DGIST 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수팀이 모든 생체 전기신호 획득이 가능한 아날로그-디지털 신호 변환 집적회로 시스템’을 세계 최초 개발 성공했습니다. 개발된 기술은 강한 외부 잡음이 있는 환경에서도 인체에서 발생하는 전기 신호를 정밀 측정 가능해 미래 기술로 각광받는 뇌-기계 인터페이스(Brain Machine Interface) 기술 및 초소형 고성능 의료기기와 같은 의료-헬스 케어 분야 등 다양한 어플리케이션에 적용이 기대됩니다.
생체에서 발생하는 전기신호는 심장에서 발생하는 심전도(ECG), 뇌의 뇌전도(EEG), 신경전도(ENG) 등 매우 다양하며 각 신호에 따라 다른 신호 특징을 가지는데요. 예를 들면, 뇌전도의 경우 그 신호 크기가 1마이크로볼트 수준으로 매우 작습니다. 반면, 신경전도의 경우 다른 신호에 비해 신호가 차지하는 주파수의 범위가 매우 넓어 약 10배 이상의 대역폭이 필요합니다. 이와 같은 차이로 인해 현재까지 개발된 생체신호 측정 기술은 잡음이 거의 없는 안정된 환경에서 특정 신호만 획득이 가능했으며, 기술 분야로의 확대 및 적용도 어려웠습니다.
이에 이정협 교수팀은 세계 최초로 측정 신호보다 최대 몇 만배 이상 큰 전기 자극 간섭과 피측정자의 움직임에 의해 발생할 수 있는 움직임 아티팩트(Motion artifact)* 등이 존재하는 매우 열악한 환경에서도 모든 생체 전기신호의 측정이 가능한 ‘아날로그-디지털 신호 변환 시스템’ 개발에 성공했습니다. 이 시스템은 반도체 IC(집적회로)로 구현되어 초저전력, 초소형일 뿐만 아니라 범용성을 가지고 있어 다양한 어플리케이션 적용이 매우 용이합니다.
*움직임 아티팩트(Motion artifact) : 피검사자의 움직임으로 인해 불필요한 형상이나 잔상 등 실제로 없는 신호가 발생하는 현상
이정협 교수팀은 본 시스템 개발 성공을 위해 ‘연속시간 델타-시그마 변환 기술’을 바탕으로 저잡음 고선형성 회로 기술을 제안했습니다. 또한, 기생 성분에 강인한 입력 임피던스 증가 회로 기법을 새롭게 개발했는데요. 그 결과, 현존하는 세계 최고 생체신호 측정 기술 대비 3배 이상 성능 개선을 확인, 세계 최고 성능을 인증 받았습니다.
DGIST 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수는 “이번 연구는 다양한 생체 신호를 하나의 반도체 IC(집적회로) 시스템으로 정밀 측정이 가능케 함으로써 기존 관련 의료 기기의 초소형화 및 고성능화에 큰 도움을 줄 수 있는 기술”이라며 “향후 미래 기술로 각광 받고 있는 차세대 뇌-기계 인터페이스, 초소형 웨어러블 진단기기 및 전자약 등 다양한 어플리케이션에 적용이 가능하다” 고 말했습니다.
이번 연구 성과는 ‘반도체 올림픽’으로 일컬어지는 반도체 분야 학회인 국제고체회로학회(International Solid-State Circuit Conference, ISSCC)에 2월에 발표됐습니다.
논문명 : A 0.7V 17fJ/step-FOMW 178.1dB-FOMSNDR 10kHz-BW 560mVPP True-ExG Biopotential Acquisition System with Parasitic-Insensitive 421MΩ Input-Impedance in 0.18μm-CMOS
