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A+ 연세대학교 기초아날로그실험 12주차 결과레포트

"A+ 연세대학교 기초아날로그실험 12주차 결과레포트"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.07.03 최종저작일 2023.06
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A+ 연세대학교 기초아날로그실험 12주차 결과레포트
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    소개

    "A+ 연세대학교 기초아날로그실험 12주차 결과레포트"에 대한 내용입니다.

    목차

    [실험 1] 3 Op-amp IA

    [실험 2] Notch Filter

    [실험 3] Low Pass Filter

    [실험 4] High Pass Filter

    [실험 5] 전체 Filter

    [실험 6] ECG readout circuit

    [실험 7] ECG 측정
    7.1 ECG
    7.2 Notch filter 제거
    7.3 HPF 제거
    7.4 LPF 제거
    8. 토의
    8.1 3 Op-amp IA 회로의 위치
    8.2 측정한 ECG 분석
    8.3 ECG 측정 개선 방안

    참고문헌

    본문내용

    실험5에서 구성하였던 3가지 filter의 제일 앞 단에 실험1에서 구현한 3 Op-amp IA 회로를 직렬로 연결하였다. 이때 3 Op-amp IA 회로는 반드시 첫 단에 연결하여야 한다. 그 이유에 대해서는 토의 단계에서 자세히 살펴보도록 하자. 한편 3 Op-amp IA 회로는 실험1에서 살펴보았던 것과 같이 입력된 신호를 100배 증폭해주는 역할을 한다. 따라서 그림20과 같은 회로는 실험5의 회로와 각 주파수 대역에 따른 동작 자체는 동일하지만 gain이 증폭된 형태를 띌 것으로 예측된다.
    앞 실험들과 마찬가지로 Bode analyzer를 사용하여 회로의 주파수 응답 특성을 살펴보았다. 다만 3 Op-amp IA 회로에 의해 신호가 증폭되므로 입력되는 신호의 크기를 줄이고 0.02V의 peak amplitude를 가지는 신호를 입력하였다. 1Hz부터 900Hz까지 회로의 주파수 응답을 살펴본 결과는 다음과 같다.

    그림21의 결과를 앞선 실험5의 결과와 비교해보면 거의 유사한 형태의 bode plot을 갖는 것을 확인할 수 있다.

    참고자료

    · 2023-1_11,12주차 강의자료 “Design ECG redout circuit”
    · 복어선생, “[책 리뷰] “의료인을 위한 ECG” – 표준 12유도 심전도②”, 네이버 블로그

  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. 3 Op-amp IA 회로
      3 Op-amp IA 회로는 차동 증폭기와 차동 입력 증폭기를 결합한 회로로, 높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스, 높은 공통 모드 제거비(CMRR)와 같은 장점을 가지고 있습니다. 이 회로는 생체 신호 측정, 센서 신호 증폭, 계측기 설계 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히 생체 신호 측정 시 발생할 수 있는 노이즈 제거에 효과적이며, 정밀한 신호 증폭이 필요한 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이 회로의 설계 시 입력 오프셋 전압, 이득 정밀도, 공통 모드 제거비 등의 특성을 고려해야 하며, 실제 구현 시 각 Op-amp의 특성과 상호 작용을 면밀히 분석해야 합니다.
    • 2. Notch Filter
      Notch Filter는 특정 주파수 대역을 제거하는 필터로, 전력선 노이즈 제거, 진동 분석, 음향 신호 처리 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 이 필터는 매우 좁은 대역폭을 가지고 있어 원하지 않는 주파수 성분만을 효과적으로 제거할 수 있습니다. 설계 시 중심 주파수와 Q 값을 적절히 선택하여 필터 특성을 최적화해야 합니다. 또한 능동 필터와 수동 필터 구현 방식에 따라 회로 복잡도, 전력 소모, 성능 등이 달라지므로 응용 분야에 맞는 적절한 구현 방식을 선택해야 합니다. Notch Filter는 다양한 신호 처리 분야에서 중요한 역할을 하며, 향후 더욱 발전된 설계 기술과 응용 분야가 나타날 것으로 기대됩니다.
    • 3. Low Pass Filter
      Low Pass Filter는 저주파 신호를 통과시키고 고주파 신호를 차단하는 필터로, 아날로그 신호 처리, 디지털 신호 처리, 전력 전자 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 이 필터는 신호의 고주파 성분을 제거하여 원하는 대역의 신호를 추출하거나 노이즈를 제거하는 데 사용됩니다. 설계 시 차단 주파수, 감쇠 특성, 위상 특성 등을 고려해야 하며, 능동 필터와 수동 필터 구현 방식에 따라 회로 복잡도, 전력 소모, 성능 등이 달라집니다. 최근에는 디지털 신호 처리 기술의 발전으로 고성능 Low Pass Filter 구현이 가능해졌으며, 이를 통해 더욱 정밀한 신호 처리가 가능해졌습니다. 향후 Low Pass Filter는 다양한 응용 분야에서 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
    • 4. High Pass Filter
      High Pass Filter는 고주파 신호를 통과시키고 저주파 신호를 차단하는 필터로, 오디오 신호 처리, 생체 신호 측정, 통신 시스템 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 이 필터는 DC 성분이나 저주파 노이즈를 제거하여 원하는 주파수 대역의 신호를 추출하는 데 사용됩니다. 설계 시 차단 주파수, 감쇠 특성, 위상 특성 등을 고려해야 하며, 능동 필터와 수동 필터 구현 방식에 따라 회로 복잡도, 전력 소모, 성능 등이 달라집니다. 최근에는 디지털 신호 처리 기술의 발전으로 고성능 High Pass Filter 구현이 가능해졌으며, 이를 통해 더욱 정밀한 신호 처리가 가능해졌습니다. 향후 High Pass Filter는 다양한 응용 분야에서 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
    • 5. ECG Readout Circuit
      ECG Readout Circuit은 심전도 신호를 측정하고 증폭하는 회로로, 의료 진단, 건강 모니터링, 스포츠 생리학 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 이 회로는 미세한 심전도 신호를 정확하게 측정하고 증폭하기 위해 고입력 임피던스, 높은 공통 모드 제거비, 낮은 노이즈 등의 특성이 요구됩니다. 설계 시 전극 인터페이스, 차동 증폭기, 필터링, 디지털화 등의 단계를 고려해야 하며, 각 단계의 최적화를 통해 정확하고 안정적인 ECG 신호 측정이 가능합니다. 최근에는 CMOS 집적 회로 기술의 발전으로 소형화, 저전력화, 고성능화된 ECG Readout Circuit 구현이 가능해졌으며, 이를 통해 다양한 응용 분야에서 활용도가 높아지고 있습니다.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      ECG 신호 측정을 위한 다양한 필터 회로를 구현하고 실험을 통해 그 성능을 검증하였으며, 측정 결과를 토대로 회로 개선 방향을 제시하고 있습니다.

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