| 研究課題/領域番号 |
13354001
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 展開研究 |
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| 研究分野 |
天文学
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| 研究機関 | 国立天文台 |
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研究代表者 |
奥村 幸子 国立天文台, 電波天文学研究系, 助教授 (20224842)
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| 研究分担者 |
松本 欣也 九州東海大学, 工学部, 講師 (00279382)
近田 義広 国立天文台, 電波天文学研究系, 教授 (30126122)
川口 則幸 国立天文台, 地球回転研究系, 教授 (90214618)
井口 聖 国立天文台, 電波天文学研究系, 助手 (10342627)
百瀬 宗武 茨城大学, 理学部, 助手 (10323205)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| キーワード | 電波天文学 / 観測装置 / 超高速サンプリング / アナログ・デジタル変換 / デジタル信号処理 / 大規模集積回路 |
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| 研究概要 |
本研究では、電波天文観測に必要な性能を有する4-8GHzサンプル秒・超高速A/D変換LSIの詳細設計と同LSI試作を行った。予備的なシミュレーションの結果を踏まえ、技術的な状況(供給が安定かつ容易なLSIの品種等)とコストパフォーマンスを考慮して、シリコンゲルマニウム(通称シリコンゲルマ)の0.5ミクロンプロセスを採用した。回路構成は、4GHzサンプリングの揚合、入力2-4GHzで3ビット、8GHzサンプリングの揚合、4-8GHzのアナログ入力で2ビットの精度が実現可能な回路設計を行った。製造先が供給するシリコンゲルマ0.5ミクロンのデバイスパラメータによる回路シミュレーションを実行して、高速動作及び消費電力(2.7W程度)を見積もった。それに基づいて詳細設計及びレイアウト設計作業を実行し、超高速A/D変換LSIの試作製造を行った。製造仕様としては、1)サンプリング周波数8ないし4GHz、2)有効ビット数2ないし3ビット、3)アナログ入力2-4、4-8GHz、0から-1V、50Ω、4)デジタル出力0から-0.9V(SCFL)、4)サンプリングクロック信号発生用のVCO内蔵(参照外部クロック125MHz)である。
試作した超高速A/D変換LSI(4ないし8GHzサンプリング、3ないし2ビット、SiGeプロセス)の組み立て及びサンプリング動作の確認を行なった結果、同LSIの内部化回路が想定よりも高い温度(約115℃)になっており、そのために、バイアス電圧が変化し、A/D変換部分の回路が正常に動作していないことがわかった。そこで、上記A/D変換LSIに関して、予測される温度環境で最適化した設計を再度実行し、それを基にして試作しなおすこととした。再設計の際の留意点は以下の2つである。1つは、サンプリング回路内でアナログ信号をA/D変換するためのバイアス電圧の温度依存性を下げるような回路構成に変更した。2つめは、3つの内部温度(25、75、115℃)での回路シミュレーションを実施し、115℃でも内部回路が動作可能で、かつ、パラメータの最適化を75℃で行った。LSI試作製造中に、性能評価用の試験回路で使用するクロック分配LSIを用いて、高速信号の伝送実験も行った。その結果、クロック分配器間では、回路設計・実装で予定される6cm程度の4GHz信号の伝送は問題なく行えることを実測で確認することができた。
現在(平成16年3月)は、再設計された超高速A/D変換LSI-2の組み立てを終了し、サンプリング動作の確認を実施中である。サンプリング動作の確認作業の結果、サンプリング回路の静特性および消費電力については、良好な結果を得ることができた。サンプリング回路の微分及び積分誤差はいずれもすべて0.1LSB以内であり、消費電力の実測値は、3.84Wattでシミュレーション値(3.744W)の3%増に留まっていた。本研究としては、超高速A/D変換LSI-2の動特性測定までをその内容として、研究結果をまとめる予定である。
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