STARC 2006年度成果発表会

CMOS RF回路によるマルチバンド・マルチモード無線送受信回路の研究研究代表者　益　一哉（東京工業大学統合研究院)

オンチップインダクタと導体板で構成

MEMSアクチュエータを用いて導体板の高さを制御

インダクタの上方に配置された導体板によって磁束を遮断

導体板の位置によってインダクタンスが変化

線幅： 20µm

線間距離： 1.2µm

1Frequency [GHz]

0.1

L[n

H]

4

2

100

10

8

6

1Frequency [GHz]

0.1

Q

4

3

2

1

100

free

h=10 µmh=15 µmh=20 µmh=30 µmh=50 µmh=100 µm

ArmArmArmStationary electrode

Spiralinductor

Metal plate(movable electrode)

Si上の可変インダクタが60%の可変率を実現したことを確認

可変インダクタ

外径： 400µm巻き数： 3µm

背景

DTV

FM

GPS

Bluetooth

RFID

Mobile Phone

WLANPHS

WCDMA

PDC WiMAXWiMAX

WiMAXRFID

UWBWLAN

400MHz～6GHzSmall Size & Low power& multi-standard

GSM

Multi-band RF Front-End

本研究で開発する部分RF回路

制御方法・回路

他機関でも研究が開始RF部の性能向上が必須

我々の特徴

研究内容

送受信機アーキテクチャの検討

回路基盤技術

1.5GHz～2.4GHz帯マルチバンド VCO, LNA, Mix, PA等

コントロール回路

電力削減方法

2005 2006 2007

800MHz～2.4GHz帯マルチバンド VCO, LNA, Mix, PA等

800MHz～5GHz帯マルチバンド送受信回路

マルチバンドVCO,LNA,Mixerの50%低消費電力化

マルチバンドRF回路の

設計指針の確立

•広帯域ﾏｯﾁﾝｸﾞ回路•差動素子・回路測定、モデル化

•ﾄﾗﾝｼﾞｽﾀﾚｲｱｳﾄの最適化

•広帯域チューナブルフィルタ

•動的再構成・製造後の書換えを可能とするコントロール回路

•性能補償の手法の検討

アーキテクチャ

•電力削減回路の方式の検討

•Matchingを取らない回路手法の検討

回路試作は主にVDEC(90nm,180nm)を利用

回路ブロック

研究体制(2005,2006年度)研究成果と目標1. 1.5GHz～2.4GHz帯マルチバンド VCO, LNA, Mix

2. 800MHz～2.4GHz帯マルチバンド VCO, LNA, Mix

3. 800MHz～5GHz帯マルチバンド送受信回路

4. マルチバンドVCO,LNA,Mixerの50%低消費電力化

5. マルチバンドRF回路の設計Criteriaの確立

（１）～（３）は最低限の目標値とする。 成功最低ライン。

（４）を８０％成功レベル。 （５）までは高い目標と自覚しているが、

できるべく研究に取り組みたい。

進行中！

(2005年度)

(2006年度)

(2007年度)

(2007年度)

(2007年度)

研究代表者：益 一哉(東京工業大学 統合研究院教授）研究者： 伊藤浩之(助教)、岡田健一(助手、現准教授 2005～2006年度)

学生

上級研究員杉本益規（2005年度途中から） (2005年度)客員研究員馬場清一、落合利幸

澤田昭弘、鈴木仁人STARC

菅原（修士）杉田（修士）

伊藤（学部） 山内、伊藤、川添、木村清田（修士）

大学院生は、東京工業大学総合理工学研究科電子機能ステム専攻、または物理電子システム創造専攻に所属

金

(

博士) 福田、大橋

石井、富

（修士）

小林（学部）

小林､佐渡島峰山、宮下

前川（学部）

2005

2006

2007

←平田雅規

分布定数型LNA

250fFCd

W=240µmL=0.2µm

W=200µmL=0.2µm

50Ω1.2nH0.6nH1.2nH0.6nHmulti = 48multi = 40素子値

RxLgLg/2LdLd /2m2m1素子名

250fFCd

W=240µmL=0.2µm

W=200µmL=0.2µm

50Ω1.2nH0.6nH1.2nH0.6nHmulti = 48multi = 40素子値

RxLgLg/2LdLd /2m2m1素子名

Sij ,

NF

[dB

]

0 6 8 102 4Frequency [GHz]

0102030

-10-20-30-40

S21

S11S12

S22NF

実測によりDC～6GHzまでの動作を確認

広帯域LNA

小面積で実現可能

0.35

μm

0.95μm

Technology:CMOS 0.18um

電力利得が広帯域に可変することを確認

広帯域LNA可変インダクタを用いたLNA

50Ω

C1:MIMCAPl=23μmw=23μmC=565 fF

L1: w=15μm N=3 rad=125 s=2μm

50Ω

Vgs

Vdd=1.8 V

L=0.18μmW=5μmm=10

L=0.18μmW=5μmm=38

C2:MIMCAPl=21μmw=21μmC=472 fF

L2: w=15μm N=3.75 rad=125 s=2μm

RFin

RFout

Frequency [GHz]1 2 4 5

PG

[dB

]

25

5

03

20

15

10

h=5 µmh=10 µmh=15 µmh=20 µmh=30 µmh=50 µmh=100 µmh=300 µm

可変インダクタによって広帯域な整合を実現

LNAの電力利得が広帯域に可変していることを確認した

1.19 mm

1.01

mm

L1 L2