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 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24760266
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 新津 葵一 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40584785)
• キーワード: 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

研究概要

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。

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

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。

今後の研究の推進方策

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。

研究成果

• [雑誌論文] Analysis on a Cascaded Structure in Open-Loop Time Amplifier for High-Speed Operation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Niitsu, Naohiro Harigai, Daiki Hirabayashi, Masato Sakurai, Takahiro J. Yamaguchi, and Haruo Kobayashi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: vol. 596 ページ: 171-175
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Methodology and Jitter Analysis of a Delay Line for High-Accuracy On-Chip Jitter Measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Niitsu, Kazunori Sakuma, Naohiro Harigai, Daiki Hirabayashi, Nobukazu Takai, Takahiro J. Yamaguchi, and Haruo Kobayashi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: vol. 596 ページ: 176-180
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Calibration Techniques of Pipeline ADCs Using Cyclic Configuration (2014)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: vol. 596 ページ: 181-186
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amperometric Electrochemical Sensor Array for On-Chip Simultaneous Imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Kuno, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: vol. 53 ページ: 04EL01(7 pages)
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.04EL01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design Methodology for Determining the Number of Stages in a Cascaded Time Amplifier to Minimize Area Consumption (2013)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Niitsu, Naohiro Harigai, and Haruo Kobayashi
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: vol. 10, no. 11 ページ: 20130289
  • DOI: 10.1587/elex.10.20130289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-bit Sigma-Delta TDC Architecture with Improved Linearity (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Journal of Electronic Testing : Theory and Applications 巻: vol. 29, no. 6 ページ: 879-892
  • DOI: 10.1007/s10836-013-5408-6
  • 査読あり
• [学会発表] Phase Noise Measurement with Delta-Sigma TDC (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Osawa, Daiki Hirabayashi, Naohiro Harigai, Haruo Kobayashi, Osamu Kobayashi, Kiichi Niitsu, Takahiro J. Yamaguchi, and Nobukazu Takai
  • 学会等名: International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 20131219-20131219
• [学会発表] Study of Complex Multi-Bandpass DWA algorithm for I-Q Signal Generation (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 20131219-20131219
• [学会発表] Noise-Shaping Cyclic ADC Architecture (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
  • 発表場所: Kiryu
  • 年月日: 20131219-20131219
• [学会発表] Study of Complex Multi-Bandpass ΔΣ Modulator for I-Q Signal Generation (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • 発表場所: Ho Chi Minh City
  • 年月日: 20131115-20131116
• [学会発表] A Single Supply Bootsrapped Boost Regulator for Energy Harvesting Applications (2013)
  • 著者名/発表者名: Zachary Nosker, Yasunori Kobori, Haruo Kobayashi, Kiichi Niitsu, Tetsuji Yamaguchi, Eiji Shikata, Tsuyoshi Kaneko, Nobukazu Takai, and Kimio Ueda
  • 学会等名: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • 発表場所: Ho Chi Minh City
  • 年月日: 20131115-20131116
• [学会発表] SFDR Improvement Algorithms for Current-Steering DACs (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • 発表場所: Ho Chi Minh City
  • 年月日: 20131115-20131116
• [学会発表] Noise-Shaping Cyclic ADC Architecture (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • 発表場所: Ho Chi Minh City
  • 年月日: 20131115-20131116
• [学会発表] Phase Noise Measurement and Testing with Delta-Sigma TDC (2013)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • 発表場所: Ho Chi Minh City
  • 年月日: 20131115-20131116
• [学会発表] Amperometric Electrochemical Sensor Array for On-Chip Simultaneous Imaging (2013)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Kuno, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 20130924-20130927
• [学会発表] Phase Noise Measurement with Sigma-Delta TDC (2013)
  • 著者名/発表者名: Daiki Hirabayashi, Yusuke Osawa, Naohiro Harigai, Osamu Kobayashi, Kiichi Niitsu, Takahiro J. Yamaguchi, and Nobukazu Takai
  • 学会等名: IEEE International Test Conference
  • 発表場所: Anaheim
  • 年月日: 20130908-20130913
• [備考] 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