2020 Fiscal Year Research-status Report
数理最適化に基づくノイズフィルタのレイアウト創成設計
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20K04445
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山崎 慎太郎 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (70581601)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 最適設計 / トポロジー最適化 / ノイズフィルタ / レイアウト設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、コンパクトかつ十分なノイズ減衰性能を持つノイズフィルタの実現を目的としてレイアウト設計に数理最適化の考え方を導入し、数理的・電磁気学的根拠に基づき最適なレイアウトを創成する、新たな設計方法の確立を目指す。応募者は、これまでの研究を通じて、ノイズフィルタの素子の配置位置が予め与えられた条件において、トポロジー最適化と呼ばれる構造最適化法を用いてノイズ減衰性能を最大化する導体パターンの最適なレイアウトを創出する方法を構築していた。昨年度はその研究をさらに発展させ、素子の配置位置をも設計対象として、ノイズ低減性能を最大化する方法を構築した。この方法は、複合領域最適設計の分野において盛んに研究されているサロゲートモデルと呼ばれる、複雑な振る舞いを示す関数を比較的単純で挙動を理解しやすい関数に置き換え、大域的な視点から満足解を探索する手法を、トポロジー最適化と組み合わせたものである。これにより、従来のトポロジー最適化と比較して、はるかに広大な設計空間を解探索することが可能となり、従来法よりも高性能なレイアウト設計の実現への道を切り開いた。より具体的には、素子の配置位置と、それらを結ぶ銅配線レイアウトパターンの両者を総合的に最適設計することが可能となり、素子の配置位置を予め与える場合よりも高性能のノイズフィルタのレイアウト設計が実現可能となる。上記の研究成果をまとめ、査読付き学術雑誌論文に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の助成を申請した際に申請書に記述したように、本研究の１年目において、従来手法では予因子であった素子の配置位置をも設計変数として、より広い解空間を探索するノイズフィルタのレイアウト最適設計法の開発を目的として設定した。これに対して、昨年度に、導体パターンのレイアウト設計のみならず、素子の配置位置をも設計対象とする総合的なレイアウト設計法を構築し、導体パターンのレイアウト設計のみを行う従来手法よりも、ノイズ低減性能の高いノイズフィルタのレイアウト最適化を実現した。さらに、得られた研究成果を既に査読付き学術雑誌論文に掲載している。このように、本研究は、概ね当初の見通しに従って順調に進展しているものと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究成果を元に、今年度はノイズ低減性能を制約条件として、ノイズフィルタの全体サイズを最小化する構造最適設計法の構築に取り組む。すなわち、昨年度は、全体サイズは与条件として固定した上で、導体パターンのレイアウト、素子の配置位置を設計対象として、ノイズ低減性能を最大化する最適設計法の構築を行ったが、これに対して、今年度は、全体サイズ、導体パターンのレイアウト、素子の配置位置の全てを設計対象とし、ノイズ低減性能を制約条件として所定のノイズ低減性能を保証した上で、全体サイズを最小化する、ノイズフィルタの最適設計法の構築を目指す。設計対象がより複雑化するものの、最適設計問題の数学的な構造は、昨年度に取り組んだ問題と同様のため、昨年度に構築した最適設計法の拡張により、目的を達成できるものと見込んでいる。今年度は、単一の周波数に対するノイズフィルタのレイアウト最適設計を研究対象とするが、来年度は、さらにこれを周波数帯域におけるノイズ低減性能を保証する最適設計法へと展開し、さらに最適設計されたノイズフィルタを試作・評価することを構想している。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により、当初予定していた調査出張、および成果発表のための国内移動計画が幾つか取りやめとなり、約8万円がR2年度未使用分となった。この額をR3年度に繰り越し、国内移動のための旅費や、研究に用いる各種ソフトウェアの保守費等に充当する計画である。
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Research Products
(1 results)
