吉増 敏彦 (ヨシマス トシヒコ)

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所属

理工学術院 大学院情報生産システム研究科

職名

教授

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

  • 理工学術院   基幹理工学部

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学位 【 表示 / 非表示

  • 神戸大学   博士(学術)

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    IEEE

  •  
     
     

    電子情報通信学会

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • 電子デバイス、電子機器

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • マイクロ波IC、ミリ波IC、アナログIC、マイクロ波・ミリ波、電子デバイス・集積回路、パワーアンプ電圧制御発振器、スイッチ、低雑音アンプ、ミキサ、フィルタ

論文 【 表示 / 非表示

  • A 26-GHz-band high back-off efficiency stacked-FET power amplifier IC with adaptively controlled bias and load circuits in 45-nm CMOS SOI

    Toshihiko Yoshimasu, Mengchu Fang, Tsuyoshi Sugiura

    IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences   E104A ( 2 ) 477 - 483  2021年02月

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    This paper presents a 26-GHz-band high back-off efficiency power amplifier (PA) IC with adaptively controlled bias and load circuits in 45-nm CMOS SOI. A 4-stacked-FET is employed to increase the output power and to conquer the low breakdown voltage issue of scaled MOSFET. The adaptive bias circuit is reviewed and the adaptive load circuit which consists of an inverter circuit and transformer-based inductors is described in detail. The measured performance of the PA IC is fully shown in this paper. The PA IC exhibits a saturated output power of 20.5 dBm and a peak power-added-efficiency (PAE) as high as 39.4% at a supply voltage of 4.0 V. Moreover, the PA IC has exhibited an excellent ITRS FoM of 82.0 dB.

    DOI

  • 0.3 V 15-GHz band VCO ICs with novel transformer-based harmonic tuned tanks in 45-nm SOI CMOS

    Xiao Xu, Tsuyoshi Sugiura, Toshihiko Yoshimasu

    IEICE Transactions on Electronics   E103.C ( 10 ) 417 - 425  2020年10月

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    Copyright © 2020 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. This paper presents two ultra-low voltage and high performance VCO ICs with two novel transformer-based harmonic tuned tanks. The first proposed harmonic tuned tank effectively shapes the pseudo-square drain-node voltage waveform for close-in phase noise reduction. To compensate the voltage drop caused by the transformer, an improved second tank is proposed. It not only has tuned harmonic impedance but also provides a voltage gain to enlarge the output voltage swing over supply voltage limitation. The VCO with second tank exhibits over 3 dB better phase noise performance in 1/f2 region among all tuning range. The two VCO ICs are designed, fabricated and measured on wafer in 45-nm SOI CMOS technology. With only 0.3 V supply voltage, the proposed two VCO ICs exhibit best phase noise of -123.3 and -127.2 dBc/Hz at 10 MHz offset and related FoMs of -191.7 and -192.2 dBc/Hz, respectively. The frequency tuning ranges of them are from 14.05 to 15.14 GHz and from 14.23 to 15.68 GHz, respectively.

    DOI

  • A-197.3-dBc/Hz FoM<inf>T</inf>Wideband LC-VCO IC with a Single Voltage-Controlled IMOS-Based Novel Varactor in 40-nm CMOS SOI

    Mengchu Fang, Toshihiko Yoshimasu

    IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques   68 ( 10 ) 4116 - 4121  2020年10月

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    © 1963-2012 IEEE. A wideband LC-VCO IC with an Inversion-MOS (IMOS)-based novel varactor is proposed in this article. The novel varactor that consists of an IMOS and a fixed metal-insulator-metal (MIM) capacitor is able to provide a continuous tuning range with a single analog control voltage. The proposed VCO IC is designed, fabricated, and fully evaluated on the wafer in 40-nm CMOS SOI. The proposed wideband VCO IC has exhibited a tuning range of 40.3% from 4.14 to 6.23 GHz and a measured FoMT of-197.3 dBc/Hz under a supply voltage of only 0.34 V.

    DOI

  • High Linearity and High Efficiency Stacked-FET Millimeter-Wave Power Amplifier ICs

    Toshihiko Yoshimasu, Mengchu Fang, Tsuyoshi Sugiura

    2020 IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology, RFIT 2020     172 - 174  2020年09月

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    © 2020 IEEE. Recently reported CMOS power amplifier ICs for microwave and millimeter-wave communication systems such as 5G are summarized and reviewed in this paper. Stacked-FETs are widely utilized to increase the output power and to conquer low breakdown voltage issues. In addition, adaptive bias and load circuits are fully described to improve the linearity and back-off efficiency of the power amplifier ICs in this paper.

    DOI

  • A 28-GHz-band highly linear stacked-FET power amplifier IC with high back-off PAE in 56-nm SOI CMOS

    Cuilin Chen, Tsuyoshi Sugiura, Toshihiko Yoshimasu

    IEICE Transactions on Electronics   E103.C ( 4 ) 153 - 160  2020年

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    Copyright © 2020 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. This paper presents a 28-GHz-band highly linear stacked- FET power amplifier (PA) IC. A 4-stacked-FET structure is employed for high output power considering the low breakdown voltage of scaled MOSFET transistors. A novel adaptive bias circuit is proposed to dynamically control the gate-to-source bias voltage for amplification MOSFETs. The novel adaptive bias allows the PA to attain high linearity with high back-off efficiency. In addition, the third-order intermodulation distortion (IM3) is improved by a multi-cascode structure. The PA IC is designed, fabricated and fully tested in 56-nm SOI CMOS technology. At a supply voltage of 4 V, the PA IC has achieved an output power of 20.0 dBm with a PAE as high as 38.1% at the 1-dB gain compression point (P1dB). Moreover, PAEs at 3-dB and 6-dB back-off from P1dB are 36.2% and 28.7%, respectively. The PA IC exhibits an output third-order intercept point (OIP3) of 25.0 dBm.

    DOI

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産業財産権 【 表示 / 非表示

  • 高調波ミキサ

    6238400

    吉増 敏彦

    特許権

  • バイアス回路、および増幅装置

    吉増 敏彦

    特許権

  • バイアス回路及びこれを用いた増幅器

    吉増 敏彦

    特許権

  • 高周波電力増幅器

    吉増 敏彦

    特許権

  • 周波数逓倍器

    5646302

    吉増 敏彦

    特許権

受賞 【 表示 / 非表示

  • 中国留日同学会 大阪市長賞

    2005年11月  

  • IEEE ICCCAS 2005 ベスト論文賞

    2005年05月  

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 太陽電池で駆動可能な無線通信用低消費電力パワーアンプと発振器の研究

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2015年03月
     

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    Si CMOS技術を用いて、太陽電池で駆動可能な電圧(0.3~0.5 V)で動作するパワーアンプICと発振器ICの新規回路を考案し、チップ試作(大学外部に委託)後、特性評価を行った。パワーアンプICは、動作周波数=2.5 GHz、動作電圧=0.5 Vで出力パワー=5 dBm、電力効率=29 %を達成した。また、発振器ICは、最低動作電圧=0.28 Vで発振周波数=2.48 GHzを達成した。この動作電圧は世界トップレベルの低動作電圧である。また、動作電圧=0.5 Vにおいては、発振周波数=2.1~2.3 GHzを実現した。以上により、本研究課題の目標を上回る成果が得られた

  • 太陽電池で駆動可能な無線通信用低消費電力パワーアンプと発振器の研究

    基盤研究(B)

    研究期間:

    2011年
    -
    2014年
     

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    平成24年度に低動作電圧制御発振器回路を設計し、学外のファブで試作したチップの評価ならびに考察を行った。また、低動作電圧パワーアンプの回路方式を検討し、回路シミュレーションを行った。
    (1) 電圧制御発振器
    CMOSプロセスを用いて、0.3~0.5 Vで動作する発振器ICの評価を行った結果、次の結果が得られた。動作電圧=0.5 Vでは、制御電圧を0.0~0.5Vに可変することで、発振周波数=2.09~2.29 GHzの発振を確認した。この時の消費電力は2.6mWであった。動作電圧=0.3 Vにおいては、制御電圧を0.0~0.3Vに可変することで、発振周波数=2.22~2.43 GHzの発振を確認した。この時の消費電力はわずか0.576mWであり、また位相雑音は離調周波数=1MHz時に-111dBc/Hzであった。以上の結果は、CMOSFETのバックゲート効果を利用することで実現されたものである。また、平成24年度に回路考案し、回路設計並びにレイアウト設計した際に期待された発振周波数が得られており、設計精度の高さを確認した。これらの結果を国際学会(2014 Asia Pacific Microwave Conferenceなど)にて発表した。
    (2) パワーアンプ
    CMOSプロセスを用いて、0.5Vで動作するパワーアンプの回路設計並びに特性シミュレーションを実施した。回路方式は、高効率特性が期待されるE級アンプ方式を基本とし、低電圧においても高効率が得られるように改善した。その結果、動作周波数=2.4GHzにおいて、小信号ゲイン=10 dB、出力パワー=1mW、電力効率=18 %がシミュレーションで得られた。本効率は動作電圧が0.5Vであることを考慮すると非常に高効率と言える特性である。

特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 線形性と消費電力を自己制御可能な24GHz帯低雑音増幅器ICの研究

    2020年  

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    低雑音増幅器は、入力が小信号の時は低雑音で動作し、大信号の時は高線形で動作することが求められる。この低雑音と高線形を両立することは従来困難であった。そこで、大信号入力時は、消費電力を上げることで線形性を高める制御回路を考案した。本制御回路は、出力パワー検出回路とFETのゲート電圧制御回路から構成される。この回路を組み込んだ低雑音増幅器と、従来のカレントミラー回路を使用した低雑音増幅器を設計し、回路シミュレーションにより性能比較した。その結果、新規低雑音増幅器は従来回路に比べて、24 GHzにおける総合性能指数(FoM:Figure of Merit)が約2倍向上することが確認された。

  • 線形性と消費電力を自立制御できる24GHz帯パワーアンプICの研究

    2019年  

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    高速・大容量無線通信や車の自動運転システムに応用可能な「線形性と消費電力を自己制御可能なパワーアンプIC」を実現することを目的に、56-nm SOI CMOSプロセスを用いて、新規バイアス電流制御回路を考案し、さらに回路シミュレーションにより、パワーアンプの特性を確認した。その結果、電源電圧=3.6 Vで線形出力=20 dBm (100 mW)、利得=13.2 dB、最大電力付加効率=41.4 %、入力側リターンロス=20 dBの良好な特性が得られた。

  • 無線伝送速度100Gb/s実現のための超広帯域・高線形フロントエンドLSIの研究

    2017年  

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    高速無線通信を実現するため、RFトランシーバの広帯域化と高線形化を進め、局部発振器と周波数ミキサ回路の新規回路を考案した。デバイス技術はSi CMOSを用いた。トランシーバは、RF周波数が28GHz帯、IF周波数が1GHzの広帯域である。また、局部発振器は発振周波数が14GHz帯で設計を行った。RFトランシーバの回路特性をシミュレーションした結果、送信系ではIFからRFへの変換利得が15dB以上、受信系ではRFからIFへの変換利得20dB以上が得られた。

  • 第5世代移動体通信用マイクロ波高線形・低消費電力CMOSパワーアンプ回路の研究

    2017年  

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    第5世代移動体通信に用いる電波の候補の一つに14GHz帯がある。本研究課題では、14GHz帯の電波を想定して、パワーアンプの新規回路方式を創出した。デバイス技術はSi CMOSを用いた。パワーアンプのバイアス回路として、従来のカレントミラー回路を改良し、入力パワーに応じて、適応的に電圧が可変する新たなバイアス回路を考案した。その結果、パワーアンプは線形パワー=20 dBm(100mW)、電力付加効率が40%以上、電力利得は13 dB以上、入出力反射係数は-10dB以下の良好な特性が得られた。

  • マイクロ波帯受信機用低位相雑音発振器ICの研究

    2016年  

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    0.18um CMOSプロセスを用いて、2GHz帯の電圧制御発振器(VCO)の低位相雑音化のための研究を実施した。基本となるcross-coupledトランジスタペアのバイアス回路にLC回路を応用することで、インピーダンス整合を取り、低位相雑音化と高出力化を実現した。VCO ICを評価した結果、発振周波数=2.03GHz、1MHz離調において、位相雑音=-126.4dBc/Hzの良好な特性が得られた。

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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