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       5G即第五代移動通信技術，相比目前的4G技術，其網絡峰值速率可增長數十倍。基于強大的通訊和帶寬能力，5G網絡一旦應用，車聯網、物聯網、智慧城市等概念將變為現實。5G技術還有望應用到工業、醫療、安全等領域，極大地促進生產效率，創新生產方式。

顯然，移動通信正在迎來一個新的時代。然而，不同國家劃分的5G通信頻段各不相同，適應這個頻段的芯片并不一定能夠適應那個頻段，于是就可能出現尷尬的一幕：出國旅游，5G手機竟然“失靈”了。如何解決5G芯片“水土不服”的問題呢？

近日，電子科技大學電子科學與工程學院（示范性微電子學院）博士生張凈植在2018年國際固態電路會議（ISSCC）上發表論文，提出了一種“基于強耦合變壓器的電流提升技術”，并在此基礎上研發了一款芯片實現了多個頻段全部覆蓋，讓5G“全球通”變成了可能。

ISSCC大會主席、MIT教授Anantha Chandrakasan（右）和多倫多大學教授Kenneth C. Smith為張凈植頒發“Silkroad Award”獎牌

張凈植為論文第一作者，其導師康凱教授為論文通訊作者，電子科技大學為唯一作者單位。據了解，該論文是中國大陸地區發表在該會議上的首篇有關毫米波集成電路設計的論文，為電子科技大學首次以第一作者單位在該會議正文單元上發表的論文。

張凈植同時獲得該會議頒發的“Silkroad Award”，該獎項是頒發給以第一作者身份第一次在這個會議上發表論文的亞太地區的學生。張凈植成為中國大陸地區歷史上第4位獲此殊榮的學生，同時也是大會歷史上第20位獲此獎項的學生。

張凈植研發的這款芯片，源于三年前的偶然發現。2015年，康凱教授正承擔國家5G技術方面的重大專項，張凈植有機會參與其中，負責其中關于頻率源的部分研究任務。

在4G時代，各個國家所用的頻段都在3GHz以下，不少手機生產商采用了多個芯片來覆蓋所有頻段，并且在頻率較低的情況下，器件性能好，即使用一個芯片來覆蓋所有頻段，設計也相對比較簡單。而到了5G時代，不同的國家劃分的應用于5G通信的頻段大大提高，中國用的是24.75-27.5GHz和37-42.5GHz頻段，美國用的是27.5-28.35GHz、37-38.6GHz和38.6-40GHz頻段，歐洲用的是24.25-27.5GHz頻段，日韓則采用26.5-29.5GHz。同一部手機要支持這么多不同的高頻段，是相對困難的，這可能就會導致人們出國旅游時手機無法正常通信。

那么，能否研發一款寬頻帶“通用芯片”全部覆蓋各個不同的高頻段呢？

答案是肯定的。張凈植在國際固態電路會議展示的研究成果，就是兩方小小的“通用芯片”：大的芯片只有910微米×920微米（1微米=10-6米），小的芯片為700微米×670微米，面積都小于1平方毫米，大小相當于一根針的橫截面。

左邊是差分輸出芯片，是核心電路的驗證模塊；右邊是正交輸出芯片，是完整的、可以用于5G系統的芯片

張凈植研發的這種小芯片卻具有“兼容并蓄”的廣闊“胸懷”，極大地提升了注入鎖定倍頻器的工作帶寬。它的專業稱呼是“基于CMOS（互補金屬氧化物半導體）工藝的超寬帶注入鎖定倍頻器”，簡而言之，就是為了解決5G芯片在不同電磁頻段“水土不服”的難題而專門設計的。

在與業界最先進技術的比較中，該技術在僅消耗兩倍功耗的情況下，將工作帶寬提升了5.2倍。它還解決了毫米波頻段中“低相位噪聲信號源的大帶寬設計”挑戰，為毫米波領域超寬帶低相位噪聲信號源設計提供了一個可行方案，對5G通信的高頻段多頻帶應用有著實際意義。

國際固態電路會議是目前國際公認集成電路領域的權威會議，有著“Chip Olympics（芯片奧林匹克）”的雅稱，自1954年成立以來，共發表相關學術論文7500余篇。中國大陸地區作者于2005年發表首篇論文，截至目前在該會議上發表的相關文章有24篇。

此前，電子科技大學碩士生郭開喆、余益明同學（原電子工程學院）和本科生周雄同學（原通信與信息工程學院）的論文曾入選該會議“學生科研前瞻”單元匯報展示。如今，張凈植再次創造歷史，并與來自日本北海道大學的博士生Kodai Ueyoshi共同獲得大會為亞太地區的優秀學生論文設立的“Silkroad Award”獎項。

對于這次研究成果，張凈植十分感激康凱教授及團隊的大力支持。他說，集成電路不同于其他學科，每一次設計完成以后拿出去加工，就沒有改正的機會了。每一次流片的成本都非常大，設計過程中的任何一點小失誤，都可能導致全盤皆輸。正是康凱教授和團隊在芯片設計方面的悉心指導和嚴格要求，以及對流片工作的大力支持，才使他有機會參與到這項重要的研究工作中來，并取得了一定的成績。

“只有肯吃苦、肯拼搏，才能為這個行業做出更多貢獻！”張凈植這樣說，他的研究成果目前還在進一步優化設計中，而且他們的芯片設計從一開始就是面向應用并且和工業界緊密結合的，隨著5G通信時代的到來和各種應用逐漸推廣，此芯片也可能會進入產品化階段，應用到手機和基站，讓5G也可以實現‘全球通’！

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素材來自：電子科技大學官方微信

原標題：電子科大博士生研發“通用芯片”，讓5G通信真正暢享全球