近日，香港中文大学（深圳）理工学院吴亮教授团队分别在集成电路设计领域顶级期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)和顶级会议International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)发表文章。
论文一
论文题目：A 22.8–26.0-GHz VCO With Discriminative-Harmonic-Current-Manipulating for Phase Noise Improvement
论文链接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/10756796
期刊介绍
IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)是集成电路设计领域的顶级期刊，也是中科院JCR分区体系中集成电路领域唯一的一区TOP期刊，以严苛的审稿过程、极具创新的芯片设计、全面而深刻的理论分析著称，投稿要求必须有芯片流片且实际测试指标世界领先。
论文简介
为了满足无线通信不断增长的高数据速率需求，无线收发机通常采用更高阶的调制方式来提高通信数据率。但是更复杂的调制方式需要本振信号（LO）提供更高的频谱纯度，这对压控振荡器（VCO）的相位噪声（PN）性能提出了更高要求。
传统谐波振荡器通常利用谐波电压来降低噪声系数，从而改善振荡器相位噪声。然而，在基频调谐时，谐波的幅度和相位会发生明显变化，导致噪声系数偏离设计最优值，综合性能（FoM）在调谐范围内变化剧烈。为解决这一问题，通常需要同时手动调谐谐波阻抗，以保持谐波电压的幅度和相位基本不变，但是同时调谐基频频率和谐波阻抗大大增加了调谐的难度和时间。
本研究提出了一种基于谐波电流选择实现谐波调谐的谐波振荡器，通过抑制二次谐波电流并增强三次谐波电流，简化了同时需要两种谐波阻抗带来的设计复杂性。同时，设计了较平坦的三次谐波阻抗，使得基频调谐时，三次谐波的幅度和相位在振荡器的调谐范围内基本保持不变。因此，在实现优良综合性能的同时，不需要手动调谐三次谐波阻抗，从而能够在调谐范围内维持稳定的振荡器综合性能（FoM）。在65nmCMOS工艺下，这项研究所提出的VCO调谐范围为22.8–26GHz，相位噪声为–134.6dBc/Hz@10MHz，功耗为7.3–9.7mW，综合性能（FoM）高达193.8dBc/Hz，该性能指标在相似频率现有压控振荡器中属于最高水平。
论文二
论文题目：A 47.3-to-58.4GHz Differential Quasi-Class-E Colpitts Oscillator Achieving 198.8dBc/Hz FoMT
ISSCC 2025 Advance Program:
https://submissions.mirasmart.com/ISSCC2025/PDF/ISSCC2025AdvanceProgram.pdf
会议介绍
ISSCC是国际公认的规模最大、领域内最权威、水平最高的集成电路设计领域学术会议，被誉为集成电路设计领域的“芯片奥林匹克大会”。ISSCC 2025将于明年2月16日至20日在美国旧金山举行。
论文简介
在现代射频通信系统中，本振信号（LO）的质量会直接影响无线通信数据率和误码率，压控振荡器（VCO）作为本振信号的产生器，它的性能直接影响了本振信号的质量。在毫米波频段，随着工作频率升高，无源器件的品质因数会显著降低，尤其在V波段，低品质因数的无源器件严重恶化了压控振荡器的相位噪声，同时寄生电容严重恶化了压控振荡器的调谐范围，最终造成V波段压控振荡器在相位噪声、调谐范围以及功耗之间面临严重的性能权衡，恶化了振荡器综合性能（FoM）。
传统交叉耦合晶体管结构振荡器需要通过减小电感电容尺寸从而振荡在更高频率，但更小的电感尺寸会导致电感品质因数降低，从而恶化振荡器相位噪声；更小的电容尺寸会导致振荡器对寄生电容更敏感，从而恶化调谐范围。
本研究采用变压器耦合的二端口谐振网络结构，较传统结构可采用更大尺寸的电感电容值，帮助改善振荡器相位噪声性能和调谐范围。类E类结构通过调节振荡器晶体管电压电流波形，显著提高了振荡器的能量效率η；同时实现的差分colpitts结构进一步抑制了振荡器相位噪声。在40nm工艺下，这项研究所提出的VCO调谐范围为47.3–58.4GHz，相位噪声为–124.9dBc/Hz@10MHz，功耗为5.5–10.5mW，振荡器调谐综合性能（FoMT）高达198.8dBc/Hz，该性能指标在相似频率现有压控振荡器中属于最高水平。
作者介绍
康泽辉，香港中文大学（深圳）理工学院2024届博士毕业生
宋昌汶权，香港中文大学（深圳）理工学院在读博士生
于陈，香港中文大学（深圳）理工学院在读博士生
吴亮（通讯作者），香港中文大学（深圳）理工学院助理教授
参考文献：
【1】Z. Kang, C. Song, and L. Wu, "A 22.8–26.0-GHz VCO With Discriminative-Harmonic-Current-Manipulating for Phase Noise Improvement," IEEE J. Solid-State Circuits, early access.
【2】C. Song, Z. Kang, C. Yu, and L. Wu, "A 47.3-to-58.4GHz Differential Quasi-Class-E Colpitts Oscillator Achieving 198.8dBc/Hz FoMT," in IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC) Dig. Tech. Papers, San Francisco, CA, USA, Feb. 2025. (accepted)
供稿 | 吴亮教授团队
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