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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
Pow
er EMI Limit
Frequency
Pow
er 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
Pow
er 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
Sout
Dout= 1 , 0 , 1 , 1 , 0
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
Dout = 0
Sout
0 T
Dout = 1
0 T 2T
Sout
■出力パルス位置
Dout = 1
0 T
Sout φ = C
■出力パルス位置
Dout = 0
φ = 0
0 T
Sout
Dout = 1 , 0 , 1 , 1 , 0
0 T 2T 3T 4T 5T Sout
■出力パルス幅
Dout = 0
0 T
Sout
τL
Dout= 1 , 0 , 1 , 1 , 0
0 T 2T 3T 4T 5T Sout
Dout = 1
0 T
Sout
τH
0 T
Sout
Dout = 0 Dout = 1
0 T 2T
Sout
0 T 2T
Sout
3T
Dout(0) = 1, Dout(1) = 0, Dout(2) = 1, Dout(3) = 1, Dout(4) = 0
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T Sout
0 1
TH=5
φ=2
TL=5
φ=0
(64)
64 dB(-2dB削減)
-31dB f
(67)
62 dB(-4dB削減)
-37 dB f
0 1
τH=3 τL=1
TH=5 TL=5
0 1
TH=5 or 6 or 7 TL=5 (52)
★51 dB(-15dB削減)
f
0 1
TH = 7 TL=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(ElectroMagnetic Interference):
医療機器、オーデオ機器、ラジオ
■出力パルス周期
Time
Volt
s
Time
Volt
s
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.: Dout=10110)
EMI低減拡散クロック技術のまとめと課題 l 提案手法をシミュレーション、議論解析で確認した
l FPGAで設計中
l 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