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

2014 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)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• 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

研究実績の概要

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、回路全体の物理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)での第三次検証を行った。昨年度のトランジスタレベルから、さらに発展させ物理レベル設計(物理レイアウト・マスクレイアウト図での設計)での設計検証を行った。物理設計レベルでの設計検証(ポストレイアウトシミュレーション)が完了したことで、試作機会が得られればすぐに実半導体集積回路でのシステム実証が可能な状態となった。
誘導結合型無線接続ジッタ情報試験システムを構築する上では、ジッタ情報をチップ内で伝達する手法が必須となるが、チップ内でジッタ情報を伝送するためのオンチップトランシーバ送受信器回路設計技術についての開発を行った。自分自身のエッジと0.5T(Tはクロック信号の周期サイクル時間)だけ自分自身を遅らせた信号を比較する、自己参照型エッジ検出技術を開発し、世界で初めてトランシーバ受信回路に適用した。
また、ジッタをより高い精度で試験するための時間差増幅器についての開発を行った。製造ばらつきを再構成回路技術により低減する技術の開発を行った。多段構成された時間差増幅器において、各段の時間差増幅器の持つ時間差オフセット(入力時間差が0のときに生じる出力時間差、理想的には0であるが、製造ばらつきのためにどうしても生じてしまう。)の極性をテストし、そのテスト結果に応じて配線を再構成することで全体の時間差オフセットを低減する技術を提案した。回路シミュレーションにより、その有効性を実証することに成功した。

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

トランジスタレベル設計から踏み込んだ物理レベル設計まで発展させ、より実半導体集積回路動作に近いポストレイアウトシミュレーション環境の構築に成功したため。さらに、チップ内でジッタ情報を伝送するトランシーバ回路の動作実証を達成し、製造ばらつき耐性の高い新規の時間差増幅回路の開発にも成功したため。

今後の研究の推進方策

今後は、物理レベル設計結果を元に実半導体集積回路の試作・評価を行う。実半導体集積回路での実証により、実用化への道筋を立てる。

次年度使用額が生じた理由

26年度にジッタ情報試験システムを搭載した半導体集積回路の試作を予定していたが、試作予定の半導体集積回路製造工場の環境変化により試作サービスがなくなってしまい、新規半導体製造プロセスでの集積回路試作を行うことを余儀なくされた。新規半導体製造プロセスにおいて設計環境の構築や要素回路の再作成を行うことと計画を変更したため、未使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

このため、新規半導体製造プロセスでの半導体集積回路試作を次年度に行うこととし、未使用はその経費に充てる計画である。

研究成果

• [雑誌論文] A CMOS PWM Transceiver Using Self-Referenced Edge Detection (2015)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Niitsu, Yusuke Osawa, Daiki Hirabayashi, Osamu Kobayashi, Takahiro J. Yamaguchi, and Haruo Kobayashi
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems 巻: 23 ページ: 1145-1149
  • DOI: 10.1109/TVLSI.2014.2321393
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Analysis and Experimental Verification of DNA Single Base Polymerization Detection Using CMOS FET-Based Redox Potential Sensor Array (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ishihara, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 ページ: 04DL05
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.04DL05
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phase Noise Measurement and Testing with Delta-Sigma TDC (2015)
  • 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, Isao Shimizu, Nobukazu Takai, and Takahiro J. Yamaguchi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 643 ページ: 149-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Digital Auto-Tuning for Center Frequency and Q-Factor of Gm-C Band-Pass Filter (2015)
  • 著者名/発表者名: Guanglei Jin, Hao Chen, Chuan Gao, Yunpeng Zhang, Murong Li , Haruo Kobayashi, Shu Wu, Nobukazu Takai, Kiichi Niitsu, and Khayrollah Hadidi
  • 雑誌名: Key Engineering Materials 巻: 643 ページ: 123-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Low-Offset Cascaded Time Amplifier with Reconfigurable Inter-Stage Connection (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Niitsu, Naohiro Harigai, Takahiro J. Yamaguchi, and Haruo Kobayashi
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 11 ページ: 20140203
  • DOI: 10.1587/elex.11.20140203
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] CMOS Platforms for Biomedical Application -DNA Sequencing, Glucose Detection, and Bacteria Counting- (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiichi Niitsu and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: International Conference on Integrated Circuits, Design, and Verification
  • 発表場所: ベトナム、ハノイ
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-15
  • 招待講演
• [学会発表] Live Demonstration: An Extended-Gate CMOS Sensor Array with Enzyme-Immobilized Microbeads for Redox-Potential Glucose Detection (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayato Komori, Kiichi Niitsu, Junko Tanaka, Yu Ishige, Masao Kamahori, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS 2014)
  • 発表場所: スイス、ローザンヌ
  • 年月日: 2014-10-24 – 2014-10-24
• [学会発表] Live Demonstration: A CMOS Sensor Platform with 1.2 um × 2.05 um Electroless-Plated 1024 × 1024 Microelectrode Array for High-Sensitivity Rapid Direct Bacteria Counting (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoko Ota, Kiichi Niitsu, Hiroki Kondo, Masaru Hori, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS 2014)
  • 発表場所: スイス、ローザンヌ
  • 年月日: 2014-10-24 – 2014-10-24
• [学会発表] An Extended-Gate CMOS Sensor Array with Enzyme-Immobilized Microbeads for Redox-Potential Glucose Detection (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayato Komori, Kiichi Niitsu, Junko Tanaka, Yu Ishige, Masao Kamahori, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS 2014)
  • 発表場所: スイス、ローザンヌ
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-22
• [学会発表] A CMOS Sensor Platform with 1.2 um × 2.05 um Electroless-Plated 1024 × 1024 Microelectrode Array for High-Sensitivity Rapid Direct Bacteria Counting (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoko Ota, Kiichi Niitsu, Hiroki Kondo, Masaru Hori, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS 2014)
  • 発表場所: スイス、ローザンヌ
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-22
• [学会発表] Phase Noise Measurement Techniques Using Delta-Sigma TDC (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Osawa, Daiki Hirabayashi, Naohiro Harigai, Haruo Kobayashi, Kiichi Niitsu, and Osamu Kobayashi
  • 学会等名: IEEE International Mixed-Signals, Sensors, and Systems Test Workshop (IMS3TW 2014)
  • 発表場所: ブラジル、ポルトアレグレ
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-17
• [学会発表] DNA Single Base Polymerization Detection Using CMOS FET-Based Redox Potential Sensor Array (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ishihara, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-11
• [学会発表] Charge-Conserved Analog-to-Time Converter for a Large-Scale CMOS Bionsensor Array (2014)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Takihi, Kiichi Niitsu, and Kazuo Nakazato
  • 学会等名: IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems (ISCAS 2014)
  • 発表場所: メルボルン、オーストラリア
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-02
• [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