G0914700

機能電子回路

High-speed Digital Electronic Circuits

開講部

工学部

開講学科

電子工学科

開講学年

3年次

開講時期

前期

単位数

2

単位区分

選択必修

系列区分

専門

講義区分

講義
教授須藤俊夫この先生のアンケート一覧を参照

授業の概要

CPUやメモリなどを構成するCMOSデジタル回路は、年々高速化が図られている。これまで学んだ電気回路と電子回路をもとに、高速CMOSデジタル回路の設計に必要となる基本事項を取り上げる。反射、クロストークノイズ、信号損失のシグナルインテグリティ設計と、差動信号回路、クロック回路、PLL回路などの要素回路の基本を概説する。また高速デジタル回路に付随するグラウンドバウンスやEMI(Electromagnetic Interference)に対して、信頼性を高めるための回路解析や電磁界解析ツールを概説する。

達成目標

1.反射の発生メカニズムとインピーダンス整合の考え方を修得する。
(授業計画1〜4に対応)
2.クロストークノイズの発生メカニズムとその数学的な扱い方を理解する。
(授業計画5、6、7に対応)
3.高速デジタル回路の要素回路(差動回路、クロック回路、PLL回路など)を修得する。
(授業計画8〜11に対応)
4.グラウンドバウンスと放射ノイズの発生メカニズムを理解する。
(授業計画12〜14に対応)

授業計画

1.デジタルシステムの構成
・CPU、メモリと伝送速度
・シングルエンド伝送と差動信号伝送
・パラレル伝送とシリアル伝送
2.CMOS回路の基本動作
・CMOS/TTLインターフェース
・充放電電流と貫通電流
・電流駆動力と等価出力抵抗
3.伝送線路と特性インピーダンス
・マイクロストリップ線路
・ストリップ線路
4.反射とインピーダンス整合          [レポート課題1提示]
・単一線路の送受端での反射
・分岐点での反射
・インピーダンス整合
5.2線路間のクロストークノイズ
・偶(even)モードと奇(odd)モード
・近端漏話係数と遠端漏話係数
6.多導体線路間のクロストークノイズ
・固有モード理論
7.高周波域での信号損失要因
・表皮効果
・誘電損失
8.差動信号回路                [レポート課題2提示]
・差動インピーダンス
・小振幅差動信号インターフェース回路(LVDS、CML)
9.クロック回路
・パルスと周波数スペクトラム
・クロック分配
10.PRBS(Pseudo Random Bit Sequence)回路
・アイパターンとジッタ
11.PLL(Phase Locked Loop)回路
・位相比較回路
・電圧制御発振回路(VCO)
12.グラウンドバウンスと電源デカップリング     [レポート課題3提示]
・パスコンの周波数特性
・同時スイッチングノイズ
13.放射ノイズ(EMI)
・ノーマルモードとコモンモード
・近傍電磁界と遠方電磁界測定法
14.回路解析と電磁界解析ツール
・回路解析シミュレータ(SPICE)
・有限要素法(FEM)、時間領域差分法(FDTD)
15.期末試験(範囲は1〜14)

評価方法と基準

レポート課題と期末試験により評価する。レポート課題が30点、期末試験を70点とし、合否の判定は総合得点60点以上を合格とする。なお期末試験はノート参照可、電卓使用可とする。

教科書・参考書

適宜、資料を配布する。

履修前の準備

電気回路、電子回路、電気数学を履修していることが望ましい。

学習・教育目標との対応

高速デジタル回路や高周波回路の研究分野と関連する。

オフィスアワー

大宮キャンパスでの講義や実験日以外は、豊洲の研究室(10I32)。

環境との関連

環境に関連しない科目

最終更新 : Thu Sep 20 07:56:00 JST 2012