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电子学院毫米波技术与系统应用实验室在ISSCC上发表太赫兹相控阵芯片研究成果
文:电子学院 图:电子学院 来源:电子学院 时间:2024-03-01 4116

  近日,电子科学与工程学院毫米波技术与系统应用实验室樊勇教授团队在2024年度集成电路设计领域最高级别国际会议International Solid-State Circuits Conference(ISSCC)上发表了关于太赫兹相控阵芯片的最新研究成果“A Scalable 134-to-141GHz 16-Element CMOS 2D λ/2-Spaced Phased Array”,该论文入选本次大会Highlight论文。电子学院2020级直博生张季聪和2021级博士生戴炳礼为论文共同第一作者,电子科技大学为论文第一单位。该论文在美国旧金山举办的第71届ISSCC大会上进行了宣讲。

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图1 研究团队在ISSCC大会上代表团队作成果展示报告

  这项工作重点研发了一种2D可拓展的半波长布局的D波段太赫兹相控阵芯片。创新提出了行波LO/IF分配网络实现相控阵的2D扩展;采用亚采样三倍器和中频波束形成来提高效率;通过具有三重谐振的片上天线缩减面积占用,实现半波长布局,64通道阵列尺寸仅为8.42 x 8.42mm2。该相控阵已在室内10米距离实现了14Gbit/s的数据传输,波束扫描角度可达±60°,扫描精度为10位。该通信实验得到了通信抗干扰全国重点实验室陈智教授和刘轲博士等研究人员的支持。

  太赫兹波是未来高速无线数据传输的关键频段之一,发展大规模的太赫兹相控阵是实现大容量、远距离、多用户间无线数据传输的必要技术。然而,目前>100GHz以上的相控阵面临着成本高昂、难以扩展的问题,导致阵列规模受限。因此,课题组经过2年努力,实现了一种可拓展且半波长布局的太赫兹相控阵芯片。该芯片可将多个小尺寸芯片二维拼接,相较于整片生产的大尺寸芯片,大幅降低生产成本。可以为后续太赫兹大规模相控阵(10^3单元)的集成奠定基础。

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图2 2D可拓展的半波长布局D波段相控阵架构图

  本研究所提出的D波段相控阵可创新地实现纵横两个方向瓦片式二维扩展,可灵活地根据需求调整阵列单元数量,无需重新设计芯片。LO信号和IF信号采用行波分配网络实现芯片间的级联传播;SPI控制信号和直流供电采用了边缘馈入的网络。2D可扩展性正是通过边缘馈电、行波分配网络实现。

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图3 相控阵芯片及16、64单元太赫兹相控阵模块图

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图4 太赫兹相控阵室内通信实验演示

  国际固态电路大会(ISSCC)是国际集成电路领域的顶级会议,每年2月中旬在美国旧金山召开,是国际公认的规模最大、最权威的芯片设计领域学术会议,有着“芯片奥林匹克(Chip Olympic)”的美誉。历史上入选ISSCC的论文都代表着当前全球顶尖水平,展现出芯片技术和产业的发展趋势,许多集成电路领域里程碑式的发明与技术突破均在该会议首次发布。

编辑:李果  / 审核:李果  / 发布:陈伟

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