研究者詳細 - 豊田　啓孝

MISC - 豊田　啓孝

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寄生インピーダンスの共振に起因するIC電源系高周波電流ピークのダンピング抵抗挿入による低減

矢野佑典, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝

電気学会研究会資料. EMC, 電磁環境研究会 2011 ( 19 ) 29 - 34 2011年10月

差動伝送線路を対象とした平衡度不整合モデルによるコモンモード電流予測法の検証

松嶋徹, 渡辺哲史, 豊田啓孝, 古賀隆治, 和田修己

マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集 21st 217 - 220 2011年9月

チップ部へのTHRUパターンの埋め込みによるICパッケージの自己インダクタンスの測定

谷道あゆみ, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 111 ( 131 ) 31 - 36 2011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パッケージ電気特性のモデリングにおいて,電磁界シミュレーションに基づき構築したモデルを実測結果と比較することは,一つの重要なモデル精度検証方法である.しかし,過去の報告では,パッケージを開封した状態での測定例が報告されているのみであり,パッケージを封止した状態での測定例は見られない.筆者らは,封止かつボード実装された状態におけるパッケージ特性の測定法を検討しており,本報告では、自己インダクタンスの測定法を検討した.提案法では,特性が既知のTHRUラインを用いて,そのTHRUラインをチップ部にマウントしたパッケージをPCB上に実装し,PCB上の測定結果からパッケージ部の自己インダクタンスを抽出する.そして,実測および3次元電磁界解析により抽出精度を検証した.その結果,500 MHz以下で実測では-0.8〜-0.2 nH,電磁界解析では-0.9〜-0.6nHの絶対誤差で自己インダクタンスを測定できた.

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2本のスタブを用いたオープンスタブ型EBG構造による阻止域の制御と設計

長尾篤, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 111 ( 131 ) 91 - 96 2011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

プリント回路基板の電源/グラウンド層間における高周波ノイズ伝搬阻止のため,電磁的バンドギャップ(Electromagnetic Bandgap : EBG)構造の層間への適用が検討されている.2本のスタブを用いたオープンスタブ型EBG構造では,セルサイズの小型化,阻止域の拡大およびマルチバンド化が期待できる.本稿では,等価回路モデルを用いたマッシュルーム型EBG構造やスタブ1本のオープンスタブ型EBG構造との比較を行い,その特性を明らかにする.さらに,オープンスタブ型EBG構造において,無線LAN使用周波数である2.4GHz, 5.2GHzの周波数帯域に阻止域を得るための設計手法を検討した.最終的に,2本の異なる長さのスタブをもつオープンスタブ型EBG構造により,2.4GHz, 5.2GHz帯のそれぞれに2つの阻止域が形成できることを確認した.最後に,特性量を利用した等価回路解析と物理的なサイズまでを考慮した電磁界シミュレータによる解析を比較し,等価回路モデルにおけるスパイラル状スタブの等価長について考察を行った.

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ケーブル接続された送受信機器のモード等価回路と同定(その2)

瀬島孝太, 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. EST, エレクトロニクスシミュレーション = IEICE technical report. EST, Electronic simulation technology 111 ( 66 ) 93 - 98 2011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

電流配分率の異なる線路が接続された3導体で構成される伝送系では,線路の接続点においてモード変換が生じる.モード変換を回路上で表現するモ-ド変換励振源を用いて,送受信機器が平行2本線路で接続された系を対象としてモード等価回路を構築した.このモード等価回路の実測における有効性を,コモンモード電流とノーマルモード電圧を用いて評価した.実測と回路シミュレーションのスペクトルは概ね良く一致し,モード変換の影響によって,コモンモードの共振時にコモンモードからノーマルモードヘの変換によりノーマルモード電圧が影響を受けることを確認した.そこでモード変換励振源のパラメータである2つの線路の電流配分率の差とコモンモード電流に着目して,モード変換の抑制を試みた.対策を行ったその結果,回路シミュレーションで予測されたように,モード変換の影響を低減することを確認した.

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EBG構造とフェライト膜を用いた電源層の不要電磁波伝搬抑制と電源品質の評価

マハムドファーハンザヒド, 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. EST, エレクトロニクスシミュレーション = IEICE technical report. EST, Electronic simulation technology 111 ( 66 ) 75 - 80 2011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(Printed Circuit Board : PCB)の電源層が具備すべき条件は,高周波ノイズの伝搬阻止と電源バウンスの生じない電源供給である.我々は,PCBの電源-グラウンド層に対して,電磁バンドギャップ(Electromagnetic Bandgap : EBG)構造の導入に加え,磁気損失効果のあるフェライト膜を電源-グラウンド層間へ挿入した電源層が有効であると考えている.本論文では,この提案構造のテスト基板と,これと比較するための3種類のテスト基板を作製し,ネットワークアナライザを用いたSパラメータの2ポート測定により,不要電磁波(Electromagnetic Interference : EMI)抑制と電源品質(Power Integrity : PI)の両特性を評価した.さらに,PI特性については実際の回路への導入を想定し,模擬電源回路と組み合わせた場合の評価を回路シミュレータを用いて検討した.提案構造はEMI抑制,PI特性とも良好な結果を得た.同様にEBG構造ではないベタ層とフェライト膜を組み合わせたテスト基板も提案構造と同等の結果が得られることが分かった.

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電源系デカップリングによる暗号用FPGAのサイドチャネル攻撃耐性向上

天野哲夫, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝

電子情報通信学会技術研究報告. EMCJ, 環境電磁工学 111 ( 18 ) 19 - 24 2011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ICから漏れ出す高周波電源電流などの副次的な情報から暗号を解読するサイドチャネル攻撃が問題になっている.本報告では,この問題のハードウェア的な対策技術として電源系デカップリングの有効性を実験により確認した.デカップリング回路はキャパシタとインダクタで構成し,デカップリングしない場合も含め3つの条件を試行した.実験にはサイドチャネル標準評価基板SASEBO-Gを用い,AES (Advanced Encryption Standard)暗号処理中に電源線を流れる高周波電源電流をカレントプローブで観測した.取得した30,000波形に対し相関電力解析(Correlation Power Analysis: CPA)を行った.その結果,2つのデカップリング条件のうち1つでサイドチャネル攻撃耐性が向上した.もうひとつの条件では変化がなかった.取得波形のスペクトルを調査した結果,耐性が向上した条件ではFPGA (Field-Programmable Gate Array)のクロック周波数より低周波の全域で高周波電源電流が低減されていた.また,この電源電流低減がデカップリングの結果であることを回路シミュレーションにより確認した。

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B-4-39 電源系配線のオンボードデカップリングによる暗号処理基板のサイドチャンネル攻撃耐性向上(B-4.環境電磁工学,一般セッション)

五百旗頭健吾, 豊田啓孝

電子情報通信学会総合大会講演論文集 2011 ( 1 ) 352 - 352 2011年2月

オープンスタブ型EBG構造における2本のスタブを用いた阻止域の制御

長尾篤, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾, 古賀隆治

2011年電子情報通信学会総合大会 353 - 353 2011年

ケーブル接続された送受信機器のモード等価回路と同定

豊田啓孝, 渡辺哲史, 五百旗頭健吾, 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 110 ( 300 ) 33 - 38 2010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

送受信器が平行ケーブルで接続された3導体系の伝送線路が,システムグラウンドからある一定の距離を隔てて設置されている場合を対象として,モード等価回路を構築した.実電圧・電流の直交モード分解に基づき導出された直交モードの変換行列は,モード電圧間,モード電流間のみのモード変換を表現する.電流配分率の異なる線路を接続した場合では,線路の接続位置にモード変換電圧源やモード変換電流源を挿入することに相当する.モデル評価では,誘電体を含まない導体のみからなる簡単な系を対象とした.提案法では,ノーマルモード等価回路,コモンモード等価回路を別々に構築し,モード変換電圧源やモード変換電流源に両者を結び付けることで回路シミュレータを用いて解くことができる.解析対象を結合伝送線路と考えて回路シミュレーションで解いた場合とは非常によく一致した.さらに,フルウェーブ計算で得られたモード電流のスペクトルとも概ねよく一致した.フルウェーブ計算ではTEMモードが前提ではないため,TEMモードからのずれが計算結果に影響することを確認した.

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EMC設計のための高速電磁界シミュレータの開発

豊田啓孝

山陽放送学術文化財団リポ-ト ( 54 ) 22 - 26 2010年10月

BI-2-3 LECCSモデルにおける寄生結合の評価とIBISモデルとの組み合わせによるPI/SI解析(BI-2.EMC設計のためのLSIマクロモデリング,依頼シンポジウム,ソサイエティ企画)

五百旗頭健吾, 豊田啓孝, 古賀隆治, 岡典正

電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 2010 ( 1 ) "SS - 81"-"SS-82" 2010年8月

電源系パターンの寄生容量を考慮したデカップリングインダクタの配置

矢野佑典, 五百旗頭健吾, 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 110 ( 125 ) 39 - 44 2010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

デカップリングキャパシタを実装することで,デカップリングキャパシタが持つESLと電源系パターンの寄生容量が共振を起こし,IC/LSIのスイッチングに起因する高周波電流が増加する場合がある.本報告では,この問題について述べ,対策法としてデカップリングインダクタの配置について検討し,電源端子電流の低減効果をシミュレーションにより確認した.DUTとして,汎用ロジックICを実装した25mm角のプリント基板を用い,シミュレーションにはLECCSモデルを使用した.その結果,寄生のキャパシタよりIC側にデカップリングインダクタを挿入した場合には,低周波において鋭いピークがみられるものの,高周波電流を大きく低減できることを示した.さらに,寄生のキャパシタより外部にデカップリングインダクタを挿入した場合には,電源端子電流を全周波数において低減できることを示した.また,チップ部の電源端子間の電位差をシミュレーションし,PIへの影響は十分小さいことを確認した.

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Calculation of Common-Mode Radiation from Single-Channel Differential Signaling System Using Imbalance Difference Model

Tohlu Matsushima, Tetsushi Watanabe, Yoshitaka Toyota, Ryuji Koga, Osami Wada

IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS E93B ( 7 ) 1739 - 1745 2010年7月

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

In a differential transmission line, a large common-mode radiation is excited due to its asymmetry. In this paper, the imbalance difference model, which was proposed by the authors for estimation of common-mode radiation, is extended to apply to the differential signaling systems. The authors focus on a differential transmission line with asymmetric property, which consists of an adjacent return plane and two signal lines which are placed close to an edge of the return plane. Three orthogonal transmission modes, a normal mode, a primary common mode and a secondary common mode, are defined. Among these transmission modes, the secondary common mode is dominant in radiation, and a mechanism of the secondary common-mode generation is explained. The radiated emission which was calculated using the imbalance difference model was in good agreement with that obtained by full wave calculation.

DOI： 10.1587/transcom.E93.B.1739

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Suppression of Guard-Trace Resonance by Matched Termination for Reducing Common-Mode Radiation

Tetsushi Watanabe, Tohlu Matsushima, Yoshitaka Toyota, Osami Wada, Ryuji Koga

IEICE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS E93B ( 7 ) 1746 - 1753 2010年7月

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

We propose a novel technique of matching at both ends of the guard trace to suppress resonance. This approach is derived from the viewpoint that the guard trace acts as a transmission line. We examined that matched termination suppresses guard-trace resonance through simulating a circuit and measuring radiation. We found from these results that the proposed method enables guard-trace voltages to remain low and hence avoids increases in radiation. In addition, we demonstrated that "matched termination at the far end of the guard trace" could suppress guard-trace resonance sufficiently at all frequencies. We eventually found that at least two vias at both ends of the guard trace and only one matching resistor at the far end could suppress guard-trace resonance. With respect to fewer vias, the method we propose has the advantage of reducing restrictions in the printed circuit board layout at the design stage.

DOI： 10.1587/transcom.E93.B.1746

Web of Science

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EMIフィルタ設計への適用を目的とした電子レンジ内蔵インバータの線形等価回路モデル構築

五百旗頭健吾, 渡辺哲史, 崎山一幸, 齊藤義行, 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 110 ( 84 ) 25 - 30 2010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

インバータやコンバータのようにスイッチング電源を内蔵した家電製品の電源ポート伝導妨害波を低減する電源フィルタ設計への適用を目的として、インバータの線形等価回路モデルを構築した。まず、市販電子レンジを被試験体として疑似電源回路網(LISN)を用いて伝導妨害波電圧を測定した。その結果にディファレンシャルモードおよびコモンモードどちらのノイズも確認されたため、両モードを表現する等価回路構造を決定し、モデル定数を決定する手法を述べた。さらに実際に伝導妨害波電流測定よりモデル定数を決定した。最後に構築したモデルを使い回路シミュレーションにより電磁妨害波電圧を予測し測定結果と比較した。その結果、決定したモデル定数が有意であった周波数においてはEMIフィルタによるノイズ低減効果を実用的な精度で予測した。これにより測定による構築可能なマクロモデルのEMIフィルタ設計への適用可能性を示した。

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平衡度不整合によるコモンモードの発生とその低減法

渡辺哲史, 松永茂樹, 松嶋徹, 和田修己, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会大会講演論文集 2010 ( 1 ) SS.110-SS.111 - SS-111 2010年3月

B-4-5 IBIS及びLECCSの組み合わせマクロモデルにおけるSPICEシミュレーションによるPI/SI解析精度の検証(B-4.環境電磁工学,一般セッション)

岡典正, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝, 古賀隆治

電子情報通信学会総合大会講演論文集 2010 ( 1 ) 355 - 355 2010年3月

平衡度不整合理論に基づく多チャンネル差動伝送線路のコモンモード放射予測

松嶋徹, 渡辺哲史, 豊田啓孝, 和田修己, 古賀隆治

エレクトロニクス実装学会講演大会, 10B-06,, pp. 28-29 2010年3月

プリント回路基板上に構成するフィルタ設計を目的とした伝送線路モデルを用いた等価回路モデルの構築

松元計典, 豊田啓孝, 五百旗頭健吾, 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 109 ( 370 ) 81 - 86 2010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伝送系の帰路面にスリットパターンを導入することにより,それ自体が何らかの受動素子のような振る舞いをする.DGS(Defected Ground Structure)もその1つである.DGSは,導入するスリットパターンによりその伝搬特性が大きく変化するため,フィルタなど様々な用途への応用が期待される.しかし,導入するスリットパターンの設計手法が確立されていないため,明確な設計手法モデルが必要である.3次元電磁界シミュレータによる解析ではコストが大きいうえ,最終的な特性と構造の相関関係が不明確である.これまでにいくつかの等価回路モデルが利用されているが,それらは集中定数モデルで,さらに3次元解析を必要とする.また,集中定数素子の値は物理構造とは対応しておらず設計に用いるのは困難である.本報告では,フィルタとして機能するDGSに着目し,伝送線路モデルを用いた等価回路モデルの構築を行った.3次元解析の結果と等価回路モデルを回路解析した結果の透過特性を比較すると,フィルタとして一般的に利用される第一伝搬阻止域は概ね一致した.

<豊田 啓孝>

MISC - 豊田 啓孝

<豊田　啓孝>

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