アジャイル・低電力プラットフォーム向けソフトウェア無線回路技術の研究

「アジャイル・低電力プラットフォーム」では超多数のセンサノードによる運用が予測されるので、超多数個のセンサの管理や運用が容易でなければならず、低消費電力かつプログラマブルな無線回路が要求される。そこで、本プロジェクトでは極低電力ソフトウェア無線の実現に向けて、ソフトウェア化に対応可能な無線回路の研究開発を行った。本研究では、「スイッチトキャパシタ回路」「コンパレータ」を用いることによって様々な変調方式に対応可能な新たな低電力アーキテクチャを開発した。このアーキテクチャでは、性能を可変にすることによる面積のオーバーヘッドを従来例と比較して面積オーバーヘッドを大幅に低減するアルゴリズムを新規に提案することで、ソフトウェア化による面積オーバーヘッドを最小限に抑えることができた。アーキテクチャレベルでの技術開発だけでなく、コンパレータの超低ノイズ動作に対する先駆的な研究も行い、トランジスタレベルでの回路最適化手法を明らかにした。これらの研究成果によって、本プロジェクトで開発した無線回路は「アジャイル・低電力プラットフォーム」に適用しうることを実証し、近未来の安心・安全な生活を実現する低電力かつ安価なインフラストラクチャの構築に向けた大きな技術的な進展を達成した。また、アジャイル・低電力プラットフォーム向けの水晶発振回路の低消費電力化技術開発を推し進め、縦積み構造を用いたI/O電圧でも動作可能な水晶発振回路を新たに設計及び試作を行い、世界最小の消費電流で動作が可能であることを実証した。さらに、ノイズ注入技術を用いることで水晶発振回路を世界最短の起動時間で起動させることに成功し、「アジャイル・低電力プラットフォーム」で問題となる間欠動作時のレイテンシの増加を最小限に抑えることができた。

「アジャイル・低電力プラットフォーム」では超多数のセンサノードによる運用が予測されるので、超多数個のセンサの管理や運用が容易でなければならず、低消費電力かつプログラマブルな無線回路が要求される。そこで、本プロジェクトでは極低電力ソフトウェア無線の実現に向けて、ソフトウェア化に対応可能な無線回路の研究開発を行った。本研究では、「スイッチトキャパシタ回路」「コンパレータ」を用いることによって様々な変調方式に対応可能な新たな低電力アーキテクチャを開発した。このアーキテクチャでは、性能を可変にすることによる面積のオーバーヘッドを従来例と比較して面積オーバーヘッドを大幅に低減するアルゴリズムを新規に提案することで、ソフトウェア化による面積オーバーヘッドを最小限に抑えることができた。アーキテクチャレベルでの技術開発だけでなく、コンパレータの超低ノイズ動作に対する先駆的な研究も行い、トランジスタレベルでの回路最適化手法を明らかにした。これらの研究成果によって、本プロジェクトで開発した無線回路は「アジャイル・低電力プラットフォーム」に適用しうることを実証し、近未来の安心・安全な生活を実現する低電力かつ安価なインフラストラクチャの構築に向けた大きな技術的な進展を達成した。また、アジャイル・低電力プラットフォーム向けの水晶発振回路の低消費電力化技術開発を推し進め、縦積み構造を用いたI/O電圧でも動作可能な水晶発振回路を新たに設計及び試作を行い、世界最小の消費電流で動作が可能であることを実証した。さらに、ノイズ注入技術を用いることで水晶発振回路を世界最短の起動時間で起動させることに成功し、「アジャイル・低電力プラットフォーム」で問題となる間欠動作時のレイテンシの増加を最小限に抑えることができた。