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

• 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

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 までに, time-split multiplexing た た accuracy resonance phenomenon に basis づく circuit <s:1> design · try to make を line った. Try to construct the た accuracy resonance circuit た, any <s:1> ディジタ ディジタ を circuit を to form possible なLSIであるFPGA (Field programable gate array) を with て て こ の に group み 込 ま れ た デ ー タ communication に use さ れ る an LVDS (Low voltage differential signaling) with の element child と カ ウ ン タ loops に よ り constitute し た. An LVDS used plain child を comparator と し て use し, determination of polices like の と external か ら Inca し た ノ イ ズ を し, signal と ノ イ ズ の comparison results を integral (output results 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 に ル signal variations in す る. Attempt で は, living body signals etc. の low-frequency several の を like と seaborne し て, サ ン プ リ ン グ cycle for が degree of 1 kHz と な る loop を constitute し た. Try to make the <s:1> evaluation of the た circuit 価を, and use the を て line った for the shock absorber を. Electrical signal と し て sine wave 圧 と, ホ ワ イ ト ノ イ ズ を 発 oscillator よ り Inca し, attempt し た loop で と た waveforms, the ideal な sine wave と の phase masato を と decision coefficient to calculate し た. Signal amplitude が の 1 mVrms の occasions で も, phase masato と decision coefficient は above 0.9 high の い phase masato の あ る waveform を must る こ と を confirm し た. ま た, body signal measuring へ の 応 with と し て, attempt し た outside loop に pay け の raised loop を pay plus し, surface myogenic potential を measuring し た. USB オ シ ロ ス コ ー プ で も simultaneously measuring を い, attempt し た loop で must た waveform と オ シ ロ ス コ ー プ で have た waveform と の phase masato を と decision coefficient to calculate し た. As a result of そ そ, the <s:1> correlation coefficient above 0.9 and the び determination coefficient <s:1> waveform を, try to construct the <s:1> た circuit で to obtain られる られる とを とを to confirm た た. The results of the <s:1> れら れら are よ よ. The possibility of measuring the signals of the <s:1> た circuit in the <s:1> body is が and 応. Youdaoplaceholder5 indicates された. The next は さ ら な る line improvement の を う と に, applicable limits を Ming ら か に す る こ と や, Δ Σ - adjustable technology を can す る こ と で improve が あ る か etc. の う beg を 検 line.

项目成果

FPGAにおける差動信号入力を用いた確率共鳴回路の設計と試作

FPGA中采用差分信号输入的随机谐振电路的设计与原型

• 发表时间: 2022
• 作者: 濱野桃子;江口凌平;岩田通夫;中村透;沖真弥;山西芳裕;塚原彰彦，趙崇貴，田中慶太，本間章彦，内川義則
• 通讯作者: 塚原彰彦，趙崇貴，田中慶太，本間章彦，内川義則