| 講演名 | 2017-12-14 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(信州大), 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。 |
| 抄録(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 |
| キーワード(英) | Start-up charge pump / CMOS gate boosting / Energy harvesting / Voltage doubler |
| 資料番号 | CAS2017-91,ICD2017-79,CPSY2017-88 |
| 発行日 | 2017-12-07 (CAS, ICD, CPSY) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | ICD / CPSY / CAS |
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| 開催期間 | 2017/12/14(から2日開催) |
| 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） | |
| 委員長氏名（和） | 日高 秀人(ルネサス エレクトロニクス) / 中野 浩嗣(広島大) / 平木 充(ルネサス エレクトロニクス) |
| 委員長氏名（英） | Hideto Hidaka(Renesas) / Koji Nakano(Hiroshima Univ.) / Mitsuru Hiraki(Renesas) |
| 副委員長氏名（和） | 永田 真(神戸大) / 入江 英嗣(東大) / 三吉 貴史(富士通研) / 岡崎 秀晃(湘南工科大) |
| 副委員長氏名（英） | Makoto Nagata(Kobe Univ.) / Hidetsugu Irie(Univ. of Tokyo) / Takashi Miyoshi(Fujitsu) / Hideaki Okazaki(Shonan Inst. of Tech.) |
| 幹事氏名（和） | 高宮 真(東大) / 橋本 隆(パナソニック) / 大川 猛(宇都宮大) / 高前田 伸也(北大) / 山口 基(ルネサスシステムデザイン) / 橘 俊宏(湘南工科大) |
| 幹事氏名（英） | Makoto Takamiya(Univ. of Tokyo) / Takashi Hashimoto(Panasonic) / Takeshi Ohkawa(Utsunomiya Univ.) / Shinya Takameda(Hokkaido Univ.) / Motoi Yamaguchi(Renesas) / Toshihiro Tachibana(Shonan Inst. of Tech.) |
| 幹事補佐氏名（和） | 夏井 雅典(東北大) / 柘植 政利(ソシオネクスト) / 伊藤 浩之(東工大) / 範 公可(電通大) / 伊藤 靖朗(広島大) / 津邑 公暁(名工大) / 中村 洋平(日立) |
| 幹事補佐氏名（英） | Masanori Natsui(Tohoku Univ.) / Masatoshi Tsuge(Socionext) / Hiroyuki Ito(Tokyo Inst. of Tech.) / Pham Konkuha(Univ. of Electro-Comm.) / Yasuaki Ito(Hiroshima Univ.) / Tomoaki Tsumura(Nagoya Inst. of Tech.) / Yohei Nakamura(Hitachi) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Integrated Circuits and Devices / Technical Committee on Computer Systems / Technical Committee on Circuits and Systems |
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| 本文の言語 | JPN |
| 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（和） | |
| 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 |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 吉田 穣理 / Minori Yoshida |
| 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） | 宮地 幸祐 / Kousuke Miyaji |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 信州大学(略称：信州大) Shinshu University(略称：Shinshu Univ.) |
| 発表年月日 | 2017-12-14 |
| 資料番号 | CAS2017-91,ICD2017-79,CPSY2017-88 |
| 巻番号（vol） | vol.117 |
| 号番号（no） | CAS-343,ICD-344,CPSY-345 |
| ページ範囲 | pp.127-127(CAS), pp.127-127(ICD), pp.127-127(CPSY), |
| ページ数 | 1 |
| 発行日 | 2017-12-07 (CAS, ICD, CPSY) |