新技術(shù)：小芯片讓5G手機(jī)“全球通”

　　目前不同國(guó)家應(yīng)用于5G通信的頻段各不相同，我國(guó)是24.75—27.5GHz和37—42.5GHz頻段，歐洲是24.25—27.5GHz頻段，日韓則采用26.5—29.5GHz。在這種情況下，如果手機(jī)芯片不支持這么多不同頻段，出國(guó)旅游時(shí)手機(jī)就無(wú)法正常通信了。究竟能否研發(fā)一款寬頻帶“通用芯片”全部覆蓋以上各個(gè)不同頻段呢?

　　科技日?qǐng)?bào)記者從電子科技大學(xué)獲悉，該校電子科學(xué)與工程學(xué)院(示范性微電子學(xué)院)博士生張凈植，在日前召開(kāi)的2018年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上以第一作者發(fā)表論文，提出了一種“基于強(qiáng)耦合變壓器的電流提升技術(shù)”，初步實(shí)現(xiàn)了用一款芯片把多個(gè)頻段全部覆蓋，讓“全球通”變成了可能。

　　張凈植在2018年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議展示的研究成果便完成了上述構(gòu)想。他在論文中設(shè)計(jì)了兩種5G“通用芯片”，大的規(guī)格為910微米×920微米，小的為700微米×670微米，面積都小于1平方毫米，大小相當(dāng)于一根針的橫截面。這種小芯片卻具有“兼容并蓄”的廣闊“胸懷”，極大地提升了注入鎖定倍頻器的工作帶寬，它的專(zhuān)業(yè)稱(chēng)呼是“基于CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)工藝的超寬帶注入鎖定倍頻器”。在與業(yè)界最先進(jìn)技術(shù)的比較中，該技術(shù)在僅消耗2倍功耗的情況下，將工作帶寬提升了5.2倍，它還解決了毫米波頻段中“低相位噪聲信號(hào)源的大帶寬設(shè)計(jì)”挑戰(zhàn)，為毫米波領(lǐng)域超寬帶低相位噪聲信號(hào)源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行方案，對(duì)5G通信的高頻段多頻帶應(yīng)用有著實(shí)際意義。

　　“輸入電流和工作帶寬是正相關(guān)的，如果要提高電路的帶寬就得想辦法增強(qiáng)輸入電流。要增強(qiáng)輸入電流，一種方法是增大輸入信號(hào)，但一般而言，外部給的輸入信號(hào)大小是固定的，所以此路不通。還有一種方法，就是提高輸入極的增益，但業(yè)界已經(jīng)把輸入極優(yōu)化得很好，想進(jìn)一步提升基本不太可能。”談及芯片研發(fā)思路，張凈植說(shuō)，在不斷提出問(wèn)題又不斷自我否定之后，他提出了一個(gè)突破性想法：能不能用無(wú)源電路把電流提升，然后插入一個(gè)變壓器，這樣就可以使電流提高數(shù)倍的同時(shí)，把帶寬也提高數(shù)倍。最終他和團(tuán)隊(duì)將這樣的構(gòu)想付諸實(shí)踐并獲得成功。“這種新型芯片，從一開(kāi)始就是面向應(yīng)用并且和工業(yè)界緊密結(jié)合的，隨著5G通信時(shí)代的到來(lái)和各種應(yīng)用逐漸推廣，我們的芯片也將迎來(lái)更好的發(fā)展機(jī)遇。”他說(shuō)。

　　左邊是差分輸出芯片，是核心電路的驗(yàn)證模塊;右邊是正交輸出芯片，是完整的、可以用于5G系統(tǒng)的芯片。