在2月結(jié)束的ISSCC 2021上，電子科技大學羅訊教授團隊發(fā)表了在多核陣列振蕩器和功率放大器研究領(lǐng)域的兩項成果，這也是該團隊連續(xù)第二年在ISSCC這一頂級學術(shù)會議發(fā)表研究成果。

研究背景

近年來5G無線通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應用端的快速發(fā)展，以及人工智能技術(shù)在智能感知、識別技術(shù)等通信感知技術(shù)上的突破，為萬物互聯(lián)的智能化時代打下了基礎，因此萬物互聯(lián)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。在這種趨勢下，為支持規(guī)模更大、連線設備更多的無線傳輸網(wǎng)絡建設，芯片產(chǎn)品需要有更強大、穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。

多頻多制式無線傳輸系統(tǒng)是構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵之一，其廣泛采用寬頻信號生成陣列，這類架構(gòu)面臨著各子頻率源間的相互干擾、振蕩器間的互耦等問題，從而影響輸出信號質(zhì)量、頻譜純凈度、頻率覆蓋范圍；同時多核架構(gòu)會導致系統(tǒng)臃腫、整體功耗大。因此，如何實現(xiàn)低相位噪聲、高優(yōu)值（FoM，figure-of-merit）的寬頻信號生成，并建立相關(guān)設計理論與方法，成為新一代無線傳輸?shù)囊淮筇魬?zhàn)。

高能效高速率無線傳輸系統(tǒng)是通過萬物互聯(lián)最終實現(xiàn)智能化的載體，現(xiàn)有發(fā)射系統(tǒng)重點關(guān)注對系統(tǒng)峰值效率的提升，但針對復雜的調(diào)制信號，傳統(tǒng)傳送系統(tǒng)整體效率并不高。因此，如何實現(xiàn)單傳送系統(tǒng)的系統(tǒng)整體效率提升、傳輸數(shù)據(jù)率提升等，已成為新一代傳送系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。

針對上述問題羅訊教授團隊建立了離散耦合與諧波阻抗擴展理論和基于浮空電容降低直流功耗的設計方法，進行低相噪/高優(yōu)值多核陣列振蕩器芯片和深回退效率/高功率數(shù)字化正交功率放大器的研究，其成果分別以“A 3.09-to-4.04GHz distributed-boosting and harmonic-impedance-expanding multi-core oscillator with -138.9dBc/Hz at 1MHz offset and 195.1dBc/Hz FoM”（以下簡稱“成果一”）和“A watt-level quadrature switched/floated-capacitor power amplifier with back-off efficiency enhancement in complex domain using reconfigurable self-coupling canceling transformer”（以下簡稱“成果二”）為題發(fā)表于ISSCC 2021，成果一論文第一作者為舒一洋，通訊作者為羅訊教授；成果二論文第一作者為楊秉正，通訊作者為錢慧珍副教授和羅訊教授。

研究內(nèi)容

針對成果一的研究，團隊在離散耦合與諧波阻抗擴展理論的基礎上，通過離散耦合架構(gòu)整合多核諧振器，實現(xiàn)了芯片尺寸小型化；同時確保多核電流電壓耦合方向，避免多模振蕩并發(fā)現(xiàn)象。諧波阻抗擴展理論為寬頻范圍下振蕩器頻譜純凈度與性能優(yōu)值的同時突破提供理論指導。通過以上理論設計，其樣品在實現(xiàn)頂尖歸一化相位噪聲的同時，突破了多核振蕩器性能優(yōu)值業(yè)界記錄。

振蕩器鏈式設計示意圖

晶圓片顯微照片及電路示意圖

成果性能對比

在成果二的研究中，團隊分析了開關(guān)電容數(shù)字化功率放大器中電容浮空機理，建立了利用浮空電容降低直流功耗的設計方法；同時結(jié)合混合Doherty功放阻抗提升技術(shù)（hybrid Doherty with impedance boosting）以及可重構(gòu)自耦對消變壓器技術(shù)（reconfigurable self-coupling canceling transformer）等手段，可有效追蹤功率放大器回退時的最優(yōu)負載阻抗，從而進一步提升系統(tǒng)整體效率。

上述成果樣品均基于國產(chǎn)40nm的CMOS工藝研制。

正交功率放大器線路示意圖

自耦合抵消實現(xiàn)過程示意圖

晶圓片顯微照片

成果性能對比

前景展望

我國廣闊的市場為技術(shù)落地提供了良好的土壤，也得益于強大的市場需求驅(qū)動，中國在物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的應用上領(lǐng)先于世界，以信息網(wǎng)絡為基礎的“新基建”發(fā)展理念指導下，我們期待且樂見更多科研成果能夠在下游應用成功落地，加速萬物互聯(lián)產(chǎn)業(yè)煉國產(chǎn)化，推進我國新基建的信息網(wǎng)絡基礎建設進程。

團隊介紹

電子科技大學先進半導體與集成微系統(tǒng)研究中心羅訊教授團隊（ASIS & BEAM X-LAB）組建于2015年，成立至今主持產(chǎn)學研用科研項目近30項。團隊在集成電路和微波/毫米波等領(lǐng)域頂級期刊（包括IEEE JSSC、IEEE TMTT、IEEE MWCL等）和頂級學術(shù)會議（ISSCC、RFIC、CICC等）發(fā)表收錄百余篇論文，授權(quán)38項國內(nèi)外發(fā)明專利（含美國專利12項、歐洲專利6項、韓國專利2項），其中30項專利技術(shù)在智能手機、通信回傳、汽車電子等領(lǐng)域大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化商用。

團隊帶頭人羅迅教授，現(xiàn)就職電子科技大學，任校集成電路研究中心執(zhí)行主任，先進半導體與集成微系統(tǒng)研究中心負責人，長期從事射頻、微波、毫米波、太赫茲集成電路相關(guān)領(lǐng)域的前沿研究與產(chǎn)業(yè)應用。

責任編輯：lq