Integrated NanoSystems Laboratory
전자공학과 이정협
Integrated NanoSystems Laboratory는 전기전자컴퓨터공학 분야에서 세계적인 수준의 아날로그 및 혼합 신호 집적회로, 바이오메디컬 센서, 신경 인터페이스, 무선 통신 회로 기술을 연구하는 선도 연구실입니다. 본 연구실은 초저전력, 고성능, 고신뢰성 회로 설계를 통해 차세대 바이오메디컬, IoT, 인공지능 하드웨어 플랫폼의 혁신을 이끌고 있습니다.
아날로그 및 혼합 신호 집적회로 설계 분야에서는 공정, 전압, 온도 변화에 강인한 회로 구조와 초저전력 동작이 가능한 다양한 회로를 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 생체 신호 측정, 센서 인터페이스, 무선 통신 등 다양한 응용 분야에 적용되고 있으며, 국제 반도체 학회에서 다수의 논문이 채택되는 등 그 우수성을 인정받고 있습니다.
바이오메디컬 센서 및 신경 인터페이스 시스템 분야에서는 뇌-기계 인터페이스, 웨어러블 진단기기, 전자약 등 미래 의료기술의 핵심이 되는 하드웨어 플랫폼을 개발하고 있습니다. 움직임 아티팩트와 전기 자극 간섭 등 열악한 환경에서도 신뢰성 있게 생체 신호를 측정할 수 있는 기술을 보유하고 있으며, 투명·유연 신경 프로브, 다채널 신경 기록 시스템, 실시간 신경 회로 대체 하드웨어 등 혁신적인 연구를 수행하고 있습니다.
무선 통신 및 IoT용 초저전력 회로 기술 분야에서는 저전력, 저비용, 소형화된 무선 송수신기, RF-to-DC 변환기, 멀티모드 수신기 등 다양한 회로 솔루션을 개발하고 있습니다. 이 기술들은 웨어러블 디바이스, 인체 삽입형 센서, 스마트 팩토리 등 다양한 IoT 환경에 적용되고 있으며, 무선 시스템의 소형화와 집적화, 에너지 효율 극대화에 기여하고 있습니다.
Integrated NanoSystems Laboratory는 앞으로도 시스템 온 칩(SoC) 설계, 신경 신호 측정 및 자극, 차세대 무선 통신, 디지털 헬스케어 등 다양한 첨단 분야로 연구를 확장할 계획입니다. 이를 통해 실용화 가능한 고성능 집적회로 솔루션을 지속적으로 제시하고, 인간의 건강과 삶의 질 향상에 기여하는 혁신적인 기술을 창출할 것입니다.
Analog Circuits
Neural Stimulators
Biopotential Acquisition
아날로그 및 혼합 신호 집적회로 설계
아날로그 및 혼합 신호 집적회로 설계는 Integrated NanoSystems Laboratory의 핵심 연구 분야 중 하나로, 초저전력, 고성능, 고신뢰성 회로 개발에 중점을 두고 있습니다. 본 연구실은 다양한 환경 변화(공정, 전압, 온도)에 강인한 회로 구조를 설계하며, 이를 통해 생체 신호 측정, 무선 통신, 센서 인터페이스 등 다양한 응용 분야에 적용 가능한 집적회로를 개발하고 있습니다. 특히, 저전압 및 저전력 동작이 가능한 회로 설계 기술을 통해 웨어러블 및 이식형 의료기기, IoT 디바이스 등 차세대 전자 시스템의 핵심 부품을 구현하고 있습니다.
연구실에서는 아날로그 회로의 잡음 특성 개선, 전력 효율 극대화, 신호 왜곡 최소화 등 다양한 기술적 도전을 해결하기 위해 차동 구조, 스윙 부스팅, 노이즈-쉐이핑 등 첨단 회로 설계 기법을 적극적으로 도입하고 있습니다. 또한, 다양한 센서 신호(저항, 용량, 전류 등)를 고정밀 디지털 신호로 변환하는 컨버터 회로(Capacitance-to-Digital, Current-to-Digital, RC-to-Digital 등) 개발에 있어서도 세계적인 성과를 내고 있습니다. 이러한 회로들은 국제 반도체 학회(ISSCC, CICC, VLSI 등)에서 다수의 논문이 채택될 만큼 그 우수성을 인정받고 있습니다.
향후 연구실은 더욱 복잡한 시스템 온 칩(SoC) 설계, 신경 신호 측정 및 자극을 위한 맞춤형 아날로그 프론트엔드, 초소형 무선 통신 회로 등 다양한 분야로 연구를 확장할 계획입니다. 이를 통해 차세대 바이오메디컬, IoT, 인공지능 하드웨어 플랫폼의 혁신을 주도하고, 실용화 가능한 고성능 집적회로 솔루션을 지속적으로 제시할 것입니다.
바이오메디컬 센서 및 신경 인터페이스 시스템
Integrated NanoSystems Laboratory는 바이오메디컬 센서 및 신경 인터페이스 시스템 개발에 있어 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 생체 신호(ExG, Biocurrent 등) 측정 및 신경 자극을 위한 초소형, 초저전력 집적회로와 시스템을 설계하며, 이를 통해 뇌-기계 인터페이스, 웨어러블 진단기기, 전자약 등 다양한 의료 및 헬스케어 응용에 적용하고 있습니다. 특히, 움직임 아티팩트와 전기 자극 간섭 등 열악한 환경에서도 신뢰성 있게 생체 신호를 측정할 수 있는 회로 및 시스템 기술을 개발하여, 세계 최고 수준의 성능을 달성하고 있습니다.
연구실은 투명하고 유연한 신경 프로브, 다채널 신경 기록 시스템, 실시간 신경 회로 대체를 위한 하드웨어 기반 스파이킹 뉴럴 네트워크 등 혁신적인 하드웨어 플랫폼을 연구하고 있습니다. 또한, 신경 신호 증폭, 저전력 신호 처리, 무선 통신, 데이터 변환 등 바이오 신호의 취득부터 분석까지 전 과정을 아우르는 시스템 통합 기술을 보유하고 있습니다. 이러한 연구는 국제 저명 학술지 및 학회에 다수의 논문으로 발표되고 있으며, 관련 특허도 활발히 출원되고 있습니다.
앞으로는 최소침습/비침습 신경 인터페이스, 디지털 헬스케어, 맞춤형 뇌질환 치료 등 미래 의료기술의 핵심이 되는 바이오메디컬 센서 및 신경 인터페이스 시스템 연구를 더욱 심화할 계획입니다. 이를 통해 인간의 건강과 삶의 질 향상에 기여하는 혁신적인 기술을 지속적으로 창출할 것입니다.
무선 통신 및 IoT용 초저전력 회로 기술
본 연구실은 무선 통신 및 사물인터넷(IoT) 응용을 위한 초저전력 회로 기술 개발에도 집중하고 있습니다. 저전력, 저비용, 소형화된 무선 송수신기, 주입 동기 링 발진기 기반 복조기, 고효율 RF-to-DC 변환기 등 다양한 무선 회로 솔루션을 연구하며, 웨어러블 디바이스, 인체 삽입형 센서, 스마트 팩토리 등 다양한 IoT 환경에 적용 가능한 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 주파수, 위상, 진폭 등 다양한 변조 신호를 효율적으로 처리할 수 있는 멀티모드 수신기와, 환경 변화에 강인한 회로 구조를 구현하여 실용성을 높이고 있습니다.
연구실에서 개발된 무선 회로들은 높은 에너지 효율과 신뢰성을 바탕으로, 실제 산업 현장 및 의료 현장에 적용될 수 있는 수준의 성능을 자랑합니다. 예를 들어, 인체 내부에서 신호를 송수신하는 이식형 센서, 소형화된 웨어러블 헬스케어 기기, 스마트 공장용 무선 모니터링 디바이스 등 다양한 응용 사례에서 연구실의 기술이 활용되고 있습니다. 또한, 무선 시스템의 소형화, 안테나 및 임피던스 매칭 네트워크의 집적화, 크리스탈 대체 기술 등 첨단 소자 및 회로 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다.
향후에는 6G, 초연결 네트워크, 에너지 하베스팅 기반 무선 시스템 등 차세대 무선 통신 및 IoT 분야로 연구를 확장할 계획입니다. 이를 통해 미래 지능형 사회의 핵심 인프라를 뒷받침할 수 있는 혁신적인 초저전력 무선 회로 기술을 선도할 것입니다.
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Flexible multi-electrode neural probe using active-matrix design of transistor array
Jiwon Chae, Dongsu Kim, Goeun Pyo, Su Jin Heo, Joonghyun Kim, Kwonsik Shin, Byoung Ok Jun, Hongki Kang, Hyuk-Jun Kwon, Ji-Woong Choi, Junghyup Lee, Jae Eun Jang
Sensors and Actuators A: Physical, 2024
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A 97dB-PSRR 178.4dB-FOMDR Calibration-Free VCO-ΔΣ ADC Using a PVT-Insensitive Frequency-Locked Differential Regulation Scheme for Multi-Channel ExG Acquisition
Sehwan Lee, Taeryoung Seol, Geunha Kim, Minyoung Song, Gain Kim, Jong-Hyeok Yoon, Arup K. George, Junghyup Lee
Proc. IEEE Symp. VLSI Circuits (VLSIC), 2024.06
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Tunneling Transistor with a Stacked Floating Electrode for Current Saturation
Su Jin Heo, Jeong Hee Shin, Junghyup Lee, Jae Eun Jang
IEEE Electron Device Letters, 2024
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정밀 역추정 기계학습 기반 최소침습/비침습 다중모드 무선 뇌-컴퓨터 인터페이스 연구실
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초실감 Cyber 오감 구현을 위한 가상촉감 한계 극복 기술 개발
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(과기원공동연구프로젝트) 뇌질환 극복을 위한 최소침습 인공지능 전자뇌 개발
