2023年8月，天津大學微電子學院互聯感知集成電路與系統團隊在微電子學與集成電路領域國際頂級期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits, （JSSC）上發表題為“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，成果發表在JSSC與微波領域國際頂級期刊IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，（TMTT）上。

隨著新一代通訊技術5G毫米波/6G的演進發展，工作于毫米波及太赫茲頻段的高速無線通訊系統已經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中最重要的組成部分之一，頻率源是毫米波太赫茲信號產生的關鍵難點。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的優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，FET（Field Effect Transistor）諧波產生分析困難，首次采用EKV (Krummenacher–Vittoz) 模型對非線性器件的諧波產生及諧波調控進行分析，獲取了目標諧波產生的最佳相位條件，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，論文提出了最優化二次諧波的相位條件及控制方法，F類二倍頻器的架構也隨之被提出。基于商用55-nm CMOS實現了120 GHz F類倍頻器，輸出功率達到7.8 dBm并實現了高效率，為硅基太赫茲倍頻源的研制提供了理論支撐及技術支持。

團隊博士生王志鵬基于電磁調控理論提出應用于5G/6G通信的多核頻率可重構注入鎖定倍頻器, 利用馬凱學教授國際上提出的多諧振蕩器腔（multi-tanks）技術將二倍頻和三倍頻重構實現，在兼顧小型化與高效率的同時，實現了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先，為5G毫米波多頻段、多標準融合通信系統的實現提供了技術支撐。提出的應用于5G通信的低相位噪聲Class-F23 VCO，解決傳統諧波控制VCO的諧波阻抗峰值易受PVT影響發生偏移的問題，在無校準開關電容的情況下，實現極小1/f3噪聲角波動。進一步結合基于電磁調控技術的可重構注入鎖定倍頻器、注入鎖定驅動放大器，設計實現雙頻低相位噪聲、高效率毫米波鎖相頻率源系統芯片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，實現了-104.1 dBc/Hz 和-100.67 dBc/Hz 的相位噪聲。

天津大學微電子學院互聯感知集成電路與系統團隊是馬凱學教授牽頭依托“天津市成像與感知微電子技術重點實驗室”成立，團隊在射頻、微波與太赫茲集成電路與系統和天線與傳播領域具有良好的研究基礎，團隊科研堅持“四個面向”開展科技創新和應用落地，在上述領域牽頭承擔國家重大專項1項、國家重點研發專項2項、國家杰出青年科學基金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、多標準融合可重構技術難題，創新實現硅基毫米波多頻段多標準融合SOC系統芯片。并與領域龍頭企業合作推動5G毫米波及太赫茲成像的技術的落地應用。

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）