<strong>隨著無線通信技術的飛速發展，當你還在享受4G帶來的快感時， 5G網絡已經悄然來臨！

5G即第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，它不僅有高清電影"秒"下載的高速率，還有終端到基站1毫秒、終端到服務器10毫秒的低延時的特性。VR、AR、無人駕駛和遠程手術也將借5G網絡走進更多人的生活。

2018上半年，工信部信息通信發展司司長聞庫在數字中國建設峰會上透露，我國有望在明年下半年推出第一款5G手機。而到2020年，5G網絡將正式投入商用，屆時，將有越來越多的人用上5G手機。

<strong>然而，由於不同國家劃分的5G通信頻段各不相同，適應這個頻段的芯片並不一定適應那個頻段，於是就可能出現尷尬的一幕：出國後，5G手機"失靈"了。

針對這一可能性現狀，<strong>電子科技大學電子科學與工程學院（示範性微電子學院）博士生張淨植在2018年國際固態電路會議（ISSCC）上發表論文：A 22.8-to-43.2GHz Tuning-Less Injection-Locked Frequency Tripler Using Injection-Current Boosting with 76.4% Locking Range for Multiband 5G Applications，提出了一種"基於強耦合變壓器的電流提升技術"，<strong>初步實現了用一款芯片覆蓋多個頻段，讓5G通信"全球通"變成了可能，一起來看看他的探索之路。

<strong>偶然發現|5G芯片"水土不服"

2015年，張淨植的導師康凱正承擔國家5G技術方面的一個重大專項，他有機會參與其中，負責頻率源方面的部分研究任務。恰巧是因為這次研究，讓他將目光鎖定在5G芯片上。

張淨植髮現，<strong>目前不同國家劃分的應用於5G通信的頻段各不相同。比如，中國用的是24.75GHz-27.5GHz和37GHz-42.5GHz頻段，美國用的是27.5GHz-28.35GHz、37GHz-38.6GHz和38.6GHz-40GHz頻段，歐洲用的是24.25GHz-27.5GHz頻段，日韓則採用26.5GHz-29.5GHz。也就是說，如果5G手機的芯片不支持這麼多不同頻段，出國後就無法正常通信了。

究竟能否研發一款寬頻帶"通用芯片"全部覆蓋以上各個不同頻段呢？張淨植萌生出這樣的想法。在得到導師的支持與指導後，他開始了5G芯片的探索之路。

<strong>一波三折|兩次流片"等待許久"

起初，張淨植想到，輸入電流和工作帶寬是正相關的，如果要提高電路的帶寬，就得想辦法增強輸入電流，而要增強輸入電流，一種方法是增大輸入信號，但一般而言，外部給的輸入信號大小是固定的，所以此路不通；還有一種方法，就是提高輸入極的增益，但業界已經把輸入極優化得很好，想進一步提升基本也不太可能。

他嘗試了很多種思路，都以失敗告終，但他沒有停止放棄，而是在前人的基礎上進行了突破：用無源電路提升電流，然後插入一個變壓器，這樣是否就可以在使電流提高N倍的同時也把帶寬提高N倍呢？

按照這個想法，張淨植和他的團隊經過三個月的努力，於2016年12月完成芯片設計，並進行了第一次流片（即像流水線一樣通過一系列工藝步驟製造芯片）。

經過三個月的等待，張淨植終於拿到了芯片，他立刻進行測試，結果出乎意料：<strong>與當時國內外最新的研究成果相比，他們的研究在性能上已經遠遠勝出。此前，業界做出的芯片工作帶寬大概在10%-30%之間，而他們的芯片帶寬可以達到60%以上。

此時，在導師康凱的指導下，張淨植開始再次對芯片進行優化設計和第二次流片。但這次比起上次而言，更要困難許多。首先，沒有項目支撐就是頭等大問題，他經過許多周折向國內外其他單位尋求支持後，才得以進行。

"做芯片一般要依次完成原理圖、版圖、模塊級聯，最後才是總版並進行評估。"張淨植說，但到了2017年4月，他們才剛做到模塊級聯環節，進度比預期慢很多。"不過，考慮到芯片設計不容有失，否則流片就會功虧一簣，所以我們也沒有急於求成，最終於當年5月才完成第二版設計。"

又是一個漫長的三個月等待，好在辛苦沒有白費。當拿到第二版芯片後，張淨植和團隊成員花了一週時間測試芯片的性能，這才有機會完成論文並將其投給ISSCC。

<strong>大放異彩|小小芯片"能量滿滿"

今年2月，<strong>國際固態電路會議(ISSCC)正式召開，張淨植的論文得以發表。這不僅是電子科技大學首次以第一作者單位在此會議上發表論文，<strong>也使得電子科技大學成為繼清華大學和復旦大學後中國大陸第3所在該會議發表論文的高校。

張淨植本人也獲得該會議頒發的"絲綢之路獎"（Silkroad Award），該獎項是頒發給以第一作者身份第一次在這個會議上發表論文的亞太地區學生的。從此，<strong>張淨植成為中國大陸地區歷史上第4位獲此殊榮的學生，同時也是大會歷史上第20位獲此獎項的學生。

他的研究成果，僅是兩方小小的"通用芯片"：大的芯片只有910微米×920微米，小的芯片為700微米×670微米，面積都小於1平方毫米，大小相當於一根繡花針的橫截面。

<strong>但恰巧是這種小小的芯片，解決了5G芯片在不同電磁頻段"水土不服"的難題，在與業界最先進技術的比較中，該技術在僅消耗兩倍功耗的情況下，將工作帶寬提升了5.2倍，同時還解決了毫米波頻段中"低相位噪聲信號源的大帶寬設計"難題，為毫米波領域超寬帶低相位噪聲信號源設計提供了一個可行方案，對5G通信的高頻段多頻帶應用有著實際意義。

"做這一行非常累，要做好足夠的心理準備，熬夜也是常有的。只有肯吃苦、肯拼搏，才能為這個行業做出更多貢獻。"張淨植說，目前團隊正在進一步優化設計，準備做第三版設計和流片工作，"我們的芯片設計從一開始就是面向應用並且和工業界緊密結合的，隨著5G通信時代的到來和各種應用逐漸推廣，我們的芯片也將迎來更好的發展機遇"。

<strong>延伸閱讀：

張淨植是電子科學與工程學院2015級直博生，主要研究方向為硅基射頻毫米波集成電路，專注於毫米波頻率源和相控陣射頻收發機研究。除此篇論文外，該同學還在IEEE固態電路社區旗艦會議射頻集成電路年度會議（RFIC）中發表過研究論文。曾任原電子工程學院創新創業中心（電信科協）會長，多次獲得全國電子設計競賽一等獎，並於2015年獲得四川省優秀畢業生稱號。曾代表電子科技大學足球隊獲得四川省大學生校園足球賽冠軍。

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素材來自電子科技大學官網、網易新聞、漳州新聞網

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