2023年8月，天津大學(xué)微電子學(xué)院互聯(lián)感知集成電路與系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)在微電子學(xué)與集成電路領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits, （JSSC）上發(fā)表題為“A 120-GHz Class-F Frequency Doubler With 7.8-dBm POUT in 55-nm Bulk CMOS”的論文。互聯(lián)感知實(shí)驗(yàn)室已在硅基毫米波太赫茲頻率源研究方向取得了系列研究進(jìn)展，成果發(fā)表在JSSC與微波領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，（TMTT）上。
隨著新一代通訊技術(shù)5G毫米波/6G的演進(jìn)發(fā)展，工作于毫米波及太赫茲頻段的高速無(wú)線通訊系統(tǒng)已經(jīng)成為未來(lái)移動(dòng)通訊的研究熱點(diǎn)。作為毫米波太赫茲高速通訊系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，頻率源是毫米波太赫茲信號(hào)產(chǎn)生的關(guān)鍵難點(diǎn)。而硅基（CMOS或BiCMOS等）頻率源因其集成度高，成本低以及易于量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)也成了為了毫米波太赫茲源研究的一個(gè)重要方向。
團(tuán)隊(duì)博士生楊震針對(duì)CMOS 工藝，F(xiàn)ET（Field Effect Transistor）諧波產(chǎn)生分析困難，首次采用EKV (Krummenacher–Vittoz) 模型對(duì)非線性器件的諧波產(chǎn)生及諧波調(diào)控進(jìn)行分析，獲取了目標(biāo)諧波產(chǎn)生的最佳相位條件，該分析方法可擴(kuò)展至各次諧波倍頻的分析，對(duì)理解FET的非線性特性具有重要作用?；谠摲椒?，論文提出了最優(yōu)化二次諧波的相位條件及控制方法，F(xiàn)類二倍頻器的架構(gòu)也隨之被提出?；谏逃?5-nm CMOS實(shí)現(xiàn)了120 GHz F類倍頻器，輸出功率達(dá)到7.8 dBm并實(shí)現(xiàn)了高效率，為硅基太赫茲倍頻源的研制提供了理論支撐及技術(shù)支持。
團(tuán)隊(duì)博士生王志鵬基于電磁調(diào)控理論提出應(yīng)用于5G/6G通信的多核頻率可重構(gòu)注入鎖定倍頻器, 利用馬凱學(xué)教授國(guó)際上提出的多諧振蕩器腔（multi-tanks）技術(shù)將二倍頻和三倍頻重構(gòu)實(shí)現(xiàn)，在兼顧小型化與高效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了5G毫米波所需的20.7 GHz~43.8 GHz 的全頻帶覆蓋。該款芯片是國(guó)際上首款2倍/三倍頻率可重構(gòu)注入鎖定倍頻器芯片, 在相同注入功率情況下，鎖定帶寬、輸出功率、面積以及諧波抑制指標(biāo)均處于國(guó)際領(lǐng)先，為5G毫米波多頻段、多標(biāo)準(zhǔn)融合通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支撐。提出的應(yīng)用于5G通信的低相位噪聲Class-F23 VCO，解決傳統(tǒng)諧波控制VCO的諧波阻抗峰值易受PVT影響發(fā)生偏移的問(wèn)題，在無(wú)校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)電容的情況下，實(shí)現(xiàn)極小1/f3噪聲角波動(dòng)。進(jìn)一步結(jié)合基于電磁調(diào)控技術(shù)的可重構(gòu)注入鎖定倍頻器、注入鎖定驅(qū)動(dòng)放大器，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)雙頻低相位噪聲、高效率毫米波鎖相頻率源系統(tǒng)芯片SOC，完成對(duì)5G毫米波所需的 22.25~28.61 GHz和35.9~42.044 GHz 的雙頻帶覆蓋，在1 MHz 頻率偏移處，實(shí)現(xiàn)了-104.1 dBc/Hz 和-100.67 dBc/Hz 的相位噪聲。
天津大學(xué)微電子學(xué)院互聯(lián)感知集成電路與系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)是馬凱學(xué)教授牽頭依托“天津市成像與感知微電子技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”成立，團(tuán)隊(duì)在射頻、微波與太赫茲集成電路與系統(tǒng)和天線與傳播領(lǐng)域具有良好的研究基礎(chǔ)，團(tuán)隊(duì)科研堅(jiān)持“四個(gè)面向”開(kāi)展科技創(chuàng)新和應(yīng)用落地，在上述領(lǐng)域牽頭承擔(dān)國(guó)家重大專項(xiàng)1項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)2項(xiàng)、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金1項(xiàng)，國(guó)家重點(diǎn)基金項(xiàng)目2項(xiàng)和其他多項(xiàng)課題。團(tuán)隊(duì)在5G毫米波/6G收發(fā)機(jī)芯片、相控陣芯片、高速通訊芯片及高精度太赫茲成像等方面開(kāi)展了長(zhǎng)期研究工作，聚焦毫米波太赫茲多頻、多標(biāo)準(zhǔn)融合可重構(gòu)技術(shù)難題，創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)硅基毫米波多頻段多標(biāo)準(zhǔn)融合SOC系統(tǒng)芯片。并與領(lǐng)域龍頭企業(yè)合作推動(dòng)5G毫米波及太赫茲成像的技術(shù)的落地應(yīng)用。
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10070744
https://ieeexplore.ieee.org/document/10068119
https://ieeexplore.ieee.org/document/9765630/
（來(lái)源：天津大學(xué)）
