集成电路学院团队与清华大学合作在CMOS太赫兹芯片领域取得新进展

近日，湖南大学集成电路学院吴伟平副教授团队与清华大学集成电路学院张雷副教授团队合作，在太赫兹宽带集成电路领域取得新进展，实现硅基CMOS 300GHz太赫兹源输出功率与接收机系统带宽的双重突破，相关论文发表于集成电路顶级期刊JSSC。

太赫兹频段凭借丰富的频谱资源、超大的连续带宽以及亚毫米级的波长，为未来超高速短距无线通信和数据中心高速、高密度互联提供了新的技术路径。近年来，IEEE 802.15.3d针对超高速点对点通信定义了252.72–321.84 GHz标准化基础频段。然而，300 GHz频段下CMOS有源器件增益和无源器件损耗显著退化，太赫兹信号源产生以及超宽带高阶信号解调与传输面临显著挑战。

图1 (a) 太赫兹源芯片 (b) 太赫兹接收机系统芯片

针对上述挑战，研究团队从系统架构和关键模块两个层面提出了创新解决方案。在系统架构层面，提出一种射频域正交接收架构，将正交信号生成从本振域转移至射频域，从而在射频前端同时实现宽带输入匹配、正交信号生成和功率分配，大幅降低本振链路的宽带正交信号生成要求，为超宽带太赫兹接收机提供了新的架构选择。在太赫兹源产生层面，提出谐波增强型本振链路，该结构采用双平衡自混频三倍频器，并结合谐波调谐和宽带驱动级，提升了本振链路的高频输出能力与有效带宽。测试结果显示，本振链路带宽覆盖218–292 GHz，峰值输出功率达到4.27 dBm；在228–310 GHz范围内，高次谐波抑制比超过26 dBc，为宽带接收机提供了高质量本振信号。接收机系统集成了射频前端、本振链路与模拟基带，实现228-324GHz带宽，覆盖IEEE 802.15.3d标准带宽。

图2 (a) 太赫兹源芯片测试结果 (b) 太赫兹接收机系统芯片测试结果

图3 太赫兹接收机系统芯片性能总结与对比

相关成果以“An H-Band Continuous Broadband RF-Domain Quadrature Receiver Using a Harmonic-Enhanced LO Generator in 65-nm CMOS”为题，发表于集成电路领域顶尖期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）。

湖南大学集成电路学院吴伟平副教授为论文第一作者，清华大学集成电路学院张雷副教授为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目、长沙市自然科学基金、中央高校科研启动经费项目的支持。

责任编辑：马晓倩