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A study on time division multiplexing of stochastic resonance phenomena and its application to biological signal detection

随机共振现象时分复用研究及其在生物信号检测中的应用

基本信息

批准号：
22K18176
负责人：
塚原彰彦
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Denki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18176/
关键词：
確率共鳴現象 FPGA LVDS 表面筋電位生体信号 AD変換器アナログフロントエンド

项目摘要

現在までに，時分割多重化した確率共鳴現象に基づく回路の設計・試作を行った．試作した確率共鳴回路は，任意のディジタル回路を構成可能なLSIであるFPGA（Field programable gate array）を用いて，この中に組み込まれたデータ通信に使用されるLVDS（Low voltage differential signaling）用の素子とカウンタ回路等により構成した．LVDS用素子を比較器として使用し，測定対象の信号と外部から印加したノイズを比較し，信号とノイズの比較結果を積分（出力結果の1ビットを高速にカウント）することで，アナログ信号をディジタル信号に変換する．試作では，生体信号等の低周波数の信号を対象として，サンプリング周波数が1 kHz程度となる回路を構成した．試作した回路の評価を，発振器を用いて行った．信号として正弦波電圧と，ホワイトノイズを発振器より印加し，試作した回路で得た波形と，理想的な正弦波との相関係数と決定係数を計算した．信号の振幅が1 mVrmsの場合でも，相関係数と決定係数は0.9以上の高い相関のある波形を得ることを確認した．また，生体信号計測への応用として，試作した回路に外付けの増幅回路を付加し，表面筋電位を計測した．USBオシロスコープでも同時計測を行い，試作した回路で得た波形とオシロスコープで得た波形との相関係数と決定係数を計算した．その結果，0.9以上の相関係数及び決定係数の波形を，試作した回路で得られることを確認した．これらの結果より，試作した回路の生体信号計測への応用の可能性が示唆された．今後は，さらなる性能の改善を行うと共に，適用限界を明らかにすることや，ΔΣ変調技術を適用することで改善があるか等の検討を行う．

Now, the time-divided multiplexing of the accurate resonance phenomenon is based on the design and trial production of the circuit. It is possible to create a high-precision resonance circuit on a trial basis, and any circuit can be constructed using an LSI FPGA (Field programable gate). Array) is used for communication, and the communication system is composed of LVDS (Low voltage differential signaling) and the main sub-circuit circuit. The LVDS element comparator is used to measure the target signal and the external signal comparison, and the signal ratio is Compare the result をintegral (output result の1ビットをHigh-speed にカウント) することで, アナログsignal をディジタルsignal に変change する. Experimental production of low-frequency signals such as biological signals, etc., and circuit configurations with low-frequency signals of about 1 kHz. The evaluation of the trial circuit is made, and the vibrator is used. The signal is a sine wave electric voltage, the oscillator is a oscillator, a trial circuit is obtained, the waveform is obtained, and the ideal sine wave correlation coefficient and coefficient of determination are calculated. When the amplitude of the signal is 1 mVrms, the correlation coefficient and the coefficient of determination are higher than 0.9 and the correlation waveform is confirmed.また, the biological signal measurement is done with として, the trial circuit is made and the external circuit is extended, and the surface rib potential is measured. USB オシロスコープでも Simultaneous measurement of を rows, trial production of した loop and た waveform とオシロスコープで got た waveform との correlation coefficient と determination coefficient を calculation した. As a result, the correlation coefficient and the coefficient of determination of more than 0.9 are waveforms, and the circuit is tested and confirmed. The result of the experiment is the same as the biological signal measurement of the experimental circuit and the possibility of using it. In the future, we will improve the performance of the system and use it together, and the application limits will be clear and clear.ことや, ΔΣ変adjusting technology is applicable to することでimproving があるかetc.の検椒行う．