本論文では、高周波無線通信回路のキーコンポーネントであるパワーアンプと低雑 音増幅回路の研究を行った。
パワーアンプの研究として、パワーアンプを効率よく動作させる包絡線追跡電源に 関して、将来の設計仕様に要求される広帯域化、高スルーレート化を目標として回路 設計を行った。ヒステリシスにより制御を行う包絡線追跡電源に制御ロジック回路を 組み込むことで、多相包絡線追跡電源を設計した。制御ロジック回路をTSMC180nm CMOSプロセスによりIC設計を行い、多相包絡線追跡電源をを実装した。設計回路 に関して、シミュレーションおよび測定により回路の有用性を確認した。制御回路部 に発生する信号遅延による性能の頭打ちが生じてしまったため、今後の課題として信 号遅延の影響を避ける回路構成の検討、また信号遅延が発生しない場合の理論的性能 の確認を行う。
低雑音増幅回路の研究として、従来回路の原理解析および設計指針の把握、従来の フィードフォワードノイズキャンセルLNAの低消費電力低雑音化技術を目的とした 信号抑制フィードフォワードノイズキャンセルLNAの提案および検討を行った。提 案回路では、ノイズキャンセルアンプの小信号入力成分を抑えることでノイズキャン セルアンプの低消費電力化を可能にした。ノイズ帰還部を抵抗で構成した場合では、
従来のフィードフォワードノイズキャンセルLNAと同面積で雑音性能－消費電力間 に自由度を持たせることが可能である。しかし、帰還に用いた抵抗による雑音成分が ボトルネックとなった。上記の提案回路をCadence社Spectre TSMC 0.90µmCMOS プロセスを用いて検証し、その有効性を示した。今後の課題として、提案回路の帰還 経路の工夫検討と設計の最適化を行う。
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研究業績
学会発表
1. 河内 智*，興 大樹（群馬大学），馬場清一，壇 徹，高橋伸夫 （三洋半導体)，小林 春夫，高井伸和，志水 勲（群馬大学）, 「デュアルバンドCMOS LNA回路の検討」, 第3回電気学会東京支部栃木・群馬支所合同研究発表会, 宇都宮大学工学部 (2013年2 月28日, 3月1日)
2. 興 大樹, 河内智 (群馬大学), 馬場清一, 壇徹, 高橋伸夫（三洋半導体）, 小林春夫, 高井伸和(群馬大学), 新津葵一(名古屋大学), 「信号成分なしフィードバック（Signal-nulled Feedback) 低雑音増幅器の雑音解析」, 第53回システムLSI合同ゼミ、東京農 工大学 (2013年1月26日）
3. 興大樹, 河内智, Li CongBing, 神山雅貴 (群馬大学), 馬場清一, 壇徹, 高橋伸夫, 坂田浩司（三洋半導体） 小林春夫, 高井伸和 (群馬大学), 「Signal-Suppression Feed-forwardを用いた広帯域LNA の低消費電力ノイズキャンセル技術」, 第33 回 シリコ ンアナログRF研究会, 湯河原 (2013年8月28日)
4. Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Congbing Li, Masataka Kamiyama, Seiichi Banba, Toru Dan, Nobuo Takahashi, Koji Sakata, Haruo Kobayashi and Nobukazu Takai, “A Power-Efficient Noise canceling Technique Using Signal-Suppression Feed-Forward for Wideband LNAs”, The 4th IEICE International Conference on Integrated Circuits Design and Verification, Ho Chi Minh City, Vietnam (Nov. 15-16, 2013).
5. Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Congbing Li, Masataka Kamiyama, Seiichi Banba, Toru Dan, Nobuo Takahashi, Koji Sakata, Haruo Kobayashi and Nobukazu Takai, “A Power-Efficient Noise canceling Technique Using Signal-Suppression Feed-Forward for Wideband LNAs”, AMDE2013, Kiryu, Japan, (Dec. 19, 2013)
6.Masataka Kamiyama, Oki Daiki, Kawauchi Satoru, Banba Seiichi, Takahashi Nobuo, Dan Toru, Congbing Li, Haruo Kobayashi, “Multi-Band CMOS Low Noise Amplifiers Utilizing Transformers”, The 3rd Solid State Systems Symposium-VLSIs and Semiconductor Related Technologies & The 17th International Conference on Analog VLSI Circuits, Ho Chi Minh City, Vietnam(Oct. 2-24, 2014)
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7. Masataka Kamiyama, Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Congbing Li, Nobuo Takahashi, Seiichi Banba, Toru Dan and Haruo Kobayashi, “Triple-Band CMOS Low Noise Amplifier Design Utilizing Transformers”, 1st International Symposium of Gunma University Medical Innovation and 6th International Conference on Advanced Micro-Device Engineerring, Dec. 5, 2014 Kiryuu City Performing Art Center
8. 興大樹, 河内智, 李从兵, 神山雅貴, 馬場清一, 壇徹(オン・セミコンダクター), 高橋伸 夫, 小林春夫, 「信号抑制フィードフォワードを用いた広帯域 LNAの低消費電力ノイズキ ャンセル技術」, 電気学会 電子回路研究会 ECT-15-008 高知（2015年1月22日）
9. Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Li CongBing, Masataka Kamiyama, Seiichi Banba, Toru Dan, Nobuo Takahashi, Koji Sakata, Haruo Kobayashi, Nobukazu Takai, “A Power-Efficient Noise Canceling Technique Using Signal-Suppression Feed-forward for Wideband LNAs”, 5th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering (AMDE2013)Kiryu, Japan (Dec. 19, 2013)
10. 河内智, 平林大樹, 荒川雄太, 石井正道, 上森聡史, 佐藤幸志, 小林春夫, 志水勲, 高井伸和, 新津葵一, “デジタル信号タイミング試験用BOSTのアナログFPGA実現の検討
“, 第68回FTC研究会, 秋田（2013年1月10日-12日）
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1, Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Li CongBing, Masataka Kamiyama, Seiichi Banba, Toru Dan, Nobuo Takahashi, Koji Sakata, Haruo Kobayashi, Nobukazu Takai, “A Power- Efficient Noise Canceling Technique Using Signal-Suppression Feed-forward for Wideband LNAs”, Key Engineering Materials
2. Masataka Kamiyama, Daiki Oki, Satoru Kawauchi, Congbing Li, Nobuo Takahashi, Seiichi Banba, Toru Dan, Haruo Kobayashi, “Triple-Band CMOS Low Noise Amplifier Design Utlizing Transformer Couplings”, Key Engineering Materials