[대구=이데일리 홍석천 기자] DGIST 연구진이 심전도(ECG)와 근전도(EMG) 등 다양한 생체 신호를 동시에 측정할 수 있는 초소형 반도체 칩을 세계 최초로 개발했다. 웨어러블 헬스케어 기기의 성능과 활용 범위를 넓힐 수 있는 핵심 기술로 평가된다.

DGIST는 전기전자컴퓨터공학과 이정협 교수 연구팀이 ‘시분할 잡음성형 SAR ADC(아날로그-디지털 변환기)’ 반도체 칩을 개발하고 실제 칩 제작과 동작 검증까지 완료했다고 23일 밝혔다.

생체 신호를 측정하는 웨어러블 기기는 정확한 데이터 확보를 위해 높은 기술적 조건을 요구한다. 피부에 땀이 없거나 전극 접촉이 불안정한 환경에서도 신호를 안정적으로 측정할 수 있어야 하고, 운동 과정에서 발생하는 신호 왜곡도 최소화해야 한다. 동시에 장시간 사용을 위한 저전력 설계도 필수적이다.

하지만 기존 기술은 초고입력 임피던스와 넓은 입력 범위, 초저전력 특성을 하나의 칩에서 동시에 구현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 다수의 채널이 전력 소모가 큰 회로를 공유하고 핵심 부품만 개별 배치하는 새로운 구조의 ‘시분할 3차 잡음성형 SAR ADC’를 제안해 이 같은 문제를 해결했다.

이를 통해 다채널 생체신호 측정 시스템에 필요한 회로 면적과 전력 소모를 크게 줄이면서도 초소형·초저전력 성능을 구현했다.

또 전력 소비를 최소화하는 CAIB 기법과 신호 왜곡을 보정하는 TD-CLA 기법을 적용해 세계 최고 수준의 성능을 확보했다고 연구팀은 설명했다.

이번 연구는 심전도와 근전도 등 다양한 생체신호를 하나의 칩에서 장시간 안정적으로 측정할 수 있는 기반 기술을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 향후 스마트워치와 같은 웨어러블 기기는 물론 디지털 헬스케어 플랫폼, 고정밀 의료기기 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

최근 디지털 헬스케어 시장이 빠르게 성장하면서 생체신호 측정 기술의 중요성도 커지고 있다. 특히 고령화와 원격의료 확대에 따라 일상생활 속 건강 모니터링 수요가 증가하면서 관련 반도체 기술 개발 경쟁도 치열해지는 추세다.

이정협 DGIST 교수는 “웨어러블 환경에서 발생하는 다양한 움직임과 전극 접촉 변화에도 안정적으로 동작하면서 초소형·초저전력과 고성능을 동시에 구현할 수 있는 새로운 반도체 구조를 제시했다는 점에 의미가 있다”고 말했다.

김근하 박사후연구원은 “건식·비접촉 전극 기반 웨어러블 기기의 성능 향상에 기여할 수 있는 기술”이라며 “차세대 디지털 헬스케어 플랫폼 개발에도 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 삼성전자와 한국연구재단, 뇌공학융합연구센터의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 지난 6월 미국 하와이에서 열린 반도체 분야 국제학술대회 ‘IEEE Symposium on VLSI Technology & Circuits 2026’에서 발표됐다.