研究者詳細 - 豊田　啓孝

MISC - 豊田　啓孝

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Modeling and simulation of via-connected power bus stacks in multilayer PCBs

ZL Wang, O Wada, T Harada, T Yaguchi, Y Toyota, R Koga

IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS E88B ( 8 ) 3176 - 3181 2005年8月

記述言語：英語出版者・発行元：IEICE-INST ELECTRONICS INFORMATION COMMUNICATIONS ENG

Power bus noise problem has become a major concern for both EMC engineers and board designers. A fast algorithm, based on the cavity-mode model, was employed for analyzing resonance characteristics of multilayer power bus stacks interconnected by vias. The via is modeled as an inductance and its value is given by a simple expression. Good agreement between the simulated results and measurements demonstrates the effectiveness of the cavity-mode model, together with the via model.

DOI： 10.1093/ietcom/e88-b.8.3176

高速差動伝送系の受信端における平衡度整合の検討

森光和也, 茂業博史, 豊田啓孝, 古賀隆治, 和田修己

電子情報通信学会技術研究報告. EMD, 機構デバイス 105 ( 216 ) 7 - 12 2005年7月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

通常の差動伝送系の不平衡度により発生する1次コモンモード電流に対して、アジャセントグランドを含めた2次コモンモード電流の低減に取り組むことにより機器システム全体のノイズ低減とメカニズム解明、そして最適システム提案を目的として研究を行っている。本報告書では差動伝送系の受信端(終端)において、平衡度の整合を行うバランスコントロールにより2次コモンモード電流の発生を低減するための方法を検討し結果を報告する。送信、受信、伝送系の実験システムにおいてノイズ抑制に関して考察する。また、今回の実験により得られた2次コモンモード電流の低減効果と実験システムを紹介する。

Sパラメータ測定による多電源ピンLSIの LECCS-core モデルの構築

南澤裕一郎, 太田有宣, 豊田友博, 中村克己, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治, 齊藤義行, 中村篤

映像情報メディア学会技術報告 29 ( 20 ) 85 - 90 2005年3月

Sパラメータ測定による多電源ピンLSIの LECCS-core モデルの構築

南澤裕一郎, 太田有宣, 豊田友博, 中村克己, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治, 齊藤義行, 中村篤

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 104 ( 705 ) 85 - 90 2005年3月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

筆者らは, 複数の電源端子を有するLSIのEMCシミュレーションのためのマクロモデルとして多ポートLECCS-coreモデルを提案している. 本稿では, Sパラメータ測定によるLECCS-coreモデルの等価内部インピーダンスの抽出法について検討した. 実際に3種類の電源端子を使用するマイクロコントローラH8/3694Fの多ポートLECCS-coreモデルをSパラメータ測定により抽出し, その手順を示した. 次に, 測定した電源端子電流と等価内部インピーダンスより内部電流源を導出し, 作成したモデルの検証としてバイパスコンデンサによるデカップリング効果をシミュレーションして実測と比較を行った. その結果, 約300MHzまでの電源系高周波電流を精度よくシミュレーションできることを示した.

Sパラメータ測定によるLECCS-I/Oモデルのインピーダンスパラメータ抽出法

近藤洋平, 菅野絢子, 田中大介, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 104 ( 705 ) 79 - 84 2005年3月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

筆者らが提案しているディジタルICのEMCマクロモデル(LECCS-I/O)のインピーダンスパラメータ抽出法について、Sパラメータ測定に基づく方法を議論する。はじめに、構造の簡単なT型LECCS-I/Oモデルについて、SパラメータをZ行列に変換することによりパラメータ抽出を行い、提案手法の有効性を示した。この結果をもとに、モデル精度向上のために考案された、IC出力部以外のインピーダンスを考慮したLECCS-I/Oモデルについて、同様の検討を行った。その結果、ICパッケージ部のインピーダンスを既知とすることで、ICの出力段の非導通容量とそれ以外の容量成分を切り分けることができた。

Convergence acceleration and accuracy improvement in power bus impedance calculation with a fast algorithm using cavity modes

ZL Wang, O Wada, Y Toyota, R Koga

IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY 47 ( 1 ) 2 - 9 2005年2月

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC

Based on the cavity-mode model, we have developed a fast algorithm-for calculating power bus impedance in multilayer printed circuit boards. The fast algorithm is based on a closed-form expression for the impedance Z matrix of a rectangular power bus structure; this expression was obtained by reducing the original double infinite series into a single infinite series under an approximation. The convergence of the single series is further accelerated analytically. The accelerated single summation enables much faster computation, since use of only a few terms is enough to obtain good accuracy.-In addition, we propose two ways to compensate for the error due to the approximation involved in the process of reducing the double series to the single series, and have demonstrated that these two techniques are almost equivalent.

DOI： 10.1109/TEMC.2004.842205

光集積化・光インターコネクションを目的とした高結合効率および強い閉じ込めをもつ逆リブ型光導波路の解析

ウワバカリド, 豊田啓孝, 和田修己, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. OPE, 光エレクトロニクス 104 ( 606 ) 7 - 12 2005年1月

記述言語：英語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

光集積化と光インターコネクションに応用できる逆リブ型ポリイミド光導波路の解析を行い、リブ幅を変えるだけで光の閉じ込めと光ファイバとの結合を制御できることを示した。光ファイバとの結合では1dB以下の結合損失を、また曲がり導波路への適用では放射損失が0.007dB&acd;0.45dBという小さな値を得た。さらに、光ファイバとの結合トレランスは1.5μm以上となった。

2重リング型光共振器を用いた可変分散補償器の特性解析

本村哲之, 豊田啓孝, 和田修己, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. OPE, 光エレクトロニクス 104 ( 606 ) 13 - 16 2005年1月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

リング型光共振器からなる全透過型フィルタ(リング型APF)は, 小型で集積化が容易であることから分散補償光デバイスとして有望である。リングを2つ重ね合わせた構造の2重リング型APFは, パワー移行率を変化させることにより共振波長近傍で単峰または双峰の群遅延特性となる。この2重リング型APFをカスケード接続することにより, 個々の2重リング型APFの共振波長は同じにし, パワー移行率のみを変化させることで正負の分散スロープを形成した。

A Scheme to Classify Clouds with the Depolarization Ratio andBackscattering Coeffcient Measured by Lidar

Iokibe Kengo, Toyota Yoshitaka, Wada Osami, Koga Ryuji

Memoirs of the Faculty of Engineering, Okayama University 39 ( 1 ) 93 - 101 2005年1月

記述言語：英語出版者・発行元：Faculty of Engineering, Okayama University

The optical properties of clouds were measured with a polarization Mie lidar during April, 2004 and investigated to categorize the particles detected by the lidar. The cloudlayers were categorized into five types according to the depolarization ratios, as follows: (I) constant and small (less than 5%); increasing with height (II) nearly from 0% and (III) from about 50%; (IV) large and varying with the backscattering coefficient; and (V) sharply decreasing. This categorization of clouds enabled us to separate aerosols from clouds in a lidar signal. Comparison of the backscattering coefficients between clouds of types (I) and(II) suggested that the depolarization ratio induced by multiple scattering in dense clouds does not depend on the particle density. Estimation of the particle phase for the five cloud categories was also examined.

光ファイバインタコネクションにおけるSNOMによるSWR測定

信吉輝己, 古賀隆治, 豊田啓孝

電子情報通信学会技術研究報告. OPE, 光エレクトロニクス 104 ( 412 ) 23 - 26 2004年11月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

光ファイバ集積素子における光ファイバ配線の定在波比を求める新しい方法を提案している。集積素子内の光ファイバ直角接続部においては、45°端面を用いた全反射を利用している。この45°端面上における前進波と後進波のエバネッセント干渉パターンをSNOM(Scanning Near-Field Optical Microscope)のコレクションモードを用いてサンプリングを行ない、この干渉パターシより定在波比を求めている。さらに、本方法による素子内の光波の伝播のリアルタイムモニタリングの方法について提案している。

A bidirectional iteration algorithm for determining lidar ratios and its use to evaluate boundary values in the lidar inversion

K Iokibe, Y Itoh, Y Toyota, O Wada, R Koga

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 1-REGULAR PAPERS SHORT NOTES & REVIEW PAPERS 43 ( 9A ) 6513 - 6519 2004年9月

記述言語：英語出版者・発行元：INST PURE APPLIED PHYSICS

A new algorithm to estimate lidar ratios of aerosol layers with a monochromatic Mic-scattering lidar profile is proposed. The algorithm employs both the forward,and the backward solutions of the monochromatic single-scattering lidar equation. The lidar ratios are estimated through an iterative procedure to match the two solutions by correcting a lidar ratio assigned at the beginning of the procedure. The algorithm has been applied to simulated lidar profiles and a measured one from the literature. In testing of the simulated profiles, the estimation errors of the lidar ratios were investigated for four boundary conditions-clear to turbid conditions-by scanning boundary values and extinction coefficients of an aerosol layer. This investigation indicated that the algorithm estimates the lidar ratio with sufficient accuracy under clear boundary conditions even with inaccurate boundary values, but requires correct boundary values under turbid boundary conditions. The algorithm was successfully applied to the measured lidar profile of a thin aerosol layer. The obtained lidar ratio was reasonably plausible. This suggests that an enhanced form of this algorithm using the forward and the backward solutions would be able to determine the lidar ratios and boundary values from only a lidar profile measured under arbitrary atmospheric conditions.

DOI： 10.1143/JJAP.43.6513

平衡度不整合モデルを用いたガードトレースのEMI低減効果の予測

松嶋徹, 渡辺哲史, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 104 ( 231 ) 53 - 58 2004年7月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

筆者等はプリント回路基板上で幅が変化するグランドをもつマイクロストリップ伝送線路におけるコモンモード発生量を平衡度不整合モデルを用いて推定する方法を提案した。本稿では、グランドに接続されたガードトレースを信号線横に設置した場合のコモンモード放射低減量をこの手法を用いて計算し、実測と比較した。その結果、EMI低減量の計算値と実測値の差は1dB以下でよく一致し、最大で約13dBの低減を得た。さらに、ガードトレースをグランドに落とすビアの間隔が波長短縮率を考慮してちょうど半波長の整数倍になる周波数で共振が起こり、ビア間隔を変更することによって、共振を抑制することが出来ることを示した。

電源島構造を有する多層基阪のパスコン配置によるEMI低減効果

岸本正典, 渡辺哲史, 村尾貴史, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 103 ( 440 ) 39 - 44 2004年1月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

多層PCBからのEMI要因のひとつに電源-グランド共振がある。この電源-グランド共振を抑制する方法として、完全に外部から切り離した電源島構造がある。今回その構造に対し、電原島内部から外部へ確実に信号伝送するための帰路を確保して、外部と一部接続した状態の不完全電源島構造を示した。そして、この不完全電源島構造をもつ基板の特定の箇所にパスコンを配置することで、電源島内部から外部へのノイズの広がりを示す透過特性が改善されたことを解析により示す。またパスコン配置する際のパスコン間隔についても検討し、波長とパスコン配置間隔の関係を示した。そして解析結果の妥当性を示すため、透過特性の実測と解析を比較した。

ディジタルICのEMCモデル(LECCS-I/O)の多ビット出力ICヘの拡張

田中大介, 近藤洋平, 大坂英樹, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 103 ( 440 ) 45 - 50 2004年1月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

筆者らが提案したディジタルICのEMCモデル(LECCS)について議論する.これまでに,CMOS-IC/LSIの電源系高周波電流を表すモデルを負荷依存性を有するI/O部を含むモデル(LECCS-I/O)に拡張してきた.今回は,このモデルの精度及び多ビット動作時への拡張について検討した.まず,I/O部のドライバ負荷依存モデルの適用範囲を,多ビットの同時High-Low間遷移動作から一般的なバス動作であるHigh-Low混在動作へと拡張し,その有効性について検討した.次に,インピーダンスモデルの精度向上案として,ICチップ部のインピーダンスパラメータの切り出しについての検討を行った.この結果,チップ部のインピーダンスを考慮することにより,電源-グランド間インピーダンスの外部負荷容量依存性のシミュレーション精度が向上した.

Efficient Calculation of Power Bus Impedance using a Fast Algorithm Together with a Segmentation Method

Zhi Liang Wang, Osami Wada, Yoshitaka Toyota, Ryuji Koga

IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 124 ( 12 ) 1185 - 1192 2004年

記述言語：英語

Power bus noise prediction in multilayer printed circuit boards requires an accurate estimation of the power bus impedance. We have previously developed a fast algorithm for efficiently and accurately calculating the impedance of a rectangular power bus structure, based on a cavity mode model. In this paper, we show that the fast algorithm can also be easily utilized for a right-angled triangular power bus structure. Together with a segmentation method, the fast algorithm can then be extended to calculate the impedances of more complicated power bus structures whose patterns consist of several segments of rectangles and/or right-angled triangles. Fast computation of the S-parameters and good agreement between the calculated results and measurements for various boards demonstrated the efficiency and accuracy of using the fast algorithm together with the segmentation method as a powerful technique to estimate the power bus impedance. © 2004, The Institute of Electrical Engineers of Japan. All rights reserved.

DOI： 10.1541/ieejfms.124.1185

二重リング共振器による共振波長間隔の拡大と光合分波

豊田啓孝, 和田修己, 古賀隆治

応用物理第73巻, 第11号, pp.1428-1432 2004年

Linear Equivalent Circuit and Current Source for I/O (LECCS-I/O) Modeling of IC Power Current for EMI Simulation

Hideki Osaka, Daisuke Tanaka, Osami Wada, Yoshitaka Toyota, Ryuji Koga

Journal of Japan Institute of Electronics Packaging 7 ( 6 ) 517 - 524 2004年

記述言語：英語

In this paper, we describe how we modeled EMI noise from the power-pin current of an LSI that has two ports: a power-ground port and a driver output port. We called this the “Linear Equivalent Circuit and Current Source for I/O (LECCS-I/O)” model, and have evaluated it using the measured power current and power-ground impedance of a small-scale IC (74LVC04) under various combinations of loading capacitances and decoupling inductances. Results showed that up to 500 MHz, the LECCS-I/O model was able to predict peak and valley frequencies of the power current spectra within an error of 2. 5 MHz, and where the peak current error was less than 5dB. The application range of the LECCS-I/O model was valid where the shortest data duration was longer than twice the decay time constant of the power current under-damping waveform. © 2004, The Japan Institute of Electronics Packaging. All rights reserved.

DOI： 10.5104/jiep.7.517

LECCSモデルの多電源ピンLSIへの拡張

豊田友博, 南澤裕一郎, 中村克己, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 103 ( 488 ) 41 - 46 2003年11月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

プリント基板からのEMI要因の1つに,IC/LSIの電源端子を流れる電源系高周波電流がある.我々は,この電流を精度良くシミュレーションするために,IC/LSIを線形等価目路と内部電流源で表現したLECCSモデルを提案してきた.今風LECCSモデルを多種電源,多電源ピンを持つLSIへ拡張した.まず,7対の電源-グランド端子間ごとに線形等価回路を置く7電源モデルを作成した.次に,7電源のうち同種の電源を束ね,Core,I/O,Analogの3種類のモデルを置く3電源モデルを作成した.7電源および3電源モデルについてインピーダンスシミュレーションをおこない,両者を比較した.

セグメンテイション法による矩形と三角形要素からなる多層プリント回路基板の電源-グランド層共振特性解析

赤澤徹平, 王志良, 豊田啓孝, 和田修己, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 103 ( 223 ) 43 - 48 2003年7月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

多層プリント回路基板からの放射EMIの一要因として,回路基板の共振がある.本報告では一般の多層プリント回路基板の電源系の共振解析を目的として,複数の矩形領域と直角二等辺三角形領域からなる基板の電源グランド層間の平行平板共振の高速解析法について示す.今回,複数の矩形領域と直角二等辺三角形領域からなる基板についてセグメンテイション法を用いて解析をおこなった結果,測定値と解析値の良い一致が得られた.セグメンテイション法を用いた高速解析の有用性,および精度について示す.

狭いグランド幅をもつ回路基板にケーブルを付加した場合の電流配分率モデルによるコモンモード放射の予測

松永茂樹, 岸本正典, 渡辺哲史, 豊田啓孝, 和田修己, 古賀隆治

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 103 ( 223 ) 61 - 68 2003年7月

記述言語：日本語出版者・発行元：一般社団法人電子情報通信学会

筆者等は、プリント回路基板上の幅の狭いグランドを持つ信号配線によるコモンモード発生量を伝送線路の電流配分率を用いて推定する方法を提案した。本稿では、マイクロストリップ配線を2本持つ対称構造の基板をハイブリッドバランを用いて対称励振し、誘電体厚さの異なる基板とその先端に接続した2本のワイヤに発生するコモンモード電流および放射を電流配分率モデルにより推定して実測値と比較した。また、従来から用いられているグランドインダクタンスによるコモンモード励振モデルに基づく計算も同時に行い、両モデルの比較を行なった。その結果、相対値比較において両モデルの推定値はよく一致し、最大誤差3dBの結果を得た。

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