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(1)射频集成电路(RFIC)设计及CAD技术研究

   1. RFIC CAD基础技术研究和工具开发。建成针对国内先进半导体工艺的模型库开发平台,在硅基及化合物半导体工艺器件建模方面取得系列自主知识产权成果,整体水平达到国内领先、部分成果系国际上首次提出。

(1)发展面向硅集成电路工艺模型库开发的成套技术,开发出CMOS/BiCMOS工艺片上螺旋电感、MOSFET、BJT/SiGe HBT、变压器、传输线等基础元器件/结构模型和模型库,直接支持了如华虹NEC 0.35、0.18um BiCMOS模型库开发、58所0.5um 抗辐照BiCMOS工艺模型库开发、771所BiCMOS模型库开发、以及上海集成电路研发中心铜工艺片上螺旋电感模型库开发;支持了多个国家重大专项课题任务的完成。

(2)发展出针对GaAs、GaN、InP 基HEMT/HBT器件完全自主知识产权模型和模型库技术,相应模型和模型库技术在包括13所、55所工艺得到应用验证;开发所得GaN HEMT大信号模型,为台湾稳懋GaAs功率PHEMT工艺采纳进行应用测试,并形成于当前标准EEHEMT模型的参考模型库。

(3)开发所得核心技术,通过和国际EDA工具商(Accelicon)合作,开发出集成于该公司模型参数提取工具MBP的射频MOSFET和螺旋电感模型工具包,该工具于2012年底被美国Agilent收购。

(4)针对RF CMOS工艺模型库开发,提出新方法、结构、以及微波毫米波段模型方法等,在IEEE EDL、TMTT、IMS、SISPAD、半导体学报等国内外核心刊物/会议发表论文50余篇,获得国家发明专利10余项,获省科技成果2等奖一项,教学成果1、2等奖多次。

    2. 射频收发模块和射频系统共性、关键技术研究。建成国内领先、国际先进的射频、微波毫米波集成电路设计和研发平台,设计出多款集成电路芯片性能达到国际先进水平,并获得产业化应用。

(1)在集成放大器电路方面,课题组实现了多种窄带(2.4GHz、5.8GHz)、宽带(DC~4GHz、1.5~4GHz、DC~10GHz)和多波段(2.4/5.2/5.8GHz)低噪声放大器、多种功率放大器(915MHz、1.96GHz、2.4GHz)等RFIC关键模块的研制,并得到了较好的测试结果。提出了一种基于组合开关控制的可变增益和输出功率的功率放大器设计技术,实现的芯片在915MHz工作时,其输出1dB压缩功率(P1dB)为9.3~20.3dBm,相应的Pgain和PAE分别变化为10.5~27dB和4.1%~36.5%;提出了一种采用偏置电压嵌位的集成功率放大器片内线性化技术,能使偏置电路补偿由RF输入信号所引起的非线性的影响,有效展宽功率放大器的功率增益,改善其线性度。

(2)在集成振荡器电路方面,提出了一种粗调和细调相结合、与标准CMOS数字工艺兼容的宽频带环形压控振荡器结构,这种结构有效克服了传统环形振荡器调谐增益过高导致相位噪声性能较差的缺点,能同时实现低噪声和宽频带,该压控振荡器的调谐范围为78%,优值达-169dBc/Hz;提出了一种低功耗吞吐脉冲式多模分频器结构,利用不同工作状态下的时序特征来实现冗余D触发器的power-off,该分频器结构相对传统结构可节省功耗40%。基于上述成果,采用SMIC 65nm CMOS工艺,实现了频率范围为1.08GHz~0.46GHz、RMS jitter小于3ps的锁相环,该锁相环与标准数字CMOS工艺兼容且单片集成,可为超高速数字集成电路提供高品质的时钟。

(3)采用集成电路技术开展了毫米波/太赫兹集成电路和系统的研究,突破了集成电路设计在毫米波/太赫兹频段基于全波电磁仿真的电路/版图一体化设计方法,研制成功了多种关键模块电路,包括宽带低噪声放大器电路芯片(53~70GHz)、宽带次谐波混频器电路芯片(56~68GHz)和压控振荡器电路芯片(74.4~76.4GHz)等。其中,研制的宽带低噪声放大器在53~70GHz频段放大增益大于30dB,达到了国际先进水平。目前,140GHz的关键电路芯片(低噪声放大器芯片、混频器和压控振荡器等)也已完成了设计,后续将开展相应的测试验证和系统应用。