細胞サイズＲＦ ＣＭＯＳトランシーバ回路技術の研究

2012 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24656225
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 伊藤 浩之 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教 (40451992)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 高周波集積回路 / 無線トランシーバ回路 / RF CMOS

研究概要

(1) 連続時間RF IIR・FIRフィルタ技術の開発を目標とした．インバータ特性の時間領域シミュレーションを行い，0.5V電源電圧でコーナー条件を変化させた場合，遅延時間が約10倍ばらつくことがわかった．時間デジタル変換器(TDC)を90nm Si CMOSプロセスで設計し，遅延ばらつきデジタル校正技術の要素技術を開発した．ビヘイビアモデルを用いてバンドパスLNAの基礎検討を行い，目標とした高次のバンドパス特性実現の見通しを得た．
(2) 注入同期リング発振器技術として，バンドパスRF IIRフィルタを応用した新規発振器によって注入同期PLLで問題となるスプリアスを低減させる手法の開発を目標とした．注入信号の低周波成分を高域通過フィルタによって削減することによって，発振信号近傍に現れるスプリアスを低減する新規回路技術を開発した．
(3) トランシーバアーキテクチャ・変調方式の検討を行った．トランシーバ構成を単純化できる変調方式としてOn-Off Keyingを採用し，トランシーバの低電力化のためにUncertain-IF Architectureを採用した．初期検討としてキャリア周波数は5GHz帯とし，レベルダイヤグラムを計算し-74dBmの受信感度が得られる見込みを得た．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

(1) 連続時間RF IIR・FIRフィルタ技術：研究実施計画に記載した目標を達成することができた．
(2) 注入同期リング発振器技術：研究実施計画に記載した目標を達成した．さらに，トランジスタレベルの設計・シミュレーションにより提案技術の有効性を実証することができ，計画以上の成果が得られた．
(3) トランシーバアーキテクチャ・変調方式の検討：研究実施計画に記載した目標を達成した．Uncertain-IF受信機のトランジスタレベル設計を行い，消費電力57uWで受信感度-74dBmの見通しを得ることができ，計画以上の成果が得られた．

今後の研究の推進方策

(1) 連続時間RF IIR・FIRフィルタ技術：RF DACとベースバンド(BB)フィルタの開発を目指す．RF DAC出力信号の隣接チャネル電力比改善のために本研究の遅延ベースFIR/IIRフィルタ技術の活用を検討する．コムフィルタ技術を用いてBB信号に含まれる高次成分を減衰させる小面積BBフィルタ回路技術等を研究する．
(2) 注入同期リング発振器技術：水晶発振器レス化のために受信信号をPLL注入同期信号に用いる手法を研究する．LNA出力信号をインバータでrail-to-railに変換してPLLに注入する方法を検討する．QPSKといった多値変調信号の場合，同期信号生成のために位相比較を用いる新規手法の開発を目指す．受信変調信号の位相変化部分を回避するために，遅延信号との自己相関を用いる技術を検討する．開発したLNA・発振器と水晶発振器レス化技術を組み合わせ，位相雑音等のトランジスタレベルシミュレーションを行う．必要があればLNAと発振器の設計をブラッシュアップする．
(3) トランシーバアーキテクチャ・変調方式の検討：集大成として，要素回路を統合しトランシーバの構築を目指す．22nmプロセスで100um角が目標であるため，180nm CMOSプロセスで818um角 (100um / 22nm×180nm角)を目標とする．スケマティック設計において，Verilog-AMS等で要素回路をモデリングしMixed-Signal解析によりトランシーバ全体での動作検証を行う．試作後のデバックのために外部Local入出力機能を含める等の工夫をする．

次年度の研究費の使用計画

該当なし

研究成果

• [雑誌論文] An Inductorless Cascaded Phase-Locked Loop with Pulse Injection Locking Technique in 90 nm CMOS (2013)
  • 著者名/発表者名: Sangyeop Lee, Hiroyuki Ito, Shuhei Amakawa, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 雑誌名: International Journal of Microwave Science and Technology 巻: Vol.2013 ページ: Article ID 584341, pp.1-11
  • DOI: 10.1155/2013/584341
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Multi-Band Quadrature Clock Generator With High-Pass-Filtered Pulse Injection Technique (2013)
  • 著者名/発表者名: Sangyeop Lee, Tatsuya Kamimura, Shin Yonezawa, Atsushi Shirane, Sho Ikeda, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, Kazuya Masu
  • 雑誌名: IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS 巻: Vol.23, No.2 ページ: 96-98
  • DOI: 10.1109/LMWC.2013.2239634
  • 査読あり
• [雑誌論文] A 60 GHz 3-dB tandem coupler using offset broadside-coupled lines on a silicon substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamid Kiumarsi, Hiroyuki Ito, Kenichi Okada, Yusuke Uemichi, Yasuto Chiba, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: Vol.10, No.2 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1587/elex.10.20120901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Injection-Locked Fractional Frequency Multiplier with Automatic Reference Pulse-Selection Technique (2012)
  • 著者名/発表者名: Sangyeop Lee, Hiroyuki Ito, Satoru Tanoi, Noboru Ishihara, Kazuya Masu
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: Vol.9, No.21 ページ: 1624-1629
  • DOI: 10.1587/elex.9.1624
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Ring-VCO-Based Injection-Locked Frequency Multiplier with Novel Pulse Generation Technique in 65nm CMOS (2012)
  • 著者名/発表者名: Sangyeop Lee, Norifumi Kanemaru, Sho Ikeda, Tatsuya Kamimura, Satoru Tanoi, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, Kazuya Masu
  • 雑誌名: IEICE Transactions 巻: Vol.E95-C, No.10 ページ: 1589-1597
  • DOI: 10.1587/transele.E95.C.1589
  • 査読あり
• [雑誌論文] Planar Solenoidal Inductor in Radio Frequency Micro-Electro-Mechanical Systems Technology for Variable Inductor with Wide Tunable Range and High Quality Factor (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Shirane, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.51 ページ: 05EE02, pp.1-4
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.05EE02
  • 査読あり
• [雑誌論文] 0.1 V 13 GHz Transformer-Based Quadrature Voltage-Controlled Oscillator with a Capacitor Coupling Technique in 90 nm Complementary Metal Oxide Semiconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kamimura, Sangyeop Lee, Satoru Tanoi, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.51 ページ: 04DE04, pp.1-6
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.04DE04
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Inverter-Based Wideband Low-Noise Amplifier in 40 nm Complementary Metal Oxide Semiconductor (2012)
  • 著者名/発表者名: Dayang Nur Salmi Dharmiza, Mototada Oturu, Satoru Tanoi, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol.51 ページ: 04DE07, pp.1-5
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.04DE07
  • 査読あり
• [学会発表] 注入同期型分周器およびC級動作VCOを用いた0.5V位相同期回路 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田 翔, 上村龍也, 李 尚曄, 金丸法史, 伊藤浩之, 石原 昇, 益 一哉
  • 学会等名: 電子情報通信学会2013総合大会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20130319-20130322
• [学会発表] RF CMOS 受信回路モジュールの低電力・小型化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 米澤 慎, 方 一鳴, 伊藤浩之, 石原 昇, 益 一哉
  • 学会等名: 電子情報通信学会2013総合大会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20130319-20130322
• [学会発表] 超低電力RF CMOS ウェイクアップレシーバーの検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 蒋 浩, 伊藤浩之, 石原 昇, 益 一哉
  • 学会等名: 電子情報通信学会2013総合大会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20130319-20130322
• [学会発表] A 1.8 GHz, 2.2 Watt Fully Integrated CMOS Power Amplifier (2013)
  • 著者名/発表者名: Hamid Kiumarsi,Fenghuai Zheng,Hiroyuki Ito,Noboru Ishihara,Kazuya Masu
  • 学会等名: 電子情報通信学会2013総合大会
  • 発表場所: 岐阜
  • 年月日: 20130319-20130322
• [学会発表] 超低電力RF CMOSトランシーバ回路技術に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤浩之, 李尚曄, 池田翔, 蒋浩, 石原昇, 益一哉
  • 学会等名: マイクロ波研究会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 20130306-20130308
• [学会発表] Optimal Design Method for Chip-Area-Efficient CMOS Low-Dropout Regulator (2012)
  • 著者名/発表者名: Sho Ikeda, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, Kazuya Masu
  • 学会等名: 2012 IEEE Asian Pacific Conference on Circuit and Systems
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 20121202-20121205
• [学会発表] A 0.5-V 5.5-GHz Class-C-VCO-Based PLL with Ultra-Low-Power ILFD in 65 nm CMOS (2012)
  • 著者名/発表者名: Sho Ikeda, Tatsuya Kamimura, Sang_yeop Lee, Norifumi Kanemaru, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, Kazuya Masu
  • 学会等名: IEEE Asian Solid-State Circuits Conference
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20121112-20121114
• [学会発表] RFミキサ回路のため高速MEMSスイッチの検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤浩之, 山根大輔, 小西敏文, 石原 昇, 町田克之, 益 一哉
  • 学会等名: 応用物理学会・集積化MEMS技術研究会主催第4回集積化MEMSシンポジウム
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20121023-20121024
• [学会発表] Fractionally Injection-Locked Frequency Multiplication Technique with Multi-Phase Ring VCO (2012)
  • 著者名/発表者名: Sho Ikeda, Sangyeop Lee, Tatsuya Kamimura, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 学会等名: Int. Conf. on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20120925-20120927
• [学会発表] Inductorless Wideband Low Noise Amplifier with Variable Gain in 65nm CMOS (2012)
  • 著者名/発表者名: Dayang Nur Salmi Dharmiza, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 学会等名: Int. Conf. on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20120925-20120927
• [学会発表] Indutors and Transformers on 65nm CMOS Technology for 60GHz Applications (2012)
  • 著者名/発表者名: Hamid Kiumarsi, Hiroyuki Ito, Kenichi Okada, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 学会等名: 電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] 近距離通信用90nm Si CMOS プロセススケーラブルRF トランシーバ (2012)
  • 著者名/発表者名: 米澤 慎, 白根篤史, 大鶴基格, 李 尚曄, 田野井 聡, 伊藤浩之, 石原 昇, 益 一哉
  • 学会等名: 電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] CMOSインバータベースΔΣAD変換回路の設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 冨松一幾, 伊藤浩之, 石原 昇, 後藤邦彦, 益 一哉
  • 学会等名: 電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] An inductorless injection-locked PLL with 1/2- and 1/4-integral subharmonic locking in 90 nm CMOS (2012)
  • 著者名/発表者名: Sang_yeop Lee, Sho Ikeda, Hiroyuki Ito, Satoru Tanoi, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 学会等名: IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20120617-20120619
• [学会発表] A Process-Scalable RF Transceiver for Short Range Communication in 90 nm Si CMOS (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Shirane, Mototada Otsuru, Sang_yeop Lee, Shin Yonezawa, Satoru Tanoi, Hiroyuki Ito, Noboru Ishihara, and Kazuya Masu
  • 学会等名: IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20120617-20120619
• [学会発表] 微細CMOSプロセスを用いたMEMS駆動用26V出力チャージポンプ回路 (2012)
  • 著者名/発表者名: 白根篤史, 伊藤浩之, 石原 昇, 田野井 聡, 伊藤浩之, 石原昇, 益一哉
  • 学会等名: LSIとシステムのワークショップ2012
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20120528-20120530
• [学会発表] 容量結合を用いた超低電圧トランスフォーマー型直交電圧制御発振器 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田 翔, 上村龍也, 李 尚曄, 田野井 聡, 伊藤浩之, 石原昇, 益一哉
  • 学会等名: LSIとシステムのワークショップ2012
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20120528-20120530
• [学会発表] CMOSオンチップLDOの小面積化最適設計法の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田 翔, 伊藤浩之, 石原昇, 益一哉
  • 学会等名: 第28回 シリコンアナログRF研究会
  • 発表場所: 慶応大
  • 年月日: 20120524-20120524
• [備考] Posters
  • URL: http://masu-www.pi.titech.ac.jp/poster/index.shtml