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小芯片让5G手机“全球通”
日期:2018-04-21     作者:科技日报

  左边是差分输出芯片,是核心电路的验证模块;右边是正交输出芯片,是完整的、可以用于5G系统的芯片。

  目前不同国家应用于5G通信的频段各不相同,我国是24.75—27.5GHz和37—42.5GHz频段,欧洲是24.25—27.5GHz频段,日韩则采用26.5—29.5GHz。在这种情况下,如果手机芯片不支持这么多不同频段,出国旅游时手机就无法正常通信了。究竟能否研发一款宽频带“通用芯片”全部覆盖以上各个不同频段呢?

  记者从电子科技大学获悉,该校电子科学与工程学院(示范性微电子学院)博士生张净植,在日前召开的2018年国际固态电路会议(ISSCC)上以第一作者发表论文,提出了一种“基于强耦合变压器的电流提升技术”,初步实现了用一款芯片把多个频段全部覆盖,让“全球通”变成了可能。

  张净植在2018年国际固态电路会议展示的研究成果便完成了上述构想。他在论文中设计了两种5G“通用芯片”,大的规格为910微米×920微米,小的为700微米×670微米,面积都小于1平方毫米,大小相当于一根针的横截面。这种小芯片却具有“兼容并蓄”的广阔“胸怀”,极大地提升了注入锁定倍频器的工作带宽,它的专业称呼是“基于CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的超宽带注入锁定倍频器”。在与业界最先进技术的比较中,该技术在仅消耗2倍功耗的情况下,将工作带宽提升了5.2倍,它还解决了毫米波频段中“低相位噪声信号源的大带宽设计”挑战,为毫米波领域超宽带低相位噪声信号源设计提供了一个可行方案,对5G通信的高频段多频带应用有着实际意义。

  “输入电流和工作带宽是正相关的,如果要提高电路的带宽就得想办法增强输入电流。要增强输入电流,一种方法是增大输入信号,但一般而言,外部给的输入信号大小是固定的,所以此路不通。还有一种方法,就是提高输入极的增益,但业界已经把输入极优化得很好,想进一步提升基本不太可能。”谈及芯片研发思路,张净植说,在不断提出问题又不断自我否定之后,他提出了一个突破性想法:能不能用无源电路把电流提升,然后插入一个变压器,这样就可以使电流提高数倍的同时,把带宽也提高数倍。最终他和团队将这样的构想付诸实践并获得成功。“这种新型芯片,从一开始就是面向应用并且和工业界紧密结合的,随着5G通信时代的到来和各种应用逐渐推广,我们的芯片也将迎来更好的发展机遇。”他说。

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