小林春夫, Ramin Khatami 群馬大学 理工学研究院 電子情報部門 ノイズ拡散帯域選択 スペクトル拡散クロック発生技術 研究概要 ノイズ拡散帯域選択 Frequency Power EMI Limit Frequency Power EMI Limit 新技術の特徴 デジタルΔΣ変調技術の適用 2 ノイズが一様にスペクトル拡散 - AM, FMラジオ帯域等にもノイズが回り込む。 1 アナログ回路(PLL等)を多用したクロック生成 - 設計が難しい。 - 特性の製造ばらつきが大きい。 Frequency Power EMI Limit f [Hz] f v EMI Limit Ex. FM band 提案手法と結果 ΔΣDAC Time Voltage Digital Analog ΔΣADC ΔΣTDC Kobayashi Ring ΔΣDTC 電磁障害 (EMI) の問題点 スペクトラム拡散クロック技術 従来技術の問題点 出力パルス周期変調 出力パルス位置変調 出力疑似ランダムジッタ変調 出力パルス幅変調 S out D out = 1 , 0 , 1 , 1 , 0 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T D out = 0 S out 0 T D out = 1 0 T 2T S out ■出力パルス位置 D out = 1 0 T S out φ = C ■出力パルス位置 D out = 0 φ = 0 0 T S out D out = 1 , 0 , 1 , 1 , 0 0 T 2T 3T 4T 5T S out ■出力パルス幅 D out = 0 0 T S out τ L D out = 1 , 0 , 1 , 1 , 0 0 T 2T 3T 4T 5T S out D out = 1 0 T S out τ H 0 T S out D out = 0 D out = 1 0 T 2T S out 0 T 2T S out 3T D out (0) = 1, D out (1) = 0, D out (2) = 1, D out (3) = 1, D out (4) = 0 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T S out 0 1 T H =5 φ=2 T L =5 φ=0 (64) 64 dB(-2dB削減) -31dB f (67) 62 dB(-4dB削減) -37 dB f 0 1 τ H =3 τ L =1 T H =5 T L =5 0 1 T H =5 or 6 or 7 T L =5 (52) ★51 dB(-15dB削減) f 0 1 T H = 7 T L =5 (50) -35 dB 50 dB(-16dB削減) f 電磁感受性(EMS) 電波障害(EMI) EMC = EMS + EMI ✓全ディジタル回路で実現可能 ✓高速クロックに対応 ✓帯域選択ノイズスペクトル拡散 - 医療機器、オーディオ機器等の適用で重要 ✓ノイズ制御用のフィルタ軽減 ●小型化 ●低コスト化 EMI(E lectroM agnetic I nterference): 医療機器、オーデオ機器、ラジオ ■出力パルス周期 Time Volts Time Volts クロックに意図的にジッタを与える DTC: Digital-to-Time Convertor (デジタルプロセッサ, スイッチング電源 , チャージポンプ電源) (66) f 66 dB 元のクロックのスペクトル もとクロックのノイズ大きさ: ディジタルΔΣ変調器+クロック変調(Exa.: D out =10110) EMI低減拡散クロック技術のまとめと課題 提案手法をシミュレーション、議論解析で確認した FPGAで設計中 産業界との共同研究を希望 ΔΣ変調器 パルス 変調回路 DTC回路 + -39 dB