研究者詳細 - 豊田　啓孝

MISC - 豊田　啓孝

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Miniaturization of a Planar EBG Structure Using Interdigital Electrodes

Yuki Yamashita, Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Koichi Kondo, Shigeyoshi Yoshida, Toshiyuki Kaneko

2015 IEEE ELECTRICAL DESIGN OF ADVANCED PACKAGING AND SYSTEMS SYMPOSIUM 39 - 42 2015年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

This paper describes a proposed planar electromagnetic bandgap (EBG) structure whose unit cell size is miniaturized through the use of interdigital electrodes (IDEs). For planar EBG structures in general, it is difficult to miniaturize the cell size independently of stopband frequency because the stopband frequency depends on the cell size. For the proposed structure, however, the cell size can be miniaturized because the IDEs help enlarge the capacitance between adjacent unit cells and utilize a resonator formed in the unit cells. Because the resonator's resonant frequency determines the stopband frequency of an EBG structure with IDEs, the cell size can be miniaturized independently of the stopband frequency. In the work described in this paper, the proposed EBG structure's efficacy in reducing power bus noise was examined and evaluated through full-wave simulation and measurement in the wireless communication band. It was found that an IDE-EBG structure with a small (25 mm(2)) unit cell is a valid means for achieving power bus noise reduction.

DOI： 10.1109/EDAPS.2015.7383703

Formulation of Mode Conversion in Differential Transmission Lines with Bend Discontinuity

Keita Takariki, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota

2015 IEEE ELECTRICAL DESIGN OF ADVANCED PACKAGING AND SYSTEMS SYMPOSIUM 152 - 155 2015年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

This paper formulates mode conversions of transmission and reflection from differential mode to common mode in differential transmission lines with bend discontinuity using a very simple model. The formulae tell us that the mode conversion is caused by not only the path difference in the bend but also the difference between the characteristic impedance and port impedance. The formulae were validated by full-wave simulation under the assumption that effect of the bend region is small and results showed that path difference reduction and impedance matching at the input and output ports are significant in suppressing mode conversion. This suggests that the tightly coupled asymmetrically tapered bend proposed by the authors should be effective for suppressing mode conversion.

DOI： 10.1109/EDAPS.2015.7383689

Electromagnetic Immunity Analysis Using Modal-equivalent Circuit in Cable Interconnection System

Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Liuji R. Koga

2015 ASIA-PACIFIC INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (APEMC) 716 - 719 2015年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

Electromagnetic immunity analysis as well as electromagnetic emission analysis is significant for EMC design. In this paper, we apply a modal equivalent-circuit model with mode-conversion sources to electromagnetic immunity analysis in a simple cable interconnection system. The analysis can treat mode conversion caused by discontinuity in multi-conductor transmission line with circuit analysis and has been validated in electromagnetic emission analysis. The approach takes an advantage in less calculation sources and helps get design considerations compared with full-wave simulation. In this paper, common-mode excitation by a current probe in a simple cable interconnection system is investigated for model validation. As a result, it is demonstrated that the circuit analysis with the modal-equivalent circuit model agrees well with the measurement results.

DOI： 10.1109/APEMC.2015.7175388

Conducted Disturbance Estimation of Power Converter Circuits Based on Linear Equivalent Circuit Model for EMI Filter Design

Hiroki Geshi, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota, Tetsushi Watanabe, trial Technology Center of Okayama Pre

Eighth 2015 Korea-Japan Joint Conference on EMT/EMC/BE (KJJC-2015), P-11, Sendai, Japan 89 - 90 2015年

Optically Pumped Alkali-Meta Atomic Magnetometer using Permanent Magnets for AC Magnetic Field Detection

Shuji Taue, Masaru Shinohara, Takayuki Nagaoka, Yoshitaka Toyota, Kazuhiro Fujimori, Hideki Fukano

Eighth 2015 Korea-Japan Joint Conference on EMT/EMC/BE (KJJC-2015), P-15, Sendai, Japan 97 - 98 2015年

Security Simulation against Side-Channel Attacks on Advanced Encryption Standard Circuits Based on Equivalent Circuit Model

Kengo Iokibe, Kazuhiro Maeshima, Tetsushi Watanabe, Yoshitaka Toyota

2015 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (EMC) 224 - 229 2015年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

An equivalent circuit model was applied to a cryptographic module to simulate the resistance of the module against side-channel attacks. The cryptographic module involved two fiel programmable gate arrays (FPGAs), on which an Advanced Encryption Standard (AES) circuit was implemented on one of them. The equivalent circuit model proposed in the previous literature was improved in terms of the accuracy of model parameters. Resistance against side-channel attacks was simulated in a more practical configuratio with the improved model than that in the previous work. Resistance was simulated with random plaintexts (input values) to the cryptographic circuit, whereas a biased plaintext set was used to simplify simulation. The simulation was carried out with two decoupling configuration for the power distribution network of the FPGA core that the AES circuit was implemented in. The results obtained from simulation confirme that the equivalent circuit model allowed side-channel resistance to be precisely predicted.

DOI： 10.1109/ISEMC.2015.7256163

サイドチャネル情報漏洩に寄与が大きいAES回路部の内部電流源に基づく検討

五百旗頭健吾, 田井伸拓, 大西紘之, 籠谷裕人, 豊田啓孝, 渡辺哲史

情報理論とその応用シンポジウム予稿集(CD-ROM) 38th 2015年

ディジタルICのPDN共振を抑制するオンボードRLスナバの実装位置自由度の検討 (環境電磁工学)

五百旗頭健吾, 豊田啓孝

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 ( 381 ) 69 - 74 2014年12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

ディジタルICの電源供給回路(PDN)で発生する共振を抑制する手法としてRLスナバが提案されている。本報告ではプリント基板上のPNDに挿入するRLスナバの実装位置について検討した。実装位置として部品や配線の実装密度が高いIC近傍と、密度が小さい遠方について、PDN共振周波数における電源系高周波電流の抑制効果を比較した。2つの実装位置について抵抗値とインダクタンスの最適値を決定し、それらで構成するRLスナバをインバータICのPDNに実装した。さらに電源系高周波電流を測定し、2つの実装位置による共振電流低減効果を比較した。その結果、異なる実装位置でも同レベルの低減効果を実現できることを確認した。この結果は回路シミュレーションの結果とも一致した。よって、オンボードRLスナバはボード上の部品や配線の実装状況に応じて実装位置を柔軟に設定でき、かつ、実装位置に関係なく一定の共振抑制効果を得られる。

モード変換抑制のための電源系配線へのコンデンサ実装位置の検討 (環境電磁工学)

三倉駿紀, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 ( 214 ) 5 - 10 2014年9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

多線条線路の不連続,すなわち,配線の断面構造変化によりモード変換が生じる.これは,ノーマルモードノイズが伝搬すると,この不連続位置でのモード変換によりコモンモードノイズが発生して不要電磁放射(Electromagnetic Interference: EMI)につながる.電源系配線に着目した場合,DC-DCコンバータのスイッチングによる高周波ノイズが最近では問題となっており,EMI低減のための効果的な抑制法の検討は重要である.線路の不連続位置におけるモード変換では,その位置のノーマルモード電圧に比例してコモンモードが励振される.信号配線と異なり,電源系配線ではコンデンサを挿入することで高周波のノーマルモード電圧が効果的に低減できる.本稿では,線路の不連続が生じるコネクタと実装するコンデンサとの間の距離を変えて不連続位置近傍のノーマルモード電圧の低減量,ならびに,系を流れるコモンモード電流,系から放射される電界の低減量の関係を調べた.結果として,ノイズ源であるDC-DCコンバータ近傍より,コネクタ近傍にコンデンサを配置する方がよりモード変換を抑制し,コモンモード電流,および,放射電界を低減できることを確認した.

B-4-42 差動線路屈曲部における非対称テーパ付密結合屈曲構造の作製とモード変換抑制の評価(B-4.環境電磁工学,一般セッション)

菅翔平, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾

電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 2014 ( 1 ) 269 - 269 2014年9月

フェライト薄膜とオープンスタブからなる損失を有する共振器型フィルタの作製と評価 (環境電磁工学)

豊田啓孝, 五百旗頭健吾, 近藤幸一, 吉田栄吉

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 ( 135 ) 7 - 12 2014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

電子機器の多層プリント回路基板における電源/グラウンド層の高周波ノイズ伝搬を抑制する目的で,損失を有する共振器型フィルタをこれまでに提案している.この共振器型フィルタは周波数選択性を有し,内包する共振器の共振周波数を変えることでノイズ伝搬を抑制する周波数域を任意に設定できる.さらに,共振器に与えた損失により除去したノイズの再放出を生じさせない.本稿では,この損失を有する共振器型フィルタを,フェライト薄膜とオープンスタブによりプリント回路基板上に実現した.そして,電磁界シミュレーションと実測で得られた透過特性を調べることで,電源/グラウンド層間を伝搬するGHz帯の高周波ノイズの抑制効果を評価した.その結果,所望のノイズ抑制効果を確認した.さらに,電源/グラウンド層が多層プリント回路基板内部に形成された場合も内層のグラウンド層と共振器型フィルタのグラウンド層をビアで接続してノイズをフィルタに伝えることで,電源/グラウンド層間のノイズを抑制することができた.

電源ケーブルからICへ侵入する外来妨害波の注入方法による比較 (環境電磁工学)

前島一仁, 五百旗頭健吾, 渡辺哲史, 豊田啓孝

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 ( 129 ) 31 - 36 2014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

本報告では,電子機器のイミュニティ試験における外来妨害波の伝達過程解明を目的とし,妨害波の注入環境を変化させたときにボード上で観測されるノイズの変化を観測した.実験系は電気的ファストトランジェント/バースト(EFT/B)試験器,結合回路,プリント回路基板(Printed Circuit Board: PCB)で構成した.結合回路には結合・減結合回路網(Coupling Decoupling Network: CDN),またはカレントプローブを使用し,バーストパルスを電源ケーブルより注入した.その結果,正パルスを注入するとPCBに実装されたICの電源電圧が変動した.バーストパルスによりPCB上に発生するノイズ波形は結合回路によって変化した.この原因として,EFT/B試験器から見た入力インピーダンスの変化に言及した.さらに,PCBグラウンドのシステムグラウンドへの接地による特定周波数で変動するノイズの現象を観測した.

内部等価電流源に基づくAES暗号回路の情報漏洩源としての挙動分析 (環境電磁工学)

田井伸拓, 五百旗頭健吾, 籠谷裕人, 大西紘之, 前島一仁, 豊田啓孝, 渡辺哲史

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 ( 93 ) 13 - 18 2014年6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

我々は暗号IC内部で発生するスイッチング電流を等価電流源として同定している,内部等価電流源を調べることにより暗号ICのサイドチャネル攻撃に対する安全性を評価でき,効果的な安全設計実現を期待できる.本稿ではサイドチャネル攻撃対策を付加したAES回路と未付加の回路をFPGA実装し,暗号処理に伴って発生するスイッチング電流の情報漏洩源としての挙動を,内部等価電流源に基づき調べた.結果,レジスタ遷移より前に電流値の分散が小さくなる時間が存在し,その時刻において電流値と中間値HDとの相関が高くなり,情報漏洩が発生していることを確認した.内部等価電流源を利用することにより,暗号IC内部の情報漏洩源としての挙動をより詳細に分析できる可能性を示した.

ノーマル・コモン両モード間のモード変換を考慮したコモンモードアンテナモデルによる不要電磁放射シミュレーション (エレクトロニクスシミュレーション)

若槻友里, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾, 古賀隆治, 渡辺哲史

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 114 ( 69 ) 29 - 34 2014年5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

プリント回路基板上のノーマル・コモン両モード間のモード変換が原因となって生じる不要電磁放射(コモンモード放射)に注目し,コモンモードアンテナモデルを用いた放射量シミュレーションを検討している.コモンモードアンテナモデルは,線路の電流配分率とノーマルモード電圧から求めたモード変換励振源を起電力とする等価アンテナモデルである.このときノーマルモード電圧にモード等価回路モデルより求めた伝送線路解析結果を用いることで両モード間のモード変換を考慮する.これまでの手法ではモード等価回路を繰り返し解析する必要があり,繰り返し回数が少ないと十分な計算精度が得られず,また計算時間が増大する問題もあった.本報告では伝送線路解析上でモード等価回路を同時解析するようにシミュレーション手法の改良を行った.これによって計算時間は短縮された.改良した手法では繰り返し解析の場合に比べて放射量シミュレーション精度も向上し,特に放射のピーク周波数付近では実構造モデルと比較して誤差1dB以下の精度まで改善することができた.

差動線路の屈曲部におけるモード変換抑制のための非対称テーパ付密結合屈曲構造の提案 (環境電磁工学)

菅翔平, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾, 渡辺哲史

電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報 113 ( 423 ) 27 - 32 2014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

プリント回路基板上の差動線路の屈曲部では,線路間に経路差が生じ,この経路差により生じる各線路の信号伝搬に伴う位相差がモード変換を生じさせる.そこで,本稿では,モード変換を抑制した屈曲構造を提案する.それは,これまでに提案されている対称テーパ付密結合屈曲構造のテーパを非対称にし,密結合屈曲部に残された経路差を打ち消すもので,モード変換量は対称テーパの場合に比べて約23dB低減した.さらに,非対称テーパを2分割にすることでディファレンシャルモードの特性インピーダンスをテーパの途中で変わらず一定値なるようにして,反射は約10dB減少した.

Suppression of noise propagation between power and ground planes using ferrite-plated EBG structure

K. Kondo, S. Yoshida, Y. Toyota

Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 61 ( S1 ) S299 - S302 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy

To confirm the feasibility of suppressing electromagnetic interference (EMI) in the inner layers of multilayered printed wiring boards (PWBs) and sustaining power integrity characteristics, influence of inserting a ferrite-plated thin film between the power and ground planes on the transmission characteristics were evaluated using four types of test boards with the following two conditions: one is the solid test board with a plane copper foil or the EBG (Electromagnetic bandgap) test boards with a one-dimensional lattice-shaped EBG structure consisting of large and small squares 15 mm x 15 mm and 1.5 mm x 1.5 mm in size
the other is whether the 3 or 6 μm-thick ferrite film was deposited or not. The multiple peaks of the transmission coefficient S21 due to parallel plate resonances were observed in the solid test board without ferrite film but the peaks were suppressed over the wide frequency range up to 6 GHz by applying the ferrite film. The EBG test board with the ferrite film provided not only wideband attenuation owing to the ferrite film but also large attenuation in the EBG stopband. The multiple peaks of in the driving point impedance Z11 due to the parallel plate resonances were also successfully suppressed by applying the ferrite film exhibiting favorable power integrity characteristics.

DOI： 10.2497/jjspm.61.S299

Guard Trace with Periodic Structure Taking Signal Integrity into Account

Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Tetsushi Watanabe

2014 IEEE ELECTRICAL DESIGN OF ADVANCED PACKAGING & SYSTEMS SYMPOSIUM (EDAPS) 45 - 48 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

The guard trace is effective for suppressing common-mode generation caused by placing a signal trace too close to the return edge on a printed circuit board. In our previous study, a guard trace with a periodic structure was proposed not only to reduce common-mode radiation but also to maintain signal integrity and was found to be effective. In the current work, the shape of the periodic structure and the termination at both edges to improve the features was investigated through full-wave simulation and measurement from the viewpoint of transmission coefficient as well as far-field radiation. Results show that the smaller the widths of the narrow portion, the further the periodic structure helps reduce common-mode radiation and maintain signal integrity. Also shown is that the periodic guard trace with both ends connected to the return plane is an appropriate structure.

DOI： 10.1109/EDAPS.2014.7030811

Power-bus Noise Reduction Using Ferrite-covered Open Stub in Printed Circuit Board

Yoshitaka Toyota

2014 IEEE CPMT SYMPOSIUM JAPAN (ICSJ) 79 - 82 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

For suppressing the power-bus resonance at higher frequencies, which causes propagation of electromagnetic noise and detraction of power integrity, we proposed a lossy resonator filter with frequency selectivity and low loss. To suppress noise propagation in the power-ground plane pair of a printed circuit board (PCB) at high frequencies (over 1 GHz), a ferrite-covered open stub was formed on a PCB as a lossy resonator filter. Its characteristics were verified by not only full-wave simulation but also measurement using a vector network analyzer. The simulation and measurement results show that the noise in the power bus of the PCB at frequencies over 1 GHz is suppressed. Through a series of investigations focusing on the input impedance characteristics, this paper clarified that low impedance of the open stub around resonant frequency helps prevent the impedance of the power-ground plane pair from increasing due to parallel plate resonances to achieve power-bus noise reduction.

Suppression of noise propagation between power and ground planes using ferrite-plated EBG structure

K. Kondo, S. Yoshida, Y. Toyota

Funtai Oyobi Fummatsu Yakin/Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 61 S299 - S302 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy

To confirm the feasibility of suppressing electromagnetic interference (EMI) in the inner layers of multilayered printed wiring boards (PWBs) and sustaining power integrity characteristics, influence of inserting a ferrite-plated thin film between the power and ground planes on the transmission characteristics were evaluated using four types of test boards with the following two conditions: one is the solid test board with a plane copper foil or the EBG (Electromagnetic bandgap) test boards with a one-dimensional lattice-shaped EBG structure consisting of large and small squares 15 mm x 15 mm and 1.5 mm x 1.5 mm in size
the other is whether the 3 or 6 μm-thick ferrite film was deposited or not. The multiple peaks of the transmission coefficient S21 due to parallel plate resonances were observed in the solid test board without ferrite film but the peaks were suppressed over the wide frequency range up to 6 GHz by applying the ferrite film. The EBG test board with the ferrite film provided not only wideband attenuation owing to the ferrite film but also large attenuation in the EBG stopband. The multiple peaks of in the driving point impedance Z11 due to the parallel plate resonances were also successfully suppressed by applying the ferrite film exhibiting favorable power integrity characteristics.

DOI： 10.2497/jjspm.61.S299

Suppression of Mode Conversion by Decreasing Path Difference by using an Asymmetrically Tapered Bend in Differential Transmission Lines

Shohei Kan, Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Tetsushi Watanabe

2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, TOKYO (EMC'14/TOKYO) 129 - 132 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

A tightly coupled asymmetrically tapered bend to suppress differential-to-common-mode conversion (caused by bend discontinuity in a pair of differential transmission lines) is proposed. A tightly coupled tapered bend has been proposed to suppress the mode conversion by decreasing the path difference in the bend. The tightly coupled bend with symmetric tapers makes the path difference shorter so that the differential transmission lines are coupled more tightly, but a path difference of twice the line separation still remains. To decrease the remaining path difference, a pair of asymmetric tapers is proposed. A full-wave simulation demonstrated that the amount of differential-to-common-mode conversion was decreased by 29 dB compared to that of the symmetrically tapered bend. To suppress differential-mode reflection, furthermore, a tightly coupled bend with sectionally divided asymmetric tapers is suggested.

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