DGIST 이정협 교수팀, 웨어러블용 ‘초저전력·고해상도 생체신호 ADC’ 개발

DGIST(총장 이건우) 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수팀은 웨어러블 환경에 최적화된 ‘초저전력·고해상도 아날로그-디지털 변환기(ADC)’ 기술을 개발하고, 이를 실제 반도체 칩으로 구현해 동작 검증을 마쳤다고 밝혔다. 

이번 연구 결과는 반도체 분야 세계 최고 권위 학회인 ‘국제고체회로설계학회(ISSCC)’에서 발표되며 세계적 수준의 기술력을 인정받았다.

스마트워치 등 웨어러블 기기는 사용자의 움직임에 따라 피부와 전극 사이의 접촉 상태가 변하며 발생하는 ‘움직임 유발 간섭’이 신호 왜곡의 주된 원인으로 꼽힌다. 이를 해결하려면 잡음이 적으면서도 넓은 입력 범위를 수용해야 하며 극도로 낮은 전력 소모가 필수적이지만, 이러한 조건들은 회로 설계상 동시에 만족시키기 매우 어려운 과제였다.

이정협 교수팀은 샘플링 과정에서 발생하는 열잡음을 고주파 영역으로 밀어내어 제거하는 ‘노이즈-쉐이핑 SAR ADC’ 구조를 새롭게 제안해 이 난제를 풀었다. 별도의 복잡한 보정 기술 없이도 외부 환경 변화에 흔들리지 않는 세계 최고 수준의 저잡음 성능을 달성한 것이 핵심이다.

이번 성과는 저잡음, 넓은 입력 범위, 초저전력 특성을 단일 반도체 칩 안에서 모두 구현할 수 있는 설계법을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 주변 간섭이 심한 환경에서도 신호 왜곡을 최소화할 수 있어 장시간 건강 모니터링 및 고정밀 의료기기 분야에 폭넓게 활용될 전망이다.

DGIST 이정협 교수는 “웨어러블 환경에서 발생하는 큰 움직임 속에서도 생체신호 측정을 위한 핵심 요구사항을 동시에 만족할 수 있는 혁신적인 구조를 제시했다”고 밝혔다. 제1저자인 김근하 박사후연수연구원은 “차세대 웨어러블 및 의료기기 기술 고도화에 기여할 것으로 기대한다”고 덧붙였다.

한편 이정협 교수팀은 최근 5년간 ISSCC 바이오메디컬 세션에 주저자 기준 총 5편의 논문을 발표하며, 해당 분야에서 세계 최다 논문 발표 연구 그룹으로 독보적인 위상을 굳히고 있다.