誘導結合通信を用いた無線接続型ジッタ情報試験システムの開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24760266
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 新津 葵一 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40584785)
• Keywords: 半導体集積回路 / アナログ回路 / ジッタ / クロック回路 / テスト容易化 / 低消費電力化回路技術 / 高速化回路技術 / デジタル回路

Research Abstract

本年度は、誘導結合型無線接続ジッタ情報試験システムの構築に向けて、回路全体のトランジスタレベル設計の半導体集積回路（相補型金属酸化膜半導体集積回路、CMOS、シーモス）での第二次検証を行った。昨年度のアーキテクチャレベルから、トランジスタレベルまで落とし込んでより実デバイスに近い設計を行った。送信器側の位相検出器回路（ジッタ情報を計測するにあたり、ジッタにおける理想タイミングの位相のずれ・揺らぎを検出する回路）において、時間差増幅器（時間差を増幅する回路）を導入する設計を行った。受信回路においては、サンプリング回路のトランジスタレベル設計を行った。トランジスタレベル設計が完了したことで、スケマティックによる回路シミュレーションが可能となった。
時間差増幅器を導入するに当たり、時間差増幅器においてコスト増大につながってしまう追加占有面積・出力時間差オフセットをできる限り低減させる技術の開発を行った。時間差増幅器の中でも大きな増幅率の実現が可能な多段接続型カスケード接続時間増幅器を導入した。
追加占有面積については最小化のための最適化設計理論を構築した。時間差増幅器における回路コンポーネントを遅延回路部、ロジック回路部、キャパシタ部に分割して、それぞれの回路部における性能（増幅度および線形範囲）に対する占有面積の依存性を分析した。分析の結果、数学的な解析から最適なカスケード接続段数があることが分かり、それを回路シミュレーションにより確認した。
また、出力時間差オフセットについては最小化のための再構成配線技術を提案した。各段における時間差オフセットの極性をテスト回路によって判別し、接続するときに隣接する時間差増幅器における時間差オフセットの極性が逆になるように配線を再構成する技術を提案し、その有効性を回路シミュレーションにより確認した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

アーキテクチャレベルでの設計からさらに踏み込んだ、トランジスタレベルでの設計を行うことができたため。
さらに、基幹要素回路である時間増幅器回路における設計最適化理論に関する新たな知見が得られたため。

Strategy for Future Research Activity

今後は、これまでに開発した技術を結集してさらなる発展に向けて研究を進めてゆく。トランジスタレベルでのシミュレーションからより実デバイスに近いシミュレーションを行うために、レイアウトを加味したポストレイアウトシミュレーションの環境を構築する。

Research Products

• [Journal Article] Analysis on a Cascaded Structure in Open-Loop Time Amplifier for High-Speed Operation (2014)
  • Author(s): Kiichi Niitsu, Naohiro Harigai, Daiki Hirabayashi, Masato Sakurai, Takahiro J. Yamaguchi, and Haruo Kobayashi
  • Journal Title: Key Engineering Materials Volume: vol. 596 Pages: 171-175
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.171
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design Methodology and Jitter Analysis of a Delay Line for High-Accuracy On-Chip Jitter Measurements (2014)
  • Author(s): Kiichi Niitsu, Kazunori Sakuma, Naohiro Harigai, Daiki Hirabayashi, Nobukazu Takai, Takahiro J. Yamaguchi, and Haruo Kobayashi
  • Journal Title: Key Engineering Materials Volume: vol. 596 Pages: 176-180
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-Calibration Techniques of Pipeline ADCs Using Cyclic Configuration (2014)
  • Author(s): Yohei Tan, Daiki Oki, Yu Liu, Yukiko Arai, Zachary Nosker, Haruo Kobayashi, Osamu Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Zhixiang Yang, Atsuhiro Katayama, Li Quan, Ensi Li, Kiichi Niitsu, and Nobukazu Takai
  • Journal Title: Key Engineering Materials Volume: vol. 596 Pages: 181-186
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amperometric Electrochemical Sensor Array for On-Chip Simultaneous Imaging (2014)
  • Author(s): Tsuyoshi Kuno, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: vol. 53 Pages: 04EL01(7 pages)
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.04EL01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design Methodology for Determining the Number of Stages in a Cascaded Time Amplifier to Minimize Area Consumption (2013)
  • Author(s): Kiichi Niitsu, Naohiro Harigai, and Haruo Kobayashi
  • Journal Title: IEICE Electronics Express Volume: vol. 10, no. 11 Pages: 20130289
  • DOI: 10.1587/elex.10.20130289
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-bit Sigma-Delta TDC Architecture with Improved Linearity (2013)
  • Author(s): Satoshi Uemori, Masamichi Ishii, Haruo Kobayashi, Daiki Hirabayashi, Yuta Arakawa, Yuta Doi, Osamu Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Kiichi Niitsu, Yuji Yano, Tatsuhiro Gake, Takahiro J. Yamaguchi, and Nobukazu Takai
  • Journal Title: Journal of Electronic Testing : Theory and Applications Volume: vol. 29, no. 6 Pages: 879-892
  • DOI: 10.1007/s10836-013-5408-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Phase Noise Measurement with Delta-Sigma TDC (2013)
  • Author(s): Yusuke Osawa, Daiki Hirabayashi, Naohiro Harigai, Haruo Kobayashi, Osamu Kobayashi, Kiichi Niitsu, Takahiro J. Yamaguchi, and Nobukazu Takai
  • Organizer: International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 20131219-20131219
• [Presentation] Study of Complex Multi-Bandpass DWA algorithm for I-Q Signal Generation (2013)
  • Author(s): Masahiro Murakami, Shaiful Nizam Mohyar, Haruo Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Osamu Kobayashi, Masanobu Tsuji, Sadayoshi Umeda, Ryoji Shiota, Noriaki Dobashi, Masafumi Watanabe, Isao Shimizu, Kiichi Niitsu, Nobukazu Takai, and Takahiro J. Yamaguchi
  • Organizer: International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 20131219-20131219
• [Presentation] Noise-Shaping Cyclic ADC Architecture (2013)
  • Author(s): Yukiko Arai, Yu Liu, Haruo Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Osamu Kobayashi, Masanobu Tsuji, Masafumi Watanabe, Ryoji Shiota, Noriaki Dobashi, Sadayoshi Umeda, Isao Shimizu, Kiichi Niitsu, Nobukazu Takai, and Takahiro J. Yamaguchi
  • Organizer: International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • Place of Presentation: Kiryu
  • Year and Date: 20131219-20131219
• [Presentation] Study of Complex Multi-Bandpass ΔΣ Modulator for I-Q Signal Generation (2013)
  • Author(s): Masahiro Murakami, Shaiful Nizam Mohyar, Haruo Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Osamu Kobayashi, Masanobu Tsuji, Sadayoshi Umeda, Ryoji Shiota, Noriaki Dobashi, Masafumi Watanabe, Isao Shimizu, Kiichi Niitsu, Nobukazu Takai, and Takahiro J. Yamaguchi
  • Organizer: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • Place of Presentation: Ho Chi Minh City
  • Year and Date: 20131115-20131116
• [Presentation] A Single Supply Bootsrapped Boost Regulator for Energy Harvesting Applications (2013)
  • Author(s): Zachary Nosker, Yasunori Kobori, Haruo Kobayashi, Kiichi Niitsu, Tetsuji Yamaguchi, Eiji Shikata, Tsuyoshi Kaneko, Nobukazu Takai, and Kimio Ueda
  • Organizer: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • Place of Presentation: Ho Chi Minh City
  • Year and Date: 20131115-20131116
• [Presentation] SFDR Improvement Algorithms for Current-Steering DACs (2013)
  • Author(s): Shaiful Nizam Mohyar, Harnani Hassan, Masahiro Murakami, Atsushi Motozawa, Haruo Kobayashi, Osamu Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Nobukazu Takai, Isao Shimizu, Kiichi Niitsu, Masanobu Tsuji, Masafumi Watanabe, Ryoji Shiota, Noriaki Dobashi, Sadayoshi Umeda, and Takahiro J. Yamaguchi
  • Organizer: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • Place of Presentation: Ho Chi Minh City
  • Year and Date: 20131115-20131116
• [Presentation] Noise-Shaping Cyclic ADC Architecture (2013)
  • Author(s): Yukiko Arai, Yu Liu, Haruo Kobayashi, Tatsuji Matsuura, Osamu Kobayashi, Masanobu Tsuji, Masafumi Watanabe, Ryoji Shiota, Noriaki Dobashi, Sadayoshi Umeda, Isao Shimizu, Kiichi Niitsu, Nobukazu Takai, and Takahiro J. Yamaguchi
  • Organizer: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • Place of Presentation: Ho Chi Minh City
  • Year and Date: 20131115-20131116
• [Presentation] Phase Noise Measurement and Testing with Delta-Sigma TDC (2013)
  • Author(s): Yusuke Osawa, Daiki Hirabayashi, Naohiro Harigai, Haruo Kobayashi, Osamu Kobayashi, Masanobu Tsuji, Sadayoshi Umeda, Ryoji Shiota, Noriaki Dobashi, Masafumi Watanabe, Tatsuji Matsuura, Kiichi Niitsu, Takahiro J. Yamaguchi, Nobukazu Takai, and Isao Shimizu
  • Organizer: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • Place of Presentation: Ho Chi Minh City
  • Year and Date: 20131115-20131116
• [Presentation] Amperometric Electrochemical Sensor Array for On-Chip Simultaneous Imaging (2013)
  • Author(s): Tsuyoshi Kuno, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • Organizer: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • Place of Presentation: Fukuoka
  • Year and Date: 20130924-20130927
• [Presentation] Phase Noise Measurement with Sigma-Delta TDC (2013)
  • Author(s): Daiki Hirabayashi, Yusuke Osawa, Naohiro Harigai, Osamu Kobayashi, Kiichi Niitsu, Takahiro J. Yamaguchi, and Nobukazu Takai
  • Organizer: IEEE International Test Conference
  • Place of Presentation: Anaheim
  • Year and Date: 20130908-20130913
• [Remarks] 名古屋大学大学院工学研究科電子情報システム専攻 中里研究室ホームページ
  • URL: http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/nakazatolab/index.html