研究者詳細 - 豊田　啓孝

MISC - 豊田　啓孝

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Modal Equivalent Circuit of Bend Discontinuity in Differential Transmission Lines

Yoshitaka Toyota, Shohei Kan, Kengo Iokibe

2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, TOKYO (EMC'14/TOKYO) 117 - 120 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

The equivalent-circuit expression of bend discontinuity in differential transmission lines, which is derived from the view of the mode-decomposition technique, is proposed in this paper. We investigated the relationship between the amount of mode conversion in the bend region and two components in the modal equivalent circuit: the mode-conversion sources and the modal reactances (modal inductances and capacitances). As a result, it was found that not only the difference in the imbalance factor but also the magnitude of the modal reactances can have a lot of effect on the mode conversion.

Ferrite-covered Open Stub as Lossy Resonator Filter for Suppressing Noise Propagation in Power Bus

Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Koichi Kondo, Shigeyoshi Yoshida

2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY (EMC EUROPE) 765 - 769 2014年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

A lossy resonator filter with frequency selectivity and low loss, which suppresses noise propagation in the power-ground plane pair of a printed circuit board (PCB) at high frequencies (over 1 GHz), was fabricated and evaluated. A ferrite-covered open stub was formed on a PCB as a lossy resonator filter, and its characteristics were verified by measurement using a vector network analyzer as well as full-wave simulation. The measurement and simulation results show that the noise in the power bus of the PCB at frequencies over 1 GHz is suppressed. Even in the case that the power bus is inside the board, noise propagation in the power bus was suppressed by connecting the inside ground plane and the ground plane of the lossy resonator filter by vias in order to conduct the noise to the filter.

DOI： 10.1109/EMCEurope.2014.6931007

Guard Trace with Periodic Structure for Reducing Common-mode Radiation and Maintaining Signal Integrity

Yuho Terai, Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Tetsushi Watanabe

2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, TOKYO (EMC'14/TOKYO) 545 - 548 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 close to the return edge on a printed circuit board. Our previous studies on the guard trace focused only on a design methodology for reducing common-mode radiation, but the placing guard trace close to the signal line increases crosstalk to deteriorate signal integrity. A guard trace with a periodic structure is therefore proposed for simultaneously reducing common-mode radiation and maintaining signal integrity. Several test boards with different period patterns were evaluated by measurement and full-wave simulation from the viewpoint of transmission coefficient as well as common-mode radiation. As a result, it was found that the guard trace with the periodic structure helps reduce common-mode radiation and maintain signal integrity except for a couple of conditions.

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

差動線路の屈曲部のモード等価回路表現 (環境電磁工学)

豊田啓孝, 菅翔平, 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 ( 310 ) 41 - 46 2013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

プリント回路基板上の差動線路の屈曲部をインダクタとキャパシタというリアクタンス素子からなるT型の構造で表現した後,これらが縦続接続されていることに注目し,モード等価回路として表現した.そして,屈曲部に含まれるモード変換励振源やその周囲に配置されたリアクタンス素子とモード変換量の関係を調べた.その結果,平衡度差だけでなくリアクタンス素子の大きさもモード変換量に影響を与えることが分かった.

FPGAのオンボード電源電圧予測へのLECCSモデルの適用 (マイクロ波)

清水加奈, 五百旗頭健吾, 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 113 ( 260 ) 163 - 168 2013年10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

プリント回路基板に搭載されているFPGAのECCSモデルを同定し,IC/五SIの高周波電流に起因する電源電圧変動を予測した.まず,FPGAのECCSモデルと電源供給回路の線形等価回路をオンボード測定より同定した.同定したECCSモデルは,FPGAで発生する高周波電流を等価電流源で表現している.次に,ECCSモデルとPDNの等価回路とを組み合わせ,回路シミュレーションにより電源電圧変動を予測した.今回は,入カデータ1,000通りに対して電源電圧変動の予測が可能か確認を行った.その結果,シミュレーションと測定した電源電圧変動の相互相関は1,000通りの入力データ全てに対して0.8以上の高い値を示した.これより,ECCSモデルは電源電圧変動予測に適用可能であり,かつ入力データ依存も予測できる可能性を示した.

BI-1-5 等価回路モデルを用いたボードレベルでのサイドチャネル攻撃シミュレーション(BI-1.安全・安心な情報通信会社を実現する電磁情報セキュリティ評価・対策技術,依頼シンポジウム,ソサエティ企画)

五百旗頭健吾, 豊田啓孝

電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 2013 ( 1 ) "SS - 36"-"SS-37" 2013年9月

電源供給回路に挿入するオンボードRLスナバの設計法 (環境電磁工学)

山懸亮介, 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 113 ( 122 ) 39 - 43 2013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

ICの電源供給回路に寄生するインピーダンスの共振により,直流電源側に漏れ出す高周波電流や電源バウンスの発生原因となる入力インピーダンスが増加する.この問題の解決を目的として,デカップリングインダクタと並列に抵抗を挿入する共振抑制手法,RLスナバ回路を検討している.本報告では,ボード配線の寄生容量による共振に対するRLスナバの設計法を示した.まず,オンボード共振周波数における等価回路を簡略化することによって,回路の次数を3次から2次にし,デカップリングインダクタンスの範囲を限定した.次に,2次回路の臨界減衰条件より最適抵抗値を決定した.オンボード等価回路を2次の等価回路に簡略化する方法を述べた.最後に,決定したインダクタンスと抵抗値を電流伝達特性と入力インピーダンスの回路シミュレーションで評価し,等価回路を簡略化するために与えた条件が妥当かどうか検証した.その結果,与えた条件により簡略化前と同等な電流低減およびPI向上を維持できることを示した.また,実用的には条件をさらに緩和できることを確認した.

オープンスタブと磁性膜から構成される損失を有する共振器型フィルタを用いた平行平板共振抑制 (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 113 ( 25 ) 25 - 30 2013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

電子機器の多層プリント回路基板における平行平板構造の電源/グラウンド層において生じる平行平板共振は,種々の問題を引き起こす.この共振抑制には,「特定の周波数で生じる各々の平行平板共振に限定して効果的に共振が抑制できること」,また,「わずかな損失を与え,不要電磁波のパワーを効率よく消費すること」の2点が重要である.これに基づき,今回,このコンセプトの実施例としてオープンスタブと磁性膜から構成される損失を有する共振器型フィルタを提案する.本稿ではまず,提案した共振器型フィルタのコンセプトを,特にインピーダンス特性の観点から説明する.次に,電磁界シミュレーションにより3つの事例を対象に本提案フィルタの共振抑制効果を評価し,上述の所望の特性を得たことを述べる.

コモンモードおよびノーマルモードのアンテナモデルを用いた全EMI放射の定量予測 (環境電磁工学)

渡辺哲史, 若槻友里, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾

電子情報通信学会技術研究報告 : 信学技報 113 ( 2 ) 7 - 12 2013年4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

空間中に存在する2導体線路に流れる電流はノーマルモードとコモンモードの成分に分離できることが知られている。我々はこれまでにプリント基板上の配線において線路の平衡度に着目してノーマルモード電圧から変換されるコモンモード電流・コモンモード放射の予測を行うアンテナモデルを構築してきた。実際のプリント基板構造からの放射はノーマルモード及びコモンモードの電流によつて生じているため、ノーマルモードによる放射も加味して、全放射量の予測が可能であるか検討した。対象として、3種類の単純な基板構造に対して、ノーマルモードおよびコモンモードのアンテナモデルを構築し、数値解析によって求めた各モードの放射電界のベクトル和と元々の基板構造から生じる放射電界を比較し、これがほぼ一致することを確認した。

ガードトレースへの周期構造導入によるコモンモード放射抑制と信号品質維持の両立 (環境電磁工学)

寺井優帆, 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 : 信学技報 113 ( 2 ) 1 - 6 2013年4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

プリント回路基板の帰路面端に信号線が近づくことで生じるコモンモードの抑制手法として,ガードトレースは有効である.これまでの研究ではコモンモード放射の抑制にのみ着目していたが,ガードトレースが信号線に近づくことでクロストークが大きくなり信号品質の劣化を引き起こす.そこで,放射抑制効果を維持しつつ信号品質の劣化を抑えるため,本報告ではガードトレースへの周期構造導入を提案する.周期パターンを変化させた複数のテスト基板を作製し,透過特性とアイパターン,そして,コモンモード放射量を実測とシミュレーションにより評価した.その結果,周期構造導入により信号品質維持の効果が見られ,パターン周期を小さくすることで高周波まで効果の及ぶことを確認した.さらに,周期構造導入によるコモンモード放射抑制効果の低下の小さいことを確認した.

暗号ICで発生するサイドチャネル解析におけるノイズの等価電流源モデルに基づく一検討 : SASEBO-Gを用いた検討(PCB,情報セキュリティ,EMC,一般)

五百旗頭健吾, 天野哲夫, 豊田啓孝, 渡辺哲史

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 113 ( 2 ) 25 - 30 2013年4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

暗号回路のサイドチャネル攻撃に対する安全性を評価する上で、サイドチャネル解析におけるノイズ成分の予測は重要な課題である。特に暗号IC内部で発生するノイズは、回路動作から推察すると暗号処理の進行に伴って変化する。そのため、測定によりノイズだけを同定するのは容易ではない。本報告では、筆者らが提案している暗号ICの等価電流源モデルに基づき、暗号IC内部で発生するノイズの変動を調査した。暗号回路への入力データ(平文)を一定とした時の電流源の標準偏差を計算し、その暗号処理中の変動を確認した。その結果、定性的な傾向として電流源振幅と標準偏差との間に正の相関があることを確認した。

B-4-58 サイドチャネル攻撃予測のための暗号FPGAの等価電流源同定(B-4.環境電磁工学)

五百旗頭健吾, 岡本薫, 天野哲夫, 豊田啓孝, 渡辺哲史

電子情報通信学会総合大会講演論文集 2013 ( 1 ) 403 - 403 2013年3月

B-4-36 線路の平衡度および電圧反射係数とモード変換の関係の一考察(B-4.環境電磁工学)

延永達哉, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾, 古賀隆治, 渡辺哲史

電子情報通信学会総合大会講演論文集 2013 ( 1 ) 381 - 381 2013年3月

Optimization of Resistances in RL Snubbers for Power Distribution Network of Integrated Circuits

Ryosuke Yamagata, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota

Proceedings of 2013 International Symposium on Electromagnetic Theory (EMTS 2013) 226 - 229 2013年

Equivalent circuit modeling of cryptographic integrated circuit for information security design

Kengo Iokibe, Tetsuo Amano, Kaoru Okamoto, Yoshitaka Toyota

IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility 55 ( 3 ) 581 - 588 2013年

記述言語：英語

In this study, equivalent circuit modeling was examined to develop a method to evaluate cryptographic systems before fabrication. An equivalent circuit model of a cryptographic FPGA in which an advanced encryption standard (AES) algorithm had been implemented was determined from experimental measurements under the initial configuration of a power distribution network (PDN) of the FPGA. The model was implemented into a commercial analog circuit simulator, and power traces due to the simultaneous switching noise current were estimated under three different PDN configurations in which a decoupling circuit was inserted into the PDN as an on-board countermeasure. Estimated power traces were analyzed statistically by the correlation power analysis method to obtain correlation values, a major security index of AES. Variation of the correlation values with changes in decoupling configuration agreed with the corresponding experimental results. This means that the security of cryptographic devices against side-channel attacks can be evaluated by using the equivalent circuit model before fabrication. © 1964-2012 IEEE.

DOI： 10.1109/TEMC.2013.2250505

Evaluation of Pigtail Termination of STP cable Using Modal Equivalent Circuit of Four-conductor Transmission Systems

Tatsuya Nobunaga, Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Liuji R. Koga, Tetsushi Watanabe

PROCEEDINGS OF 2013 URSI INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON ELECTROMAGNETIC THEORY (EMTS) 222 - 225 2013年

記述言語：英語出版者・発行元：IEEE

For investigating mode conversion in four-conductor transmission systems we have developed a modal-equivalent-circuit expressed by an imbalance factor of transmission line, a current division factor, in the same way as we developed the one in three-conductor transmission systems. The modal equivalent circuit consists of three modal equivalent circuits of normal mode, primary-common mode, and secondary-common mode. In this paper, the influence of mode conversion by the pigtail termination of a shielded-twisted-pair (STP) cable was analyzed using the modal equivalent circuit and mixed-mode S parameters with respect to normal mode and primary- common mode. As a result, it was found that mode conversion depends on the imbalance factor and that the modal equivalent circuit helps to explain mode conversion that occurs in terminating STP cables with pigtail.

RF Noise Suppression by Lossy Filters in Power Distribution Network

Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe

Proceedings of IEEE CPMT Symposium Japan (ICSJ 2013) 2013年

Effect of EBG structure and ferrite film on power/ground layers for performance maintenance and noise suppression in wireless communication

Kenta Ishimura, Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe, Koichi Kondo, Shigeyoshi Yoshida

EDAPS 2013 - 2013 IEEE Electrical Design of Advanced Packaging Systems Symposium 217 - 220 2013年

記述言語：英語

Noise suppression and power integrity are two requirements for power/ground layers of printed circuit boards. To accomplish the requirements, we proposed the application of electromagnetic bandgap (EBG) structure and ferrite film to power/ground layers. To evaluate the proposed EBG structure, we have so far measured the electric characteristics of both driving-point impedance and transmission coefficient. Although these evaluation indices are helpful, the evaluation using an actual device is also indispensable. In this paper, we evaluated the suppression of noise propagation through power bus by the proposed EBG structure in wireless communication module. The proposed structure provided sufficient result of the effective maintenance of communication quality by suppressing the propagation of electromagnetic noise. © 2013 IEEE.

DOI： 10.1109/EDAPS.2013.6724428

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