2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of low phase noise multiphase CMOS LC oscillators using analysis methods of nonlinear oscillations
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20K04482
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
茂呂 征一郎 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (00303363)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 結合発振器 / 同期現象 / 多相同期 / 位相雑音 / 非線形振動論 / パラメータ推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究で検討する結合CMOS LC発振器の動作解析を行う手法として，非線形振動回路の周期解を導出するためのハールウェーブレット変換を用いた新たな手法を開発した．また，その逆問題を考えることで，実験などから得られた時系列データを用いて，回路パラメータを推定する手法も提案した．これらは本年度購入した数値計算・シミュレーション用計算機を用いて，回路シミュレーションを高速かつ正確に実行できるようになり，本研究の進展に重要な役割を果たすものと考えられる．また，本年度購入した電磁界解析ソフトウェアによる，スパイラルインダクタの相互インダクタンスの電気的，磁気的特性の解析結果を組み合わせることで，システム全体の動作解析を高精度で行うことができるようになった．また，回路素子の素子値のばらつきなどを考慮した解析も行えるため，その影響を詳細に調査することも可能となった．また，逆問題によるパラメータ推定法により，電磁界解析ソフトウェアによって得られたデータを用いて回路に最適なパラメータを選定することが可能となり，システムを解析するための正確な数理モデルを導出することが可能となった．以上，本年度の研究成果により，当初目標であった，(a) スパイラルインダクタの相互結合回路の詳細な解析，(b) 回路の素子値のばらつきによる，同期現象への影響の調査，(c) 上記の解析結果を用いた，多相同期発振器の数理モデルの導出，を達成することができた．
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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
上記で示したように，本年度購入した数値計算・シミュレーション用計算機を用いて，回路シミュレーションを高速かつ正確に実行できるようになり，本研究の進展に重要な役割を果たすものと考えられる．また，本年度購入した電磁界解析ソフトウェアによる，スパイラルインダクタの相互インダクタンスの電気的，磁気的特性の解析結果を組み合わせることで，システム全体の動作解析を高精度で行うことができるようになった．また，回路素子の素子値のばらつきなどを考慮した解析も行えるため，その影響を詳細に調査することも可能となった．また，逆問題によるパラメータ推定法により，電磁界解析ソフトウェアによって得られたデータを用いて回路に最適なパラメータを選定することが可能となり，システムを解析するための正確な数理モデルを導出することが可能となったため，ほぼ研究計画書に示した想定通りに進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究により，システムの数理モデルを導出することが可能となったので，そのモデルを用いて，インパルス感度関数（ISF）を数値的に計算し，システムの性能を表す重要な指標である位相雑音を導出する．また，数理モデルから，非線形振動論において周期振動の安定性などを示す指標となるポアンカレ写像を導出し，その結果より，位相雑音を軽減するための回路パラメータの修正を図る必要がある．これらのプロセスと，前年度までの手法を組み合わせ，さらなる性能向上を目指す．また，改善を実現するシステムを再設計し，最終的に得られたシステムをICチップ上に実装し，実際の波形や位相雑音の測定により，システムの有効性を確認する．
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| Causes of Carryover |
参加を予定していた学会がオンライン開催に変更となり，旅費および参加費が発生しなかったため，当該年度に余剰が発生した．次年度においては，書籍および消耗品の購入に充てる予定である．
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