넓은 대역폭과 고이득을 유지하는 트랜스임피던스 증폭기 개발

기존 전달 임피던스 증폭기는 제한된 입력 다이내믹 레인지와 신호 손실 문제로 고속 대용량 신호 처리에 한계가 있었습니다. 본 기술은 복수 개의 전류 버퍼를 통해 입력 전류를 버퍼링하고, 입력 전압을 증폭하여 트랜스 임피던스 이득 조절 신호를 생성합니다. 이 조절 신호에 따라 가변 전달 임피던스 증폭기가 이득을 자동으로 제어하며, 전류 전달 스테이지의 모디파이드 캐스코드 회로로 전류 손실 없이 입력 민감도를 높입니다. 결과적으로, 넓은 입력 다이내믹 레인지에서도 뛰어난 선형성과 저잡음 특성을 유지하며, 3Gb/s 이상의 고속 데이터 통신 환경에서 안정적인 신호 복원 성능을 제공합니다.

기존 거리 측정 장치의 아날로그 초단부 설계 난점과 시간 디지털 변환기의 외란 및 진폭 차이로 인한 비교 오류 문제를 해결하고자 개발되었습니다. 본 기술은 스타트 및 스톱 신호의 에지를 활용하여 외란에 강한 시간 디지털 변환을 구현하며, 지연 고정 루프(DLL)를 통해 높은 해상도를 제공합니다. 또한, 리미팅 증폭기를 적용하여 아날로그 초단부 설계 용이성을 확보하고, 거친 검출과 정밀 검출을 병행하여 측정 정확도를 극대화합니다. 이로써 더욱 안정적이고 정밀한 거리 측정이 가능해지며, 다양한 응용 분야에서 효율적인 시스템 구축에 기여할 수 있습니다.

기존 전달 임피던스 증폭기는 이득과 대역폭 간의 상충 관계 및 노이즈 취약성이라는 한계가 있었습니다. 본 기술은 인버터와 공통 게이트 또는 공통 소스 증폭기를 조합하여 캐스케이드 연결하거나 출력을 합산하는 방식을 제안합니다. 입력 신호를 게이트 저항을 통해 피드 포워드하여 기생 발진을 억제하고, 특히 두 증폭기의 출력을 동일 노드에서 합산함으로써 신호는 증폭하고 노이즈는 상쇄하는 원리로 작동합니다. 이로써 고이득과 광대역폭을 동시에 확보하며 노이즈 민감도를 현저히 낮춥니다. 광통신 회로 및 레이저 레이다 수신단 등 고속 통신 환경에서 우수한 성능과 넓은 다이나믹 레인지를 제공합니다.

기존 단일단 전달 임피던스 증폭기는 노이즈에 취약하며, 이를 해결하기 위한 추가 회로는 다이 사이즈와 전력 소모를 증가시키는 문제가 있었습니다. 본 기술은 입력 신호에 대해 차동 출력을 제공하는 차동 전달 임피던스 증폭기입니다. 공통 게이트 증폭기와 피드백 저항을 갖는 공통 소스 증폭기를 통합하여 별도의 변환 회로 없이 차동 신호쌍을 형성합니다. 이를 통해 다이 사이즈와 전력 소모 증가 없이 노이즈 민감도를 낮추고 고속 통신 환경에서 높은 신호 품질을 제공합니다. 피드백 저항 조절로 회로의 입력 저항 및 이득을 최적화할 수 있으며, 변압기를 통한 부하 연결로 50GHz 및 32Gb/s 이상의 고속 동작을 구현합니다. 이 기술은 100Gb 이더넷용 광학 수신기 등 고속 통신 분야의 성능 향상에 기여합니다.

기존 트랜스임피던스 증폭기는 입력 전류 누설로 이득이 감소하고, 부하저항의 증가로 대역폭이 축소되는 문제가 있었습니다. 본 기술은 이러한 한계를 극복하기 위해 제1 도전형 모디파이드 캐스코드 전류 싱크와 제2 도전형 전류 미러 회로를 캐스코드 방식으로 연결하여 회로를 구성합니다. 이를 통해 부하저항으로 누설되는 입력 전류량을 효과적으로 줄이고, 기생 커패시턴스에 의한 대역폭 축소 문제를 해결합니다. 모의 실험 결과, 13.36MHz의 넓은 대역폭과 72.4dBΩ의 높은 트랜스임피던스 이득을 동시에 달성하며, 노이즈가 적고 깨끗한 아이 다이어그램을 제공합니다. 이 기술은 이득 손실 없이 넓은 대역폭을 유지하여 고성능 트랜스임피던스 증폭기가 필요한 다양한 응용 분야에 효과적으로 활용될 수 있습니다.

기존 트랜스 임피던스 증폭기는 단일 펄스 처리 시 지연과 펄스 스프레딩 문제로 후속 펄스 구별이 어려웠습니다. 본 기술은 전류 전달 스테이지와 가변 이득 트랜스 임피던스 증폭기, 그리고 입력 전류 크기에 따라 이득을 제어하는 피드포워드 제어 신호 형성부를 포함합니다. 모디파이드 캐스코드 회로를 적용한 전류 버퍼를 통해 전류 손실 없이 입력 전류를 전달하고, 낮은 구동 전압으로도 포화 영역 동작이 가능합니다. 이득 제어 신호는 낮은 지연으로 작동하여 펄스 스프레딩을 효과적으로 방지합니다. 이 증폭기는 단일 펄스에 대한 낮은 지연 이득 제어가 가능하며, 펄스 스프레딩을 감소시켜 인접 펄스를 용이하게 검출할 수 있습니다. 이를 통해 넓은 범위의 입력 전류에서 선형적인 증폭 성능을 제공하며, 라이다(LiDAR)와 같은 응용 분야에서 검출 한계를 크게 향상시킬 수 있습니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

주사 투여로 인한 환자 고통과 인슐린의 낮은 점막 투과 문제는 당뇨 치료의 큰 과제였습니다. 본 기술은 변이체 TCTP-PTD를 인슐린과 혼합하여 비침습적 점막 전달을 가능하게 합니다. 특정 TCTP-PTD 펩타이드 서열(서열번호 3, 8, 13)이 인슐린의 점막 투과율을 크게 높이며, 이는 비강 투여 시에도 피하주사와 유사한 혈당 강하 효과를 보였습니다. 점막 손상 없이 안전하게 인슐린 생체이용률을 향상시켜 환자의 치료 편의성과 삶의 질을 높일 수 있습니다.

기존 하나의 웨어러블 기기가 가진 운동 자세 교정의 한계를 극복하기 위해, 복수의 웨어러블 기기를 신체 여러 부위에 부착하여 움직임 정보를 통합적으로 수집하는 기술입니다. BLE 통신을 통해 실시간으로 가속도와 각도 데이터를 수신하고, 이를 사전에 저장된 올바른 자세 정보와 비교 분석하여 사용자의 운동 자세를 정밀하게 판단합니다. 이 시스템은 줄넘기, 스쿼트, 런지 등 다양한 운동에 대한 정확한 자세 교정 피드백을 제공하여, 운동 효과를 극대화하고 부상 위험을 줄이는 데 기여합니다. 또한 다중 사용자의 동시 모니터링도 가능하여 스마트 피트니스 경험을 향상시킵니다.

기존 리튬 이차전지의 흑연 음극재는 용량 한계와 실리콘 음극재의 큰 충방전 부피 변화 문제를 가지고 있습니다. 본 기술은 실리카 함유 콜로이드에 산화그래핀을 첨가하여 분말화한 뒤, 마그네시오써믹 반응으로 실리카를 실리콘으로, 산화그래핀을 그래핀으로 동시에 환원시켜 실리콘-그래핀 복합 나노물질을 제조합니다. 이 방법은 자연에 풍부한 실리카를 원료로 사용하여 경제적이며, 제조된 나노물질은 부피 변화를 최소화하고 높은 전기 전도도, 용량, 안정성을 갖는 전극을 형성할 수 있습니다. 리튬 이온 전지 및 다양한 차세대 전지의 고성능 음극재로 활용되어 배터리 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.