を含む。領域４８０は、増幅器３４０の低周波雑音が増幅された後に周波数変換されたことを示す。
【００８４】
図４に示すように、信号処理装置３１０は、入力信号の周波数成分が増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅に含まれなくても、入力信号の周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる信号に変換した後、変換された信号を増幅して出力する。従って、信号処理装置３１０は、小さい周波数帯域幅を有する増幅器３４０の利用を可能にすることで増幅器の低電力化を図ることができる。
【００８５】
図５は、第２測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【００８６】
（ａ）は、生体電位情報を測定するための第２測定モードで、第１変換器３２０に入力される第１信号５３０の一例を示す。第１信号５３０の周波数成分は、増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅５１０に含まれ、増幅器３４０の低周波雑音帯域５２０にも含まれる。
【００８７】
（ｂ）は、第１変換器３２０から出力された第２信号５４０の一例を示す。第１変換器３２０は、第１信号５３０の周波数成分を変換して周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅４１０に含まれ且つ増幅器３４０の低周波雑音帯域５２０に含まれない第２信号５４０を出力する。第２信号５４０の周波数成分は、第１信号５３０の周波数成分及びベースバンドよりも高く、増幅器３４０の周波数帯域幅５１０に含まれる中間周波数帯域の信号である。
【００８８】
（ｃ）は、第２変換器３５０に入力される第３信号５６０の一例を示す。増幅器３４０は、第２信号５４０を増幅して第３信号５６０を出力する。第１信号５３０を増幅器３４０の低周波雑音帯域５２０の外の周波数成分を有する第２信号５４０に変換して増幅することでノイズを減少する。領域５５０は、増幅器３４０によって増幅された増幅器３４０の低周波雑音を示す。
【００８９】
（ｄ）は、第２変換器３５０から出力された第４信号５７０の一例を示す。第２変換器３５０は、増幅器３４０から出力された第３信号５６０をベースバンドの周波数成分を有する第４信号５７０に変換する。ベースバンド信号に変換された第４信号５７０は、第１信号５３０の実数成分又は虚数成分を含む。領域５８０は、増幅器３４０の低周波雑音が増幅された後に周波数変換されたことを示す。
【００９０】
図５に示すように、信号処理装置３１０は、入力信号の周波数成分が増幅器３４０の低周波雑音帯域５２０に含まれたとしても、入力信号を周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅５１０に含まれ且つ増幅器３４０の低周波雑音帯域５２０に含まれない信号に変換した後に変換された信号を増幅して出力する。
【００９１】
図６は、第３測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【００９２】
（ａ）は、生体インピーダンス情報を測定するための第３測定モードで、第１変換器３２０に入力される第１信号６３０の一例を示す。第１信号６３０の周波数成分は、増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅６１０に含まれ、増幅器３４０の低周波雑音帯域６２０にも含まれる。
【００９３】
（ｂ）は、第１変換器３２０から出力された第２信号６４０の一例を示す。第３測定モードで、第１変換器３２０は第１信号６３０を変換せずに、入力された第１信号６３０をそのまま第２信号６４０として増幅器３４０に出力する。
【００９４】
（ｃ）は、第２変換器３５０に入力される第３信号６６０の一例を示す。増幅器３４０は、第２信号６４０を増幅して第３信号６６０を出力する。領域６５０は、増幅器３４０によって増幅された増幅器３４０の低周波雑音を示す。
【００９５】
（ｄ）は、第２変換器３５０から出力された第４信号６７０の一例を示す。第２変換器３５０は、増幅器３４０から出力された第３信号６６０をベースバンドの周波数成分を有する第４信号６７０に変換する。ベースバンド信号に変換された第４信号６７０は、第１信号６３０の実数成分又は虚数成分を含む。領域６８０は、増幅器３４０の低周波雑音が増幅された後に周波数変換されたことを示す。
【００９６】
図７は、第４測定モードにおける信号処理過程を説明するための図である。
【００９７】
（ａ）は、生体インピーダンス情報を測定するための第４測定モードで、第１変換器３２０に入力される第１信号７３０の一例を示す。第１信号７３０の周波数成分は、増幅器３４０の増幅可能な周波数帯域幅７１０に含まれ、増幅器３４０の低周波雑音帯域７２０にも含まれる。
【００９８】
（ｂ）は、第１変換器３２０から出力された第２信号７４０の一例を示す。第１変換器３２０は、第１信号７３０の周波数成分を変換して周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅４１０に含まれ且つ増幅器３４０の低周波雑音帯域７２０に含まれない第２信号７４０を出力する。第２信号７４０の周波数成分は、第１信号７３０の周波数成分及びベースバンドよりも高く、増幅器３４０の周波数帯域幅７１０に含まれる中間周波数帯域の信号である。
【００９９】
（ｃ）は、第２変換器３５０に入力される第３信号７６０の一例を示す。増幅器３４０は、第２信号７４０を増幅して第３信号７６０を出力する。第１信号７３０を増幅器３４０の低周波雑音帯域７２０の外の周波数成分を有する第２信号７４０に変換して増幅することでノイズを減少する。領域７５０は、増幅器３４０によって増幅された増幅器３４０の低周波雑音を示す。
【０１００】
（ｄ）は、第２変換器３５０から出力された第４信号７７０の一例を示す。第２変換器３５０は、増幅器３４０から出力された第３信号７６０をベースバンドの周波数成分を有する第４信号７７０に変換する。ベースバンド信号に変換された第４信号７７０は、第１信号７３０の実数成分又は虚数成分を含む。領域７８０は、増幅器３４０の低周波雑音が増幅された後に周波数変換されたことを示す。
【０１０１】
図７に示すように、信号処理装置３１０は、入力信号を周波数成分が増幅器３４０の周波数帯域幅７１０に含まれ且つ増幅器３４０の低周波雑音帯域７２０に含まれない信号に変換した後に変換された信号を増幅して出力する。
【０１０２】
以下、図８〜図１１は、本発明の実施形態による信号処理装置が第１信号として生体信号を入力して処理する実施形態を説明する。しかし、本発明は、信号処理装置が生体信号を処理する実施形態に限定されるものではなく、信号処理装置は様々な種類の電気的信号を処理することができる。
【０１０３】
図８は、一実施形態による信号処理装置の回路構成を示す図である。信号処理装置は、第１変換器８３０、コントローラ８４０、増幅器８５０、及び第２変換器８６０を含む。測定信号生成器８１０は、信号処理装置に含まれるか又は信号処理装置の外部で動作する。
【０１０４】
測定信号生成器８１０は、特定の周波数成分を有する測定信号を生成する。例えば、測定信号生成器８１０は１ＭＨｚの周波数成分を有する交流電流信号を生成し、インタフェース部８２０のＩｐ端子及びＩｎ端子に伝達する。インタフェース部８２０の各Ｉｐ端子及びＩｎ端子に伝えられる交流電流信号は、互いに１８０度の位相差を有する。他の例として、測定信号生成器８１０は、特定の周波数成分を有する交流電圧信号を測定信号として生成する。
【０１０５】
インタフェース部８２０は、測定信号生成器８１０から伝えられた交流電流をＩｐ端子及びＩｎ端子を用いて測定対象に流す。インタフェース部８２０のＩｐ端子及びＩｎ端子を用いて測定対象に流入した交流電流は、インタフェース部８２０のＶｐ端子及びＶｎ端子の間で交流電圧を形成する。インタフェース部８２０のＶｐ端子及びＶｎ端子の間に形成された交流電圧は、測定信号生成器８１０から出力された交流電流信号と同一の周波数成分を有する。インタフェース部８２０は、交流電圧信号形態で測定された生体信号Ｖｐ及びＶｎを第１変換器８３０に伝達する。
【０１０６】
コントローラ８４０は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号ｆ＿ｃ及び増幅器８５０の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎに基づいて、合成周波数成分を有する第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを生成する。例えば、コントローラ８４０は、第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎをＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを生成する。コントローラ８４０は、第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを用いて第１変換器８３０を制御する。
【０１０７】
他の実施形態によると、信号処理装置は、複数の測定モードで動作し、コントローラ８４０は、信号処理装置の測定モードに基づいて第１制御信号を生成する。例えば、生体インピーダンス情報を測定するための第１測定モードで、コントローラ８４０は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号ｆ＿ｃ及び増幅器８５０の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎを合成して第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを生成する。
【０１０８】
生体電位情報を測定するための第２測定モードで、コントローラ８４０は、第１基準信号ｆ＿ｃの代わりに、基準電圧のように固定された信号レベルを有する第１基準信号及び第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎに基づいて第１制御信号を生成する。基準電圧は時間に関係なく常にＨｉｇｈ論理状態であるため、コントローラ８４０が第１基準信号の基準電圧及び第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算する場合、コントローラ８４０により生成された第１制御信号は、第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎと同一の周波数成分を有する。
【０１０９】
第１変換器８３０は、コントローラ８４０から受信した第１制御信号に基づいてインタフェース部８２０から伝えられた生体信号の周波数成分を変換する。第１変換器８３０は、第１制御信号によってスイッチング動作が制御されるチョッパーを含む。第１変換器８３０は、第１制御信号に基づいてチョッパー内のスイッチ間の接続関係を調整して、入力された生体信号の周波数成分を変換する。インタフェース部８２０から伝えられた生体信号は、第１変換器８３０のスイッチング動作により、周波数成分が増幅器８５０の周波数帯域幅に含まれる信号に変換される。
【０１１０】
インタフェース部８２０から伝えられた生体信号の周波数成分が増幅器８５０の周波数帯域幅の外にあったとしても、第１変換器８３０によって、生体信号は、周波数成分が増幅器８５０の周波数帯域幅に含まれるように変換される。第１変換器８３０は、周波数成分が変換された生体信号を増幅器８５０に伝達する。
【０１１１】
増幅器８５０は、第１変換器８３０から周波数成分が変換された生体信号を受信し、周波数成分が変換された生体信号を増幅する。増幅器８５０によって増幅された生体信号は、第２変換器８６０によりベースバンド信号に変換される。第２変換器８６０は、第２制御信号によってスイッチング動作が制御されるチョッパーを含む。第２変換器８６０は、第２制御信号に基づいてチョッパー内のスイッチ間の接続関係を調整して、入力された信号の周波数成分をベースバンド信号に変換する。
【０１１２】
第２制御信号ｆ＿ｃｈ＿ｏｕｔの周波数成分（又は、運用クロック）は、コントローラ８４０に入力される第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎと同一且つ同位相であるか、又は第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎと９０度の位相差を有する。第２制御信号ｆ＿ｃｈ＿ｏｕｔの周波数成分が第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎの周波数成分と同一且つ同位相の場合、第２変換器８６０の出力信号に生体信号の実数成分が含まれる。第２制御信号ｆ＿ｃｈ＿ｏｕｔの周波数成分が第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎの周波数成分と９０度の位相差を有する場合、第２変換器８６０の出力信号に生体信号の虚数成分（直交成分）が含まれる。
【０１１３】
例えば、生体信号が交流電圧の形態とすると、第１変換器８３０は、周波数成分が変換されたそれぞれの交流電圧Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎを増幅器８５０のそれぞれの２つの端子に出力する。増幅器８５０に入力された交流電圧Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎは増幅器８５０により増幅される。第２変換器８６０は、ベースバンド信号に変換された交流電圧Ｖ＿ＩＡ＿ｏｐ及びＶ＿ＩＡ＿ｏｎを出力する。増幅器８５０の低周波雑音帯域を避けるため、第１変換器８３０は、入力された生体信号を、ベースバンド信号に直接変換せずに、増幅器８５０の低周波雑音帯域よりも高いながらも増幅器８５０の周波数帯域幅に含まれる中間周波数帯域の信号に変換する。第２変換器８６０は、中間周波数帯域の信号に変換して増幅された生体信号をベースバンド信号に変換する。
【０１１４】
図９は、一実施形態によるコントローラの動作を説明するための図である。
【０１１５】
コントローラ９２０は、第１変換器９１０を制御するための第１制御信号を生成する。コントローラ９２０は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号ｆ＿ｃと増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎに基づいて、合成周波数成分を有する第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを生成する。コントローラ９２０は、第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎをＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを生成する。例えば、コントローラ９２０に入力される第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎの双方がＨｉｇｈ論理状態又はＬｏｗ論理状態である場合、ＸＮＯＲ論理演算により生成された第１制御信号ｆ＿ｓｙｎはＨｉｇｈ論理状態を有する。コントローラ９２０に入力される第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎの論理状態が互いに異なる場合、ＸＮＯＲ論理演算により生成された第１制御信号ｆ＿ｓｙｎはＬｏｗ論理状態を有する。第１変換器９１０は、コントローラ９２０から出力された第１制御信号ｆ＿ｓｙｎに基づいて、入力信号の第１信号Ｖｐ及びＶｎの周波数成分を変換し、変換された信号Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎを第２信号として出力する。
【０１１６】
図１０は、一実施形態による第１変換器及び第２変換器の動作を説明するための図である。
【０１１７】
第１変換器又は第２変換器である変換器１０１０は、制御信号によりスイッチング動作が制御されるチョッパーで構成される。変換器１０１０は、アナログスイッチ１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、及び反転信号生成器１０２０を含む。反転信号生成器１０２０は、制御信号ｆ＿ｃｔｒｌを受信し、制御信号ｆ＿ｃｔｒｌに基づいて論理状態が互いに重ならない反転信号（ｎｏｎ−ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ  ｉｎｖｅｒｔｉｎｇ  ｓｉｇｎａｌ）ｆ＿ｃｔｒｌ＿ｂを生成する。反転信号生成器１０２０は、入力信号の反転信号を生成して出力し、入力信号と出力信号の間に時間的にＨＩＧＨ論理状態が重ならないように出力信号を生成する。アナログスイッチ１０３０、１０６０は、変換器１０１０に入力された制御信号ｆ＿ｃｔｒｌにより制御され、アナログスイッチ１０４０、１０５０は、反転信号生成器１０２０の出力信号のｆ＿ｃｔｒｌ＿ｂにより制御される。
【０１１８】
図１１は、他の実施形態による信号処理装置の回路構成を示す図である。図１１に示す測定信号生成器１１１０、インタフェース部１１２０、増幅器１１５０、及び第２変換器１１６０は、それぞれ図８に示す測定信号生成器８１０、インタフェース部８２０、増幅器８５０、及び第２変換器８６０に対応するため、当該構成に対する詳しい説明は省略する。
【０１１９】
図８に示す第１変換器８３０は、機能的に図１１における第１サブ変換器１１３０及び第２サブ変換器１１４０に対応する。本実施形態によると、図８に示す第１変換器８３０は、第１サブ変換器１１３０及び第１サブ変換器１１３０に接続された第２サブ変換器１１４０で構成される。第１サブ変換器１１３０及び第２サブ変換器１１４０は、制御信号によりスイッチング動作が制御されるチョッパーを含む。
【０１２０】
第１サブ変換器１１３０は、測定信号生成器１１１０により生成された測定信号の周波数成分を有する第１基準信号ｆ＿ｃに基づいて、インタフェース部１１２０から伝えられた生体信号をベースバンド信号に変換する。第１サブ変換器１１３０によりベースバンド信号に変換された生体信号は、第２サブ変換器１１４０に伝えられる。第２サブ変換器１１４０は、増幅器１１５０の周波数帯域幅に含まれる所定の第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎに基づいて、ベースバンド信号に変換された生体信号を周波数成分が増幅器１１５０の周波数帯域幅に含まれる信号に変換する。図８では、コントローラ８４０で合成された第１制御信号と第１変換器８３０を用いて、生体信号の周波数成分が増幅器８５０の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換される。一方、図１１では、第１制御信号を用いることなく、第１サブ変換器１１３０及び第２サブ変換器１１４０を用いた２つのステップの順次的な周波数成分変換過程を経て、生体信号の周波数成分が増幅器１１５０の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換される。
【０１２１】
一般的に、チョッパーを用いた入力信号の周波数変換は、図１１に示す第１サブ変換器１１３０及び第２サブ変換器１１４０のようにデューティ比が一定の制御信号を用いて行われる。これとは異なり、図８で第１変換器８３０により行われる周波数変換は、デューティ比が異なる信号要素が繰り返し存在する制御信号を用いて行われる。
【０１２２】
図１２Ａ及び図１２Ｂは、第１測定モードで入力又は出力される信号の一例を示す図である。
【０１２３】
図１２Ａを参照すると、（ａ）はコントローラ３３０に入力される第１基準信号ｆ＿ｃとして、測定信号の周波数成分を有する。（ｂ）はコントローラ３３０に入力される第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎとして、増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する。
【０１２４】
（ｃ）は、コントローラ３３０が第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎに基づいて生成した第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを示す。本実施形態によると、コントローラ３３０は、第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎをＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号ｆ＿ｓｙｎを合成する。例えば、第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎの双方が同一時間にＨｉｇｈ論理状態であれば、第１制御信号ｆ＿ｓｙｎはＨｉｇｈ論理値を有する。第１基準信号ｆ＿ｃと第２基準信号ｆ＿ｃｈ＿ｉｎが同一時間に互いに論理状態が異なる場合、第１制御信号ｆ＿ｓｙｎはＬｏｗ論理値を有する。
【０１２５】
図１２Ｂを参照すると、（ｄ）は、第１変換器３２０に入力される第１信号Ｖｐ１２１０及びＶｎ１２２０を示す。第１信号Ｖｐ１２１０及びＶｎ１２２０は、互いに位相が１８０度の差異を有する。例えば、第１信号Ｖｐ１２１０及びＶｎ１２２０は生体電極を用いて測定された生体信号であり、交流電圧の形態を有する。
【０１２６】
（ｅ）は、第１変換器３２０から出力される第２信号Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ１２４０及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎ１２３０を示す。第２信号Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ１２４０及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎ１２３０は、互いに位相が１８０度の差異を有する。第１変換器３２０によって第１信号Ｖｐ１２１０及びＶｎ１２２０は、より低周波帯域の信号である第２信号Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ１２４０及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎ１２３０に変換される。第１変換器３２０は、高周波帯域の信号の第１信号Ｖｐ１２１０及びＶｎ１２２０を増幅器３４０の周波数帯域幅に含まれる周波数成分を有する第２信号Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ１２４０及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎ１２３０に変換する。第１変換器３２０は、図１２Ａの（ｃ）に示す第１制御信号ｆ＿ｓｙｎに基づいて、図１２Ｂの（ｄ）に示す第１信号Ｖｐ１２１０及びＶｎ１２２０の周波数成分を変換し、これにより（ｅ）に示すように、低周波帯域の信号に変換された第２信号Ｖ＿ＩＡ＿ｉｐ１２４０及びＶ＿ＩＡ＿ｉｎ１２３０を生成する。
【０１２７】
図１３は、一実施形態による第１制御信号又は第２制御信号の波形を説明するための図である。
【０１２８】
第１測定モードで、コントローラ２２０は、第１基準信号及び第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成する。第１制御信号は、信号の大きさが上限閾値（ｕｐｐｅｒ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｖａｌｕｅ）１３１０よりも大きく時間区間が第１時間幅１３３０及び第２時間幅１３４０を有し、信号の大きさが下限閾値（ｌｏｗｅｒ  ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｖａｌｕｅ）１３２０よりも小さく時間区間が第３時間幅１３５０及び第４時間幅１３６０を有する。第１時間幅１３３０は第４時間幅１３６０と同一であり、第２時間幅１３４０は第３時間幅１３５０と同一である。
【０１２９】
第４測定モードで、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号及び第１制御信号に基づいて第２制御信号を生成する。例えば、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号と第１制御信号をＸＮＯＲ論理演算するか、又は測定信号生成器２１０を制御する制御信号の位相をシフトした信号と第１制御信号をＸＮＯＲ論理演算して第２制御信号を生成する。第４測定モードで、コントローラ２２０により生成された第２制御信号も、図１３に示すような信号波形を示す。第２制御信号は、信号の大きさが上限閾値１３１０よりも大きく時間区間が第１時間幅１３３０及び第２時間幅１３４０を有し、信号の大きさが下限閾値１３２０よりも小さく時間区間が第３時間幅１３５０及び第４時間幅１３６０を有する。第１時間幅１３３０は第４時間幅１３６０と同一であり、第２時間幅１３４０は第３時間幅１３５０と同一である。
【０１３０】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４測定モードで入力又は出力される信号の一例を示す図である。
【０１３１】
図１４Ａを参照すると、（ａ）は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号を示す。（ｂ）は、第１変換器２３０に入力される生体信号１４１０、１４２０を示す。第１変換器２３０に入力される生体信号１４１０、１４２０は、互いに位相が１８０度の差異を有する。（ｃ）は、第１変換器２３０を制御する第１制御信号を示す。第１変換器２３０は、第１制御信号に基づいて生体信号を増幅器２４０の増幅可能な周波数帯域に含まれ且つ低周波雑音帯域を回避する信号に変換する。
【０１３２】
図１４Ｂを参照すると、（ｄ）は、第２変換器２５０を制御する第２制御信号を示す。第２制御信号は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号及び第１制御信号に基づいて生成される。一実施形態として、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号と第１制御信号をＸＮＯＲ論理演算して第２制御信号を生成する。他の実施形態として、コントローラ２２０は、測定信号生成器２１０を制御する制御信号の位相をシフトした信号と第１制御信号をＸＮＯＲ論理演算して第２制御信号を生成する。第２制御信号は、信号の大きさが上限閾値よりも大きく時間区間が第１時間幅又は第２時間幅を有し、信号の大きさが下限閾値よりも小さく時間区間が第３時間幅又は第４時間幅を有する。（ｅ）は、第２変換器２５０の出力信号１４３０、１４４０を示す。
【０１３３】
図１５は、一実施形態による信号処理方法の動作を示すフローチャートである。
【０１３４】
ステップＳ１５１０において、信号処理装置は、測定信号の周波数成分を有する第１基準信号及び増幅器の周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する第２基準信号に基づいて第１制御信号を生成する。例えば、信号処理装置は、第１基準信号及び第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算することで第１制御信号を生成する。
【０１３５】
ステップＳ１５２０において、信号処理装置は、ステップＳ１５１０で生成された第１制御信号に基づいて第１信号を第２信号に変換する。信号処理装置は、周波数成分が増幅器の周波数帯域幅の外に位置する第１信号を周波数成分が増幅器の周波数帯域幅に含まれる第２信号に変換する。信号処理装置は、第１信号を増幅器の周波数帯域幅に含まれ且つ低周波雑音帯域領域よりも高い周波数成分を有する第２信号に変換する。信号処理装置は、第１制御信号を用いて第１信号が入力されるチョッパーを制御することで第１信号の周波数成分を変換する。
【０１３６】
ステップＳ１５３０において、信号処理装置は、増幅器を用いて第２信号を増幅して第３信号を出力する。信号処理装置は、増幅器に入力された第２信号を増幅器の利得に基づいて増幅して第３信号を生成する。
【０１３７】
ステップＳ１５４０において、信号処理装置は、第３信号をベースバンドの第４信号に変換する。信号処理装置は、第２変換器を制御する第２制御信号を生成し、第２制御信号に基づいて第３信号を第４信号に変換する。信号処理装置は、第２基準信号に基づいて決定された第２制御信号を用いて第３信号の周波数成分を変換する。信号処理装置は、第２制御信号を用いて第３信号が入力されるチョッパーを制御することで第３信号を変換し、ベースバンドの周波数成分を有する第４信号を生成する。
【０１３８】
第２制御信号は、第２基準信号と同一の周波数成分を有する信号であるか、又は第２基準信号と９０度の位相差を有する信号である。第２制御信号の周波数成分が第２基準信号の周波数成分と同一である場合、第４信号は実数成分を含む。第２制御信号が第２基準信号と９０度の位相差を有する信号である場合、第４信号は虚数成分（直交成分）を含む。
【０１３９】
図１６は、他の実施形態による信号処理方法の動作を示すフローチャートである。
【０１４０】
ステップＳ１６１０において、信号処理装置は、測定モードに基づいて複数の第１基準信号のうちのいずれか一つの第１基準信号を選択する。例えば、信号処理装置は、生体インピーダンス情報を測定するための第１測定モードで測定信号の周波数成分を有する信号を第１基準信号として選択し、生体電位情報を測定するための第２測定モードで時間に応じて固定された信号レベルを有する信号を第１基準信号として選択する。
【０１４１】
ステップＳ１６２０において、信号処理装置は、選択された第１基準信号及び第２基準信号を用いて第１制御信号を生成する。例えば、信号処理装置は、第１基準信号及び第２基準信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。第１測定モードでは、測定信号の周波数成分を有する信号と周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。第２測定モードでは、時間に応じて固定された信号レベルを有する信号と周波数帯域幅に含まれる所定の周波数成分を有する信号をＸＮＯＲ論理演算して第１制御信号を生成する。
【０１４２】
ステップＳ１６３０において、信号処理装置は、第１制御信号を用いて入力信号の第１信号を第２信号に変換する。信号処理装置は、第１制御信号を用いて制御されるチョッパーを用いて第１信号の周波数成分を変換して第２信号を生成する。
【０１４３】
ステップＳ１６４０において、信号処理装置は、増幅器を用いて第２信号を増幅して第３信号を出力する。信号処理装置は、増幅器に入力された第２信号を増幅器の利得に基づいて増幅して第３信号を出力する。
【０１４４】
ステップＳ１６５０において、信号処理装置は、第３信号をベースバンドの第４信号に変換する。信号処理装置は、第２変換器を制御する第２制御信号を生成し、第２制御信号に基づいて第３信号を第４信号に変換する。信号処理装置は、第２制御信号を用いて制御されるチョッパーを用いて第３信号の周波数成分を変換してベースバンドの周波数成分を有する第４信号を生成する。
【０１４５】
第２制御信号は、第２基準信号と同一の周波数成分を有する信号であるか、又は第２基準信号と９０度の位相差を有する信号である。第２制御信号の周波数成分が第２基準信号の周波数成分と同一である場合、第４信号は実数成分を含む。第２制御信号が第２基準信号と９０度の位相差を有する信号である場合、第４信号は虚数成分を含む。
【０１４６】
図１７は、一実施形態による生体信号処理方法の動作を示すフローチャートである。
【０１４７】
ステップＳ１７１０において、生体信号処理装置は、増幅器の周波数帯域幅に含まれない測定対象から測定された生体信号の周波数成分を増幅器の周波数帯域幅に含まれる周波数成分に変換する。例えば、生体電極から測定された生体信号の周波数成分が増幅器の周波数帯域幅を超える場合、生体信号処理装置は、生体信号を増幅器の周波数帯域幅に含まれ且つ増幅器の低周波雑音帯域よりも高い周波数成分を有する信号に変換する。
【０１４８】
変換された生体信号の周波数成分は、測定対象から測定された生体信号の周波数成分よりも低いか又は高い。また、変換された生体信号の周波数成分は、ベースバンド信号の周波数成分よりも高い。
【０１４９】
ステップＳ１７２０において、生体信号処理装置は、周波数成分が変換された生体信号を増幅する。生体信号は、ステップＳ１７１０で周波数成分が増幅器の増幅可能な帯域幅に含まれる信号に変換されるため、生体信号処理装置の増幅器は、周波数成分が変換された生体信号を正常に増幅することができる。
【０１５０】
ステップＳ１７３０において、生体信号処理装置は、増幅された生体信号をベースバンド信号に変換する。例えば、生体信号処理装置は、制御信号を用いて制御されるチョッパーを用いて、増幅された生体信号をベースバンドの周波数成分を有する信号に変換する。制御信号により、増幅された生体信号から実数成分が変換されるか、又は虚数成分が変換される。
【０１５１】
以上で説明した実施形態は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行するプログラム命令の形態で具現され、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録される。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうちの一つ又はその組合せを含む。記録媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行される高級言語コードが含まれる。ハードウェア装置は、本発明の動作を行うために一つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよく、その逆も同様である。
【０１５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１５３】
１１０、２００    生体信号処理装置
１２０    ユーザの体
１３０    モバイルデバイス
３１０    信号処理装置
２１０、８１０、１１１０    測定信号生成器
２２０、３３０、８４０、９２０    コントローラ
２３０、３２０、８３０、９１０    第１変換器
２４０、３４０、８５０、１１５０    増幅器
２５０、３５０、８６０、１１６０    第２変換器
２６０、８２０、１１２０    インタフェース部
３２２、１１３０    第１サブ変換器
３２４、１１４０    第２サブ変換器
４１０、５１０、６１０、７１０    増幅可能な周波数帯域幅
４２０、５２０、６２０、７２０    低周波雑音帯域
４３０、５３０、６３０、７３０、１２１０、１２２０    第１信号
４４０、５４０、６４０、７４０、１２３０、１２４０    第２信号
４５０、５５０、６５０、７５０    増幅された低周波雑音の領域
４６０、５６０、６６０、７６０    第３信号
４７０、５７０、６７０、７７０    第４信号
４８０、５８０、６８０、７８０    増幅されて周波数変換された低周波雑音の領域
１０１０    変換器
１０２０    反転信号生成器
１０３０、１０４０、１０５０、１０６０    アナログスイッチ
１３１０    上限閾値
１３２０    下限閾値
１３３０    第１時間幅
１３４０    第２時間幅
１３５０    第３時間幅
１３６０    第４時間幅
１４１０、１４２０    生体信号
１４３０、１４４０    出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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