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次世代無線LAN向けに世界最高の電力効率を実現するA/D変換器を開発

2017年2月

概要

当社は、次世代無線LAN (IEEE 802.11ax) (注1)向けに世界最高の電力効率(注2)を実現するA/D変換器(注3)を開発しました。本技術により、次世代無線LAN向けA/D変換器に求められる変換精度を、従来技術の3倍以上(注4)の電力効率で実現し、無線通信の高速化と無線LAN端末の長時間稼働との両立を可能にします。本技術の詳細を、米国サンフランシスコで開催される半導体回路国際会議ISSCCにて、2月8日(現地時間)に発表します。

開発の背景

IoTの普及により、多数の無線LAN端末が存在する環境でも高速通信を実現することが求められています。次世代無線LAN(IEEE 802.11ax)により、前世代と比べ通信が混雑した環境においても4倍以上の高速通信が可能になりますが、従来よりも高い変換精度を備えたA/ D変換器が必要となるため、A/D変換器内の増幅器に高い倍率精度が求められます。しかし、従来の変換方式では倍率精度を向上するためには消費電力の大きいオペアンプ(注5)が必要であり、変換精度と電力効率にはトレードオフの関係がありました。

本技術の特徴

そこで当社は、低消費電力で、A/D変換器の倍率精度を向上させるデジタルアンプ技術を開発しました(図2)。本技術は、仮想接地と呼ばれる端子の電圧がゼロである場合、高い倍率精度が得られるという原理を利用します。従来の回路(図1)にはない比較器(注6)を回路内に加えて仮想接地電圧を検知し、ゼロに近づくように増幅器出力を制御することで、倍率精度を高めます(図3)。
また、デジタルアンプの大部分はデジタル回路で構成されています。デジタル回路は、従来のアナログ回路を用いる方法に対し、消費電力の大きいオペアンプが不要であり、切り替え時にのみ電流を流せばよいため、消費電力を抑えることができます。なお本技術は、CMOSの微細化を行うことで、性能が向上し、実装コストが低下するという特長があります。
当社は、本技術を搭載したA/D変換器を開発し、次世代無線LANに必要な変換精度を低消費電力で実現しました。

図1:従来の増幅器回路

図2:開発した増幅器の回路図

図3:開発技術を用いた増幅のイメージ

図4:A/D変換器のチップ写真

今後の展望

当社は今後も、本技術の実用化に向けて開発を進め、センサーネットワークやウェアラブル機器などの活用場面の拡大に貢献していきます。

(注1)IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc)により策定が進められている無線規格。対応する周波数は2.4GHz帯および5GHz帯。端末が高密度で存在する環境において平均スループット向上を目的としている。

(注2)ISSCCで既発表の論文をベースとした当社調べ。なお、電力効率とは、「電力効率=消費電力/(2有効分解能*変換速度)」で、変換あたりの消費エネルギー量を表す。電力効率が小さいほど消費電力が小さい。

(注3)A/D変換器(アナログ−デジタル変換器):アナログ信号をデジタル信号に変換する。受信した電波はアナログ波形であるため、アナログ信号をデジタル信号に変換し、無線LANの CPUが処理できるようにすることが必要。

(注4)ISSCC,VLSI symp.で既発表のSNDR 56dB以上サンプルレート100MS/s以上のデジタル校正を用いないパイプライン型A/D変換器と電力効率で比較。

(注5)オペアンプ:増幅器に用いる回路素子。利得が高ければ増幅器の倍率精度も向上するが、オペアンプの消費電力も増加してしまう。

(注6)比較器:入力がゼロより大きいか小さいか判定する回路素子。デジタル回路で実現可能。


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