【汇总】高效率 CMOS 功放研究成果,登上国际顶级期刊
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来源:集微网
电子科技大学团队发表超宽带高效率CMOS功放研究成果;华中科技大学团队发表指数衰减电流型有源门极驱动芯片和亚mV级纹波集成调压器芯片研究成果;上海交大团队评估计算机化工作记忆训练效果。

1、电子科技大学科研团队在IEEE JSSC发表超宽带高效率CMOS功放研究成果

2、华中科技大学:童乔凌和闵闰教授团队在CICC 2026发表两项研究成果

3、上海交大心理学院陈安涛课题组系统评估计算机化工作记忆训练的行为增益、关键参数及神经机制


1、电子科技大学科研团队在IEEE JSSC发表超宽带高效率CMOS功放研究成果

近日,电子科学与工程学院数字射频混合集成电路团队在集成电路设计领域顶级期刊《IEEE Journal of Solid-State Circuits》(JSSC)上发表了题为“A 2-18 GHz High-Efficiency CMOS Nonuniform Distributed Power Amplifier With a Novel Reconfigurable Inductive Termination”的研究论文。电子学院2022级硕士毕业生逄博为该论文第一作者,其导师游飞教授为通讯作者。

现代相控阵雷达等系统对射频前端模组提出了超宽带、高效率及高集成的严苛要求。传统非均匀行波放大器(NDPA)在多倍频程带宽内,由于人工传输线的传统拓扑结构无法完全吸收在多倍频程范围内大幅变化的器件寄生电容,通常会导致NDPA高频段效率出现剧烈下降,限制了全带宽内的效率表现。

本研究针对上述挑战,基于传输线最佳终端阻抗的理论分析,揭示了反射终端阻抗的基本设计原则;并在CMOS电路实现层面提出了一种新型可重构的、宽带性能改进的阻抗终端解决方案;在负载终端集成开关重构的电感,以实现NDPA 在低通与带通特性之间的灵活切换。

NDPA反射终端电阻的设计方法在既有文献中未见系统理论性的阐述,其设计准则没有明确,该理论缺陷长期限制NDPA宽带设计性能的发挥。针对其宽带阻抗匹配难题,研究团队从理论入手推导并建立了一套显式公式,通过人为引入受控终端电阻RD来解除传统的边界条件限制,明确了前向输出功率PF与终端电阻RD之间的函数关系,为实现全频段最优功率容量与匹配电路设计提供了核心理论支撑。

同时通过阻抗变换原理利用百pH级小电感实现了nH级别的终端等效电感,有效补偿了高频段的残余寄生电容,使高频段 PAE 提升达14%。同时由于开关放置于行波反射终端而非主信号路径,极大降低了由开关插入损耗带来的功率衰减。

基于65-nm CMOS工艺,团队研制的功放芯片在1.9-18 GHz带宽内实现了22.8 dB的峰值增益,饱和输出功率达到18.9-21.5 dBm,最高效率(PAE)达 34.5%,在无线性化预处理的情况下800 MHz 64-QAM调制信号EVM可达6.6%。该成果在多倍频程带宽下,实现了同类硅基行波功放中领先的功率效率与增益面积密度比。

近三年来,

数字射频混合集成电路团队

游飞教授课题小组已在 IEEE TMTT及 IEEE MWTL等领域内顶级期刊上发表了关于高效率CMOS功放和模拟线性化技术的相关学术论文8篇,发掘了具备信号处理能力的高性能射频集成电路设计方法的应用价值。

2、华中科技大学:童乔凌和闵闰教授团队在CICC 2026发表两项研究成果

IEEE定制集成电路大会(CICC)是集成电路设计领域的顶级会议之一,是国际半导体技术领军企业和国际顶尖高校发布最新技术进展的重要舞台。2026年CICC大会于4月19日-23日在美国西雅图召开。

集成电路学院童乔凌教授、闵闰教授团队两项研究成果被大会接收并作口头报告:“An Exponential-Decaying Current Gate Driver Achieving Ultra-Low Voltage Overshoot and 29.2% Cycle Loss Reduction for 1200V SiC MOSFET”(成果一)和“Σ-Structure Ripple-Cancellation Switching Regulator with Automatic Ripple Calibration Achieving Sub-mV Output Voltage Ripple”(成果二)。成果一展示了一种指数衰减电流型有源门极驱动芯片,成果二展示了一种亚mV级纹波集成调压器芯片。

集成电路学院博士后张德生和博士生徐浩然分别为两篇论文的第一作者,童乔凌教授和闵闰教授为两篇论文的共同通讯作者,集成电路学院为论文第一完成单位。

成果一:指数衰减电流型有源门极驱动芯片

针对新能源汽车与可再生能源系统中使用的SiC MOSFET功率开关器件,设计了一种指数衰减电流型有源门极驱动芯片,通过补偿非线性变化的栅漏电容 CGD与跨导 GM,有效抑制 SiC MOSFET 开关瞬态的电压和电流过冲。该设计引入漏源电压 VDS 峰值直接反馈与跨周期调节电路,精准控制指数衰减电流幅值,保障 1200 V SiC MOSFET 在 1000 V 直流母线电压下稳定可靠工作。该芯片采用180 nm BCD工艺制造,实测在 1000 V/60 A 工况下,电压过冲被抑制至 80 V,开关损耗降低29.2%。相比现有的研究文献成果,该论文首次对SiC MOSFET的非线性CGD和GM进行了补偿,实现了更低的电压过冲和损耗。

(a)

(b)

图1 (a)芯片die照片(b)电压过冲与开关损耗优化对比

图2 成果一与其他文献的对比

成果二:亚mV级纹波集成调压器芯片

针对5G-NR射频电路与模拟前端电路的低噪声供电需求,设计了一种亚mV级纹波集成调压器芯片。该成果基于σ-buck架构,提出基于反馈的自动纹波校准技术,通过低压辅助支路提供互补电流,消除主要纹波;同时提出基于前馈的有源非线性纹波解耦器,消除了寄生效应引起的残余纹波。该芯片采用180 nm BCD工艺制造,搭配极小尺寸的无源滤波元件,可在12V-35V宽输入电压范围内实现700μV的输出电压纹波。相比现有文献,该成果的无源滤波器件需求极低,并首次将输出电压纹波抑制至亚mV级。

图3 (a)具备ARC和ANRD的Σ-buck架构(b)Σ-buck架构的调压器芯片(c)无源滤波器件需求对比

(a) (b)

图4 芯片测试结果:输出电压纹波降低至 700 μV (a)传统buck策略(b)提出的策略

图5 成果二与其他文献的对比

3、上海交大心理学院陈安涛课题组系统评估计算机化工作记忆训练的行为增益、关键参数及神经机制

近日,上海交通大学心理学院陈安涛教授团队系统整合了计算机化工作记忆训练领域的行为学与神经影像学证据,首次在同一元分析框架下,同时考察了其行为效果、训练参数、迁移机制及神经相关基础,为理解数字化认知训练如何促进认知健康提供了新的综合证据。该研究成果近期发表于数字医学领域高影响力期刊npj Digital Medicine(大类1区top,影响因子15.1)。

工作记忆是人类认知系统的核心成分之一,承担信息短时保持与在线加工的重要功能,并与注意控制、执行功能和推理能力密切相关。从课堂学习到日常决策,从问题解决到目标维持,工作记忆始终在背后支撑着个体的认知运转。随着年龄增长以及疾病、应激等不利因素的累积,认知功能常出现多维度下降。传统药物干预在延缓认知衰退方面仍存在局限,因此,低风险、可推广、可长期实施的非药物干预日益受到关注。计算机化工作记忆训练因具有标准化实施、过程可监测、难度可自适应调整等优势,被视为数字医学背景下具有应用前景的认知干预方式。然而,既往关于工作记忆训练的综述多聚焦单一层面的行为结果,或仅从神经影像角度讨论训练效应,尚缺乏将行为收益与脑功能变化纳入统一分析框架的研究。围绕这一问题,研究系统检索PubMed、Web of Science、PsycINFO、MEDLINE和Embase等数据库,最终纳入45项符合标准的神经影像研究,共涉及1492名参与者,平均年龄33.71岁,涵盖认知健康人群及部分认知受损群体。研究同时采用多变量元分析与基于坐标的脑影像元分析,对计算机化工作记忆训练的效果进行综合评估。

研究结果显示,与对照组相比,计算机化工作记忆训练可显著提升个体在认知任务中的表现,呈现出中等程度的总体行为效应(Hedges’g = 0.503,95% CI [0.363–0.642])。在脑功能层面,训练后任务相关激活在多个关键脑区呈现稳定下降,主要涉及左侧角回、双侧额上回、右侧顶下小叶、左侧小脑及右侧额中回。上述结果表明,计算机化工作记忆训练不仅能够带来行为层面的认知收益,还伴随着大脑功能募集模式的相应调整。

进一步分析发现,任务类型、训练依从性、总训练剂量和年龄是影响计算机化工作记忆训练效果的重要因素。具体而言,相较于未训练任务,训练任务上的行为增益更为显著;总训练剂量越高,个体的行为改善越明显,同时额上回激活下降幅度也越大;训练依从性越高,神经调节效应越显著。年龄虽然未显著调节行为改善,但年龄较大的参与者在右侧额中回表现出更明显的激活下降。上述结果表明,计算机化工作记忆训练的效果不仅取决于是否接受训练,还与训练剂量、完成质量以及任务类型和适用人群等因素密切相关。值得注意的是,研究进一步发现,左侧角回激活下降与认知行为改善显著相关,提示该脑区可能是连接训练与认知收益的重要神经节点。与此同时,左侧角回与右侧顶下小叶、左侧小脑之间,以及额上回与右侧顶下小叶、右侧额中回之间,均表现出显著的跨区域协同变化。这表明,计算机化工作记忆训练的作用并非局限于单一脑区,而更可能通过调节额顶叶—小脑相关网络的整体功能组织方式,促进认知加工效率的提升。

基于上述发现,研究认为计算机化工作记忆训练具有较好的可扩展性和转化潜力,可作为支持认知健康的数字化干预框架。尤其是训练剂量和依从性可以通过数字平台进行客观量化与动态监测,这为未来开发个体化、可持续优化的认知训练方案提供了现实基础。与此同时,研究也指出,当前证据主要来源于任务行为表现和任务相关脑激活,训练收益能否进一步迁移到日常生活中的真实认知功能改善,仍有待后续研究深入检验。论文通讯作者为上海交通大学心理学院陈安涛教授。本研究得到国家自然科学基金项目(32371105, 32541017)的资助。