2004년 11월에 KAIST에 부임한 후로 Communication Circuits and System (CCS) 이라는 실험실을 이끌고 있다. 먼저 실험실의 응용 분야는 여러 종류의 통신 시스템이며, 구체적으로는 휴대폰, WIFI 와 같은 무선통신과 Ethernet, chip-to-chip등의 유선통신을 포함한다. 최근에는 이러한 통신시스템을 바이오 및 메디컬 분야에 접목시키는 연구 - 뉴런 자극, 측정 시스템과 심혈관계 질환을 실시간으로 모니터링할 수 있는 센서 네트워크-도 하고 있다. 기술적인 측면으로 본다면 우리 실험실은 “고성능 아날로그 및 혼성 집적 회로 시스템 (high performance analog & mixed-signal integrated circuits systems) 에 대하여 연구를 하고 있으며 특히 유무선통신에 쓰이는 Phase-Lock Loop (PLL) 및 Analog-to-digital converter(ADC)에 연구를 집중하고 있다. 일반인에게 조금 더 쉽게 다가가는 설명을 한다면, 흔히 말하는 메모리와 비메모리 반도체중 비메모리 반도체에 해당하는 연구를 하고 있는 것이며, 디지털이 아닌 아날로그 기반의 회로 및 시스템의 연구를 연구하고 있다. 디지털 시스템의 응용분야가 점점 더 확장되는 요즘, 아날로그 회로의 용도가 적어진다고 생각할 수 있으나, 아이러니하게도 디지털 시스템의 발전에 가장 중요한 것이 아날로그 회로의 성능이다.

아날로그 및 혼성 회로에는 대표적으로 clock generation circuit(PLL)과 Data converter(ADC)를 들 수 있다. PLL은 electrical system에서 필요로 하는 정확한 주파수(frequency)를 만들어내는 기술 중 하나로 기준 주파수가 필요한 유무선 통신 시스템 및 microprocessor에 필수적인 부품이다. 최근 들어 통신 및 디지털시스템의 성능이 높아지면서 기준 주파수의 요구 또한 점점 더 까다로워지고 있으며 사회에서의 수요 또한 매우 높다. PLL 분야의 핵심 문제는 최대한 작은 소모전력 그리고 작은 silicon 면적을 사용하여 출력잡음을 줄이고 외부 환경 변화에 성능이 둔감하게 만드는 것이다. ADC는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어주는 회로로 PLL과 마찬가지로 최근 디지털시스템의 발전에 따라 고성능, 저전력 ADC에 대한 수요가 더욱 더 급증하는 중요한 분야이다. 실제 세상의 모든 신호가 아날로그인 점을 감안하고 디지털 신호처리의 성능이 더 발전함을 감안한다면 앞으로 ADC의 중요성이 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

PLL과 ADC는 디지털 회로와는 달리 CMOS 공정이 발전함에 따라 회로설계가 점점 더 어려워진다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 그 이유는 CMOS 공정이 좋아짐에 따라 supply voltage가 낮아져 signal power가 낮아지는 반면 noise는 별로 변하지 않기 때문이다. 이를 해결하기 위해 우리 실험실에서는 기존의 voltage-based 회로설계방식을 떠나 시간기반 신호처리 (time-based signal processing)를 바탕으로 한 회로에 연구를 집중하고 있다. 기존의 voltage-based 방식에서는 정보가 신호의 전위에 담겨 있다면 time-based 방식에서는 정보가 시간에 담겨 있다. 한 예로 그림 2에서 볼 수 있듯이, time-based 방식에서는 신호가 바뀌는 시점에 정보가 존재하는데, 이 시점을 바탕으로 처리하는 것이 time-based 방식이다. 결국 기존 방식에서 voltage 값이 얼마인지가 중요했다면 time-based 방식에서는 signal이 언제 바뀌는 지가 중요하고, 따라서 기존에 문제가 되던 저 전압설계의 어려움을 해결할 수 있을 뿐 아니라 CMOS공정이 발전함에 따라 큰 성능의 이득을 볼 수 있다. Time-based 연구를 바탕으로 우리 연구실에서는 여러 논문을 발표했고, 특히 시간기반 신호처리를 바탕으로 한 ADC 논문은 IEEE Transactions on Circuits & Systems에서 2009년 Best Paper Award를 받았다. 그 해의 350여 편의 채택된 논문 중 한편에 수여되는 상으로 한국에서 이 상을 받기는 40여 년 만에 처음이다.

마지막으로 우리 연구실에서는 인체의 심박, 맥파속도, 호흡수, 체온 및 각종 심혈관계 관련 지표 들을 측정하고 이를 무선 네트워크를 이용해서 전송할 수 있는 사용이 간편한 밴드에이드 형태의 센서 기술에 관한 연구도 진행하고 있다. 이를 위해서 본 연구실에서는 생체 임피던스를 기반으로 한 생체 신호 검출 기술에 집중하고 있다. 생체 임피던스 기반 시스템은 전기적인 디바이스들만을 필요로 하며, 여러 가지의 생체 정보를 동시에 검출하는 것이 가능하므로 소형화 및 저 가격화에서 뛰어난 장점을 보인다. 이와 더불어 센서의 집적화를 위해서, 크기가 큰 기존의 크리스털 발진기를 대체하는 실리콘 발진기에 관한 연구도 진행 중이다. 또, 검출된 생체 정보를 효율적으로 전송하기 위한 무선 통신 기술 및 송수신기 집적회로에 관한 연구도 진행하고 있다.