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项目名称:60 GHz CMOS 锁相环高端芯片

 申报单位:浙江大学信电学院   人:韩雁

项目简介

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 在过去的半个世纪以来,整个人类社会的生活方式已经被无线通信技术的急速发展所彻底改变。但蓝牙、室内RF、WiFi、UWB协议所能提供的数据传输率都小于1Gbps,使得这些技术的发展已经被自身所固有的瓶颈所限制。因此进入21世纪以来,向公众开放了60 GHz的无线通信频段并可以免费使用。一时间,60 GHz的无线通信成了人们研究的热点。比如在无人驾驶技术的自适应巡航系统中,60 GHz以上的雷达成为关键组件;在军事保密通信方面,因为60 GHz是高衰减峰,远距离或定向范围之外就有极大衰减,因而不易被敌方截获。在60 GHz无线通信技术中,无线收发机是其硬件载体,而锁相环是无线收发机中的关键模块,其性能影响且决定着整个收发机的信号带宽和信噪比等指标。本项目基于国内设计、国内制造和国内测试,实现了国内首款具有完全自主知识产权的全国产化60 GHz 锁相环高端芯片,浙大人打破了国内高端芯片只能依赖进口的魔咒,实现了零的突破。并以此为基础,将继续攻克60 GHz功率放大器、混频器和低噪声放大器等其它高端芯片,搭建60 GHz无线收发整机系统,占领无线通信前沿技术的制高点。也实现了《国家中长期科技发展纲要》确定的16个重大科技专项中的第一个“核高基(核心器件、高端芯片与基础软件)”目标。

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科学解读

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 无线通讯技术的飞速发展彻底改变了人们的生活。从1901年的跨大西洋无线实验之后,无线通信技术便展现了出了它的无穷魅力。无线通信技术从当时的无线电报技术快速演变升级到现在的移动互联网等。同时随着无线通讯技术的不断发展升级,它的成本也在不断降低,这加速了无线通信技术的普及。今天,无线通讯技术已经彻底进入了民众的日常生活。近年来,随着物联网概念的普及,无线通讯技术也变得越来越重要。

在1999年,人们提出了最早的无线通信标准IEEE 802.11b,之后它便迅速升级换代到了IEEE 802.15.3c标准,时间间隔仅有二十几年。人们对于更高的数据传输速率的需求是无线通信标准迅速升级换代的主要动力。

根据Edholm定律预测,为了满足技术发展需要,无线传输数据速率需要每18个月增加一倍。对无线传输数据速率的苛刻要求已经对无线通信技术的发展提出了巨大的挑战。在2001年,为了突破现有无线通信技术的瓶颈,追求更高的数据传输速率,通信标准委员会制定了60 GHz无线通信标准,并且规定这个频段可以免费使用。这是因为电磁波在60 GHz频率有着比其他低频段更高的空间路径损耗。不过更大的衰减也意味着系统更加安全,因为一个特定的60 GHz无线电信号可以快速衰减,它不容易被其他系统监听到,同时它也不会干扰到附近现有的通信系统。因此,基于60 GHz的高速率无线传输为无线个人局域网 (WPAN)、车载雷达、军事保密通信的发展提供了基础条件。而且60 GHz频谱可以免费使用,消费者不需要承担昂贵的频谱使用费,所以它吸引了许多研究团体和公司进入到 60 GHz 无线通信的研究中来。

国内研究者面临的挑战是:即使能将低频段上普遍适用的电路架构移植到60 GHz频段上,国内代工厂(芯片制造商)也没有提供覆盖这个频段的仿真模型来验证该电路的可行性。国内最先进的代工厂对外宣称的可加工制造的频率范围为20 GHz及以下。为此,国内的设计人员只能到国外寻求加工制造。国外在芯片技术上扼住我们喉咙的问题一直没有解决。

本项目的闪光点就在于解决了国内设计和制造一体化的难题,使得国产60 GHz高端射频芯片不但能够在国内完成设计,而且还能够在国内制造出来,打破了国外在制造技术方面的垄断。

芯片技术其实体现了一个国家的综合实力。在本项目的研发过程中,我们还发现了美国对我们高科技领域实施的技术封锁无所不在,看到了中美之间没有硝烟的战争:比如我们选择国内最先进的芯片制造公司加工制造芯片,由于公司的生产设备大多进口于美国,因此美国要求采购者签订遵守这些设备的“出口限制条款”。长长的List明确规定了中方不得用这些设备加工制造与军事相关的芯片,以及每种高端芯片的哪些参数达到了哪些指标时,不得用这些设备制造。不仅如此,还委派了一个第三国的日本人在公司担任鉴别把关之职。对于本项目的锁相环而言,“出口限制条例”上明载:如果频率达到56 GHz之上,带宽就不得超过2.5 GHz。为此,我们只能将带宽设计在了2.5 GHz之下,以通过该日本人的审查。这项限制对我们在国际上发表高水平的文章十分不利,但反过来也说明我们的研发水平已经触碰到了美国能够容忍的底线。芯片技术确实是一个系统工程,有待各行各业(尤其是国内设备制造业)的共同努力与突破。

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项目团队

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 项目负责人韩雁博士,浙大微电子学院微纳电子研究所教授、博导。中国半导体行业协会IC分会理事、浙江省电源学会常务理事、半导体行业协会常务理事、电子学会理事。带领团队长期从事微电子学科及集成电路设计方向的教学科研工作,承担过国家863 IC设计重大专项、国家科技重大专项、国家自然科学基金项目、教育部博士点基金、浙江省自然科学基金、重大横向课题、海外合作项目在内的六十多项科研项目。出版论著八部,译著一部,在国际顶级期刊JSSC、EDL及其它学术期刊上发表论文150余篇,申请专利90项,获授权发明专利76项(含美日授权专利3项)。

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  • 评论人:杜朋伟 评论时间:2018-04-25
    0
    评论内容:很好
  • 评论人:施叶昕 评论时间:2018-04-24
    0
    评论内容:支持国芯
  • 评论人:方明虎 评论时间:2018-04-24
    0
    评论内容:点赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-24
    0
    评论内容:非常好
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-23
    0
    评论内容:点赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-23
    0
    评论内容:电焊工的希望
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-21
    0
    评论内容:希望核高基越来越多
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-19
    0
    评论内容:点赞
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-19
    2
    评论内容:很有难度,很有意义
  • 评论人:叶志 评论时间:2018-04-19
    3
    评论内容:韩老师威武!高端芯片现已成为国之命门,为中国芯,为实干的韩老师团队加油↖(^ω^)↗!
  • 评论人:叶志 评论时间:2018-04-19
    1
    评论内容:韩老师威武!高端芯片现已成国之命门,为中国芯、为实干的韩老师团队加油!
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-18
    3
    评论内容:点赞!!!
  • 评论人:郭清 评论时间:2018-04-18
    1
    评论内容:厉害!祝贺韩老师团队取得这么好的成果。
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-18
    1
    评论内容:非常有意义!
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-18
    0
    评论内容:希望有更多类似这样的高性能关键核心芯片处世!
  • 评论人:韩雁 评论时间:2018-04-18
    4
    评论内容:补充说明:我们做这个项目的出发点是获得完全的自主知识产权,在设计和制造两方面都不受制于人,所以我们强调的是“基于国内制造的首款60 GHz 锁相环”。在我们之前的国内60 GHz 锁相环都是国内设计、境外制造的。因为我们选择的是国内最先进的工艺生产线,是当时大陆唯一一家对外开放40 nm 工艺的公司,他们说没有60 GHz的模型,也从未做过20 GHz 以上的芯片。因此我们是第一家。注:此处所说国内是指境内或大陆,未包含台湾。
  • 评论人:马梦娇 评论时间:2018-04-18
    4
    评论内容:好
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-18
    1
    评论内容:支持~
  • 评论人:匿名 评论时间:2018-04-17
    1
    评论内容:棒
  • 评论人:徐胜前 评论时间:2018-04-17
    1
    评论内容:感觉很厉害
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