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
