首发!深圳大学罗讯教授TMTT2026发布无反射接收机芯片,8GHz中频带宽,支持12Gbps多载波聚合,加盟后,首发深大第一单位期刊成果!

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前言：

    大家好，我是RFIC抛砖，今天是2026年4月14日，继续坚持给大家分享最新射频技术动态，欢迎点评转发！

    近日，深圳大学罗讯教授团队在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 上发表了一项重要成果，Aoran Han博士（罗讯教授早年在电子科技大学的博士生，博士毕业后在2026年加盟深大罗讯团队，其已经在2026年连续命中两篇射频微波Top级期刊TMTT），提出一款50–68 GHz中频吸收式接收机芯片，实现了8 GHz的平坦中频带宽、26.2 dB转换增益，并成功演示了12 Gb/s 64-QAM 8通道载波聚合，为5G NR FR2-2频段（n263）及卫星通信提供了高性能、可扩展的射频前端方案！【文末提供原文下载方式，建议感兴趣的读者，可把论文原文下载下来，仔细研读，引用】

一、研究背景：

5G NR FR2-2频段（57–71 GHz，即n263频段）被3GPP纳入标准，支持超宽带载波聚合（CA），以聚合多个非连续频谱碎片来提升峰值速率。与此同时，V波段（50–75 GHz）也被广泛用于卫星通信。然而，要在这些频段实现多Gb/s的数据传输，接收机前端面临三重压力：

1. 超宽中频带宽需求：为承载高符号率调制（如64-QAM、256-QAM），中频链路需要数GHz的平坦带宽。

2. 高阶互调干扰：混频器的非线性会产生大量高阶混频产物，尤其在宽带信号下，这些产物会落入相邻信道，恶化信噪比和EVM。

3. 镜像抑制与I/Q校准复杂度：传统直接变频架构需要复杂的数字校准来修正I/Q失衡和本振泄漏，功耗与设计成本高。

如何在保持高线性度、低噪声的同时，实现无需校准的全频段镜像抑制和平坦的宽带增益，是这篇论文试图回答的问题（当然做无反射滤波器的朋友，应该能够很快get到本文的那个点）。

二、问题剖析：混频器的“反射之痛”

在传统接收机架构中，混频器的IF输出端往往连接一个低通滤波器来选取有用信号。然而，落在滤波器阻带的高阶混频产物会被反射回混频器，与RF、LO信号再次混频，产生新的杂散分量。

这一过程的数学本质在论文公式(5)–(6)中给出：IF端口的反射系数 Γ_IF 通过S21和S31的馈通路径，重新进入混频非线性过程，导致转换增益出现频率选择性纹波，以及三阶互调截点（IIP3）的恶化。

比喻理解：这就像在交响乐演奏中，舞台后方墙壁将某些频率的泛音反弹回来，与正在演奏的乐器再次叠加，让原本清澈的音色变得浑浊不清。

当IF端口存在-5 dB的带外反射时，增益平坦度明显恶化；而当连接线长度变化（电长度θ增大），增益纹波愈发密集——这正是传统接收机在多通道载波聚合中“通道一致性差”的物理根源。

三、创新点解析：从“反射”到“吸收”的转变

创新点一：吸收式IF放大器 

问题根源

传统IF低通滤波器（如切比雪夫II型）在阻带呈现高反射系数，将不需要的频率分量原路弹回。

解决方案

论文提出低通吸收网络（LPAN），其核心思想是：在阻带内，信号被引导至吸收电阻R，以热能形式耗散，而非反射。

电路实现细节

LPAN的拓扑如图4(a)和图5(a)-(b)所示，采用差分LC梯形结构，并在特定节点并联吸收电阻R = 54 Ω（由三个162 Ω电阻并联以提高PVT鲁棒性）。关键设计参数为：

• L₁ = 850 pH，L₂ = 680 pH

• C = 154 fF（采用3D自屏蔽电容以提升Q值并缩小面积）

信号路径解析：

• 通带内（图5a）：LC网络呈现低插入损耗，信号从输入直达输出。

• 阻带内（图5b）：L和C形成高阻抗通路，迫使信号电流流经吸收电阻R，实现能量耗散。

性能收益

• 图6的仿真对比显示：LPAN使IF端口的高阶混频产物（如3RF-2LO、4RF-3LO等）降低10–20 dB。

• 图19(c)实测表明：带外抑制提升>17 dB，同时全频段 |Sdd11| < -10 dB，真正实现“无反射”IF端口。

创新点二：失真消除IF放大器 

问题根源

共栅（CG）放大级虽能提供良好宽带匹配，但其非线性跨导（g_m′、g_m″）会引入显著的二阶、三阶失真。

解决方案

采用主路径+辅助路径的失真电流抵消架构。

电路实现细节

参考论文图4(a)和图7：

• 主路径：M₁（CG）→ M₂（CS）构成前向放大（增益A₁+A₂）。

• 辅助路径：M₃（CS）从M₁源极电阻R₂上采样失真信号，反相注入输出节点。

• 设计自由度：通过调节M₂与M₃的跨导比（g_m2/g_m3 ≈ R₂||R_S / R₁）来满足抵消条件。

公式(16)–(17)给出了严格的失真抵消判据。当 g_m2/g_m3 ≈ 0.2 时（V_IF2 = 0.42 V，V_IF3 = 0.6 V），M₁产生的三阶非线性电流在输出端被M₃的对应分量精确抵消。

性能收益

• IIP3在最佳偏置下提升显著。

• 该结构对±20%的工艺/失配具有鲁棒性。

创新点三：配置耦合变压器（CCT）LNA 

问题根源

传统源简并电感LNA中，噪声匹配与输入阻抗匹配的最佳轨迹随频率分离，难以在宽带内同时优化。

解决方案

提出三线圈耦合变压器 + 耦合抵消技术，实现三个设计目标：

1. G_m提升：输入电感L_IN与源极电感L_S反向耦合，增强等效跨导。

2. 噪声消除：MOS管沟道噪声通过L_G–L_IN耦合反相馈入栅极，在输出端抵消。

3. 弱化k_GS：引入L_S2产生反向磁通，抵消L_G与L_S1之间的寄生耦合。

电路实现细节

• 线圈布局（图16b）：L_IN居中，L_G与L_S1分列两侧，利用垂直方向（M6与M8层）增加间距以降低寄生耦合。

• L_S2的妙用：串接于L_S1后，其感应电流方向与L_S1相反，对L_G的净磁通趋于零，使k_GS从-0.35降至-0.18，而k_GIN和k_SIN保持0.75的高耦合系数。

• 差分实现：L_IN = 180 pH，L_G = 380 pH，L_S = 220 pH (@ 60 GHz)，Q值分别达24.2、21.2、16.8。

公式(20)给出了噪声抵消条件：g_m × M_GIN × M_SIN × I_ind = –I_ind。

性能收益

• 图17仿真显示：LNA在50–68 GHz范围内，增益平坦度优异，噪声系数<4 dB，增益可调范围达13 dB（通过偏置电压0.4–0.6 V调节）。

创新点四：线性度提升型Gilbert混频器 

问题根源

传统Gilbert混频器中，IF输出节点电压摆幅受限于VDD减去负载管过驱动电压与输入管过驱动电压之和，线性度受限。

解决方案

将负载电感替换为变压器耦合结构，使M₁（跨导管）的漏极可独立偏置于更高电位。

公式(18)–(19)给出了关键改进：下限约束从(V_GS1+V_GS2–2V_THN)放宽为(V_GS2–V_THN)，输出摆幅空间显著增大。

四、系统实现：完整接收机链路的协同设计

4.1 整体架构

论文图2(b)展示了完整的接收机框图，采用Hartley镜像抑制架构：

• RF前端：CCT-LNA（三级）

• 下变频：线性度提升型I/Q混频器

• LO链路：宽带变压器正交耦合器 + 两级放大

• IF后端：吸收式失真消除IF放大器

4.2 LO缓冲链：

LO链路的设计需在信号质量与功耗间取得平衡：

• 位置选择：正交耦合器置于两级放大器之间——既避免前置过多无源损耗恶化SNR，又防止后置导致前级过早压缩。

• 正交耦合器：采用高耦合变压器型多相网络（图12a），在41–60 GHz范围内实现幅度失衡< ±0.5 dB、相位失衡< ±1.5°，无需校准即可保证IRR > 30 dB。

4.3 PPF与混频器接口

I/Q混频器前端的两级RC-CR多相滤波器（图11a，R₁C₁ = R₂C₂ = 500 Ω·53 fF）理论上具有零相位失衡特性。实测相位失衡在100 GHz内保持0°，幅度失衡在3.7–9.8 GHz内<1 dB。

五、实测结果

芯片采用40 nm体硅CMOS工艺流片，核心面积0.95 mm²。主要测试结果如下：

5.1 连续波性能

• RF带宽：50–68 GHz（3 dB带宽18 GHz）

• 峰值增益：26.2 dB，增益调谐范围13 dB

• 噪声系数：5.4–10 dB（高增益模式），最低5.4 dB @ 52.5 GHz

• IP1dB：–35 ~ –24 dBm（高增益模式）

• 镜像抑制比：28–60.5 dB（全频段无需校准）

5.2 中频带宽

• IF带宽：8 GHz（图23），在不同LO频率（51–59 GHz）下保持优异的增益平坦度，这正是吸收式架构的直接体现。

5.3 调制与载波聚合测试

• 256-QAM：4 Gb/s @ 56/60/64 GHz，EVM低至2.61%（–31.7 dB）

• 16通道64-QAM CA：9.6 Gb/s @ 58 GHz，每通道EVM < 8.64%（–21.3 dB）

• 8通道64-QAM CA：12 Gb/s @ 58.1 GHz，每通道EVM < 8.63%（–21.3 dB）

5.4 性能对比

论文表I与JSSC、ISSCC等顶刊顶会成果对比显示：

• IF带宽（8 GHz）：显著领先同类异差接收机

• 载波聚合能力：唯一验证多通道CA的60 GHz接收机

• 功耗：164 mW（含LO链），与直接变频架构可比拟

• 面积：0.95 mm²，紧凑度优异

  

六、总结

深圳大学 罗讯团队这篇TMTT论文，以“IF吸收”为核心设计方向，系统性地解决了毫米波宽带接收机中因端口反射导致的增益不平坦、线性度恶化和多通道干扰问题。从CCT-LNA的宽带噪声匹配，到LPAN的阻带能量耗散，再到失真消除IFA的非线性抑制，每一级电路都贯穿着以创新拓扑化解的设计思路。