在2月18日舉行的國際固態電路會議ISSCC 2024上，復旦大學微電子學院總共發表了三篇高水平論文。研究方向覆蓋寬帶可重構射頻接收機、高性能全數字發射機芯片、高精度音頻放大器。這也是復旦大學連續第七年在集成電路學術最頂級會議發表研究成果。
支持多種通信制式的超寬帶可重構射頻接收機
隨著5G、衛星通信、雷達等技術的飛速發展，一個終端裝備往往需要支持多種工作模式和多個頻帶的工作范圍，傳統方案多采用多個窄帶射頻收發芯片集成實現，但以系統復雜度、成本和尺寸為代價。超寬帶可重構射頻芯片是多功能一體化終端的核心器件，具有靈活可配置、低成本、小尺寸等優勢，在新一代通信、雷達等多功能應用中具有廣泛的應用前景。
針對多功能一體化終端需求面臨的多制式、高集成度、可重構等問題，如何突破硅基超寬帶射頻電路在帶寬、線性度、功率、噪聲等方面的性能折中，尋求新的架構和新的方法，在同一射頻前端實現中心頻率、帶寬、增益的可重構，同時滿足系統所需的噪聲和線性度要求，滿足一體化射頻的“尺寸、性能和靈活性”的需求，具有十分重要的現實意義，對其進行深入的研究和探索具有非常深遠的理論研究意義和實用價值。
由閆娜教授負責的RFiCAE課題組在該方向取得了突破性進展，提出了一種覆蓋5-16GHz頻帶范圍同時具有最高500MHz基帶帶寬的寬帶可重構射頻接收機，為多功能射頻一體化系統的設計提供了一種新的解決方案。相關工作以“A 5-to-16GHz Reconfigurable Quadrature Receiver with 50% Duty-Cycle LO and IQ-Leakage Suppression”發表于ISSCC 2024。論文第一作者為青年研究員許灝，畢俊彥、鄒騰浩等學生共同完成，教授閆娜為通訊作者。
文章中提出了一種能夠適用于多種通信模式以及多種傳輸帶寬的超寬帶可重構接收機電路。該接收機能夠覆蓋5-16GHz的寬頻帶范圍，能夠適用于5G、衛星通訊和雷達等多種通信協議。同時在寬頻帶范圍內，該接收機能夠保持較低噪聲系數和較低功耗。和國內外最新研究成果相比，該接收機在76-110mW功耗下，實現了5-16GHz頻帶覆蓋范圍、100-500MHz的連續可調基帶帶寬、40dB的增益可調范圍以及2.2-5.7dB的噪聲系數；同時在輸入64QAM調制信號下能夠得到最好-33dB的EVM性能，為寬帶多功能射頻一體化系統提供了一種高性能高能效的解決方案。
RFiCAE課題組由閆娜教授負責，目前已在國際頂級學術會議及期刊ISSCC、RFIC、ASSCC、JSSC以及TCAS-I發表多篇文章。
1/3占空比6相全數字發射機
由于6GHz頻段以下頻譜資源非常緊張，為了減少對不同頻段不同設備的干擾，射頻發射機必須滿足帶外抑制度要求，其中強驅動本振信號的三階諧波是造成帶外干擾的主要因素之一。傳統的解決方案通常采用片外濾波器，系統集成度較差，增加BOM成本且帶來額外的插損。
針對以上問題，該工作提出了一種1/3占空比本振信號的全數字發射機架構：利用1/3占空比方波的三階諧波為0的特點，大幅提升三階諧波抑制能力；同時，采用6相基礎矢量并結合單元復用技術，實現更高的輸出功率和更大的復平面覆蓋范圍；此外，通過Doherty負載調制及關態電阻優化技術，進一步提高系統效率和線性度。采用28nm CMOS工藝，該芯片在0.7-2.5GHz頻段內實現了大于45dBc的三階諧波抑制，是同類數字化發射機工作的首創，同時輸出功率、效率和核心面積均達到國際領先水平。該研究成果有助于推進射頻芯片的快速集成和小型化，適用于5G/6G等新一代無線通信應用。
相關成果以“A Highly-Integrated 6-Phase Cell-Reused Digital Transmitter Using 1/3 Duty-Cycle LO Signals for Harmonic Rejection”為題發表在ISSCC 2024上。這也是徐鴻濤、殷韻教授領導的無線集成電路與系統（WiCAS）團隊2018年以來在ISSCC發表的第6篇論文成果。
應用于便攜/可穿戴音頻設備的高線性度低功耗D類音頻放大器
隨著物聯網時代的到來，人們的日常生活與智能化、小型化電子產品交織得越來越緊密。針對便攜式/可穿戴設備應用的音頻放大器也成為了學術界和工業界關注的研究熱點。為了在電池供電的音頻系統中實現超長使用/待機時間，同時減小對大容量電池的需求，實現設備小型化/輕量化，相關放大器要具有低靜態功耗與高輸出效率。此外為了保證高質量用戶體驗，放大器還要能夠實現低噪聲與高線性度的聲學輸出。設計能同時滿足上述需求的音頻放大器是當前存在的挑戰。
為了解決上述問題，復旦大學集成電路設計實驗室（ICD Lab）創新性地提出了應用多種低功耗、寬帶有效的線性度提升技術的音頻D類放大器，相關研究成果以“A 0.81mA, -105.2dB THD+N Class-D Audio Amplifier with Capacitive Feedforward and PWM-Aliasing Reduction for Wide-Band-Effective Linearity Improvement” 發表于ISSCC 2024，并被評為模擬技術領域亮點論文（Highlight Paper）。該課題由徐佳偉和洪志良教授作為指導老師，論文的第一作者為直博生周凱文，并由唐敔翔、周健鴻等學生協助完成。
文章的亮點在于提出了多種可滿足低功耗設計需求的寬帶線性度提升技術，可以在降低放大器電流消耗的情況下實現高線性度聲學輸出，適合于有小型化/輕量化需求的應用環境。該放大器在0.81mA的靜態電流消耗性下，可以實現最優-105.2dB的非線性失真與噪聲水平（THD+N），同時在20Hz-20kHz的全音頻帶寬內實現了優于-100dB的THD+N，最大實現了1.76W的功率輸出水平，達到94.4%的峰值輸出效率。不同與傳統的D類放大器，該放大器采用電容前饋脈沖寬帶調制技術，有效降低了比較器延時耦合輸入信號的失真問題，同時使用混疊失真抑制技術與內嵌抗混疊濾波器，解決了傳統放大器固有的混疊失真問題。由于上述技術主要采用無源器件實現，該放大器可以實現低的靜態功耗開銷。該新型D類放大器為未來便攜式/可穿戴音頻設備提供了一種高精度低功耗的設計思路。
ICD課題組研究覆蓋生物醫療電子、智能傳感接口、高精度模擬放大器和ADC、高能效電源管理等方向。在ISSCC 2024會議期間，課題組博士生瞿天翔因為其在高精度模擬放大器方面的出色工作，榮獲2024年度IEEE SSCS Predoctoral Achievement Award（固態電路協會博士成就獎），此獎為IEEE授予集成電路領域博士生的最高榮譽。
（來源：復旦大學微電子學院）
