“通用芯片”:解决“5G时代”的新问题

发布者:数据梦行者最新更新时间:2018-04-15 来源: 互联网关键字:5G  固态电路 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

当下,5G商用化的步伐正在逐步加快,移动通信正在迎来一个新的时代。然而,不同国家划分的5G通信频段各不相同,适应这个频段的芯片并不一定能够适应那个频段,于是就可能出现尴尬的一幕:出国旅游,5G手机竟然“失灵”了。如何解决5G芯片“水土不服”的问题呢?


近日,电子科学与工程学院(示范性微电子学院)博士生张净植在2018年国际固态电路会议(ISSCC)上发表论文,提出了一种“基于强耦合变压器的电流提升技术”,并在此基础上研发了一款芯片实现了多个频段全部覆盖,让5G“全球通”变成了可能。


△ISSCC大会主席、MIT教授Anantha Chandrakasan(右)和多伦多大学教授Kenneth C. Smith为张净植颁发“Silkroad Award”奖牌


张净植为论文第一作者,其导师康凯教授为论文通讯作者,电子科技大学为唯一作者单位。据了解,该论文是中国大陆地区发表在该会议上的首篇有关毫米波集成电路设计的论文,为我校首次以第一作者单位在该会议正文单元上发表的论文。


张净植同时获得该会议颁发的“Silkroad Award”,该奖项是颁发给以第一作者身份第一次在这个会议上发表论文的亚太地区的学生。张净植成为中国大陆地区历史上第4位获此殊荣的学生,同时也是大会历史上第20位获此奖项的学生。


“通用芯片”:解决“5G时代”的新问题


张净植研发的这款芯片,源于三年前的偶然发现。2015年,康凯教授正承担国家5G技术方面的重大专项,张净植有机会参与其中,负责其中关于频率源的部分研究任务。

在4G时代,各个国家所用的频段都在3GHz以下,不少手机生产商采用了多个芯片来覆盖所有频段,并且在频率较低的情况下,器件性能好,即使用一个芯片来覆盖所有频段,设计也相对比较简单。而到了5G时代,不同的国家划分的应用于5G通信的频段大大提高,中国用的是24.75-27.5GHz和37-42.5GHz频段,美国用的是27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz频段,欧洲用的是24.25-27.5GHz频段,日韩则采用26.5-29.5GHz。而同一个手机要支持这么多不同的高频段,则相对困难,这可能就会导致我们出国旅游时手机无法正常通信。


那么问题来了,究竟能否研发一款宽频带“通用芯片”全部覆盖以上各个不同的高频段呢?


答案是肯定的。张净植在国际固态电路会议展示的研究成果,就是两方小小的“通用芯片”:大的芯片只有910微米×920微米(1微米=10-6米),小的芯片为700微米×670微米,面积都小于1平方毫米,大小相当于一根针的横截面。



△左边是差分输出芯片,是核心电路的验证模块;右边是正交输出芯片,是完整的、可以用于5G系统的芯片。


这种小芯片却具有“兼容并蓄”的广阔“胸怀”,极大地提升了注入锁定倍频器的工作带宽。它的专业称呼是“基于CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺的超宽带注入锁定倍频器”,简而言之,就是为了解决5G芯片在不同电磁频段“水土不服”的难题而专门设计的。


在与业界最先进技术的比较中,该技术在仅消耗两倍功耗的情况下,将工作带宽提升了5.2倍。它还解决了毫米波频段中“低相位噪声信号源的大带宽设计”挑战,为毫米波领域超宽带低相位噪声信号源设计提供了一个可行方案,对5G通信的高频段多频带应用有着实际意义。


历时三年:过程一波三折


从2015年萌生想法到2016年9月真正开始设计,张净植尝试了多种思路。他首先想到,输入电流和工作带宽是正相关的,如果要提高电路的带宽就得想办法增强输入电流。而要增强输入电流,一种方法是增大输入信号,但一般而言,外部给的输入信号大小是固定的,所以此路不通。还有一种方法,就是提高输入极的增益,但业界已经把输入极优化得很好,想进一步提升基本不太可能。


在不断提出问题又不断自我否定之后,张净植提出了一个突破性的想法:能不能用无源电路把电流提升,然后插入一个变压器,这样就可以使电流提高N倍同时能把带宽也提高N倍呢?又经过三个月的努力,他和团队在2016年12月份完成芯片设计并进行了第一次流片。


2017年3月,终于拿到芯片。测试的结果令他非常激动:和2017年国际国内最新的研究成果相比,他们的研究已经在性能上远远胜出。此前,业界做出的芯片工作带宽大概在10-30%,而他们的芯片带宽可以达到60%以上。于是,他和康凯教授商量,很有必要再次优化设计并做第二次流片。


芯片优化设计的时间十分紧凑:做芯片一般要依次完成原理图、版图、模块级联,最后才是完成总版并进行评估,但到了2017年4月,他们才刚做到模块级联环节,进度比预期慢很多。考虑到芯片设计不容有失,否则流片就会功亏一篑,他们决定不能急于求成,最终到5月才完成第二版设计。


由于芯片造价成本高昂,而且准备第二次流片时没有项目支撑,他们经过许多周折,向国内外其他单位寻求支持。第二次流片终于结束,但在过海关时却卡了很久,直到8月底才拿到第二版芯片。他们快速行动,花了一周时间测试芯片的性能,然后快速写论文投给了国际固态电路会议。10月,国际固态电路会议给出了评审意见。团队成员终于松了一口气:总算没有失之交臂!



△右边两栏为该论文达到的工作指标,其中,带宽为22.8-43.2GHz,积分相位噪声为-40.0dBc,功耗为5.0mW。与业内同类工作对比,该成果的带宽达到了其他工作的5.2倍,同时没有带来相位噪声的恶化。


肯吃苦、多拼搏,为行业做更多贡献


2018年2月,国际固态电路会议召开。该会议是目前国际公认集成电路领域的权威会议,有着“Chip Olympics(芯片奥林匹克)”的雅称,自1954年成立以来,共发表相关学术论文7500余篇。中国大陆地区作者于2005年发表首篇论文,截至目前在该会议上发表的相关文章有24篇。


此前,我校硕士生郭开喆、余益明同学(原电子工程学院)和本科生周雄同学(原通信与信息工程学院)的论文曾入选该会议“学生科研前瞻”单元汇报展示。如今,张净植再次创造历史,并与来自日本北海道大学的博士生Kodai Ueyoshi共同获得大会为亚太地区的优秀学生论文设立的“Silkroad Award”奖项。


对于这次研究成果,张净植十分感激康凯教授及团队的大力支持。他说,集成电路不同于其他学科,每一次设计完成以后拿出去加工,就没有改正的机会了。每一次流片的成本都非常大,设计过程中的任何一点小失误,都可能导致全盘皆输。正是康凯教授和团队在芯片设计方面的悉心指导和严格要求,以及对流片工作的大力支持,才使他有机会参与到这项重要的研究工作中来,并取得了一定的成绩。


张净植表示,“做这一行非常累,要做好足够的心理准备,熬夜也是常有的。只有肯吃苦、肯拼搏,才能为这个行业做出更多贡献!”目前,团队正在进一步优化设计,准备做第三版设计和流片工作。他说,“我们的芯片设计从一开始就是面向应用并且和工业界紧密结合的,随着5G通信时代的到来和各种应用逐渐推广,我们的芯片也可能会进入产品化阶段,应用到手机和基站,让5G也可以实现‘全球通’”。

关键字:5G  固态电路 引用地址:“通用芯片”:解决“5G时代”的新问题

上一篇:一文了解数字化图像数据两种存储方式
下一篇:了解全新mSure诊断型电能计量IC及设计

推荐阅读最新更新时间:2024-05-07 17:58

澳大利亚5G网络实测:OPPO Reno表现最佳
现在全世界对于5G网络的宣传都是铺天盖地的,据悉,5G将为我们提供远超想象的网络速度,将为一个崭新的世界打开一扇大门。到今天,我们已经有了多款5G终端设备可以使用,LG、三星、华为、OPPO都已经发布了5G手机,也有厂商发布了针对寻求超高速宽带的家庭用户的HUB产品。 在5G时代初期,澳大利亚媒体也对本国的5G网络情况进行了测试,目前澳大利亚电信的5G信号只在10个城镇可用,而且并非完全覆盖。所以来看看今天购买5G手机的人会有怎么样的体验吧。 关于5G有一项很简单的道理,当你能够看到信号塔的时候,表现最好,你离塔越近,速度也会越快。 OPPO Reno 5G在布里斯班的下行速度达到681Mbps,位居测试5G手机的榜首,LG紧随其
[手机便携]
5G产业发展空间巨大 未来总体市场规模将超万亿元
  2016年,3GPP正式启动 5G 标准化研究工作。与2G、3G 和4G不同, 5G 除了是移动通信技术上的升级,还是多种无线接入技术演进集成后解决方案的总称,除了解决人与人之间的沟通,还解决人与物、物与物之间的连接,实现万物互联。下面就随网络通信小编一起来了解一下相关内容吧。   ITU在2015年举办的无线电通信全会上,将 5G 应用场景划分为增强型移动宽带(eMBB)、大连接物联网(mMTC)和低延时高可靠通信(uRLLC)三类,并在带宽、时延和覆盖范围等方面确定了8项5G技术指标。 相较于4G ,5G 的断代式特点表现为速率提升、三大应用场景以及多种技术升级等方面。    全球5G推进情况   2018将成5G元年
[网络通信]
高通CEO:5G有这两方面值得关注
MWC(世界移动通信大会)在西班牙巴塞罗那召开,在大会上腾讯科技专访到高通首席执行官史蒂夫 莫伦科夫,他就5G技术、高通在VR(虚拟现实)方面的战略及在中国地区的战略做了详细分享。 史蒂夫表示,5G是下一代技术。有两个方面值得关注: 第一是蜂窝标准的演进,从4G到5G,5G意味着更高速率,更低时延和新的频段。同时,5G技术也有很多新的功能,支持更多行业利用无线网络,比如智慧城市、工业互联网等。 以现在所处的会议中心来说,可能有百万部终端连接到无线网络,5G可能会带来一些更稳定和安全的功能。我们在积极地推动5G标准的制定,大家也会在展会期间看到我们和基础设施厂商、运营商等进行相关产品演示。 史蒂夫说。 第二,从产
[网络通信]
不误导、强迫用户办理或升级5G套餐
2月3日,工信部发布《工业和信息化部关于提升5G服务质量的通知》(以下简称《通知》),旨在切实维护用户权益,推动5G持续健康发展。 在保障用户知情权方面,该《通知》强调,提醒用户可通过实体营业厅、客服热线、网上营业厅、手机APP查询本地区5G网络覆盖情况,在5G网络暂未覆盖的地区发展5G用户,事先提醒用户知悉本地区5G网络覆盖进度情况;提醒用户使用5G网络要更换5G终端,非5G终端办理5G套餐只能享受5G资费优惠,不能使用5G网络;用户在办理已公示下架套餐变更为5G套餐时,提醒用户变更5G套餐后将无法再选择办理原套餐,可以选择其他在售套餐;用户办理有合约要求的5G套餐前,提醒用户如要解除合约办理“携号转网”服务、更改套餐或注销
[手机便携]
不误导、强迫用户办理或升级<font color='red'>5G</font>套餐
特朗普政府将5G定性为“新军备竞赛”
  美媒爆料,特朗普政府将5G定性为“新军备竞赛”。在这场竞赛中,赢家只有一个,成王败寇。为赢得“竞赛”,美国去年秘密向各国盟友施压,联手阻止中国制造商参与5G网络建设。   据《纽约时报》中文网28日报道,特朗普政府认为,世界正在进行一场新的军备竞赛。虽然这是一场涉及技术,而非常规武器的竞赛,但对美国的国家安全构成同样大的威胁。在一个由计算机网络控制着最强有力武器(除核武器以外)的时代,任何主导5G技术的国家,都将在本世纪的大部分时间拥有经济、情报和军事上的优势。   向5G的过渡很可能更具革命性,而非渐进性,这种过渡已经以雏形系统的形式在达拉斯和亚特兰大等城市开始。消费者首先会注意到的是,网络速度更快了,数据下载的速度将几乎是
[网络通信]
OPPO明年Q1发布Find X新机 将搭载高通骁龙888 5G
新浪数码讯 北京时间12月2日凌晨消息,今日高通举办全球骁龙技术峰会,推出新旗舰骁龙888 5G移动平台,期间OPPO副总裁、全球销售总裁吴强为高通站台,并宣布OPPO是首批搭载高通骁龙888 5G移动平台之一的企业,明年第一季度发布Find X系列。 吴强表示:“OPPO与高通技术公司一直保持紧密合作关系。追求极致的移动体验是我们的共同愿景。过去几年,业界携手共同推动5G走向现实,现在我们的目标是发挥5G的巨大潜能。高通技术公司最新的骁龙888 5G移动平台带来了5G、影像和AI体验方面的显著提升。OPPO将在2021年第一季度推出首批搭载骁龙888的旗舰智能手机,对此我们无比期待。我们相信,下一代Find X系列
[手机便携]
Samtec 5G汽车与交通运输连接解决方案登陆贸泽
专注于引入新品推动行业创新的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开始备货Samtec的5G汽车与交通运输连接解决方案,并可当天发货。 利用新一代5G网络和云服务,车联网 (V2X) 技术可实现智能驾驶,改善交通状况并提升安全性。Samtec 的汽车解决方案包括高性能互连系统,以支持毫米波、大规模MIMO、波束成形和全双工等5G技术需要的超高频率和高数据速率。 Samtec SEARAY™ SEAF高密度插座连接器具有7 mm至40 mm的堆叠高度和高达56 Gbps的PAM-4 性能,并提供直角插座、0.8 mm开放式端子阵列、压接插座和直角压接插座等多个版本。SEAF插座连接器
[汽车电子]
Samtec <font color='red'>5G</font>汽车与交通运输连接解决方案登陆贸泽
山东:围绕5G、集成电路等领域开展20余项关键核心技术研发攻关
3月22日,山东省工业和信息化厅等八部门联合印发《山东省2022年数字经济“重点突破”行动方案》,聚焦数字产业化、产业数字化、数据价值化、数字基建、科技创新、数据安全、数字治理七个关键领域,涉及22条任务措施、102项具体工作。其中指出: 打造电子信息制造业增长极。实施集成电路“强芯”工程,支持企业研制高端存储芯片、MEMS(微机电系统)传感芯片、EDA(电子设计自动化)工具等产品,对高端芯片量产前首轮流片费用和符合条件的封装测试公共服务平台给予奖励补贴。实施高清显示“补面”工程,引导企业研发超高清8K显示画质处理芯片,改造提升4K/8K电视机生产能力,鼓励有条件的市参与全国“百城千屏”8K超高清应用推广行动。依托海尔、海信、浪
[手机便携]
小广播
最新网络通信文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved