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2009 年度 実績報告書

3次元積層型人工網膜チップ向け非接触インターフェースの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20760214
研究機関東北大学

研究代表者

清山 浩司  東北大学, 大学院・工学研究科, 教育研究支援者 (60412722)

キーワード人工網膜チップ / 埋込医療機器 / 無線電力供給・通信 / 電流モード回路 / 復調器 / CMOS
研究概要

本研究課題では,(1)クランプ電流をデータ通信の信号に用いた電流モード復調回路,(2)動作環境に応じて供給電力を最適値に調整する電力負帰還制御機能の設計・試作および評価を行い,提案した方式の妥当性を実証した.
電流モード復調回路は,ASK(Amplitude Shift Keying)を用いて変調波から安定的な回路動作用電力とデータを同時に得る事を目的として,電圧制限回路(チップの過電圧保護回路)に流れる電流をデータとして利用する信号検出方式とした.通常の動作時,電圧制限回路にクランプ電流が流れ,チップの電圧は一定電圧に保たれる.電圧制限回路は,ダイオード接続MOSFETにより構成する.MOSFETのVGS-IDS特性から電圧制限回路に流れるクランプ電流の変化は順方向バイアス電圧の2乗で変化する.クランプ電流を復調信号に使用することにより,信号振幅の変化やノイズの影響を受けた場合においても電圧モード復調回路に比べS/Nの向上が可能となる.設計した電流モード復調回路は,全波整流回路,電圧制限回路,クランプ電流検出用カレントミラー,参照電流生成回路および電流比較回路である.復調回路は,参照電流生成回路において生成されるクランプ電流振幅の半分のDC電流とクランプ電流との比較を行い,1ビットの復調信号を出力する.電力の最適制御機能も,このクランプ電流から精製したDC電流とチップの消費電流を比較し,クランプ電流がチップの消費電流より大きくなった場合,電力の過剰供給と判断して,電力供給を低減させる方式とした.
TSMC社のCMOSテクノロジを用いて実際にチップ試作と評価を行った結果,搬送波の周波数13.56MHz,データレート106kbpsにおいて変調度が4%まで低下した場合においてもデータ復調が可能である事を確認した.また,電力制御機能を用いる事により過剰な電力供給の回避が可能となり56%の消費電力削減が可能である事を確認した.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A Telemetry System for Body Implantable Applications2010

    • 著者名/発表者名
      清山浩司、田中徹
    • 雑誌名

      SMART/Tohoku GCOE joint Workshop on Micro & Nano Bioengineering : MIT, NUS, NTU and Tohoku 1

      ページ: 55-57

  • [雑誌論文] 3D Integration Technology for 3D Stacked Retinal Chip2009

    • 著者名/発表者名
      清山浩司, 他6名
    • 雑誌名

      Proceedings of the IEEE 3D System Integration Conference 1

      ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Parallel ADC for High-Speed CMOS Image Processing System2009

    • 著者名/発表者名
      清山浩司, 他6名
    • 雑誌名

      Proceedings of the IEEE 3D System Integration Conference 1

      ページ: 1-4

    • 査読あり
  • [学会発表] 三次元積層型人工網膜チップの為の三次元積層技術の開発2010

    • 著者名/発表者名
      海法克享, 清山浩司, 他5名
    • 学会等名
      第57回応用物理学会
    • 発表場所
      東海大学 平塚市
    • 年月日
      20100317-20100320
  • [備考]

    • URL

      http://www.sd.mech.tohoku.ac.jp/Site/Home.html

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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