CMOSサブスレッショルド特性を利用したスマートセンサLSIの開拓

利用CMOS亚阈值特性开发智能传感器LSI

• 批准号: 17760266
• 负责人: 廣瀬 哲也
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760266/
• 关键词: MOSFET; サブスレッショルド特性; 極低消費電力; スマートセンサ; LSI; 電源リファレンス回路; 温度センサ; ディジタル回路; 品質劣化モニタ回路

本研究は、近い将来に実現されるユビキタス情報環境社会に向けたスマートセンサLSIシステムの基盤回路技術の構築を目指したものである。LSIの基本構成要素であるMOSFETをサブスレッショルド領域で動作させることで極低消費電力で回路システムを構築し、新規LSIアーキテクチャの開発、そして応用システムの開拓を行った。以下に、本研究実績の概要を述べる。<要素回路技術の構築>MOSFETをサブスレッショルド領域で動作させ、アナログ・ディジタル集積回路を構築するための基本的な要素回路技術の検討を行った。基準電流を生成するリファレンス回路の検討を行い、出力電流100nA(消費電力1.1uW)のリファレンスを生成することが可能である見通しを得た。また、電源電圧を高効率で降圧するDC-DCコンバータの検討を行った。1.5Vの外部電源を82%の高効率で分圧可能である見通しを得た。サブスレッショルド領域で動作するディジタル回路の基礎検討として、加算器の検討を行った。CMOS型、およびNMOSの2通りの加算器を検討し、電力と速度の間にトレードオフの関係が存在することを明確化した。<CMOSセンサアプリケーション>CMOSセンサアプリケーションとして、遠赤外線センサへの応用、ならびに品質保証期限モニタセンサの検討を行った。遠赤外線センサについては、サブスレッショルド領域のMOSFETの温度敏感性を利用することで、既存のセンサデバイス(ボロメータ等)と同等の温度検出感度を実現可能である見通しを得た。この技術をまとめ、特許申請を行った。また、品質保証期限もモニタセンサについては、適応可能な製品・商品の拡大を目指し、活性化エネルギーの拡大を行った。ディジタル回路技術を応用することにより、広範囲の活性化エネルギーの模擬が可能となることを示した。試作LSIを測定し、解析どおりの結果を得ることができ、様々な製品・商品の品質保証が可能である見通しを得た。

这项研究旨在为智能传感器LSI系统建立基本电路技术，该系统针对一个无处不在的信息环境的社会，该社会将在不久的将来实现。通过操作MOSFET，这是LSI的基本组成部分，在子阈值区域，电路系统是用极低的功率消耗构建的，开发了新的LSI架构并开发了应用系统。以下是这项研究结果的概述。 <构建元素电路技术>我们研究了基本元素电路技术，用于在子阈值区域操作MOSFET，并构建模拟和数字集成电路。检查了生成参考电流的参考电路，并发现可以生成具有100 Na的输出电流（功率消耗为1.1 UW）的参考。我们还研究了DC-DC转换器，该转换器以高效率降低电源电压。已经发现，1.5V外电源可以以82％的高效率分配。将加法器研究为在亚阈值区域运行的数字电路的基本研究。我们检查了两种类型的加法器：CMOS类型和NMO，并澄清了功率和速度之间存在权衡关系。 <CMOS传感器应用>作为CMOS传感器应用，我们已经研究了远红外传感器的应用程序，以及用于质量保证期的监视器传感器。对于远红外传感器，通过利用亚阈值区域的MOSFET的温度灵敏度，已经发现，可以实现与现有传感器设备（验光仪等）相等的温度检测灵敏度。该技术已编译并提交了专利申请。此外，关于质量保证期，该公司扩大了其激活能源，目的是扩大可以适应的产品和产品的数量。已经表明，数字电路技术的应用使模拟广泛的激活能量成为可能。我们通过测量LSI原型来实现结果，并具有保证各种产品和产品质量的前景。

项目成果

遠赤外線センサ

远红外传感器

• 发表时间: 2005

Ultralow-Power Smart Temperature Sensor with Subthreshold CMOS Circuits

• DOI: 10.1109/ispacs.2006.364717
• 发表时间: 2006-12
• 期刊: 2006 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communications
• 作者: K. Ueno;T. Hirose;T. Asai;Y. Amemiya

A CMOS Watch-Dog Sensor for Guaranteeing the Quality of Perishables

用于保证易腐烂食品质量的 CMOS 看门狗传感器

• 发表时间: 2005
• 期刊: Technical Program & Abstracts of the IEEE Conference on Sensors 2005 Sensors 2005
• 作者: K.Ueno;萩原淳史;T.Hirose;K.Ueno;A.Hagiwara;K.Ueno;T.Hirose;T.Hirose;T.Hirose;K.Ueno
• 通讯作者: K.Ueno

弱反転MOSFETを用いた温度検出スイッチ回路

使用弱反相MOSFET的温度检测开关电路

• 发表时间: 2006
• 期刊: 電子情報通信学会論文誌C Vol.J89-C, no.10
• 作者: K.Ueno;萩原淳史
• 通讯作者: 萩原淳史

Ultralow-Power temperature-insensitive current reference circuit

超低功耗温度不敏感电流基准电路

• 发表时间: 2005
• 期刊: Technical Program & Abstracts of the IEEE Conference on Sensors 2005 Sensors 2005
• 作者: K.Ueno;萩原淳史;T.Hirose;K.Ueno;A.Hagiwara;K.Ueno;T.Hirose;T.Hirose;T.Hirose
• 通讯作者: T.Hirose