이론과 실무 겸비한 집적회로 설계 엔지니어 양성

최근 집적 회로의 설계 방향은 전력 소모를 최소화하고 전력 전송 효율을 최대화 하는 데에 있다. 이에 건국대학교 집적회로 설계 연구실은 시대적인 흐름에 발맞추어 전력 전송 효율을 높이기 위한 전력용 IC(Power IC)의 설계 분야에 연구 역량을 집중하고 있다. 지난 2005년 설립된 건국대학교 집적회로 설계 연구실은 전력용 IC나 무선통신용 집적회로의 구성 블록 및 전체 시스템 설계를 통해서 시스템 전반에 대한 이해와 설계능력을 갖춘 유능한 인재 양성을 목표로 선진화된 연구 환경의 기틀을 마련하고 있다.

대학의 역량 강화가 요구되는 가운데, 건국대학교 집적회로 설계 연구실(이강윤 교수/이하 건국대 연구실)은 집적회로 설계 전반에 관한 연구를 수행하며 국내 과학기술의 발전을 도모하고 있다. 집적회로는 크게 아날로그 집적회로와 디지털 집적회로로 나눌 수 있는데, 건국대 연구실은 이중에서도 아날로그 집적회로, 좀 더 구체적으로는 주로 파워용 집적회로 및 통신용 집적회로에 대한 연구에 주력하고 있다.

2010년 11월 현재 박사 과정 3명, 석사 과정 8명, 학부 연구원 2명의 학생들이 연구에 매진하고 있는 건국대 연구실은 ▲LED 용 드라이버나 LDO, DC-DC Converter 등의 전력용 IC 설계 ▲무선통신용 송수신기 및 구성 블록 등의 아날로그 집적회로에 대한 설계 ▲ ADC/DAC 등의 데이터 변환기, PLL/DLL 등 개별 IP에 관한 연구 수행 ▲아날로그 회로와 디지털 회로를 단일 칩에 최소의 면적으로 집적하는 SoC (System-on-Chip)에 대한 전반적인 연구 진행 등 총 4가지 영역으로 연구 분야가 나뉘고 있으며, 산업체와의 긴밀한 산학협력을 통해 집적회로의 상용화에 대한 경험을 쌓아가고 다수의 논문과 특허를 발표하는 등 연구실의 위상을 한층 빛내고 있다.

1년에 10회 이상의 Tape-Out 실시, 최대한 많은 기회 부여

건국대 연구실에서는 이론과 현장교육을 모두 만족할 수 있는 국내최고의 커리큘럼을 개발했다. 집적회로 설계 분야에 있어서 이론과 실무의 조화가 매우 중요하다고 판단한 건국대 연구실은 그 중에서도 아날로그 회로 분야는 설계 자동화 툴보다는 Full-Custom으로 설계를 진행함으로써 회로 설계, 제작 및 측정 경험을 누구보다 중요시 여기고 있다.

그러한 일환으로 이론서 및 논문에 제시된 회로들을 대상으로 아이디어를 넣어서 개선하고, 많은 산학협력을 통해 상용화 단계까지 설계하도록 각고의 노력을 아끼지 않고 있는 건국대 연구실은 학생들로 하여금 130nm, 65nm, 40nm 등의 최신 공정을 사용할 수 있도록 배려해 Tape-Out을 할 수 있는 기회를 최대한 많이 제공하고 있다. 실제로 1년에 10회 이상의  Tape-Out을 실시하고 있으며, 석·박사 과정 학생들을 이론과 실무를 겸비한 인재로 양성하기 위해 제작된 칩을 측정하기 위한 PCB 설계를 직접 진행하고 칩을 실장해서 연구실의 측정 장비를 이용해 직접 측정하는 등 설계 결과를 눈으로 확인하고 다음 번 설계에 반영할 수 있도록 하는 시스템을 구축하고 있다.

뿐만 아니라 연구 결과는 반드시 특허, 논문으로 발표 될 수 있도록 노력하고 있으며 해외 학회에서의 발표 및 참관을 통하여 견문을 넓히도록 지도하고 있다. 교수진의 노력과 열정으로 일궈낸 값진 성과이다.
지난 2008년부터 현재까지 ㈜삼성 전기와 Power IC 설계에 관해 공동연구를 진행하고 있는 건국대 연구실은 LED Back Light Unit (BLU)용 Resonant Converter Controller를 설계하고 있으며 회사에서는 설계된 회로를 바탕으로 상용화 하고 있다. 또한 2009년부터 2010년에 걸쳐 ㈜삼성 전자와 Digital RF 및 Digital PLL에 관해서 공동 연구를 실시하고 반도체 공정이 100nm 급 이하의 미세 공정으로 제작되는 추세에 맞춰 전통적인 아날로그 송수신기를 디지털 방식으로 구현하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있다. 특히 미국의 Texas Instruments사가 많은 선행 연구를 진행해 오고 있다. 앞서 건국대 연구실은 ㈜삼성 전자와의 산학 공동연구를 통해 기존의 Texas Instruments사의 특허를 회피하면서 우수한 성능을 낼 수 있는 Digital PLL 회로에 관한 특허를 출원하고 설계를 수행한 결과, 2편의 국제 특허 출원과 2편의 SCI 논문을 제출하는 기쁨을 누리기도 했다.

건국대 연구실이 이뤄놓은 업적은 이뿐만이 아니다. 지난 2008년부터 2009년까지 중소기업청 산학 공동 기술 개발 지원 사업을 실시한 건국대 연구실은 (주)오토 전자와 공동으로 2.4GHz 대역의 오디오/비디오 신호 무선 송수신기를 개발하는데 성공했으며, 이에 앞서 2007년에는 (주)휴커넥스와 공동으로 VDSL용 Analog Front-End (AFE)를 개발해 현재 상용화에 성공해 판매하고 있다.

한편 건국대 연구실은 학술적인 연구실적에서도 우수한 성과를 나타내고 있다. 2007년 대한전자공학회 SoC 학술대회 최우수 논문상을 비롯해 2010년 RF 집적회로 기술워크샵 Best Paper Award를 수상한 건국대 연구실은 학진 등재지인 전자공학회 논문지에 ‘ UWB 주파수 합성기용 1GHz 광 대역 시그마 델타 성긴 튜닝형 전압 제어 발진기’ 연구 논문을 발표하는 등 금년 한해 대한 전자공학회지 SD편에 무려 9편의 논문을 출판한데 이어 최근 5년간 15편의 논문을 대한 전자공학회지 SD 편에 출판했다. 건국대 연구실은 이러한 업적을 인정받아 대한전자공학회 논문상(SD) 수상자로 선정됐다.

건국대 연구실이 수상한 대한전자공학회 논문상은 전자·정보·통신 분야에 탁월한 업적을 이루고 최근 5년간 3편 이상의 대한전자공학회 논문을 포함해 우수한 논문을 해외 저명 학술지에 발표해 전자공학 발전에 크게 공헌한 학자에게 수여되는 상이다.

건국대학교 집적회로 설계 연구실 주력 사업
■ 앞으로의 화두인 그린 환경 구현을 목표로 회로의 전력 소모를 최소화하는 동시에 전력 전송 효율을 최대화하고 있다. 구체적으로는 전력 전송 효율을 향상시키기 위해 LED Back Light Unit (BLU)용 DC-DC Converter에 관한 연구를 진행하고 있으며, ㈜삼성 전기와의 긴밀한 협조를 통해 상용화가 될 수 있도록 노력하고 있다. 필요한 경우 회사의 연구원들이 집적회로 연구실에 파견 나와서 함께 설계를 진행하기도 하며, 연구실의 석·박사 과정 연구원들이 회사로 파견을 나가서 공동 연구를 진행하고 있다.

■ 생활의 편의를 위해 무선으로 전력을 전송하는 송신기 및 수신기를 연구하고 있으며, 핸드폰에 적용 가능할 수 있도록 IC로 구현하기 위한 연구를 진행하고 있다. 무선 전력 전송의 효율을 향상시키기 위한 시스템 구조 및 Rectifier, DC-DC Converter, LDO Regulator, Power Amp 등에 대해서 연구도 수행하고 있다.

■ 저전력 무선 송수신기의 구조에 관한 연구도 중요한 연구 분야 중의 하나이다. 저전력 송수신기를 구현하기 위한 시스템 구조에 대한 연구, LNA, Mixer, VGA, Filter, PLL등 구성 블록을 저전력으로 설계하기 위한 기법 연구 등을 수행하고 있다.

■ Digital PLL 및 Digital RF에 관한 연구도 활발하게 진행하고 있으며, Digital PLL은 기존의 아날로그 PLL에 비해서 저전력으로 작은 면적으로 구현할 수 있기 때문에 저전력 송수신기의 구현을 가능하게 해준다. Digital PLL을 이용해서 주파수 합성기를 구현할 수 있다.

■ 최근에 HD Display및 TV는 화질을 높이기 위해서 많은 양의 데이터를 전송해야 하고 이를 위해서는 Serial로 전송하는 방식이 널리 사용되고 있다. Serial로 데이터를 전송하고, Serial 로 데이터 및 클록을 복원하는 CDR (Clock & Data Recovery)회로에 대해서도 활발하게 연구를 수행하고 있다.