変調信号によるチップ内の通信機能を集積化した高性能回路技術

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07455151
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 岩田 穆 広島大学, 工学部, 教授 (30263734)
• 研究分担者: 横山 新 広島大学, ナノデバイス・システム研究センター, 教授 (80144880)
• キーワード: パルス変調 / パルス幅変調 / パルス位相変調 / データ転送 / CMOS技術 / 送受信回路 / ゲートアレイ

研究概要

パルス変調技術を用いて帯域制限された伝送路を有効利用して効率的に情報伝送するデータ送受回路のLSI内部のデータ転送部に導入することにより、情報通信速度、電力効率を1桁以上向上させるとともに、必要な配線数を大幅に減少させる。これによりデータ転送によるLSIの性能の壁をやぶることを目的に研究した。パルス変調方式としてパルス幅変調とパルス位相変調を比較し、データ転送効率はパルス位相変調の方が優れるが、位相同期の実現が難しいとの結論を得た。そこで、0.8μmCMOSデバイス技術を使用して、パルス幅変調信号によるデータ通信インタフェース回路を設計した。このCMOS技術でIGHzを直接処理するのは困難であるので、250MHzの4相クロックを使用して、等価的にIGHzに相当する1ナノ秒の時間分解能を得て、パルス幅変調信号の発生してデータ送信する回路とこれを受信する回路を設計した。さらに、ゲートアレイでも実現できるように、理論回路のみで構成されるパルス幅変調受信回路も設計した。これらについて、ハードウエア記述言語、論理シミュレーターおよび回路シミュレータ(HSPICE)を用いて、回路の機能および性能を検証し、初期の性能が実現できることを確認した。前者の回路を使用して0.5μmCMOS技術によるテストチップを試作した。設計にはLSIの論理合成、レイアウト合成CADシステムを用いた。高速データ転送の評価技術として、時間分解能1ナノ秒の任意波形発生装置と既存のロジックアナライザーやオシロスコープによりパルス変調信号を作成して、パルス幅変調信号の送信・受信の性能評価方法を検討した。その結果、1ナノ秒程度の精度の測定が可能であることを確認した。この技術をを用いてテストチップを測定し、ほぼ設計どおりの性能が得られることを確認した。

研究成果

• [文献書誌] 永田・米田・岩田: "PWN信号処理回路とコホ-ネンネットワークへの応用" 信学技報・集積回路(ICD-95). 10. 71-78 (1995)
• [文献書誌] A. Iwata and M. Nagata: "A Concept of Analog-Digital Merged Circuit Architecture for Future VLSI's" IEICE Trans. Fundamentals (Vol. E79-A). No. 2. 145-157 (1996)
• [文献書誌] 米田・岩田・他5名: "パルス幅変調信号距離演算回路の設計" DAシンポジウム '96. 8月号. 25-30 (1996)
• [文献書誌] 岩田・永田: "アナログ・ディジタル融合新アーキテクチャ" 信学技報・集積回路(ICD-96). 114. 31-38 (1996)
• [文献書誌] A. Iwata and M. Nagata: "A Concept of Analog-Digital Merged Circuit Architecture for Future VLSI's" International Journal of Analog IC and Signal Processing. Vol. 11-2. 83-96 (1996)
• [文献書誌] M. Nagata and A. Iwata: "A minimum Distance Search Circuit using Dual-Line PWM Signal Processing and Charge Packet Counting Techniques" ISSCC Digest of Technical Papers. Vol, 40. 42-43 (1997)