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)團隊在微電子學(xué)與集成電路領(lǐng)域國際頂級期刊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)感知實驗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展，成果發(fā)表在JSSC與微波領(lǐng)域國際頂級期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，（TMTT）上。
隨著新一代通訊技術(shù)5G毫米波/6G的演進發(fā)展，工作于毫米波及太赫茲頻段的高速無線通訊系統(tǒng)已經(jīng)成為未來移動通訊的研究熱點。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產(chǎn)生的關(guān)鍵難點。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)勢也成了為了毫米波太赫茲源研究的一個重要方向。
團隊博士生楊震針對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) 模型對非線性器件的諧波產(chǎn)生及諧波調(diào)控進行分析，獲取了目標諧波產(chǎn)生的最佳相位條件，該分析方法可擴展至各次諧波倍頻的分析，對理解FET的非線性特性具有重要作用。基于該方法，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實現(xiàn)了120 GHz F類倍頻器，輸出功率達到7.8 dBm并實現(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。
團隊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)實現(xiàn)，在兼顧小型化與高效率的同時，實現(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均處于國際領(lǐng)先，為5G毫米波多頻段、多標準融合通信系統(tǒng)的實現(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)生偏移的問題，在無校準開關(guān)電容的情況下，實現(xiàn)極小1/f3噪聲角波動。進一步結(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)動放大器，設(shè)計實現(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)團隊是馬凱學(xué)教授牽頭依托“天津市成像與感知微電子技術(shù)重點實驗室”成立，團隊在射頻、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)，團隊科研堅持“四個面向”開展科技創(chuàng)新和應(yīng)用落地，在上述領(lǐng)域牽頭承擔國家重大專項1項、國家重點研發(fā)專項2項、國家杰出青年科學(xué)基金1項，國家重點基金項目2項和其他多項課題。團隊在5G毫米波/6G收發(fā)機芯片、相控陣芯片、高速通訊芯片及高精度太赫茲成像等方面開展了長期研究工作，聚焦毫米波太赫茲多頻、多標準融合可重構(gòu)技術(shù)難題，創(chuàng)新實現(xiàn)硅基毫米波多頻段多標準融合SOC系統(tǒng)芯片。并與領(lǐng)域龍頭企業(yè)合作推動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/
（來源：天津大學(xué)）
