沪科学家做成全世界最小无线信号“喇叭”

　　原标题：全世界最小的无线信号“喇叭”，上海科学家做成了

　　如果将物联网市场比作一场战争，那么各单独物体上的电子记录设备就是一个个堡垒，其上的功率发射器则是各堡垒间协同作战的通讯工具，而将无线信号放大的“喇叭”——功率放大器芯片，对于通讯至关重要。

　　几天前举行的2018国际固态电路会议上，来自复旦大学的研究人员发布最新研究成果，全新设计工艺令全世界最小的“喇叭”成真，已有成品面积小于1.1平方毫米。目前，已有4、5家企业前来洽谈，希望参与进一步应用研发。

　　“全球功率放大器芯片研究，有三个痛点，”复旦大学微电子学院无线集成电路与系统（WiCAS）课题组负责人徐鸿涛教授介绍，降低功耗、降低成本、器件小型化，这三者是研发攻关的目标。而同时，芯片还需保证通讯质量高、时间长、信号稳定，否则各个“物体堡垒”就会变成一盘散沙。

红框内为芯片，面积小于1.1平方毫米 复旦大学供图

　　按照行业传统，多数半导体芯片制作采用目前较为成熟的CMOS工艺，这一工艺有着制作成本低、电路集成度高不可复制的优势。但对于功率放大器芯片来说，想要在保证CMOS工艺优势的基础上高效率实现其高频信号却是一个大挑战，难度不亚于在盐碱地上种果树。而曾经就职于英特尔研究院，有着工业背景的徐鸿涛看来，这片“盐碱地”上，不仅要“开荒”，要“种活”果树，还要“丰收”，也就是使基础研发等成果在产业应用中广泛普及，为量产做好准备。

　　日前，该课题组在高性能互补金属氧化物半导体（CMOS）数字功率放大器设计方面取得研究突破，提出了新型数字式射频功率合成技术，成功开发出瓦级双频带CMOS数字多赫蒂（Doherty）功率放大器芯片。 为了提升功率放大器芯片的效率和性能，课题组提出了一种新型数字式射频功率合成技术，为芯片搭建从未有人提出和使用过的新架构，在采用CMOS工艺、达到瓦级功率、双频带和单模块四大特点的帮助下，为高效低耗的目标实现提供了保障。一方面，这一设计工艺通过数字来模拟实现高频信号的方法，克服了CMOS工艺做射频电路较难的障碍。另一方面也解决了主从控制、匹配网络设计等问题，实现了瓦级功率。这在功率放大器芯片设计领域，特别是数字架构中并不多见。

　　值得一提的是，在一般的无线通信中有两个频带存在。以往会有两个发射机来实现两个频带的发射，而该技术实现了两个频带由一个发射机发射，节省成本的同时使芯片缩小了一半。同时，这枚只有一个模块的数字化芯片，可以轻松实现传统芯片中多模块才能实现的功能。与国内外最新的研究成果相比，该芯片以最小的面积实现了近瓦级的输出功率、双频带覆盖以及业界最高的平均发射效率，成本更低、功耗更低，而后者，更意味着，一台设备安装若安装这一芯片，可以减少人力和维护成本，单位能量下的工作周期从几周有望延伸至几年。