스마트폰과 인공지능 메인 칩에 공급되는 전압을 안정화하고 잡음을 제거하는 초소형 반도체가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과는 29일 초소형 하이브리드 전력관리 반도체 LDO 개발에 성공했다고 밝혔다.

LDO는 메인 반도체에 공급되는 전원을 관리하는 반도체로, 스마트폰 게임 앱을 갑자기 실행하거나 종료할 때 발생하는 전압 변동을 안정화하고 직류 전압에 섞인 교류 성분의 잡음을 걸러낸다.

이번에 개발된 LDO는 아날로그 회로 기반에 디지털 회로의 장점을 결합한 하이브리드 구조다. 디지털 회로의 전압 안정화 성능과 아날로그 회로의 잡음 억제 성능을 동시에 구현했다.

성능 테스트 결과 99mA의 전류 변화 상황에서도 출력 전압 출렁임을 54mV 수준으로 억제했으며 667나노초 만에 전압을 복귀시켰다. 잡음 억제 성능은 -53.7dB를 기록해 10kHz 주파수 잡음의 99.8%를 걸러낼 수 있다.

크기도 획기적으로 줄였다. 커패시터를 제거해 기존 하이브리드 구조 대비 소형화에 성공했으며, 28나노미터 CMOS 공정으로 제작 시 크기는 0.032㎜²에 불과하다.

제1저자인 안창민 연구원은 "끊김 없는 디지털-아날로그 전환과 LGG라는 새로운 회로 설계 방식으로 완충 장치 역할의 커패시터 없이도 매끄러운 전환이 가능하다"고 설명했다.

전류가 급격히 변하는 상황에서만 디지털 회로가 작동하도록 설계돼 대기 전력 소모도 최소화했다. 대기 전류와 전압 안정화 속도, 잡음 억제 능력을 종합 평가하는 성능 지표에서 0.029ps라는 세계 최고 수준을 달성했다.

윤희인 UNIST 전기전자공학과 교수는 "전압 안정화 능력과 잡음 제거 성능이 모두 뛰어난 초소형 저전력 회로로, AI 반도체, 6G 통신칩 등 시스템온칩 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 IEEE 반도체 회로 공학회 발행 회로 설계 분야 저명 학술지 '저널 오브 솔리드 스테이트 서킷'에 9월 3일 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부, 반도체설계교육센터, 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원의 지역지능화혁신인재 양성사업 지원으로 수행됐다.