助成番号
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

エネルギーをリサイクルするエナジーハーベスト向け半導体集積回路に関する研究

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Study on Energy Recovery LSI circuit design for Energy Harvesting研究氏代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）タカハシ

名）ヤスヒロ

研究期間 Ｂ

２０１４～ ２０１５年

漢字 ＣＢ

髙橋康宏

報告年度 ＹR

２０１５年

Yasuhiro

研究機関名

岐阜大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Takahashi

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

岐阜大学工学部・准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
安全、安心かつ豊かな社会を実現するために、環境などをモニタリングするセンサネットワーク(WSN)技術が着目を集めている。このような機器に用いられている集積回路は、低電圧かつ低消費電力特性が求められる。ワイヤレスセンサネットワーク（WSN）技術は、電源に環境発電（エネルギーハーべスティング）技術を使用することが多い。環境発電とは、光や振動、熱といった周囲環境からエネルギーを収穫し電力に変換する技術である。しかし、取り出せる電力は小さいことから、現状では、集積回路が動作する電圧へ昇圧・変換して使用している。
そこで、研究者らは電圧を昇圧せずに集積回路を直接駆動すれば、WSN 機器が高効率で動作すると考えた。この着想のもと、研究者らが従来から研究している断熱的論理回路とサブスレッショルド動作を組み合わせた新しい論理回路を提案し、集積回路試作を行った。この提案回路は、電源電圧 0.6V の交流電源で動作するサブスレッシ
ョルド断熱的論理回路である。提案したサブスレッショルド断熱的論理回路を用いて、集積回路を試作し、動作周波数および消費電力を測定したところ、最高動作周波数は 50kHz、消費電力は 10pJ/Cycle と極低消費電力特性を示した。これは、従来研究での 11.7pJ/Cycle よりも低電力である。よって、本提案法の有効性が確認できた。
本研究によって、低電圧で動作する断熱的論理回路を WSN 用集積回路として使用することにより、電源電圧を限界まで低下することが可能となる。その結果、従来技術では不可能だった極低電圧および極低消費電力特性を有する新しい WSN 用集積回路開発の契機につながることが期待できる。

キーワード ＦＡ

断熱的論理

サブスレッショルド動 低消費電力作（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢTwo phase clocked subthreshold adiabatic logic circuit

著者名 ＧＡ

K.Kato,Y.Takahashi, T.Sekine

雑誌名 ＧＣIEICE Electronics Express

ページ ＧＦpp. 20150695

発行年 ＧＥ

2

雑誌

5

巻号 ＧＤ

12

A 4×4-bit multiplier LSI implementation of two phase clocking subthreshold adiabaticlogic

著者名 ＧＡ

K.Kato,Y.Takahashi, T.Sekine

雑誌名 ＧＣ

Proc. IEEE NEWCAS 2015

ページ ＧＦ

4 頁(頁番号無)

発行年 ＧＥ

2015

巻号 ＧＤ

なし

論文標題ＧＢ

Skey tolerance analysis and layout design of 4×4 multiplier using two phase clocking
subthreshold adiabatic logic

著者名 ＧＡ

K.Kato,Y.Takahashi, T.Sekine

雑誌名 ＧＣ

Proc. IEEE APCCAS 2015

ページ ＧＦ495～498

発行年 ＧＥ

2

雑誌

1

論文標題ＧＢ
雑誌

001

5

巻号 ＧＤ

なし

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Advances in wireless sensor network (WSN) have opened up new opportunities in healthcare, home andoffice, control and automation, etc. In these applications, integrated circuits require low-voltage
operations and low-power characteristics. Because, WSN systems often benefit from energy harvesting
power sources. In the energy harvesting technology, power management products that convert energy fromvibration (Piezo), photo-voltaic (Solar) and Thermal sources provide high efficiency conversion toregulated voltages or to charge batteries and super capacitor storage elements. However, the energy
obtained from power resources in the environment is insufficient, as only low levels of voltage/current
can be generated from it. Therefore, the power consumption of logic circuits for energy harvesting has
to be still reduced.
In this study, we propose a new adiabatic logic circuit which is combined with subthreshold logictechnology. The proposed circuit uses a two-phase clocking power supply which has different frequency
and amplitude. To evaluate the performance of the proposed circuit, we designed a 4 bit multiplier using
180 nm standard CMOS process technology. Our proposed multiplier has 50 kHz operating speed and 10pJ/Cycle power dissipation. Using the proposed subthreshold adiabatic logic, we can reduce the bottom
power source voltage of WSN systems; hence we will provide a new integrated circuit for WSN.

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