심한 움직임에도 심전도 정확히 측정…‘초저전력 반도체 칩’ 구현

DGIST, ADC 구조 기반 ‘반도체 칩’ 개발 불규칙한 외부 신호 간섭 없애 생체신호 측정 장시간 건강 모니터링, 고정밀 의료기기 등에 활용 심하게 움직이는 상황에서 심전도나 뇌파 등 생체신호를 정확하게 측정할 수 있는 초소형 반도체 칩이 개발됐다. 대구경북과학기술원(DGIST)은 이정협 전기전자컴퓨터공학과 교수팀이 웨어러블 환경에서 생체신호를 안정적으로 측정하는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 구조 기반의 초저전력 반도체 칩을 개발하고 동작 검증까지 성공적으로 마쳤다고 16일 밝혔다. 스마트워치 등 웨어러블 기기를 통한 생체신호 측정은 신호 자체가 매우 미세해 잡음을 최소화해야 한다. 특히 사용자가 움직일 때 피부와 전극 접촉 상태가 변하면서 신호를 크게 왜곡시킨다. 이 문제를 해결하기 위해 측정 회로는 잡음이 적으면서 넓은 입력 범위를 수용함과 동시에 전력 소모도 적어야 한다. 하지만 회로 설계에 이런 조건들을 동시에 만족시키기 매우 어렵다. 연구팀은 온도 등 외부 요인에 의해 발생하는 불규칙한 신호 간섭을 고주파 영역으로 밀어내 제거하는 저잡음 ADC 구조를 제안했다. 이런 독자적인 구조를 통해 복잡한 보정 기술이나 큰 커패시터(전하 축전장치) 없이 공정, 전압, 온도 변화에 흔들리지 않는 저잡음 성능을 달성했다. 웨어러블 기기에서 필수적으로 요구되는 저잡음·넓은 입력 범위·초저전력 특성을 하나의 반도체 칩에 모두 구현한 것이다. 주변 간섭이 심한 환경에서 신호 왜곡을 최소화할 수 있어 장시간 건강 모니터링과 고정밀 의료기기 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다. 이정협 DGIST 교수는 “웨어러블 환경에서 불가피하게 발생하는 큰 움직임 조건에서도 생체신호 측정할 수 있는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 구조를 제시했다”며 “장시간 생체신호 모니터링을 위한 차세대 웨어러블 및 의료기기 기술 고도화에 크게 기여할 것”이라고 말했다. 연구결과는 ‘반도체 올림픽’으로 불리는 반도체 분야 세계 최고 학회 ‘국제고체회로설계학회(ISSCC) 2026’에서 발표됐다.