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

研究背景

近年來5G無線通信技術、物聯網技術在應用端的快速發展，以及人工智能技術在智能感知、識別技術等通信感知技術上的突破，為萬物互聯的智能化時代打下了基礎，因此萬物互聯被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。在這種趨勢下，為支持規模更大、連線設備更多的無線傳輸網絡建設，芯片產品需要有更強大、穩定的性能表現。

多頻多制式無線傳輸系統是構建互聯網的關鍵之一，其廣泛采用寬頻信號生成陣列，這類架構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量、頻譜純凈度、頻率覆蓋范圍；同時多核架構會導致系統臃腫、整體功耗大。因此，如何實現低相位噪聲、高優值（FoM，figure-of-merit）的寬頻信號生成，并建立相關設計理論與方法，成為新一代無線傳輸的一大挑戰。

高能效高速率無線傳輸系統是通過萬物互聯最終實現智能化的載體，現有發射系統重點關注對系統峰值效率的提升，但針對復雜的調制信號，傳統傳送系統整體效率并不高。因此，如何實現單傳送系統的系統整體效率提升、傳輸數據率提升等，已成為新一代傳送系統研究的關鍵。

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/高優值多核陣列振蕩器芯片和深回退效率/高功率數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，通過離散耦合架構整合多核諧振器，實現了芯片尺寸小型化；同時確保多核電流電壓耦合方向，避免多模振蕩并發現象。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，其樣品在實現頂尖歸一化相位噪聲的同時，突破了多核振蕩器性能優值業界記錄。

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，團隊分析了開關電容數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；同時結合混合Doherty功放阻抗提升技術（hybrid Doherty with impedance boosting）以及可重構自耦對消變壓器技術（reconfigurable self-coupling canceling transformer）等手段，可有效追蹤功率放大器回退時的最優負載阻抗，從而進一步提升系統整體效率。

上述成果樣品均基于國產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落地提供了良好的土壤，也得益于強大的市場需求驅動，中國在物聯網和5G技術的應用上領先于世界，以信息網絡為基礎的“新基建”發展理念指導下，我們期待且樂見更多科研成果能夠在下游應用成功落地，加速萬物互聯產業煉國產化，推進我國新基建的信息網絡基礎建設進程。

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/毫米波等領域頂級期刊（包括IEEE JSSC、IEEE TMTT、IEEE MWCL等）和頂級學術會議（ISSCC、RFIC、CICC等）發表收錄百余篇論文，授權38項國內外發明專利（含美國專利12項、歐洲專利6項、韓國專利2項），其中30項專利技術在智能手機、通信回傳、汽車電子等領域大規模產業化商用。

團隊帶頭人羅迅教授，現就職電子科技大學，任校集成電路研究中心執行主任，先進半導體與集成微系統研究中心負責人，長期從事射頻、微波、毫米波、太赫茲集成電路相關領域的前沿研究與產業應用。

責任編輯：lq