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