A Probing for Long-Term Operating Environment of IoT Devices using Multi-Output MOSFET

使用多输出 MOSFET 探测物联网设备的长期运行环境

基本信息

批准号：
21K04091
负责人：
原田知親
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度では、0.18μmCMOSデザインルールを用いて試作した多端子MOSFETを基本的なディジタル回路に組み込み、電流検出動作等の評価・解析、シミュレーションによる解析モデルの構築結果を元に、論理動作時の挙動について検証を行った。使用したディジタル回路はAND回路（NAND回路＋インバータ）とし、構成するMOSFETの一部を多端子MOSFETに置き換えた形で構成し、集積化を行った。検証については、それぞれのOutput端子から出力される電圧値から、各論理動作における貫通電流等について、間接計測を試みた。その結果、論理動作における状態遷移時に生じる貫通電流をOutput端子間電圧から間接的に挙動をモニタすることが可能であると見出すことができた。次に、多端子MOSFETを組み込んだ集積回路の置かれている環境を計測するために、磁界・温度の検出動作を、プローブ位置や温度変化から評価を行った。その結果、プローブ位置や素子周辺温度に依らず磁界検出が可能であることや、温度に依らず磁界検出するプローブ位置がSourceから離れるほど磁界感度が高くなることが分かった。これは磁界検出するプローブ位置にかかっているOutput端子電圧の差によるものであると考えられる。そして、多端子MOSFETにおける磁界検出動作を示す式をMOSFETの動作原理から導出した。この式は、次年度で予定されているOutput端子間電圧からの動作環境の検出に必要で、前年度の電流検出と並んで、感度や動作レンジの算出には必要なものである。実際に導出し、得られた実験結果から考察すると、導出式が温度変化に対する磁界感度の変化を考慮した式となっていることが分かった。また、サイズの異なる多端子MOSFETや８角形MOSFETでも同様の傾向を示した。

2022财年，我们将采用0.18μm CMOS设计规则原型的多端子MOSFET集成到基本数字电路中，评估和分析其电流检测操作等，并根据构建分析电路的结果评估其逻辑操作期间的行为。我们通过仿真验证了模型。所用的数字电路是AND电路（NAND电路+反相器），并且将部分MOSFET替换为多端MOSFET以进行集成。为了验证，我们尝试从每个输出端子输出的电压值间接测量每个逻辑运算中的通过电流等。结果，我们发现可以从输出端子上的电压间接监控逻辑运算中状态转换期间发生的直通电流的行为。接下来，为了测量内置多端子MOSFET的集成电路的放置环境，我们根据探针位置和温度变化评估了磁场和温度检测操作。结果发现，无论探头位置或元件周围的温度如何，都可以进行磁场检测，并且无论温度如何，磁场检测的探头位置离源越远，磁场灵敏度越高。。这被认为是由于施加到检测磁场的探头位置的输出端子电压的差异造成的。然后，我们从 MOSFET 的工作原理推导出描述多端 MOSFET 中磁场检测操作的方程。该公式对于根据下一年计划的输出端子之间的电压检测操作环境是必要的，并且对于计算灵敏度和操作范围以及前一年的电流检测是必要的。经过实际推导并考虑所获得的实验结果，发现推导公式考虑了磁场灵敏度相对于温度变化的变化。对于不同尺寸的多端子 MOSFET 和八角形 MOSFET 也观察到类似的趋势。

项目成果

期刊论文数量（20）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

An Indirect Measuring Method for the Flow-Through Current using Multi-Output MOSFET

多输出MOSFET流过电流的间接测量方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomochika Harada;Keito Yamaguchi;Shinya Suzuki;Kota Oikawa
通讯作者：
Kota Oikawa

８角形多端子MOSFETの各端子の磁界検出特性の評価

八角形多端MOSFET各端子磁场检测特性评估

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
神谷壮紀;鈴木慎弥;高橋英之;原田知親
通讯作者：
原田知親

多端子MOSFETによるインバータを流れる電流の間接計測とその評価

使用多端 MOSFET 间接测量流经逆变器的电流及其评估

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryuichi Hirota;Toru Murayama;Ryota Katsumi;Tokuhisa Kawawaki;Shin Yabukami;Ryuji Igarashi;Yuichi Negishi;Moriaki Kusakabe;Masaki Sekino;Takashi Yatsui;Akihiro Kuwahata;山口慶人・鈴木慎弥・及川康太・原田知親
通讯作者：
山口慶人・鈴木慎弥・及川康太・原田知親

SOI構造を有する多端子MOSFET素子の動作解析

SOI结构多端MOSFET器件的工作分析