実践的CMOSアナログ／RF回路の設計法
著：三木 拓司
著：道正 志郎
内容紹介
電子機器の発展は人々の暮らしに豊かさをもたらした。とりわけ、無線通信機器やセンサー機器の高性能化、小型・低消費電力化は、モバイル・ウェアラブル機器を普及させただけでなく、あらゆるモノがネットワークに接続するIoT（Internet of Things）時代を切り拓いた。無線通信やセンサー機能を実現するためには、アナログ回路や高周波RF 回路が必須である。元来、これらの回路は個別部品で実現されていたが、CMOS 半導体集積回路技術の発展により、極めて高い集積度でIC チップに実装可能となった。その結果、電子機器の小型化、低消費電力化、さらに、低コスト化が急速に進み、我々はいつでもどこでも簡単に人やモノ・環境とつながる手段を手に入れることができた。アナログ回路や高周波RF 回路は現代の電子機器には欠かせない回路であるが、現在それらを開発する設計者の数は十分と言えない。設計自動化が進むデジタル回路設計に対し、アナログ／ RF 回路設計はいまなお設計者個人の知識や経験に委ねられており、一人前の設計者を育成するために長期間を要すことがその主因である。しかし、製品ライフサイクルが短縮化し、設計期間を十分に確保できない昨今の開発現場において、設計者はできるだけ短期間で回路設計技術を身に着け、即戦力として活躍することが求められる。このような背景のもと、CMOS アナログ／ RF 回路の設計入門者が実際の開発現場ですぐに使える基礎知識や応用技術を盛り込んだ実践的な専門書が必要と考えて本書を執筆した。本書は、アナログ回路やRF 回路の設計者を志す大学生・大学院生、また、大学を卒業し企業で実際にCMOS アナログ／ RF 回路を設計する現場に配属された若手技術者、さらには、部署異動で新たに関連の設計開発にこれから取り組む技術者の方々を対象としている。できるだけ短期間にCMOS アナログ／ RF 回路設計技術を習得し、現場で活用できるよう、本書では実際の製品で搭載されている回路例を多く取り上げ、それらを設計する上で重要となる考え方や注意点を抽出した内容としている。
目次
第１章 序論
１.１ はじめに
１.２ CMOSアナログ／RF集積回路を構成する要素回路
１.３ 無線通信方式の変遷
第２章 アナログ回路とは
２.１ アナログ回路と線形回路
２.２ アナログ回路の固有振動と実時間応答
２.３ アナログ回路に発生するノイズ
２.３.１ 最大有能電力と有能電力雑音
２.３.２ 雑音指数（ノイズファクタ）
２.４ アナログ回路のシミュレーション手法
２.４.１ DC解析
２.４.２ AC解析
２.４.３ Noise解析
２.４.４ Transient（過渡）解析
２.４.５ PSS, Pnoise, PAC解析
第３章 高周波（RF）回路とは
３.１ 高周波回路とアナログ回路との違い
３.２ Sパラメータと反射係数
３.３ 反射係数とスミスチャート
３.４ インピーダンスチャートとアドミタンスチャート
３.５ インピーダンスマッチング
３.６ 2ポート回路の安定性
３.７ 2ポート回路の利得
第４章 アナログフィルタ回路の設計法
４.１ アナログフィルタ回路の伝達関数
４.２ アナログフィルタ回路の実現手法
４.２.１ 2次・1次フィルタの従属接続による設計法
４.２.２ 梯子型フィルタによる設計法
４.２.３ フィルタ設計手法の長所と短所
４.３ スイッチトキャパシタ回路によるフィルタ実現手法
第５章 低雑音増幅回路の設計法
５.１ 2ポート回路での雑音指数の表現
５.２ LNAの種類と雑音指数
５.３ LNAの設計手順
第６章 ミキサ回路の設計法
６.１ ミキサ回路の構成
６.２ ミキサ回路のノイズ源
第７章 基準回路の設計法
７.１ 基準電圧回路
７.２ 基準電流回路
７.３ 基準電圧回路の双安定問題の解決法
７.４ PTAT電流源回路
７.５ 水晶発振器とその周波数安定原理
７.６ 水晶発振器の発振条件の導出
第８章 位相同期回路の設計法
８.１ PLLブロックとその構成
８.１.１ 位相周波数比較器
８.１.２ チャージポンプ回路
８.１.３ ループフィルタ
８.１.４ VCO
８.１.５ 分周器
８.２ PLLの伝達関数
８.２.１ 入力位相変化対出力位相特性の計算
８.２.２ 入力位相変化対位相誤差特性の計算
８.２.３ 入力周波数変化対位相誤差特性の計算
８.３ PLLの伝達関数最適化
８.３.１ 2次ループフィルタの最適化
８.３.２ 3次ループフィルタの最適化
８.３.３ ループバンド幅の最適化
８.４ PLLのジッタ特性
第９章 AD変換器の概要
９.１ AD変換器の性能
９.２ AD変換器の種類
９.３ AD変換器のノイズ
９.３.１ 量子化ノイズ
９.３.２ 熱雑音
９.３.３ サンプリングジッタの影響
９.３.４ オーバーサンプリングによるSN改善
第10章 逐次比較型AD変換器の設計法
10.１ 逐次比較型AD変換器の概要
10.２ 容量DACの設計法
10.３ サンプリングスイッチの設計法
10.４ 比較器の設計法
10.４.１ 比較器の最適化設計
10.４.２ 比較器のノイズシミュレーション
10.５ 逐次比較ロジック回路の設計法
10.６ 補正手法
10.６.１ 連結容量の補正手法
10.６.２ 冗長容量を用いたリカバリー手法
10.７ 逐次比較型AD変換器のシミュレーション
10.８ 逐次比較型AD変換器の発展型
第11章 ΔΣAD変換器の設計法
11.１ ΔΣ変調の原理
11.１.１ 量子化ノイズの分布
11.１.２ 非理想要因
11.２ ΔΣ変調の構成
11.２.１ 離散型SCFの動作
11.２.２ 多重FB型構成
11.２.３ 多重FF型構成
11.２.４ 低歪FF型構成
11.２.５ MASH型構成
11.３ 離散型と連続時間型
11.３.１ ΔΣ変調器の安定性
11.３.２ 伝達関数設計
11.３.３ 連続時間型ΔΣ変調器
