💡这项突破是什么?
近日，在国家‘四个面向’战略导向的引领下，天津大学微电子学院互联感知集成电路与系统团队，面向‘十五五’规划5G/6G通信、脑机接口等关键领域，紧密围绕提升我国科技自主创新能力和服务国家重大需求展开了系统的研究工作，完成了六项突破性成果。这些研究成果在微电子学与集成电路领域国际顶级期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)上发表，展现了团队在前沿技术领域的创新与贡献。JSSC创刊于1966年，是集成电路领域公认影响力最大的国际顶级学术期刊之一。具体成果简介分别如下：
成果一：面向神经调控系统的时空电刺激器芯片
神经电刺激器作为神经调控系统的重要组成之一，在医疗康复和脑认知研究等方面有着广泛的应用前景。近年来，随着多通道神经调控的发展，基于时空刺激序列的新型刺激模式备受关注。其中，双极刺激相比于单极刺激更易实现高空间分辨率，有利于精准调控，更加适合时空刺激场景。然而，双极刺激器中沿用传统电荷平衡方法时出现‘无效电荷平衡’的问题，存在潜在的电极腐蚀和组织损伤等安全风险。
针对这一问题，天津大学团队研制了一款新型神经电刺激器芯片，提出一种创新的三极刺激器结构及基于该结构的有源电荷平衡技术，最终使残余电压‘有效’控制在安全窗口以内。基于以上技术，团队采用0.18 μm CMOS工艺完成了流片验证，并进行了电学与溶液测试以及动物实验。电学和溶液测试结果表明，刺激器的最大电压顺应性为±10.4V，刺激电流输出范围为0.1~2.8mA。在多个通道同时进行刺激下，所有电极的残余电压控制在±7.5mV以内，实现了有效的电荷平衡。进一步的大鼠脊髓刺激实验中，该芯片成功诱发了后肢屈曲与伸展动作，充分证明了所研制神经电刺激器在实际神经调控应用中的功能可行性与应用潜力。与现有先进技术相比，所提出的刺激器是首个同时实现高空间分辨率并且在时空刺激条件下进行有效的双极刺激中电荷平衡的设计。
该工作以‘A Tripolar Spatiotemporal Stimulator With Return-Electrode-Based Charge-Pack Injection Technique for Charge Imbalance Correction’为题在线发表，第一作者为25届硕士毕业生吴家磊，通讯作者为王科平教授。
成果二：Ka波段高精度可变增益移相器芯片
毫米波相控阵在5G移动通信、雷达与高精度感知等应用中扮演着核心角色，其中Ka波段收发机前端对‘相位-幅度双精度可控’的射频芯片提出了极高要求。传统矢量合成式移相器往往需要在移相分辨率、幅度动态范围、功耗与电路复杂度之间做艰难权衡；同时，可变增益放大器（VGA）在不同偏置电流下端口阻抗显著变化，会劣化IQ信号发生器的幅相平衡，导致移相器在宽频段内难以兼顾高精度与高集成度。
针对上述瓶颈，天津大学团队提出了一种基于阻抗恒定矢量调制的Ka波段可变增益移相器。该设计在0.13 μm SiGe BiCMOS工艺下实现，创新性地引入负反馈磁耦合补偿结构构建阻抗恒定VGA，通过耦合电感与反馈电阻协同作用，有效抑制不同增益状态及偏置电流下VGA输入、输出端口阻抗的变化，从源头保障IQ发生器的幅相精度。芯片工作在32–38 GHz频段，支持7位、全360°相位分辨率以及4位、7.5 dB动态范围的增益调节。测量结果表明，在相移模式下，中心频率35.5 GHz处的RMS相位/幅度误差分别仅为0.33°/0.10 dB，在可变增益模式下则进一步压缩至0.23°/0.08 dB，且在全频段内RMS相位/幅度误差均小于约1.9°/0.93 dB。芯片核心面积约0.51 mm²（版图尺寸约1062 × 534 μm²），直流功耗仅为7.4–12.2 mW，同时保持稳定的输出IP1dB（-5.2至-6.5 dBm），在宽带、高精度及低功耗等指标上均达到国际先进水平，为新一代高精度毫米波相控阵前端提供了紧凑、高集成度的相控解决方案。
该工作以‘Design and Analysis of Ka-Band Variable-Gain Phase Shifter with Impedance-Invariant Vector Modulation’为题发表，第一作者为博士生张庆哲，通讯作者为王科平教授。
成果三：无反射式超宽带抗阻塞接收机芯片
随着跨频段应用需求的增加以及电磁环境的日益拥挤，对宽带可重构抗阻塞接收机的需求不断增长。得益于其灵活的频段选择能力和固有的带通滤波特性，N-Path混频器优先接收机引起了广泛关注。然而，传统基于带外反射机制的N-Path混频器优先接收机面临带外抑制能力有限的问题，且其反射的带外阻塞可能对邻近接收机造成潜在干扰。
针对这一问题，天津大学团队研制了两款无反射式阻塞抵消混频器优先接收机。提出一种结合相位补偿技术的阻塞抵消方法，通过引入具有带阻滤波响应和下变频功能的前馈路径，并精确调节主路径与前馈路径间的180°相位差，该方法可在接收机内部实现带外阻塞的有效抵消，显著提升带外抑制性能，并实现无反射式设计。基于以上技术，团队采用65nm CMOS和40nm CMOS工艺完成了流片验证，并进行了性能测试。测量结果表明，两款芯片的射频3 dB带宽分别为6-18 GHz 和6-26 GHz，电压转换增益分别为8.9-11.6 dB和7.0-9.9 dB，最大带外抑制分别为55.6 dB和50.8 dB，双边带噪声系数分别为11.2-17.6 dB和11.3-17.1 dB，综合性能达到国际先进水平。
该工作以‘Design and Analysis of Reflectionless Blocker-canceling Mixer-first Receivers’为题在线发表，第一作者为博士生李凯，通讯作者为王科平教授。
