[P-CG24] 宇宙・惑星探査の将来計画および関連する機器開発の展望

[PCG24-P13] プラズマ波動観測器専用集積回路の広帯域化

*中尾 翔也¹、頭師 孝拓¹、小嶋 浩嗣² (1.奈良工業高等専門学校、2.京都大学)

キーワード：観測器、プラズマ波動

プラズマ波動は宇宙電磁環境の解明に重要な観測対象であり、これまで様々な科学衛星に搭載されたプラズマ波動観測器による観測が行われてきた。プラズマ波動観測器は、ダイポールアンテナやループアンテナのような電磁界センサーと、その信号を処理する受信器からなる。特に受信器には高性能な電子回路が必要となるため、これまでの観測器は質量や体積が大きくなってしまっていた。しかし近年、超小型衛星の利用の拡大や、衛星搭載観測器の増加による機器1つ当たりのリソースの減少などから、観測器の小型化が強く求められている。我々は、受信器の小型化のため、特定用途向け集積回路(ASIC)を利用した回路の開発を行ってきた。ASICによって受信器に必要な回路を集積回路化することで、回路を大幅に小型化することが可能である。先行研究において、波形補足型およびスペクトル型のプラズマ波動観測器に必要な集積回路を開発し、観測器の小型化を実現している。しかしながら、先行研究で開発された集積回路ではいずれも観測可能な帯域の上限は100 kHzとなっており、より広帯域の受信器の開発が求められている。

本研究では、ASICを用いた観測器の広帯域化を目的として、アナログASICの改良を行う。これまでに開発されたアナログASICにおいては、アンチエイリアシングフィルタの帯域が観測帯域の上限を決めていた。アンチエイリアシングフィルタとして、スイッチドキャパシタ(SC)フィルタと呼ばれる離散時間フィルタを用いており、カットオフ周波数に応じたクロック信号を入力する必要がある。そのため、フィルタを構成するオペアンプは受信器に必要となるよりも広い帯域が必要となり、回路全体の広帯域化における一番の問題となっていた。本研究では、SCフィルタに用いるオペアンプを回路中で汎用的に用いるものでなく、それに特化した構成とすることでオペアンプの広帯域化を実現する。本発表においては、開発したオペアンプおよびSCフィルタについて、設計の詳細について述べる。