Research on design and implementation of analog-to-digital converters using compound semiconductors

• Project/Area Number: 19560352
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Electron device/Electronic equipment
• Research Institution: Sophia University
• Principal Investigator: WAHO Takao Sophia University, 理工学部, 教授 (90317511)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2008: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2007: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 化合物半導体 / アナログ / デジタル変換 / 集積回路 / コンパレータ / △Σ変調器 / S / H回路 / 国際情報交換 / ドイツ / 電子デバイス機器 / 超高速情報処理 / 先端機能デバイス / アナログ集積回路 / ΔΣ変調

Research Abstract

アナログ/デジタル変換回路(ADC)において最も基本的な回路ブロックであるコンパレータ(識別器)とサンプルホールド(S/H)回路を対象として、InP系高電子移動度トランジスタ(HEMT)および共鳴トンネルダイオード(RTD)を用いた回路設計/試作を行い、基本性能評価を行った。また、連続時間△Σ型ADCの高速動作で問題となるクロックジッタ耐性を改善する新たな方式を提案した。更に、広帯域無線通信システム(UWB)への応用可能性について考察した。
コンパレータに関しては、0.1μmHEMTプロセスによる完全差動型ラッチ付コンパレータ(識別器)を設計試作し、動的特性評価を行った。アナログ/デジタル変換回路評価で用いられるエンベロップ法を適用し、高速動作試験をした結果、サンプリング周波数4GHzで15mV、同2GHzで1.5mVの分解感度が実現できていることを確認した。従来のCMOS回路で得られている値の5倍以上の性能改善に相当する。また、RTDとHEMTを組み合わせたコンパレータを新たに提案し、回路シミュレーションにより両者の動作速度を比較した結果、RTDの負性微分抵抗特性に基づく高速スイッチ動作により、HEMTのみを用いた回路と比較して2倍以上の高速動作が可能であることを明らかにした。S/H回路に関しても同プロセスを想定した回路構成法を検討し、入力信号依存ジッタ及び信号フィードスルーの低減化対策を講じた新しい回路を提案した。
連続時間△Σ型ADCのクロックジッタ耐性向上のため、多重フィードバック経路を含む新しい構成法を提案した。経路数を2倍にする毎にSNRを3dB(0.5ビット)改善可能なことを理論的に導出し、信号レベルシミュレーションでその効果を確認した。

Research Products

• [Journal Article] Design of HEMT Comparators for Ultrahigh-Speed A/D Conversion (2009)
  • Author(s): H. Watanabe, S. Nakamura, and T. Waho
  • Journal Title: IEICE Trans. Electron vol. E91-C, no.5 Pages: 688-692
  • NAID: 10026817801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 共鳴トンネルダイオードを用いた高速A/D 変換器 (2008)
  • Author(s): 和保孝夫
  • Journal Title: 応用物理 第77巻、第3 号 Pages: 306-310
  • NAID: 10021108906
• [Journal Article] アナログ/デジタル変換器(ADC)の新しい技術動向 (2008)
  • Author(s): 和保孝夫
  • Journal Title: 機械の研究 第60 巻、第3号 Pages: 339-346
  • NAID: 40015872921
• [Journal Article] Design of HEMT Comparators for Ultrahigh-Speed A/D Conversion (2008)
  • Author(s): H. Watanabe, T. Waho, 他
  • Journal Title: IEICE Trans.Electronics E91-C
  • NAID: 10026817801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 共鳴トンネルダイオードを用いた高速A/D変換器 (2008)
  • Author(s): 和保 孝夫
  • Journal Title: 応用物理 77 Pages: 306-310
  • NAID: 10021108906
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] アナログ/デジタル変換器(ADC)の新しい技術動向 (2008)
  • Author(s): 和保 孝夫
  • Journal Title: 機構の研究 60 Pages: 339-346
  • NAID: 40015872921
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A Bandpass Continuous-Time Delta-Sigma Modulator Using a Parallel-DAC to Reduce Jitter Sensitivity (2009)
  • Author(s): F. Adachi, K. Machida, and T. Waho
  • Organizer: Proc. ISCAS C1L-A5, pp. 2261 - 2264
  • Place of Presentation: Taipei, China
  • Year and Date: 2009-05-27
• [Presentation] 1V2次電流モード連続時間バンドパスΔΣ変調器 (2009)
  • Author(s): 三簾浩一・室塚真毅・町田和也・和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
  • Year and Date: 2009-03-19
• [Presentation] 量子デバイス集積回路 (2009)
  • Author(s): 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
  • Year and Date: 2009-03-18
• [Presentation] 電流源負荷型HEMT 比較器の再生時間の評価 (2009)
  • Author(s): 大前宇一郎・江幡友彦・和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] HEMT 比較器における分解能の動的評価 (2009)
  • Author(s): 須賀隆史・渡辺裕・和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
  • Year and Date: 2009-03-17
• [Presentation] 共鳴トンネル素子を用いた超高速コンパレータ (2009)
  • Author(s): 江幡友彦・大前宇一郎・町田和也・和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • Place of Presentation: 北大(札幌)
  • Year and Date: 2009-02-26
• [Presentation] 多ビットアルゴリズミックA/D 変換器の設計 (2009)
  • Author(s): 芥川一樹, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会多値論理とその応用研究会、多値技報、vol. MVL-09、59 頁-63頁
  • Place of Presentation: 群馬大
  • Year and Date: 2009-01-10
• [Presentation] A Bandpass Continuous-Time Delta-Sigma Modulator Using a Parallel-DAC to Reduce Jitter Sensitivity (2009)
  • Author(s): F. Adachi, K. Machida, T. Waho
  • Organizer: IEEE Int. Symp. Circuits and Systems (ISCAS)
  • Place of Presentation: Taipei, China
• [Presentation] Time-interleaved polyphase decimation filter using signed-digit adders (2009)
  • Author(s): M. Murozuka, K. Ikeura, F. Adachi, K. Machida, T. Waho
  • Organizer: IEEE Int. Symp. Multiple-Valued Logic (ISMVL)
  • Place of Presentation: 沖縄
• [Presentation] 量子デバイス集積回路(パネルセッション : 依頼講演) (2009)
  • Author(s): 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
• [Presentation] 1 V2次電流モード連続時間バンドパス△Σ変調器 (2009)
  • Author(s): 三簾浩一, 室塚真毅, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
• [Presentation] 電流源負荷型HEMT比較器の再生時間の評価 (2009)
  • Author(s): 大前宇一郎, 江幡友彦, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
• [Presentation] HEMT比較器における分解能の動的評価 (2009)
  • Author(s): 須賀隆史, 渡辺 裕, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会総合大会
  • Place of Presentation: 愛媛大(松山市)
• [Presentation] 多ビットアルゴリズミックA/D変換器の設計 (2009)
  • Author(s): 芥川一樹, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会 多値論理とその応用研究会
  • Place of Presentation: 群馬大(桐生)
• [Presentation] 共鳴トンネル素子を用いた超高速コンパレータ (2009)
  • Author(s): 江幡友彦, 大前宇一郎, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会 電子デバイス研究会
  • Place of Presentation: 北大(札幌)
• [Presentation] An Ultrahigh-Speed Full Adder Using Resonant-Tunneling Logic Gates (2008)
  • Author(s): T. Waho, H. Okuyama, T. Ebata, R. Kato
  • Organizer: Proc. IEEE Asia Pacific Conf. Circuits and Systems (APCCAS), C5L-F3, pp. 1724 - 1727
  • Place of Presentation: Macao, China
  • Year and Date: 2008-12-03
• [Presentation] A 3/7-Level Mixed-Mode Algorithmic Analog-to-Digital Converter, (2008)
  • Author(s): K. Akutagawa, K. Machida, T. Waho
  • Organizer: Proc. 38th IEEE International Symposium on Multiple Valued Logic (ISMVL), pp. 174- 179
  • Place of Presentation: Dallas, TX
  • Year and Date: 2008-05-22
• [Presentation] 4RTD論理回路を用いたナノパイプライン全加算器の設計 (2008)
  • Author(s): 奥山太樹、江幡友彦、和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会2008 年総合大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Year and Date: 2008-03-20
• [Presentation] 4RTD論理回路を用いたナノパイプライン全加算器の設計 (2008)
  • Author(s): 奥山 太樹、和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会2008年総合大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-03-20
• [Presentation] 1V 2次電流モード連続時間ΔΣ変調器の設計 (2008)
  • Author(s): 三簾浩一, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会2008 年総合大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Year and Date: 2008-03-18
• [Presentation] 時間領域ADC における非直線性の補正 (2008)
  • Author(s): 町田和也、芥川一樹、和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会2008 年総合大会
  • Place of Presentation: 北九州
  • Year and Date: 2008-03-18
• [Presentation] 1V2次電流モード連続時間ΔΣ変調器の設計 (2008)
  • Author(s): 三簾 浩一, 和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会2008年総合大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-03-18
• [Presentation] 時間領域ADCにおける非直線性の補正 (2008)
  • Author(s): 町田 和也、和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会2008年総合大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2008-03-18
• [Presentation] 4RTD論理回路の動作解析 (2008)
  • Author(s): 江幡 友彦、和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会電子デバイス研究会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2008-01-29
• [Presentation] 3 値量子化方式に基づくアルゴリズミックADC (2008)
  • Author(s): 芥川一樹,町田和也,和保孝夫
  • Organizer: 第21 回多値論理とその応用研究会電子情報通信学会、技術報告vol.MVL-2008、 No. 4
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-01-12
• [Presentation] 3値量子化方式に基づくアルゴリズミックADC (2008)
  • Author(s): 芥川 一樹, 和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会第21回多値論理とその応用研究会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2008-01-12
• [Presentation] An Ultrahigh-Speed Full Adder Using Resonant-Tunneling Logic Gates (2008)
  • Author(s): T. Waho, H. Okuyama, T. Ebata, R. Kato
  • Organizer: IEEE Asia Pacific Conf. Circuits and Systems (APCCAS)
  • Place of Presentation: Macao, China
• [Presentation] A 3/7-Level Mixed-Mode Algorithmic Analog-to-Digital Converter (2008)
  • Author(s): K. Akutagawa, K. Machida, T. Waho
  • Organizer: 38th IEEE International Symposium on Multiple Valued Logic (ISMVL)
  • Place of Presentation: Dallas, TX
• [Presentation] 位相シフト法による連続時間型ΔΣ変調器クロックジッタ耐性の向上 (2007)
  • Author(s): 原嶋康充, 谷畑光洋, 渡辺裕, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会2007 年ソサエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] 1V 電流モード連続時間ΔΣ変調器の設計 (2007)
  • Author(s): 三簾浩一, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会2007 年ソサエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] オペアンプシェア0.8V アルゴリズミックA/D 変換器の設計 (2007)
  • Author(s): 芥川一樹, 町田和也, 和保孝夫
  • Organizer: 電子情報通信学会2007 年ソサエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] 位相シフト法による連続時間型ΔΣ変調器クロックジッタ耐性の向上 (2007)
  • Author(s): 原嶋 康充, 和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会2007年ソサエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] 1V電流モード連続時間ΔΣ変調器の設計 (2007)
  • Author(s): 三簾 浩一, 和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会2007年ソサエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] オペアンプシェア0.8VアルゴリズミックA/D変換機の設計 (2007)
  • Author(s): 芥川 一樹, 和保 孝夫, 他
  • Organizer: 電子情報通信学会2007年ソサエティ大会
  • Place of Presentation: 鳥取
  • Year and Date: 2007-09-10
• [Presentation] A Design of Multi-GHz Continuous-Time Bandpass Filters Using 0.1-・m HEMT Technology (2007)
  • Author(s): S. Nakamura, U. Ohmae, H. Watanabe, T. Waho
  • Organizer: Proc. 2007 European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD 2007)
  • Place of Presentation: Seville, Spain
  • Year and Date: 2007-08-28
• [Presentation] A Design of HEMT Bandpass Filters (2007)
  • Author(s): S. Nakamura, U. Ohmae, H. Watanabe and T. Waho
  • Organizer: 2007 Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics(TWHM 2007)
  • Place of Presentation: Kisarazu, Japan
  • Year and Date: 2007-08-22
• [Presentation] A 4RTD NAND/NOR Logic Gate (2007)
  • Author(s): H. Okuyama, A. Yamada, T. Waho, V. Khorenko, T. Do and W. Prost
  • Organizer: 2007 Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics (TWHM 2007)
  • Place of Presentation: Kisarazu, Japan
  • Year and Date: 2007-08-22
• [Presentation] A Four-Resonant-Tunneling-Diode (4RTD) NAND/Nor Logic Gate (2007)
  • Author(s): T. Waho, A. Yamada, H. Okuyama, V. Khorenko, T. Do, and W. Prost
  • Organizer: Proc. 2007 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2007)
  • Place of Presentation: New Orleans, LA
  • Year and Date: 2007-05-28
• [Presentation] A Ternary Analog-to-Digital Converter System (2007)
  • Author(s): T. Tanoue, M. Nagatani, and T. Waho
  • Organizer: Proc. 37th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic (ISMVL 2007)
  • Place of Presentation: Oslo, Norway
  • Year and Date: 2007-05-15
• [Presentation] Multiple-Valued Technique in Analog-to-Digital Converters: A Brief Survey (2007)
  • Author(s): T. Waho
  • Organizer: Proc. 16th International Workshop on Post-Binary ULSI Workshop, pp. 27 - 30
  • Place of Presentation: Oslo, Norway
  • Year and Date: 2007-05-13
• [Presentation] Multiple-Valued Technique in Analog-Jto-Digital Converヒers:A Brief Survey (2007)
  • Author(s): Takao Waho
  • Organizer: 16th International Workshop on Post-Binary ULSI Workshop
  • Place of Presentation: Oslo,Norway
  • Year and Date: 2007-05-13
• [Presentation] AFour-Resonant-Tunneling-Diode(4RTD)NAND/Nor Logic Gate (2007)
  • Author(s): Takao Waho, 他
  • Organizer: 2007IEEE International Symposium on Circuits and Svstems(ISCAS 2007)
  • Place of Presentation: New Orleans
• [Presentation] ATernary Analog-to-Digital Converter System (2007)
  • Author(s): T. Tanoue, T. Waho, 他
  • Organizer: 37th IEEE International Symposium on Multiple-Valued Logic(ISMVL 2007)
  • Place of Presentation: Oslo,Norway
• [Presentation] Design of HEMT Comparators for Ultrahigh-Speed A/D Conversion (2007)
  • Author(s): H. Watanabe, T. Waho, 他
  • Organizer: 2007Asia-Pacific Workshop on Fundamentals and Applications of Advanced Semiconductor Devices(AWAD 2007)
  • Place of Presentation: Kyonge,Korea
• [Presentation] ADesign of HEMT Bandpass Filters (2007)
  • Author(s): S. Nakamura, Waho, 他
  • Organizer: 2007Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics(TWHM 2007)
  • Place of Presentation: Kisarazu,Japan
• [Presentation] A4RTD NAND/NOR Logic Gate (2007)
  • Author(s): H. Okuyama, T. Waho, 他
  • Organizer: 2007Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics(TWHM 2007)
  • Place of Presentation: Kisarazu,Japan
• [Presentation] A Design of Multi-GHz Continuous-Time Bandpass Filters Using O.1-μm HEMT Technology (2007)
  • Author(s): S. Nakamura, Waho, 他
  • Organizer: 2007European Conference on Circuit Theory and Design(ECCTD 2007)
  • Place of Presentation: Seville,Spain
• [Book] Short-Range Wireless Communications: Emerging Technologies and Applications, Part II, Section 15. Analog-to-Digital Converters for UWB(Rolf Kraemer(Editor), Marcos Katz (Editor)) (2009)
  • Author(s): T. Waho
  • Publisher: John Wiley & Sons, Inc
• [Book] Short-Range Wireless Communications : Emerging Technologies and Applications, Rolf Kraemer (Editor), Marcos Katz (Editor), Part II, Section 15. “Analog-to-Digital Converters for UWB" (2009)
  • Author(s): Takao Waho
  • Publisher: John Wiley & Sons, Inc. (in press)