研究シーズ名
低消費電力⊿∑型アナログ/デジタル変換器
分  野 電気・電子工学
キーワード 集積回路、CMOS、A/D 変換器、⊿Σ変調器、オーバーサンプリング
研究者名 和保 孝夫
Waho Takao
職  名 教授
所  属 理工学研究科
理工学専攻
連絡先
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概    要
 低消費電力A/D変換器、特にオーバーサンプリング⊿Σ型および逐次比較型A/D変換器、を対象として研究・開発を行っています。
 図1に最近試作した2次⊿Σ変調器のチップレイアウト、図2に測定に用いた評価ボードと測定例を示します。従来、⊿Σ変調器で積分器に用いられていたオペアンプをダイナミック・ソースフォロワ(DSFI)という簡素化されたスイッチト・キャパシタ回路で置き換え、低消費電力動作実現の可能性を追求しました。デジメーションフィルタはFPGAを用いて実装しました。サンプリング周波数5MHz(OSR = 125)のときのコア回路の消費電力は 27.4 μW、SNR は56 dB(約9ビット相当)で、シミュレーションに近いノイズシェイピング特性を確認しています。

図1 ⊿Σ変調器のレイアウト図(0.18 μm CMOS)

図2 評価ボードによる測定例
応用例
可搬型のセンサ、環境モニタ用センサ(温度、気圧、など)、生体モニタ用センサなどと組み合わせ、低消費電力システムを構築できます。
今後の発展性
回路構成/パラメタの最適化、アーキテクチャの工夫、微細化プロセスの採用などで、一層の低消費電力化、高分解能化が期待できます。
研究設備
半導体パラメタアナライザ、デジタルオシロスコープ(20GS/s)、ネットワークアナライザ(50Gz)、高周波プローバ、ロジックアナライザ、任意波形発生器、データタイミングジェネレータ、回路設計/シミュレーション/レイアウトCADツール
共同研究・外部機関との連携への期待
低消費電力A/D 変換器の開発とセンサネットワークなどへの応用。下記(3)(4)を用いた講習/セミナー開催も可。
関連特許・論文等
(1)Ryoto Yaguchi, et al., “A Dynamic Source-Follower Integrator and Its Application to Delta-Sigma Modulators,” IEICE Trans. on Electronics, vol. E94-C, no. 5, pp. 802 - 806, 2011.
(2)Kenji Michimata, et al., “Heterogeneous Integration of an InAs Nanowire with Energy-Efficient CMOS Delta-Sigma Modulator,” Proc. IEEE SENSORS 2013.
(3)和保孝夫、安田彰(監訳)「⊿Σ型アナログ/デジタル変換器入門」丸善株式会社、ISBN:978-4-621-07872-3(2007)
(4)和保孝夫「(電子情報通信学会レクチャーシリーズ)電子デバイス」コロナ社、ISBN:978-4-339-01848-6(2013)

お問合せ先
上智大学学術情報局研究推進センター
TEL:03-3238-3173 E-mail:g_rant@cl.sophia.ac.jp