Author Affiliations
Abstract
1 East China Normal University, School of Physics and Electronic Science, State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, Shanghai, China
2 Nanjing University, College of Engineering and Applied Sciences, National Laboratory of Solid State Microstructures, Nanjing, China
3 China Jiliang University, College of Optical and Electronic Technology, Hangzhou, China
4 Shanxi University, Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Taiyuan, China
5 Chinese Academy of Sciences (CAS), Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM), State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-Intense Laser Science, Shanghai, China
Achieving spatiotemporal control of light at high speeds presents immense possibilities for various applications in communication, computation, metrology, and sensing. The integration of subwavelength metasurfaces and optical waveguides offers a promising approach to manipulate light across multiple degrees of freedom at high speed in compact photonic integrated circuit (PIC) devices. Here, we demonstrate a gigahertz-rate-switchable wavefront shaping by integrating metasurface, lithium niobate on insulator photonic waveguides, and electrodes within a PIC device. As proofs of concept, we showcase the generation of a focus beam with reconfigurable arbitrary polarizations, switchable focusing with lateral focal positions and focal length, orbital angular momentum light beams as well as Bessel beams. Our measurements indicate modulation speeds of up to the gigahertz rate. This integrated platform offers a versatile and efficient means of controlling the light field at high speed within a compact system, paving the way for potential applications in optical communication, computation, sensing, and imaging.
metasurface photonic integrated circuit lithium niobate on insulator high-speed modulation Advanced Photonics
2024, 6(1): 016005
1 中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北石家庄 050051
2 固态微波器件与电路全国重点实验室, 河北石家庄 050051
介绍了一款基于 GaAs肖特基二极管单片工艺的 220 GHz倍频器的设计过程以及测试结果。为提高输出功率, 倍频器采用多阳极结构, 8个二极管在波导呈镜像对称排列, 形成平衡式倍频器结构。采用差异式结电容设计解决了多阳极结构端口散射参数不一致问题, 提高了倍频器的转换效率和工作带宽。对设计的倍频器进行流片、装配和测试, 测试结果显示: 倍频器在 204~ 234 GHz频率范围内, 转化效率大于 15%; 226 GHz峰值频率下实现最大输出功率为 90.5 mW, 转换效率为 22.6%。设计的 220 GHz倍频器输出功率高, 转化效率高, 工作带宽大。
倍频器 太赫兹 肖特基二极管 结电容 单片 frequency doubler tearhertz Schottky barrier diode junction capacitance Microwave Monolithic Integrated Circuit 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(9): 1080
数字低压差线性稳压器由于可以在低电源电压下工作而被广泛使用。在数字低压差线性稳压器中，其利用模数转换器和积分器进行稳压操作。但是当负载出现瞬态电压变化，其稳定时间将会很长。在 PI控制系统中，积分系数大的电路建立时间很短，会产生过冲，然后输出才会稳定。积分系数小的模型输出可以直接稳定，但是建立时间太长。提出了一种高速可调节电路模型，目的是利用电压传感器和时间数字转换器(TDC)，并在电路中加入 2种不同积分系数的积分器。首先利用电压传感器和时间数字转换技术(TDCT)实现模数转换以得到数字信号。随后判断数字信号与基准电压，在误差很大时，控制电路选择大积分系数，输出到 PI控制；误差小时，控制电路选择小的积分系数，这样可以使电路结合不同积分系数电路的优点，从而达到同时缩短电路建立时间和稳定时间的目的。
数字低压差线性稳压器 PI控制 建立时间 稳定时间 模拟集成电路 Digital Low Drop-Out regulators PI controller setup time stabilization time analog integrated circuit 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1059
中国电子科技集团公司第十三研究所，河北石家庄 050051
基于 0.25 μm SiC衬底的 GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺，根据有源器件的 Gmax和输出功率密度，选择末级功率器件尺寸并确定其最优阻抗；采用三级放大器，其栅宽比为 1:4:16，实现高功率增益和高效率；利用等 Q匹配技术，把偏置电路融入匹配电路中，实现简单、低损耗和宽带阻抗变换；借助电磁场寄生参数提取技术实现紧凑型芯片版图，尺寸为 2.8 mm×2.0 mm。测试结果表明，偏置条件漏极电压 UD=28 V、UG=-2.2 V，在 2~6 GHz频率范围内，功率放大器增益大于 24 dB，饱和输出功率大于 43 dBm，功率附加效率大于 45%，可广泛应用于电子对抗和电子围栏等领域。
紧凑 功率附加效率 宽带 增益 微波单片集成电路 compact Power Additional Efficiency(PAE) broadband gain Monolithic Microwave Integrated Circuit(MMIC) 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1054
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
基于单片微波集成电路技术设计了一款 S波段频率可调谐滤波器芯片, 该可调谐滤波器芯片采用信道化结构, 通过选择不同通道实现宽调谐比。其中每个通道采用多级放大器与无源滤波网络级联的形式提高该滤波电路的选择性, 通过在无源滤波网络引入变容二极管实现通道频率的连续调谐, 该结构可在滤波器具备较高选择性的前提下实现宽调谐比。采用 0.25 μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管 (PHEMT)工艺设计了一款 S波段双通道信道化可重构滤波器, 仿真结果表明, 在 0~3 V控制电压范围下, 该滤波器中心频率调谐范围为 2.5~4 GHz, 带宽变化范围为 420~650 MHz, 调谐比达到 60%, 滤波器芯片尺寸为 3 mm×3.1 mm。该设计为片上可重构射频滤波实现宽频率调谐比提供了一条技术途径。
可重构滤波器 信道化滤波器 单片微波集成电路 宽调谐比 reconfigurable filter channelized filter Monolithic Microwave Integrated Circuit(MMIC) wide tuning ratio 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1507
深圳大学 电子与信息工程学院, 广东 深圳 518061
目前逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)已经成为低功耗数模混合集成电路中模数转换器的首选架构, 其中的核心模块-高性能比较器的功耗大小直接决定了SAR ADC的整体功耗。文章从低功耗SAR ADC系统出发, 聚焦高性能低功耗电压域和时间域比较器的发展历程与最新研究进展, 总结了通过优化SAR逻辑实现低功耗比较器的技术方法。该综述为数模混合电路设计者了解并掌握SAR ADC中高性能低功耗比较器技术提供有力参考。
逐次逼近 模数转换器 低功耗 数模混合集成电路 比较器 successive approximation analog-to-digital converter low power digital and analog hybrid integrated circuit comparator
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院， 南京 210003
2 南京邮电大学 射频集成与微组装国家地方联合工程实验室， 南京 210003
基于EPC Class-1 Generation-2协议规定，对工作于全球UHF RFID频段的频率综合器的设计指标进行了分析。采用标准0.18 μm CMOS工艺，集成自适应频率校准模块设计了一种新颖的低相位噪声、快速锁定的小数频率综合器。其中，LC-VCO基于无尾电流源式设计，利用二次谐波滤波技术显著降低了带内相位噪声；自适应频率校准电路则区别于传统的二进制比较法，基于新颖的逐次比较法以减小VCO的4位数控逻辑电压的比较次数，因而可以快速确定VCO的控制字并缩短锁定时间。仿真结果表明，自适应校准阶段的时间仅约6.3 μs，环路整体锁定时间低于23.2 μs，100 kHz频偏处的相位噪声性能为-106.3 dBc/Hz，1 MHz频偏处为-126.1 dBc/Hz，整体功耗为84 mW。与最近发布的先进的CMOS小数频率综合器的性能相比，所设计的小数频率综合器实现了更优的相位噪声性能，同时能以较短的锁定时间以及较低的功耗工作。
小数频率综合器 自适应校准电路 混合集成电路 fractional-N frequency synthesizer adaptive calibration circuit hybrid integrated circuit
1 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
2 电子科技大学 广东电子信息工程研究院， 广东 东莞 523808
设计了一种适用于全集成开关电容功率转换器(SCPC)的浮动电压驱动电路。该电路采用交错自举控制技术，周期性地利用多相交错SCPC中的特定单元为其他单元提供自举驱动。该电路实现了全部功率开关的浮动电压驱动，并且适用于所有SCPC拓扑。相比于传统浮动电压驱动方案，该驱动电路的硬件开销与SCPC中的器件数目无关。提出的浮动电压驱动电路应用于一个8相可重构SCPC中，仿真结果证明了其功能的正确性。
开关电容功率转换器 浮动电压驱动 功率集成电路 switched capacitor power converter floating voltage drive power integrated circuit
1 中国科学院微电子研究所，北京 100029
2 中国科学院大学，北京 100049
随着半导体产业的高速发展，集成电路制造中光刻工艺特征尺寸极限化微缩，套刻精度的要求也愈来愈极端严苛。本文基于影响套刻精度的核心技术，即对准技术，对该技术中精密测量传感系统的设计和微纳测量对象对准标记的设计两个方面进行了归纳分析，就业内国际顶尖科技公司的技术发展进行了整理，并详细介绍了他们在对准测量技术路径演化进程中所起到的推动作用。同时，还对当前国内各相关技术团队在该方向的最新研究成果进行了总结。以此为基础，进一步讨论了面向更为先进的工艺节点，光刻对准技术的改进方向和优化思路，从而为获得更高精度的套刻性能提供重要的技术参考。
集成光学 对准 标记 套刻 光刻 集成电路 光学学报
2023, 43(19): 1900001
1 北京微电子技术研究所北京 100076
2 中国航天科技集团有限公司抗辐射集成电路技术实验室 北京 100076）3（中国原子能科学研究院核物理所北京 102413
3 Institute of Nuclear Physics, China Institute of Atomic Energy, Beijing 102413, China
航天集成电路是空间电子系统的核心部件，抗辐射加固技术是保障航天集成电路在空间环境可靠工作的核心技术。随着电路特征尺寸缩小至纳米尺度，单粒子效应逐渐成为制约航天集成电路抗辐射能力的最主要因素。北京微电子技术研究所团队以设计加固方式作为航天集成电路抗辐射研制技术路线，基于在重离子加速器上获取的大量单粒子试验数据，提出新工艺新器件的单粒子效应试验评估新方法，开展测试分析技术和辐射效应规律研究，为加固技术研究提供准确基础信息，检验设计加固技术有效性，揭示单粒子辐射损伤机制，为优化加固提供指导，最终形成高可靠、长寿命航天集成电路产品提供了关键支撑。
航天集成电路 单粒子效应 抗辐射设计加固 辐射试验 Aerospace integrated circuit Single-event effect Radiation hardened by design Radiation test
