出力データの処理

付録 B

解析データ処理の詳細

この付録では１次サブサンプリング連続時間ΔΣAD変調回路のMatlab, Verilog-AまたSPICE による回路解析の出力データ処理の仕方を説明する.

FFT CT Delta Sigma ADC (ファイル名) clear all;

clc;

close all;

Data=xlsread(C :/matlab−sim/DS−ADC/F F T −1.xls); (EXCELのデータを読み込む) Data1 =load(out−cm4); (直接ファイルを読み込む)

len= 2¹⁴; (データの長さ)

a= 1; (データ採る時の最初ポイント)

Data1 =Data1(a: (a+len−1),:);(採ったデータ) xarray= 1 :len;

vout1 =Data1(xarray,2)−0.9; (0/1.8Vのデータを-0.9V/0.9Vに変換) F F T1 =f f t(vout1, length(Data1))./(length(vout1)/2); (FFT変換) P1 =abs(F F T1).²; (パワーを計算)

dB1 = 10∗log10(P1); (dBに変換する)

x1 = 0 : 1/(length(Data1)−1) : 1; (周波数正規化) figure (1); (グラフで表現)

plot(x1,dB1);grid on;

title(’Output Power Spectrum’);

xlabel(’Frequency(Fin/Fs)’);

ylabel(’Power[dB]’);

AXIS([0.5 1 -100 0]);

SNDRを計算する: nn= 14;

F s= 2ⁿⁿ; (サンプリング周波数) T s= 1/F s;

A= 1;

F in=F s∗0.75−1;

sig−ct1 =P1(F in+ 1,:);(信号のパワー) os= 1 : 8;

OSR= 2.^os;

BW =F s/2./OSR;(バンド幅) for n =1:8;

band−ct1(n,:) =sum(P1(F in+ 1−BW(n)/2 :F in+ 1 +BW(n)/2,:)); (帯域内の信号) sndr−ct1(n,:) = 10∗log10(sig−ct1(1,:)./(band−ct1(n,:)−sig−ct1(1,:)));(SNDRの計算) end;

figure(2);

tx=log2(OSR);

plot(tx,sndr-ct1);

axis ([0,n+1,0,60]);

title(’SNDR-OSR’);

xlabel(’OSR[2ⁿ]’);

ylabel(’SNDR[dB]’);

grid on;

B.2.3 解析ツールの紹介

１次連続時間サブサンプリングバンドパスΔΣAD変調回路の解析を行うとき, Matlab,Verilog-A,SPICE合わせて３つの解析ツールを用いていた. Matlabは各回路のモデルを作成し,数学的に 演算を行い,解析結果を分析ツールであるため,演算速度は一番速い,一回のシミュレーションは約3 分間で全ての処理を完成出来る.

本研究で用いたVerilog-AツールはCadence社が提供するシミュレーション環境で動作させる. 各回路のモデルも必要に応じたVerilog-Aで書いた数学モデルである.数学モデルの計算であるため, 計算速度も速い,一回のシミュレーションは約3分間で出力データが得られる,そのデータをMatlab により周波数領域での特性を求める.またVerilog-Aで作成した各モデルはMOSトランジスタで

構成したSPICEモデルに置き換えてシミュレーションが出来るので,システム設計にはとても便利

である.SPICEモデルに置き換えてシミュレーションをすることによってシミュレーション時間が長

くなる.

本研究でのSPICEシミュレーションはCadence社に提供されたSPECTRE環境でTSMC社 に提供された0.18umCMOSを用いて,各回路モデルを作成し,MOSトランジスタレベルでのシミュ レーションである.このシミュレーションはVerilog-Aによるシステム設計が完了した後に最終解析 である.一番実際の回路動作に近い精度を得られるが,解析時間は長く,一回のシミュレーションは約 1時間でシミュレーションが完了出来る.

謝辞

本研究の機会及び素晴らしい研究環境を与えて下さり，貴重な時間を割いてあらゆる面で終始 懇切なる御指導ならびに御高配を賜った群馬大学工学部 小林春夫 教授に心から感謝致します。

本研究をまとめるにあたり、貴重な助言を頂いた群馬大学工学部稲村実教授、花泉修教授、本島邦 行准教授、弓仲康史准教授、高井伸和講師に深く感謝致します。

本研究を支援していただきましたシャープ株式会社および有意義なご討論、ご指導を賜りました宮 本雅之様,飯塚邦彦様,ロレ パスカル様に厚く御礼申し上げます。本研究を進めるにあたり、イン ターンシップを受け入れて頂き、またインターンシップ中親切にご指導をいただいたシャープ株式会 社 電子デバイス事業本部 高周波デバイス事業部の今奥崇夫様、藤本義久様をはじめとする皆様に深 く感謝致します。

私の研究において小林研究室の皆様のご支援なくしては研究の成果をあげることが不可能であった 事を記すとともに小林研究室の皆様に深甚の謝意を表します。多忙にも関わらず、何か問題に直面す ると、いつも快く相談に乗ってくれました傘昊助教（現在東京都市大学准教授）のご指導は私にとっ て大変勉強になりました。また研究チームに加わった元澤篤史君（現在ルネサステクノロジ）、田邉 朋之君（現在旭化成エレクトロニクス株式会社）のご協力に感謝致します。また私の研究に素晴らし い環境をサポートして頂いた技官の石川信宣様に深く感謝致します。

博士後期課程の在学期間において、奨学金を頂いた文部科学省(2007年4月〜2008年9月の一年 半)、経済産業省、文部科学省委託事業アジア人財資金構想(2008年10月〜2010年3月の一年半の 間)に御礼申し上げます。また、海外における学会発表と研究活動の援助を頂いた(財)群馬大学科学 技術振興会と(財)群馬大学工業会に深く感謝致します。

日本留学の機会を与えていただき、ならびに長年の日本生活にわたり、あらゆる面でお世話になっ た叔父、叔母に心より厚く御礼申し上げます。最後に精神と生活の面で支えていただいた両親、姉そ して妻に心より感謝致します。

2010年3月

研究業績

論文

(1) 林海軍、山口 宣、真壁 和也、亀井 篤、小林春夫, ”電荷モード折り返しAD変換回路”、電子情 報通信学会誌 和文誌Ｃ アナログ回路技術ショートノート特集号、Vol.J89-C, No.10,（Oct.

2006）.

(2) 林 海軍, 田辺 朋之, 傘 昊, 小林 春夫.”インバータタイプGm-C バンドパスフィルタの解析と 設計.”電気学会 論文誌C, vol.129, no.8 (2009年8月）

(3) 林海軍, 元澤篤史, 田邉朋之, ロレ パスカル, 飯塚邦彦, 小林春夫, 傘 昊, 高井伸和, ”連続 時間バンドパス ΔΣAD変調器の Q値とループ遅延の影響.” 電子情報通信学会論文誌 A, Vol.J93-A,No.2,(Feb. 2010)

関連論文

(1) Hao San, Hajime Konagaya, Takafumi Yamada, Haijun Lin, Haruo Kobayashi, Kazumasa Ando, Chieto Murayama,”Noise-CoupledΔΣAD Modulator with Sahred OP-Amp.” IEEJ Trans. ELS.Vol.129,No.12 2009.

国際学会

(1). H. Lin, A. Motozawa, K. Shimizu, Y. Takahashi, M. Uemori, H. Kobayashi, T.

Tanabe, N. Takai, H. San.”High Frequency CMOS Gm-C Bandpass Filter De-sign”,IEEJ International Analog VLSI Workshop, Limerick, Ireland (Nov.2007).

(2). K. Shimizu , T. Komuro, A. Motozawa , H. Lin , M. Kono, H. Kobayashi,”Nonuniform Sampling ADC Using Time-to-Digital Converter and its Signal Processing”, ASP-DAC2007 Student Forum, Yokohama (Jan. 2007) .

(3). Haijun Lin, Tomoyuki Tanabe, Atsushi Motozawa,Haruo Kobayashi, Hao San, Nobukazu Takai.”Design and Analysis of Low Power Inverter-Type Gm-C Band-pass Filter.”International Analog VLSI Workshop, pp.62-67, Istanbul, Turkey, (Aug., 2008)

(4). Hajime Konagaya, Haijun Lin, Hao San, Haruo Kobayashi,Kazumasa Ando, Hi-roshi Yoshida, Chieto Murayama, Yukihiro Nisida.”Delta-Sigma AD Modulator for Low Power Application”,IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Sys-tems, Macao, China, pp.1232-1235, Dec. 2008.

(5). Haijun Lin, Atsushi Motozawa,Pascal Lo Re, Kunihiko Iizuka, Haruo Kobayashi, Hao San.”Study of Q Factor and Loop Delay Effects of a Continuous-TimeΔΣAD Modulator”The IEEE 8th International Conference on ASIC the IEEE ASICON 2009, Changsha, China, (Oct.2009)

(6). Haijun Lin, Tomoyuki Tanabe, Atsushi Motozawa,Pascal Lo Re, Kunihiko Iizuka, Haruo Kobayashi, Hao San, Nobukazu Takai.”Q Factor and Loop Delay Effect Consideration for Continuous-Time ΔΣ AD Modulator.”International Analog VLSI Workshop, Chaingmai, Thiland, (Nov.2009)

国内学会

(1) 林海軍、神宮善敬、稲葉晋也、小林春夫.「低電圧・高周波トランスコンダクタンス増幅器  -Nauta のOTA の改良 -」、電気学会 電子回路研究会、pp.5-10, 函館 （2004年6月）. (2) 林海軍、清水一也、高橋洋介、元澤篤史、小林春夫、神宮善敬、高井伸和、「Nauta のOTA を

用いた高周波G_m-Cバンドパスフィルタの検討」、電気学会、電子回路究会、那須塩原（２００ ５年１２月）.

(3) 高橋洋介、林海軍、小林春夫、小室貴紀、高井伸和、「発振を利用したアナログフィルタのテス ト・調整」、電気学会、電子回路研究会、桐生（2006年3月）.

(4) 清水一也, 元澤篤史, 林海軍、小室貴紀,小林春夫、「タイムデジタイザを用いた非同期サンプリ ングAD変換器と信号処理」、電子情報通信学会、第１９回 回路とシステム（軽井沢）ワーク ショップ（2006年4月)

(5) 上森将文、林海軍、市川知成、元澤篤史、小林春夫、「高周波連続時間バンドパスΔΣＡＤ変調 器アーキテクチャ  ―ＲＦサンプリングを目指して」、電子情報通信学会、第８回シリコンアナ ログＲＦ研究会、京都（2006年5月）

(6) 清水一也,元澤篤史,林海軍、小室貴紀,小林春夫 、「微細ＣＭＯＳ向き非同期サンプリングADC アーキテクチャと信号処理」、第８回ＤＳＰＳ教育者会議、東京（2006年8月）．

(7) 清水一也，小室 貴紀，元澤 篤史，林 海軍，小林 春夫、「タイムデジタイザを用いた非同期サン プリングAD変換器」、システムＬＳＩ合同ゼミ、東京(2006年10月)．

(8) 清水一也，小室 貴紀，元澤 篤史，林 海軍，小林 春夫、「タ イムデジタイザを用いた非同期サン プリングAD変換器の高性能化の検討」、シリコンアナログRF研究会、福岡(2006年11月)． (9) 元澤 篤史、清水 一也、上森 将文、ロレ パスカル、高橋 洋介、林海軍、飯塚 邦彦、田邊 朋

之、小林 春夫、傘 昊、高井 伸和、「RFサンプリング用連続時間バンドパスΔΣAD変調器の 検討」、電子情報通信学会 第12回 シリコンアナログRF研究会、桐生（2007年6月）. (10) 元澤 篤史、ロレ パスカル、林海軍、田邊朋之、上森 将文、飯塚 邦彦、小林 春夫、傘 昊、高

井 伸和、「RFサンプリング連続時間バンドパスΔΣＡＤ変調器アーキテクチャの検討」、電気 学会 電子回路研究会ECT-08-24 豊橋（2008年3月）.

(11) 林 海軍、田邊 朋之, 小林 春夫、傘 昊「低消費電力インバータタイプGm-C バンドパスフィル タの設計」第39回システムLSI合同ゼミ, 中央大 (2008年6月）

(12) 田辺朋之, 林海軍, 内藤智洋, 高橋伸夫, 壇徹, 馬場清一, 北村真一, 小林春夫, 傘昊, 高井 伸和,

「ＴＶチューナ用ADPLLの検討」電子情報通信学会総合大会、愛媛（2009年3月）

(13) 小林春夫、元澤篤史、上森将文、林海軍、田辺朋之, 傘昊,「広帯域デルタシグマAD変換器」、電 子情報通信学会総合大会、企画セッション（最先端A/D変換回路技術〜市場要求と実現技術）、

愛媛〔2009年3月）

(14) 田邊 朋之，林 海軍，内藤 智洋，高橋 伸夫，壇 徹，馬場 清一，北村 真一、小林 春夫，傘 昊，

高井 伸和、「広帯域ADPLL回路設計技術の検討」電子情報通信学会 シリコンアナログRF 研究会、東京（２００９年３月）

(15) 林 海軍, 田辺 朋之, 傘 昊, 小林 春夫,「インバータタイプGm-C バンドパスフィルタの解析と 設計」電子情報通信学会、第22回 回路とシステム（軽井沢）ワークショップ（2009年4月）. (16) 林 海軍, 田辺 朋之, 元澤 篤史, ロレ パスカル, 飯塚 邦彦、小林 春夫, 傘 昊, 高井 伸和,「連続 時間BPΔΣAD変調器のQ値とループ遅延の影響」電子情報通信学会、第22回回路とシス テム（軽井沢）ワークショップ（2009年4月）.

(17) 林海軍、田邊朋之、長谷川賀則、三田大介、西村繁幸、小林春夫,「TVチューナ用ADPLLの 検討」第１１回ＤＳＰＳ教育者会議、東京（２００９年９月）

(18) Haijun Lin, Atushi Motozawa, Pascal Lo Re, Kunihiko Iizuka, Haruo Kobayashi, Hao San, Nobukazu Takai. ”Design of High Resolution High Speed Continuous-Time Bandpass Delta Sigma ADC.” 電子情報通信学会 集積回路研究会 浜松(2009年 12月)

(19) 林 海軍 ”連続時間バンドパス ΔΣAD変調器の高性能化の検討”第44回システムLSI合同 ゼミ 東京(2010年1月)

解析論文

(1) 小室 貴紀、林 海軍、清水 一也、小林 春夫、”RF回路設計に押し寄せるアーキテクチャ の変革を読み解く！CMOS RFIC実現への道のり 前編：フルCMOSレシーバにみる独創の 技術 RFワールド 創刊号、ＣＱ出版（2008年1月29日）

(2) 小室 貴紀、小林 春夫、林 海軍、清水 一也、田邊 朋之”RF回路設計に押し寄せるアー キテクチャの変革を読み解く！CMOS RFIC実現への道のり 後編:CMOSトランスミッタを 実現した新技術 RFワールド No.2、ＣＱ出版（2008年4月28日）

受賞

(1) 第9回LSI IPアワードデザイン・アワード IPアワード研究助成：清水 一也,小室 貴紀,元澤 篤史,林 海軍,光野 正志,小林 春夫(2007年5月).