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2014 年度 実施状況報告書

容量型センサの低消費電力・ディジタル出力型信号処理システムに関する研究開発

研究課題

研究課題/領域番号 25420329
研究機関山梨大学

研究代表者

小川 覚美  山梨大学, 総合研究部, 准教授 (40252168)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードセンサ信号処理 / CMOS集積回路 / 差動容量型センサ / スイッチドキャパシタ回路
研究実績の概要

平成26年度の研究実施内容を以下に示す。まず、平成25年度に集積化した試作チップが設計どおりの動作をしない原因を明らかにした。続いて、ディジタル出力型の差動容量型センサの信号処理回路の小型・低消費電力化に向けて性能を改善が期待される新しい容量・時間(C/T)変換回路を提案した。回路シミュレータHSPICEを用いたシミュレーションと試作回路によって動作確認を行った。0.18um CMOSプロセスパラメータを用いたシミュレーションによって、分解能が0.1%以下、消費電力が0.5mWとなることを示した。その結果を踏まえて提案回路の集積回路(IC)レイアウト設計を行い、VDEC(東京大学大規模集積化システム設計教育研究センター)をとおして0.18um CMOSプロセスでチップ試作を行った。レイアウト設計にミスがあったため信号処理回路全体は動作しなかったが、同一チップ上にTEG(Test Element Group)回路として試作した演算増幅器、コンパレータ、カレントミラー回路を用いてC/T変換回路を構成し、実験により特性を評価した。利得誤差が0.16 %、オフセット誤差がフルスケールの0.095 %、非直線性誤差が1.39%の結果が得られた。今後、レイアウト設計を見直し、再度試作集積化を試みる。
また、容量・周波数(C/F)変換回路についてはシミュレータを用いて設計を行っているところである。
平成26年度の研究成果は、国際会議IEEE 57th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS 2014)と、国内電気学会の部門大会、研究会、全国大会で発表された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

平成26年度は、平成25年度に集積化した試作チップが設計どおりの動作をしない原因を明らかにした。性能の改善が期待できる新しいC/T変換を用いた差動容量型センサの信号処理回路を設計し、VDECをとおして0.18um CMOSプロセスで提案回路のアナログ部の試作集積化までを行った。ICレイアウト設計時にミスがあり、センサの信号処理回路全体としては動作しなかったが、TEGの構成素子を使って回路を試作し、実験評価を行うことができた。平成26年度はC/T変換を用いた差動容量型センサの信号処理回路の設計・試作を優先して進めており、容量・周波数(C/F)変換を用いた信号処理回路については現在シミュレータを用いて設計を行っているところである。従って、容量・周波数(C/F)変換を用いた信号処理回路の設計・試作に当初計画よりも若干遅れを生じている。

今後の研究の推進方策

今後は、平成26年度はICレイアウト設計時のミスにより正常に動作しなかったC/T変換を用いた差動容量型センサの信号処理回路の試作を再度行う。また、遅れているC/F変換を用いた差動容量型センサの信号処理回路の設計・試作・評価についても平成27年度に行う予定である。
平成25年度、時間・ディジタル(T/D)変換回路のディジタル部にはFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いることができないことがわかった。最終的に提案回路を集積化する際にはディジタル部も含めてアナログ・ディジタル混載チップにする必要がある。ICレイアウト設計時間の短縮という点からも、VDEC以外の集積回路の試作サービスの利用も検討する。

次年度使用額が生じた理由

平成25年度に旅費として国際会議出席のための経費が含まれていたが、国際会議への出席ができなかったため、その経費が平成26年度の使用額となったのに加え、平成25年度にディジタル部の設計にFPGAが利用できないことがわかったため、FPGA開発ツールの購入予定がなくなった。以上の理由により、次年度使用額が生じた。

次年度使用額の使用計画

前年度未使用額500,000円を加えた次年度、平成27年度の経費は、集積回路の試作及び試作回路の特性評価、国際会議と国内学会・研究会への旅費及び参加費、研究成果の投稿料に使用する予定である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] A CMOS Interface for Differential Capacitive Sensors Using a Time-to-Digital Converter2014

    • 著者名/発表者名
      1.S. Ogawa
    • 雑誌名

      Proceedings of the IEEE 57th International Midwest Symposium on Circuits and Systems

      巻: _ ページ: 945-948

    • DOI

      10.1109/MWSCAS.2014.6908572

    • 査読あり
  • [学会発表] C/T変換を用いた容量型センサCMOSインターフェイスの高精度化に関する検討2015

    • 著者名/発表者名
      1.永井 正成, 小川 覚美
    • 学会等名
      電気学会全国大会
    • 発表場所
      東京都市大学(東京都世田谷区)
    • 年月日
      2015-03-24 – 2015-03-26
  • [学会発表] C/T変換を用いた容量型センサCMOSインターフェイスの高精度化2014

    • 著者名/発表者名
      2.永井 正成, 小川 覚美
    • 学会等名
      電気学会東京支部沼津・山梨支所研究会
    • 発表場所
      東芝キャリア(株)(静岡県富士市)
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-21
  • [学会発表] C/T変換を用いた容量型センサCMOSインターフェイス2014

    • 著者名/発表者名
      3.小川 覚美, 永井 正成
    • 学会等名
      電気学会電子・情報・システム部門大会
    • 発表場所
      島根大学(島根県松江市)
    • 年月日
      2014-09-03 – 2014-09-06

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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