The world's first ultra-compact semiconductor chip for biosignal measurement
by Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology
A research team led by Prof. Junghyup Lee of the Department of Electrical Engineering and Computer Science at DGIST has become the first in the world to develop a "time-interleaved noise-shaping SAR ADC (analog-to-digital converter)" semiconductor chip capable of simultaneously measuring multiple biosignals, including electrocardiograms (ECG) and electromyograms (EMG). The team developed this technology in an actual semiconductor chip and successfully completed functional validation. Their findings were presented at the IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits (VLSI 2026), held in Honolulu, June 14–18.
https://techxplore.com/news/2026-07-world-ultra-compact-semiconductor-chip.html
DGIST 전기공학과 이정협 교수 연구팀
'시간 인터리빙 노이즈 셰이핑 SAR ADC(아날로그-디지털 변환기)' 반도체 칩 개발
DGIST 전기공학과 이정협 교수 연구팀이 세계 최초로 심전도(ECG)와 근전도(EMG)를 포함한 여러 생체 신호를 동시에 측정할 수 있는 '시간 인터리빙 노이즈 셰이핑 SAR ADC(아날로그-디지털 변환기)' 반도체 칩을 개발했습니다. 연구팀은 이 기술을 실제 반도체 칩에 구현하고 기능 검증을 성공적으로 완료했습니다. 연구 결과는 6월 14일부터 18일까지 하와이 호놀룰루에서 열린 IEEE VLSI 기술 및 회로 심포지엄( VLSI 2026 )에서 발표되었습니다.
스마트워치와 같은 웨어러블 기기를 사용하여 여러 생체 신호를 정확하게 측정하려면 여러 가지 까다로운 조건을 충족해야 합니다. 이러한 조건에는 피부에 땀이 없거나 접촉이 느슨한 경우(건식 또는 비접촉 전극)에도 신호 손실을 방지하기 위한 "초고 입력 임피던스(저항)", 격렬한 움직임으로 인한 신호 왜곡을 방지하기 위한 "넓은 입력 범위", 그리고 장시간 작동을 위한 "초저전력 소비"가 포함됩니다. 그러나 기존의 측정 방식은 단일 칩 내에서 이러한 모든 요구 사항을 동시에 충족하는 데 어려움을 겪어왔습니다.
이 연구팀은 전력 소모와 칩 면적을 많이 차지하는 회로 블록을 여러 채널에서 공유하고, 필수 구성 요소(잔류 커패시터 뱅크)만 각 채널에 별도로 할당하는 혁신적인 "시간 인터리빙 3차 잡음 형성 SAR ADC" 아키텍처를 제안하여 이 문제를 해결했습니다. 이 접근 방식을 통해 다채널 시스템에 필요한 회로 면적과 전력 소모를 획기적으로 줄여 초소형, 초저전력 칩을 구현할 수 있었습니다.
또한, 연구팀은 측정 전에 전압 레벨을 미리 설정하여 전력 소비를 최소화하는 CAIB와 신호 왜곡을 효과적으로 보정하는 TD-CLA를 포함한 독창적인 설계 기술을 통합하여 세계 최고 수준의 성능을 달성했습니다.
본 연구는 웨어러블 기기의 핵심 요구사항을 초소형 반도체 칩 하나에 통합할 수 있는 핵심 설계 기술을 제시한다는 점에서 특히 의미가 크다. 개발된 칩은 일상생활 속 장기 건강 모니터링, 차세대 디지털 헬스케어 기기, 고정밀 의료기기 등 다양한 분야에서 널리 활용될 것으로 기대된다.
DGIST 전기공학과 이정협 교수는 "이번 연구는 웨어러블 환경에서 발생하는 다양한 움직임과 전극 접촉 변화에도 불구하고 안정적인 작동을 유지하면서 초소형 크기, 초저전력 소비, 고성능을 동시에 달성할 수 있는 새로운 반도체 아키텍처를 제시한다는 점에서 의미가 크다"고 밝혔다.
김근하 박사후 연구원은 "건식 비접촉 전극 기반 웨어러블 기기의 성능을 향상시킴으로써, 이 기술은 광범위한 생체 신호를 장기간 측정할 수 있는 차세대 디지털 헬스케어 플랫폼 개발에 기여할 것으로 기대된다"고 덧붙였다.
