中国半导体十大研究进展候选推荐（2023-042）——应用于高速无线通信的硅基220 GHz滑动中频收发芯片组

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工作简介

         ——应用于高速无线通信的硅基220 GHz滑动中频收发芯片组

220 GHz频段是非常热门的太赫兹频段，在短距离高速无线通信、雷达成像等领域具有重要应用前景；同时220 GHz频段也是非常重要的太赫兹大气窗口频段，具有发展点对点远距离超高速无线通信的潜力。硅基工艺相对于传统III-V族化合物半导体工艺具有低成本高集成度等优势，因而吸引了国际上主要研究团队开展研究，力图在太赫兹频段实现能够媲美III-V族工艺的高性能射频前端。
东南大学毫米波全国重点实验室洪伟、陈继新教授团队面向未来太赫兹超高速无线通信应用，设计并实现了完整的硅基220 GHz频段发射和接收芯片组。该芯片组在芯片架构与器件设计上有多项关键创新。在太赫兹频段首次采用滑动中频架构，提高收发机的性能并同时能够降低功耗；提出了一种新型小型化功率分配器结构，极大地缩减了面积同时保持了优异的射频性能；针对太赫兹频段接收机噪声系数高的问题，在低噪声放大器设计中引入了噪声消减技术，降低了接收机的噪声系数；设计了片上天线以及封装的模组，减小了芯片前端和天线互连带来的损耗。芯片组的各项射频指标（包括增益、输出功率、噪声系数等）优异，达到了国际领先水平。为发展我国高集成的太赫兹阵列系统提供了芯片解决方案。
该芯片组的主要特点总结如下：

• 高度集成的220 GHz滑动中频收发芯片组；
• 混频器采用正交结构，支持高阶调制；
• 发射机转换增益38 dB，输出1dB压缩点为3 dBm，饱和输出功率为8.5 dBm，功耗仅640 mW；接收机转换增益48 dB，最小噪声系数为9 dB，功耗为495 mW；
• 支持单\多通道和大规模组阵通信，论文中实现了16-QAM信号在0.2 m距离下11.2 Gbps的传输。2023年11月又进一步展示了1 m距离下，50 Gbps以上的传输能力。

_{图1. 220 GHz滑动中频收发芯片组，(a) 发射芯片照片，(b) 接收芯片照片，(c) 收发机原理图，(d) 收发芯片模组无线传输实验，(e) 收发芯片无线传输实验星座图。}
相关研究成果发表在2023年IEEE JSSC（Zekun Li, Jixin Chen, Huanbo Li, Jiayang Yu, Yuxiang Lu, Rui Zhou, Zhe Chen and Wei Hong, “A 220-GHz Sliding-IF Quadrature Transmitter and Receiver Chipset for High Data Rate Communication in 0.13-μm SiGe BiCMOS,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 58, no. 7, pp. 1913-1927, July 2023）。作者来自东南大学毫米波全国重点实验室洪伟和陈继新教授团队。博士生李泽坤为论文第一作者，陈继新教授（导师）为通讯作者。

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作者简介

通讯作者

陈继新，东南大学首席教授、教育部长江学者、博士生导师、电磁场与微波工程系主任、毫米波全国重点实验室副主任。

1998、2002、2006年毕业于东南大学分别获学士、硕士、博士学位。曾获2016年度国家自然科学二等奖以及首届“Keysight Early Career Professor Award”等。主要研究方向为微波毫米波集成新技术。发表/合作发表论文100余篇，授权发明专利23项。曾担任2021年全国微波毫米波会议、IEEE RFIT2019技术委员会主席，IEEE HSIC2012、UCMMT2012等会议的技术委员会共主席等。2021年以来作为通讯作者在IEEE JSSC发表毫米波太赫兹芯片方向论文4篇，其中3篇入选中国半导体学报组织的中国半导体十大研究进展候选。

第一作者

李泽坤，中兴微电子技术有限公司IC开发工程师。

2018年和2023年在东南大学信息科学与工程学院获得学士学位和博士学位。目前在，研究方向包括高速无线通信和雷达应用的硅基毫米波太赫兹集成电路与系统。

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原文传递

详情请点击论文链接：

https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10025412/authors#authors

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。2023年，JOS首获影响因子为5.1，排在凝聚态物理学科20/76。

“半语-益言”系列讲座

借一言半语，聊“核芯”科技，“半语-益言”全三季直播讲座回放链接：

https://www.koushare.com/topicReview/byyy/68

2023年第四季直播讲座将不定期举办，敬请关注。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》于2020年初启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！