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講演抄録/キーワード
講演名 2017-12-14 15:10
190mVから昇圧可能な0.18um標準CMOSプロセスを用いたエネルギーハーベスティング向けCMOSゲート電圧2倍振幅スタートアップボルテージダブラー型チャージポンプ
吉田穣理宮地幸祐信州大
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抄録 (和) 近年、バッテリーの電源が消失したときでも、室内光等の低電力ソースから電源供給を復帰させるコールドスタート機能を持ったIoTデバイス向けのエネルギーハーベスティング電源回路が必要とされている。コールドスタート機能には昇圧型チャージポンプ回路が用いられることが多いが、チャージポンプのパワートランジスタのゲート・ソース電圧が低いためにチャネル抵抗が高く、性能が制限されている課題がある。本研究では、190mVから昇圧可能な超低入力電力エネルギーハーベスティング向けスタートアップボルテージダブラー型チャージポンプ回路を提案する。チャージポンプ内のNMOS・PMOS両トランジスタのゲート電圧をインバータ型レベルシフタによって入力電圧の2倍で振幅させ、両トランジスタのチャネル抵抗を低減した。提案回路を0.18um標準CMOSプロセスで実装した結果、動作可能最低電圧は190mVであった。また、入力電圧390mV のとき59.2%の電力変換効率を達成し、出力電流は320nAであった。比較用に実装した既存基板順バイアス方式に比べ、入力電圧300mVにおいて出力電力が181%向上した。提案回路はしきい値電圧以下から昇圧可能なスタートアップ回路として、超低電力エネルギーハーベスティング向け電源回路に最適である。 
(英) Recently, energy harvesting power supply circuit using a cold-start function for IoT devices is required to restore power supply from low output energy harvesting sources even when a battery runs out of power. Although a boost-up charge pump circuit is normally used for the cold-start function, high channel resistance at power transistors in the charge pump limits the performance because of low gate-source-voltage. In this work, a start-up charge pump circuit for extremely low input voltage that can start-up from 190mV (VIN) is proposed and demonstrated. The proposed circuit uses inverter level shifter to generate 2VIN voltage swing for the gate of both main NMOS and PMOS power transistors to reduce the channel resistance. The proposed circuit is fully implemented in a standard 0.18um CMOS process and the measurement result shows that minimum input voltage of 190mV is achieved. Moreover, the proposed circuit achieves maximum efficiency of 59.2% when the input voltage is 390mV and the output current is 320nA. Compared with the conventional forward-body-bias circuit, output power increases by 181% at 300mV input voltage. The proposed circuit is suitable for a start-up circuit in ultralow power energy harvesting power management applications.
キーワード (和) スタートアップチャージポンプ / CMOSゲート振幅増大 / エネルギーハーベスティング / ボルテージダブラー / / / /  
(英) Start-up charge pump / CMOS gate boosting / Energy harvesting / Voltage doubler / / / /  
文献情報 信学技報, vol. 117, no. 344, ICD2017-79, pp. 127-127, 2017年12月.
資料番号 ICD2017-79 
発行日 2017-12-07 (CAS, ICD, CPSY) 
ISSN Print edition: ISSN 0913-5685  Online edition: ISSN 2432-6380

研究会情報
研究会 ICD CPSY CAS  
開催期間 2017-12-14 - 2017-12-15 
開催地(和) アートホテル石垣島 
開催地(英) Art Hotel Ishigakijima 
テーマ(和) 学生・若手研究会 
テーマ(英)  
講演論文情報の詳細
申込み研究会 ICD 
会議コード 2017-12-ICD-CPSY-CAS 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 190mVから昇圧可能な0.18um標準CMOSプロセスを用いたエネルギーハーベスティング向けCMOSゲート電圧2倍振幅スタートアップボルテージダブラー型チャージポンプ 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) A 190mV Start-up Voltage Doubler Charge Pump with CMOS Gate Boosting Scheme using 0.18um Standard CMOS Process for Energy Harvesting 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) スタートアップチャージポンプ / Start-up charge pump  
キーワード(2)(和/英) CMOSゲート振幅増大 / CMOS gate boosting  
キーワード(3)(和/英) エネルギーハーベスティング / Energy harvesting  
キーワード(4)(和/英) ボルテージダブラー / Voltage doubler  
キーワード(5)(和/英) /  
キーワード(6)(和/英) /  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 吉田 穣理 / Minori Yoshida / ヨシダ ミノリ
第1著者 所属(和/英) 信州大学 (略称: 信州大)
Shinshu University (略称: Shinshu Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 宮地 幸祐 / Kousuke Miyaji / ミヤジ コウスケ
第2著者 所属(和/英) 信州大学 (略称: 信州大)
Shinshu University (略称: Shinshu Univ.)
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講演者
発表日時 2017-12-14 15:10:00 
発表時間 120 
申込先研究会 ICD 
資料番号 IEICE-CAS2017-91,IEICE-ICD2017-79,IEICE-CPSY2017-88 
巻番号(vol) IEICE-117 
号番号(no) no.343(CAS), no.344(ICD), no.345(CPSY) 
ページ範囲 p.127 
ページ数 IEICE-1 
発行日 IEICE-CAS-2017-12-07,IEICE-ICD-2017-12-07,IEICE-CPSY-2017-12-07 


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