2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of weather, terrain, and ecosystem sensor nodes for installation at World Natural Heritage
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20K11724
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
金本 俊幾 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (30782750)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 幸男 弘前大学, 農学生命科学部, 教授 (80193291) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | センサノード / エナジーハーベスティング / 低消費エネルギー / 低電圧動作 / ノイズ耐性 / デカップリング容量 / オンチップ電源網 / 電源インピーダンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再構成可能デバイスFPGA(Field-Programmable Gate Array)を用いたプロトタイピングによりモニタリングに必要な集積回路の機能および性能を明らかにしたセンサノードについて、FPGAに実装したプロセッサの機能記述に基づき集積回路TEG(Test Element Group)試作を行った。
試作は2段階とし、まず消費エネルギー低減のための電源電圧の最適化、および電源電圧変動量抑制のための容量素子配置最適化に関するTEG(TEG1)を180nm CMOSロジックプロセスにて試作した。TEG1に印加すべき電源電圧および電源インピーダンスを回路解析および実測評価により明らかにすることを可能とした。
次に、消費エネルギー低減のための電源、バックゲート電位（MOSトランジスタのしきい値）最適化に関するTEG(TEG2)を65nm SOTBプロセスにて試作した。TEG2は、気象・地象・生態系センサノードを実際に構成できる集積回路であり、2022年8月に完成。印加すべき電源電圧、バックゲート電位、および許容電源電圧変動量を薄膜BOX構造SOIの回路解析および完成後の実測評価により総合的に明らかにしたうえで、最終的に気象・地象・生態系センサノードを構成し、積雪厳寒期に亘るフィールド検証に供する。
両試作において、集積回路上に形成および配置可能で、かつ nFオーダーの容量値を確保できる容量素子を実装し、容量素子配置最適化に関する知見を得た。
また、研究分担者が白神と並んでセンサノード設置候補となる知床世界遺産地域にて現地調査を行い、設置環境に関する知見を得た。
これらの研究成果は、論文誌1件、国際会議2件及び国内会議4件にて公表した。
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