Construction of an odor sensing system by integrating gas selectivity enhanced sensor devices and semiconductor ICs

通过集成气体选择性增强型传感器器件和半导体 IC 构建气味传感系统

• 批准号: 22H03559
• 负责人: 吉河 武文
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Toyama Prefectural University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H03559/
• 关键词: ガスセンサ; 匂い; アナログIC; 機械学習; センサ温度変調; 半導体MEMSセンサ; ガス識別; 温度変調; ヒータ電圧波形; ベイズ最適化; A/Dコンバータ

半導体ガスセンサにおいて、ヒータによる温度変調を適用することによって、その温度や温度変化の速度に応じたセンサ応答の時系列データから、検出対象とするガス種やにおい種の情報をより多く得ることを可能にする。これまでに我々は、振幅と周波数が周期的に変化するヒータ電圧波形を提案し、その有望性を実証してきた。そして、2022年度は以下の3点に注力して取り組みを行った。1. ガス識別システムの小型化 : 2021年までのガスの識別の実験においては、上記温度変調のためのヒータ電圧の印加には比較的大型の任意波形発生器を用いていたが、小型化のためにガス識別用ヒータ波形とアルゴリズムをFPGAに実装するとともにボード上でアナログフロントエンドを電子回路で形成して、小型のガス識別システムを構築した。2．ベイズ最適化 : 上記の温度変調において問題になるのは、ヒータ電圧波形の決定手法である。我々の提案方法は、電圧波形のパラメータが多く経験的に決定するのは実験回数が膨大になり現実的ではない。そこで、データ駆動型最適化手法であるベイズ参的かを用いたヒータ電圧パラメータ最適化手法を検討した。ここでは、識別率を直接目的関数として採用することは避け、Davies-Boudlin-Index（DBI)を目的関数として採用し、主成分スコアPC1-PC5を用いて計算した。これにより最適化すると、識別率は59.2％から76.3％に向上した。3．A/Dコンバータの設計試作 : 上記のアナログフロントエンドを集積回路（IC)化する検討を行い、そのIC化のために一番難易度が高いと思われるA/Dコンバータについて、想定ICプロセスであるRohm社の0.18μmプロセスを用いて設計を行った。そして、2022年2月にVDEC経由で発注を行った。また、別プロセスで試作した当該A/Dコンバータを耐放射線対策仕様にして学会発表も行った。

通过在半导体气体传感器中使用加热器应用温度调制，可以根据温度和温度变化的速度从传感器响应的时间序列数据中获取有关气体和气味物种的更多信息。到目前为止，我们已经提出了加热器电压波形，其幅度和频率周期性变化，证明其有希望的。 In fiscal 2022, we focused on the following three points: 1. Miniaturization of gas identification system: In the gas identification experiments up to 2021, relatively large arbitrary waveform generators were used to apply the heater voltage for temperature modulation, but to reduce the size, a gas identification heater waveform and algorithm were implemented in the FPGA, and an analog front end was formed on the board using electronic circuits to create a small气体识别系统。 2。贝叶斯优化：上述温度调制的问题是确定加热器电压波形的方法。我们提出的方法是，确定大量电压波形参数的实验数量并在经验上是不现实的。因此，我们研究了一种使用基于贝叶斯的数据驱动优化方法优化加热器电压参数的方法。在这里，我们避免使用识别率作为直接目标函数，并使用Davies-Boudlin-Index（DBI）作为目标函数，并使用主组件分数PC1-PC5计算。优化时，这将识别率从59.2％提高到76.3％。 3。A/D转换器设计原型：我们研究了上方的模拟前端，以将其转换为集成电路（IC），并设计了A/D转换器，该A/D转换器被认为是最难将其转换为IC的最难将其转换为IC的转换器，它是使用0.18μm的Rohm工艺（假定的IC过程）。然后，在2022年2月，我们通过VDEC下订单。此外，使用单独的过程进行了原型的A/D转换器，并将其制成了辐射范围的规范和会议上的呈现。

项目成果

A 13-bit Radiation-Hardened SAR-ADC with Error Correction by Adaptive Topology Transformation

通过自适应拓扑变换进行纠错的 13 位抗辐射 SAR-ADC

• 发表时间: 2023
• 作者: Y. Aoki;T. Iwata;T. Miki;K. Kobayashi and T. Yoshikawa
• 通讯作者: K. Kobayashi and T. Yoshikawa

ベイズ最適化を用いた温度変調最適化手法の提案と選択性向上に関する検討

基于贝叶斯优化的温度调制优化方法的提出及提高选择性的研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 岩田達哉;大倉裕貴;佐伯真彬;吉河武文
• 通讯作者: 吉河武文