喜讯 | 理工学院共3篇研究论文于ISSCC 2024发表

香港中文大学深圳SSE理工学院

2024-09-14

ISSCC 2024

近日，ISSCC (International Solid-State Circuits Conference，国际固态电路会议) 2024于美国举行，ISSCC是学术界和工业界一致公认的集成电路设计领域顶级会议，被誉为“Chip Olympics（芯片奥林匹克）”。理工学院共有3篇研究论文在该会议上发表。

被收录的论文属于电源管理和射频集成电路芯片两个领域：（1）电源管理芯片领域论文2篇，第一作者分别为刘刚（一年级博士生）、阮珺逸（三年级博士生），指导教师为理工学院刘寻助理教授，其他本校作者包括丁琛洲（二年级博士生）、袁恺（二年级博士生）。
（2）射频集成电路芯片领域论文1篇，作者为康泽辉（五年级博士生）和于陈（二年级博士生），通讯作者为吴亮助理教授，单位均为香港中文大学（深圳）。

其中，阮珺逸荣获ISSCC 2024 Silkroad Award（丝绸之路奖），刘刚荣获Student Travel Grant Award（学生差旅奖金，STGA）。Silkroad Award旨在促进集成电路和系统的设计，特别强调来自新兴国家的提交作品，候选人将从首次被接受的论文单位中选出；Student Travel Grant Award旨在资助发展中国家学生积极参与国际学术交流，认可并促进早期职业生涯在所有固态电路领域的成就*。这些成果不仅体现了理工学生的学术潜力与实力，也彰显了学院教师的学术能力和专业指导。

*信息源于：

https://www.isscc.org/information-for-students

会议介绍

ISSCC (International Solid-State Circuits Conference) 国际固态电路会议由IEEE固态电路学会 (SSCS) 举办，是世界学术界和工业界公认的集成电路设计领域最高级别会议，被认为是集成电路设计领域的“世界奥林匹克大会”。始于1953年的ISSCC通常是各个时期国际上最尖端固态电路技术最先发表之地，每年吸引超过3000名来自世界各地工业界和学术界的参会者。

本届会议收到全球共873篇投稿论文，最终仅有234篇论文入选，录用比例约为26.8%。

论文介绍

论文1

论文题目：A Li-ion-Battery-Input 1-to-6V-OutputBootstrap-Free Hybrid Buck-or-Boost Converter Without RHP Zero Achieving 97.3%Peak Efficiency 6μs Recovery Time and 1.13μs/V DVS Rate

论文摘要：

Buck-Boost变换器在锂电池（V_IN=2.7-4.2V）供电的系统中扮演着重要角色。在功率运放（Power Amplifier）平均功率跟踪（Average Power Tracking）技术中（图1），电源调制器需要支持一个宽范围的、快速动态响应的输出电压（V_O=1-6V）。

图1

这要求Buck-Boost变换器具有宽范围的电压转换比和高带宽。然而，传统的和现存的混合型变换器无法完全满足上述需求。因此，本文提出一种双路飞跨电容型Buck-Boost变换器（Dual-C_F Buck-Boost Converter，图2），该变换器理论上具有从0到正无穷的电压转换比，并且消除右半平面零点以支持快速负载电流响应和快速动态电压跟踪。此外，Dual-C_F变换器可以支持连续的输出电流（ID）来减小输出电压纹波。

图2

此外，文章还提出了动态电压跟踪增强技术，即变换器允许在动态响应期间发生升降压模式的转换来给电感提供一个更高的充电斜率，来更快地给输出端电容进行充放电。芯片测试结果显示变换器支持2.7-4.2V输入，1-6V输出，电压转换范围约为0.21-2.22；在降压和升压模式下均可实现6us以内的负载电流响应；对于动态电压跟踪，在不同情况下可以实现1-3us/V的DVS（dynamic voltage scaling）比率。

作者介绍：

阮珺逸，2021年本科毕业于电子科技大学（UESTC），获得集成电路设计与集成系统工学学士学位；现于香港中文大学（深圳）刘寻教授课题组读博士，研究方向为混合型变换器设计，电源管理系统等。

姜俊敏，南方科技大学副教授

丁琛洲，香港中文大学（深圳）二年级博士生

袁恺，香港中文大学（深圳）二年级博士生

Ka Nang Leung（梁加能），香港中文大学副教授

刘寻（通讯作者），香港中文大学（深圳）助理教授

论文2

论文题目：An 85-264Vac to 3-4.2Vdc 1.05W Capacitive Power Converter with Idle Power Reduction and 4-Phase 1/10X SC Converter Achieving 5.11mW Quiescent Power and 78.2% Peak Efficiency

论文摘要：

智能家居和智能楼宇需要大量离线设备，如智能门锁、物联网节点、烟雾探测器等。这些设备通常从交流电网中获取电源，需要电源变换器将85-264V的通用交流电压直接转换为3至4.2V的直流电池电压。非隔离式AC-DC变换器器具有体积小、成本低、易于部署等特点，近年来需求量巨大。传统的非隔离式 AC-DC 转换器使用高压线性或电感开关稳压器，存在效率低或系统体积庞大等缺点。为了解决这个问题，本团队提出了一款基于电容降压的AC-DC变换器芯片，相比传统的解决方案，该芯片降低了约50%的静态功耗，实现了5.11mW的超低静态功耗；提高了约75%的输出功率，实现了1.05W的输出功率；能量密度达到了477mW/cm³，为目前同类产品中能量密度最高值。

图1 AC-DC变换器原理与应用示意图

图2 芯片与系统图

作者介绍：

刘刚，理工学院2023级博士生，2021年获得华中科技大学学士学位，2023年获得南方科技大学硕士学位。主要研究兴趣包括电源管理集成电路设计、AC-DC电源转换器、开关电容器转换器。

吴翰，南方科技大学二年级博士生

胡琛，南方科技大学博士后

黄丞，爱荷华州立大学助理教授

刘寻（通讯作者），香港中文大学（深圳）助理教授

姜俊敏（通讯作者），南方科技大学副教授

导师为理工学院刘寻教授，博士生导师，校长青年学者。分别于2011年和2017年在浙江大学和香港科技大学获得本科和博士学位。在集成电路设计领域期刊和会议上共表论文24篇，包括4篇ISSCC（芯片设计顶会）和2篇JSSC（芯片设计顶刊）。以第一/通讯作者发表顶级论文12篇，包括IEEE J. Solid-State Circuits（JSSC）2篇、ISSCC3篇、IEEE Trans. Power Electron.（T-PEL，功率电子顶刊）2篇。自2021年起，担任集成电路设计顶会ISSCC技术委员会委员、ISSCC 2022-2024分组报告主席、功率集成电路旗舰会议PwrSoC技术委员会委员。2024年获得ISSCC会议Silkroad Award奖（远东地区优秀论文）。2020年获美国高通公司专利奖；2017年于ASP-DAC获颁University LSI Design Contest Special Feature Award（唯二篇）。

论文3

论文题目：An 8.9-to-21.9GHz Single-Core Oscillator with Reconfigurable Class-F^-1 and Enhanced-Colpitts Dual-Mode Operation Achieving 209dBc/Hz FoMT

论文摘要：

随着通信速率的不断提高，下一代通信技术要求射频收发机同时支持多种通信协议。因此，用于产生本振信号源的振荡器必须兼具宽调谐范围和低相位噪声。目前的超宽调谐范围振荡器广泛采用多核多模的电路结构，这些较为复杂的电路拓扑在设计时难以并行优化相位噪声与频率调谐性能，存在核心之间失配引起的性能退化、不同模式间性能差异明显等问题。

本文提出了一种可以在逆F类振荡器和考毕兹振荡器之间重构的单核双模式振荡器。该电路拓扑简单，只有两种工作模式。在差模工作时，二次谐波频率处的高阻抗峰可进行谐波整形，达到降低相位噪声的目的；在共模工作时，顶部电感并入电路，有效提升谐振器的品质因数并增大电压摆幅，从而降低相位噪声。测试结果表明，采用40nm CMOS工艺加工的振荡器原型实现了14.16至21.92GHz的调谐范围，10MHz频率偏移处–138.6至–131.1dBc/Hz的相位噪声。对应的振荡器综合性能指标值FoM和FOM_T分别为187.6dBc/Hz和206.1dBc/Hz（均值），与已报道的同频段宽频振荡器相比具有较明显的优势；同时，所有金属层的密度完全符合代工厂因应生产良率做出的要求。

图1 传统多核多模振荡器（上）与本设计（下）特点对比

图2 提出的单核双模式振荡器芯片照片

作者介绍：

康泽辉，2019年7月复旦大学本科毕业，同年9月入学香港中文大学（深圳）攻读博士学位，主要研究方向为CMOS毫米波振荡器和频率综合器技术。

于陈，香港中文大学（深圳）二年级博士生

吴亮（通讯作者），香港中文大学（深圳）助理教授

导师为理工学院吴亮教授，博士生导师，市团队项目负责人，校长青年学者。吴教授于2018年11月加入香港中文大学（深圳）理工学院，于2014年1月起担任粤港澳毫米波与太赫兹联合实验室联席主任。吴教授的主要研究方向为用于无线通信和物联网的射频/毫米波/太赫兹集成电路与系统，在国际权威SCI期刊和国际会议发表论文60余篇，包括一作和通讯作者JSSC文章4篇、ISSCC文章2篇；授权中国和美国专利各6项。代表性成果为高性能信号源集成电路芯片技术，主要包括宽频低相噪毫米波压控振荡器、300GHz频段相控阵辐射源等。

部分信息由教授团队提供

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