科研速递 | 理工学院刘寻教授分别在集成电路设计领域国际高水平期刊IEEE TCAS-II与中科院下属期刊半导体学报发表综述文章

近日，我校理工学院刘寻教授受邀于集成电路设计领域国际高水平期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs (TCAS-II) 以第一作者身份发表综述文章“Design Techniques for High-Efficiency Envelope-Tracking Supply Modulator for 5th Generation Communication”；作为集成电路顶级会议IEEE ISSCC（International Solid-State Circuits Conference）国际技术委员会委员受邀于中科院下属期刊半导体学报（Journal of Semiconductors）与其他教授合作发表近期集成电路设计技术趋势的综述文章，题为 “Trending IC design directions in 2022”。

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TCAS-II论文简介

Design Techniques for High-Efficiency Envelope-TrackingSupply Modulator for 5th Generation Communication

下载链接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/9751599

第五代通信技术5G(5th Generation)是下一代工业革命的基础技术，有着全面的性能提升，包括更快的速度和更低的延时。然而5G通信中的高峰值平均功率比（peak-to-average power ratio (PAPR) around 10 dB）严重降低了射频功率放大器的效率，带来了很高的能量损失，影响移动设备电池的续航时间同时导致发热问题。如图1所示，功放系统主要由射频功放和电源调制器构成。传统方案采用恒定电压供电，功放系统整体效率仅有10%。包络跟踪（Envelope Tracking，ET）系统中的电源调制器跟踪射频信号的包络信号，可将整体效率提高至30-40%，从而延长待机时间，是目前高性能射频功放系统中的核心技术。

图1

5G通信对于包络跟踪电源调制器的要求极具挑战性，需要同时实现大于80%的效率， 1GHz左右的带宽，低至1V高至6V的输出电压范围，以及数瓦输出功率。为了应对这些挑战，用于包络跟踪的电源调制器通常采用线性放大器与开关变换器相结合的混合型结构。基本思路是用高宽带的线性放大器来提供高频的能量，同时有限带宽但高效率的开关变换器来提供低频的能量。

然而5G信号带宽高达100MHz/200MHz，传统的电源调制器已经不能满足其要求，因此本文系统地阐述了针对5G通信的挑战，可以采用的最前沿技术，同时这些技术存在的优缺点，内容涵盖了架构的创新，开关变换器的多电平拓扑实现、快速响应控制和升压降压功能实现，线性放大器的带宽拓展方法，以及系统测试指南（表1）。

表1

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JOS论文简介

“Trending IC design directions in 2022”

（2022年集成电路设计发展趋势）

下载链接：

http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/7/071401

中国的集成电路研究和设计领域迎来了黄金时代，创新的科研成果和商用产品不断涌现。为了满足科研人员、设计研发工程师和相关学科的学生全面了解集成电路设计领域的国际学术动态的需求，国内活跃在国际集成电路设计学术界的二十余位专家受邀共同撰写了该长篇综述论文。论文对最新的设计方向和创新成果进行了一个较为完整的归纳总结，希望对广大芯片设计领域的科研人员的未来工作有所帮助。本文按细分研究领域分为以下六个芯片设计的方向：1）机器学习及人工智能芯片；2）无线及有线通讯芯片；3）数据转换器；4）功率转换器；5）图像及距离传感器；6）低温电路及生物医疗芯片。全文包含三十幅芯片设计趋势或电路架构示意图，及八个最新工作的性能总结与对比表格（摘自半导体学报微信公众号）。刘寻教授总结了近年来电源调制器芯片的优秀工作（图2），分析了各种技术的优势（图3），并对未来的发展趋势做了展望。

图2

图3

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教授简介

刘寻博士，现任香港中文大学（深圳）助理教授，博士生导师，深圳市孔雀团队核心成员，校长青年学者。分别于2011年和2017年在浙江大学和香港科技大学获得本科和博士学位。在集成电路设计领域期刊和会议上共发表学术论文13篇，其中以第一作者身份发表论文8篇，包括集成电路设计领域最高级别期刊IEEE JSSC论文2篇和被誉为“芯片奥林匹克”IEEE ISSCC论文1篇。担任集成电路设计领域顶级会议IEEE ISSCC的技术委员会成员，是目前电源管理子委员会中最年轻的成员；担任JSSC、TPEL、TCAS I&II等多个知名期刊审稿人。2020年，获美国高通公司专利奖；2017年，于ASP-DAC获颁University LSI Design Contest Special Feature Award。

刘寻博士在美国高通公司工作期间，作为核心技术成员研发三代高带宽包络跟踪电源调制器系列产品 “QET5100：4G包络跟踪器”、“QET6100：5G-100MHz包络跟踪器”和“QET7100：多PA，4G/5G-100MHz包络跟踪器”，是高通5G平台骁龙X55、X65、X70的核心芯片，出货量超过十亿片。

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