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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, time division multiplexing and frequency resonance phenomenon are the basic loop design and trial operation. Try to make sure that the resonant loop is arbitrary and that the loop is composed of LSI and FPGA (Field programmable gate array) Use LVDS in communication (Low voltage differential signaling) using a pixel to form a loop, etc. LVDS using a pixel comparator to measure the signal of the image and an external signal to compare the signal and the comparison result to integrate the signal.(Output results 1) High speed signal Try to make up the loop of the signal with low frequency such as biological signal. Try to evaluate the circuit. A sine wave voltage is calculated. When the amplitude of the signal is less than 1 mVrms, the correlation coefficient and the determination coefficient are higher than 0.9. The measurement of the biological signal is performed in the loop and the amplitude is increased. The correlation coefficient and the waveform of the determination coefficient above 0.9 are confirmed by the test loop. The results of this study indicate the possibility of using biological signal measurement in the loop. In the future, the improvement of performance will be carried out in a comprehensive way, and the application of the limit will be discussed.