울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 윤희인 교수팀이 초소형 하이브리드 전력 관리 반도체(LDO)를 개발했다고 29일 밝혔다.

LDO는 메인 반도체로 공급되는 전원을 관리하는 반도체다.

아날로그 회로 기반에 디지털 회로의 장점을 조합한 하이브리드 구조로, 디지털 회로의 우수한 전압 안정화 성능과 아날로그 회로의 잡음 억제 성능을 모두 갖춘 것이 특징이다.

예를 들어, 스마트폰 게임 앱을 갑자기 켜거나 끄면 전류 사용이 급격히 변하면서 전압이 들쭉날쭉해지는데, 이러한 전압 출렁임을 잡아내고 직류 전압에 섞여 들어온 교류 성분의 잡음까지 걸러낼 수 있는 것이다.

실제 이 LDO는 99㎃(밀리암페어)의 전류 변화가 있었을 때도 출력 전압의 출렁임을 54㎷(밀리볼트) 수준으로 억제했고, 667나노초 만에 전압을 원래대로 복귀시켰다.

잡음 억제 성능(PSRR)도 -53.7㏈(100㎃ 부하, 10㎑ 기준)을 기록했다. 10㎑ 주파수의 잡음이 섞여 들어왔다고 할 때 99.8%를 걸러낼 수 있다는 의미다.

LDO는 기존 하이브리드 구조보다 크기도 작아져 시스템 온 칩(SoC)과 같이 여러 기능 블록이 집적된 고성능 칩을 만드는데 더 적합하다.

또 전류가 급격하게 변할 때만 디지털 회로가 켜지도록 설계돼 대기 전력 소모도 적다. 윤 교수팀은 대기 전류와 전압 안정화 속도, 잡음억제 능력을 종합적으로 평가하는 성능 지표(FoM)에서 0.029ps라는 세계 최고 수준을 기록했다고 설명했다.

윤 교수는 "인공지능(AI) 반도체, 6G 통신칩 등 시스템온칩 개발에 폭넓게 쓰일 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 회로설계 분야 저명 학술지인 '저널 오브 솔리드 스테이트 서킷'(Journal of Solid-State Circuits)에 게재됐다.