学位
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博士（工学） （ 東京工業大学 ）
研究キーワード
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Analog Signal Processing
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Integrated Circuits
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Electronic Circuits
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電子回路
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アナログ信号処理
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集積回路
研究分野
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 制御、システム工学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電子デバイス、電子機器
所属学協会
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電気学会
2002年1月
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the Institute of Electrical and Electronics Engineers
1995年1月
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電子情報通信学会
1994年1月
委員歴
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電子情報通信学会 英文論文誌A(2009年2月)特集号編集委員会幹事
2008年4月 - 2009年
団体区分：学協会
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電気学会 アナログ電子回路の設計生産性向上技術調査専門委員会委員
2008年1月 - 2010年
団体区分：学協会
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電子情報通信学会 英文論文誌A(2008年2月)特集号編集委員会幹事
2007年1月 - 2008年
団体区分：学協会
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電気学会 電子回路研究専門委員会幹事
2007年1月
団体区分：学協会
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電子情報通信学会 英文論文誌C編集委員会委員
2006年5月
団体区分：学協会
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電子情報通信学会 英文論文誌(2007年2月)A特集号編集委員会幹事
2006年4月 - 2007年
団体区分：学協会
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電気学会 アナログ電子回路の設計支援技術調査専門委員会委員
2005年1月 - 2007年
団体区分：学協会
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電子情報通信学会 英文論文誌C(2005年6月)特集号編集委員会
2004年8月 - 2005年
団体区分：学協会
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電気学会 電子回路研究専門委員会委員
2004年1月 - 2007年
団体区分：学協会
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電子情報通信学会 和文論文誌C編集委員会委員
2002年5月 - 2005年
団体区分：学協会
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電気学会 高周波アナログ集積回路の解析・設計技術調査専門委員会幹事
2002年1月 - 2005年
団体区分：学協会
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電気学会 アナログ電子回路の流通と再利用技術調査専門委員会委員
2002年1月 - 2004年
団体区分：学協会
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電気学会 アナログ電子回路のバーチャルソケットインターフェース技術調査専門委員会委員
1999年1月 - 2001年
団体区分：学協会
書籍等出版物
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電子回路ハンドブック
藤井信生,関根慶太郎,高木茂孝,兵庫明(編)（ 担当： 共著）
朝倉書店 2006年7月
MISC
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2つの遅延出力をもつベッセルフィルタの構成とそれを用いたFIRフィルタの設計 (電子回路研究会・システムLSIにおける雑音低減技術と電子回路一般)
木谷 嘉孝, 和田 和千, 関根 かをり, 中村 守里也
電気学会研究会資料. ECT = The papers of technical meeting on electronic circuits, IEE Japan 2017 ( 76 ) 37 - 42 2017年8月
Works（作品等）
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アイオワ州立大学にて海外教育研究調査
2005年2月
共同研究・競争的資金等の研究課題
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環境発電で動作する電力・センサ網用信号処理集積回路
研究課題/領域番号：22760275 2010年 - 2011年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B)
和田 和千
配分額：3250000円 （ 直接経費：2500000円 、 間接経費：750000円 ）
センサネットワークなどの計測用センサから受け取った信号を処理する集積回路の温度特性を検討し,改善手法を提案した。まず,MOSFETを低電圧動作させるときの温度の影響を表すモデルを提案した。次に,既提案の0.6V・広ダイナミックレンジのフィルタについて,温度変動による誤差を打ち消すように,負の温度係数をもつ直流電圧源を用いる回路を構成をした。さらに,カレントミラーにおけるMOSFETの拡散領域-基板間のpn接合電流を利用して温度特性を改善する設計を提案し,400Kにおける入出力電流間の誤差を1%未満に抑えることを可能にした。
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センサ素子の超低周波出力信号を自然エネルギー駆動で処理する集積回路
研究課題/領域番号：20760237 2008年 - 2009年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B)
和田 和千
配分額：3120000円 （ 直接経費：2400000円 、 間接経費：720000円 ）
生体などから得た低周波の信号を,携行可能なシステムで処理し,無線送信するための集積回路設計を目的とし,電源電圧1V未満で動作するように設計している.まず,センサ出力の雑音除去ならびに帯域制限や送受信用のフィルタは0.6Vで動作可能であるとの結論を得ている.0.18μmプロセスによる回路試作では,100kHz帯域,89dBのダイナミックレンジを達成した.次に,アナログ・ディジタル変換回路の設計に取り組み,逐次比較型,ΔΣ型,信号分割型の可能性とその改善を行っている.雑音の大きさや分布の理論解析と検証,それらの抑圧手法の提案をし,いずれの構成も1V程度で使用でき,さらなる低電圧化における問題の解決法も提案している.さらに,ディジタル回路で発生し,基板を伝播してアナログ回路に混入するディジタル基板雑音の低減にも取り組んでいる.適切なモデルと近似で理論解析し,有効な雑音低減手法として,検出領域と打ち消し領域の形状を提案している.
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トランジスタのしきい電圧以下の電源で動作し消費電流がμA級の集積化信号処理回路
研究課題/領域番号：18760273 2006年 - 2007年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B)
和田 和千
配分額：1500000円 （ 直接経費：1500000円 ）
これまでに実現した低電圧回路を利用して,低電力フィルタを実現した.ます,二つの低電圧回路が電源電圧を分割して使用し,消費する電流が共通となるように,電源間に直列に接続(縦積み)にした構成を提案した.使用可能な電源電圧に余裕がある場合に発生する余分な電力損失を減らすことができる.単に接続しただけでは上下段の回路の信号電流が異なるため動作点がずれてしまうことから,上下二つ回路の接続点を定電位回路で固定する.次に,この構成法の具体的な適用例として,既に動作を確認している0.6V積分器を利用して,2次低域通過フィルタを設計し,試作と測定を通して性能を評価した.電源電圧1.2Vの下で,音声帯域信号処理への応用が可能な2kHz帯域のフィルタが動作し,理想特性と非常によく一致する周波数特性を得られている.消費電力は18μWと超低消費電力であり,また,60dB以上のダイナミックレンジを達成できている.縦積み構成は上下段間の節点に定電位回路を要するため,その消費電力が余計に必要になる懸念があったが,この設計例では全体のおおよそ1割に止められている.さらに本研究では,上下段の回路の特性にトランジスタの基板効果に起因する僅かな不整合が生じる問題も考察し,改善手法を検討した.以上の結栗は,基底アナログ信号の処理回路を低電力化するのに縦積み構成が有効であることを示しており,乾電池等により駆動しても長時間使用が可能な携帯電子機器の設計に寄与しうる成果である.
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アナログ・ディジタル混載システムにおけるディジタル基板雑音の低減に関する研究
研究課題/領域番号：14350195 2002年 - 2004年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
高木 茂孝, 藤井 信生, 和田 和千, 佐藤 隆英
配分額：6900000円 （ 直接経費：6900000円 ）
近年,システムオンチップに関する研究が盛んになっており,高性能でかつ柔軟性に富むシステムとして,アナログ・ディジタル混載システムが注目されている.しかし,アナログ回路とディジタル回路とを同一チップ上に実現した場合,ディジタル回路の動作の決めるクロック信号などが基板を介してアナログ回路に混入する,いわゆるディジタル雑音がアナログ回路の特性を劣化させるという問題が指摘されている.
本研究では,基板の深部からのディジタル雑音も取り除くため,ディジタル雑音を検知し,雑音と同じ大きさで位相が反転した信号を生成し,ディジタル雑音を打ち消す手法について検討を行った.主たるディジタル雑音源は時々刻々変化するため,ディジタル雑音源の位置の影響を受けずに雑音を打ち消すことが望ましい.本研究では,ディジタル雑音除去回路の入力端子と出力端子の接続点を,従来用いられているアナログ回路を挟む2点から,ディジタル回路とアナログ回路の間の2点とすることにより,ディジタル雑音源の位置の影響をさほど受けずに雑音を打ち消すことができる手法を提案した.この手法では,低利得の増幅回路でディジタル雑音除去回路を構成することができるので,高速のディジタル雑音まで打ち消すことができる.さらに,ディジタル雑音が時々刻々変化してもより効果的に雑音が低減できるように,適応して自動的にディジタル雑音を打ち消すための回路の利得を制御する手法も提案した.この手法はチップ作成毎に変化するプロセス特性の変動に対しても有効である.また,アナログ回路をディジタル雑音から守るガードリングやガードバンドのレイアウト手法についても検討を行い,ディジタル雑音を低減するためのレイアウト指針も示した.
これまでの研究成果を基づけばアナログ・ディジタル混載システムにおいてディジタル基板雑音を十分に低減できることがシミュレーションにより示すことができた.今後の課題として,これまでの研究成果に基づき,実際に集積回路を作成し,提案手法の有効性を実証する必要がある. -
次世代高性能アナログ集積回路の総合設計システム
研究課題/領域番号：11450145 1999年 - 2002年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
藤井 信生, 金子 峰雄, 高木 茂孝, 西原 明法, 高窪 かをり, 石川 雅之, 和田 和千
配分額：14500000円 （ 直接経費：14500000円 ）
本研究では,アナログ・ディジタル混載システムLSIの鍵を握るアナログ回路を,回路設計からレイアウト設計までを含めた総合設計システムの構築を目的としている.
レイアウトの微細化とともに,アナログ回路も高速な動作が可能となるが,一方で素子の耐圧が下がるため,高速性を享受するためには,低電源電圧動作不可欠となる.そこで,電源電圧間にトランジスタを2個しか縦積みにしない基本機能回路ブロックを提案し,その応用として,A-D変換回路を提案の回路ブロックを用いて構成し,その動作を確認している.
次に,スイッチトキャパシタ回路における最大の問題点であるクロックフィードスルーを取り除く手法について,増幅回路を例として説明し,その有効性を計算機シミュレーションにより確認している.
必要な機能を自動的に合成し,アナログ回路設計者不足を補う目的から,遺伝的アルゴリズムに基づいたアナログ回路の自動合成手法も提案し,2乗回路や3乗回路,絶対値回路などの非線形演算回路を容易に合成することができたことを確認している.
最後に,ディジタル回路から基板を介した雑音がアナログ回路の性能を劣化させる.そこで,ディジタル回路から基板を介した雑音を低減するための手法を提案し,その有効性を計算機シミュレーションにより,確認している.
以上を要するに,本研究では,計算機によるアナログ回路の統合設計環境の構築を目指し,アナログ回路の基本機能ブロックやアナログ回路の自動合成手法について検討を行った.また,アナログ・ディジタル混載LSIを実現する際に,ディジタル回路からの雑音の低減手法も併せて示した.アナログ回路設計手法からレイアウト設計への橋渡しに関しては,十分な成果が得られなかったものの,アナログ回路で必要となる基本機能を低電源電圧の下で構成することができるようになり,その他必要な機能回路もある程度自動的に合成できる見通しが得られた.
今後,レイアウト設計に関しても十分な検討を行い,これらを有機的に結びつけ,アナログ集積回路の総合設計システムを実際に構築することが課題である. -
非線形回路を用いて妨害信号を除去する連続時間系フィルタ
研究課題/領域番号：11750310 1999年 - 2000年
日本学術振興会 科学研究費助成事業 奨励研究(A)
和田 和千
配分額：1000000円 （ 直接経費：1000000円 ）
昨年度に続いて,提案の非線形連続時間系フィルタの原理的な性能の評価を行ない,比較器を用いて非線形な前処理を行なうことによる妨害波の除去能力を示した.
昨年の成果により,通過域内の信号成分が妨害信号に比べて小さいという特徴を活用することで,通過域内の信号成分と妨害信号が同時に入力されたとき,比較器の出力である矩形波を近似式で表すことができ周波数領域で解析できることがわかった.しかしながら,解析が煩雑であったため,見通しの良い結果が得られず,提案のフィルタの前処理の特長を理解しにくかった.そこで,複素周波数を用いて新たな解析方法を採った.解析における繁雑な計算量を軽減させることができ,提案手法の特長を比較的容易に示すことができた.特に,前処理部における妨害波成分に対する利得が通過域信号成分に対する利得の2倍であることが,多くの場合分けをすることなく示された.非線形増幅回路である比較器における通過域信号成分および妨害波成分に対する利得はいずれも矩形波の波高値に比例するという性質や,妨害波を完全に除去するためには矩形波の波高値を妨害波の波高値のπ/4倍となるように設計する必要があることが基礎的成果として得られた.
以上の結果は,理論的な検討のまとめとして公表しており,提案手法の得失や実現上の課題なども明らかにした.また,従来の信号処理技術では見られなかった特徴を非線形連続時間系信号処理が有している,という可能性を示すことができた. -
Analog signal processing with nonlinear circuits
資金種別：競争的資金
Linear analog circuits are composed of nonlinear building blocks to obtain wide dynamic range under low power supply voltages.
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Integrated filters
資金種別：競争的資金
Topology and design method of filters are investigated to obtain bandpass filters with several-hundred-mega up to one-giga hertz center frequencies on integrated circuits.
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Analog signal processing in communication devices
資金種別：競争的資金
Design theories of RC polyphase and complex filters are developed and their accurate realizations are also considered.
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通信用アナログ信号処理回路
資金種別：競争的資金
無線通信の送受信機器において，高品質なアナログ処理部を実現するために，個々の回路ブロックの構成を行なっています．これまでに，ポリフェーズフィルタの構成理論を発展させ，任意の帯域において任意精度の周波数特性を実現することを可能としています．また，Low-IF方式において重要となる複素フィルタの設計もしています．今後は，アナログ処理部の広帯域かつ低消費電力での動作を目指してRF回路などについても取り組んでゆきたいと考えています．
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非線形回路による信号処理
資金種別：競争的資金
量子化されず連続量のままであるアナログ信号を，一つの電圧や電流，電荷といった物理量で表わし，抵抗やトランジスタなど回路素子の組み合わせで信号処理を実現します．従来の線形アナログ信号処理部は，素子の非線形特性に大きく左右され，ディジタル部ほど低電圧化が容易ではなかったのに対し，本研究では非線形な素子特性を積極的に利用して，低電圧下においても大きな電圧信号を線形に処理するための設計を多角的に行っています．
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集積化フィルタ
資金種別：競争的資金
数百 MHz ～ 1 GHz帯における信号処理は，現在，回路上での実現が難しく，一つの集積回路に相当する大きさの外付部品で行なわれています．部品点数の削減や製造コストの点から，集積回路上で高周波フィルタを実現できれば有用と考えられることから，回路素子数が少ない回路構造などフィルタの高周波化のための技術を検討しています．
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離散時間系アナログ信号処理
社会貢献活動
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Springer Editorial Board of Analog Integrated Circuits and Signal Processing Mixed Signal Letters Editor
2003年1月
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東京工業大学アナログ回路グループ演算増幅器設計コンテスト審査委員
2001年4月
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