研究热点

3 从ISSCC 2026看精准模拟电路研究进展

从智能传感节点、高性能计算到车规应用，现代电子系统既要“算得快”也要“测得准、稳得住”。芯片内有一类看似不起眼、却决定系统性能下限的基础电路：晶体振荡器提供时间参考频率，电压与电流基准建立稳定参考点，温度传感器监测工作状态，电流传感器保障供电、充电和驱动安全。它们共同构成精密模拟电路的重要领域。

人工智能物联网、汽车电子和高性能计算对这些基础电路提出了更高要求。虽然集成电路工艺节点在持续演进，但晶体管缩小并不会自动提升模拟精度。温度、失配、老化、供电扰动和高压开关噪声仍会累积误差。如何平衡功耗、面积、精度和可靠性，是该领域的核心问题。

近日，澳门大学微电子研究院李家明课题组与广东工业大学集成电路学院石丹副教授合作，回顾了ISSCC 2026中精准模拟电路的一些新进展，聚焦频率基准、电压与电流基准、温度传感器和电流传感器四条主线。作者指出，这些电路已从“辅助模块”转变为影响芯片动态范围、能源效率和长期可靠性的关键环节。

一、晶振频率基准：兼顾低功耗与低噪声

晶体振荡器是芯片的“节拍器”。32 kHz晶振用于休眠状态下的实时时钟，需要以极低功耗持续运行；MHz级晶振则为唤醒后的无线通信和物联网设备提供高速、低抖动时钟。过去十年，快速启动技术将相关启动能量降至5 nJ以下。随着边缘计算数据量增长，研究重点正由“启动快”延伸至低稳态功耗和低相位噪声。

提高振荡频率通常有助于减小时间抖动，但高频晶体谐振器的品质因数往往降低，近载波相位噪声也可能恶化，因此必须权衡频率、功耗与噪声。ISSCC 2026报道的一款16 MHz晶振采用电流脉冲注入和电容偏置放大器，在9.4 μW功耗下兼顾低噪声。面向5G/6G通信和10 GHz以上锁相环，晶振还需向更高频率、更宽温区和更低抖动发展。

图1. 近年来MHz级晶体振荡器的功耗与相位噪声性能比较。红色数据点表示ISSCC 2026报道的代表性成果。

二、电压与电流基准：为芯片建立稳定的“标尺”

几乎所有模拟和混合信号系统都需要稳定的电压或电流基准。它们如同刻度尺：标尺若随温度漂移，模数转换器、传感器和电源管理电路的结果也会偏移。传统带隙基准利用双极型晶体管基极—发射极电压的温度特性进行补偿，但这种关系并非完全线性。要将温度系数降至10 ppm/℃乃至1 ppm/℃量级，必须校正细微的高阶曲率误差。

ISSCC 2026的代表性方案将高阶补偿从电压叠加拓展到电流域和时间域：一项工作注入具有特定温度特性的“超PTAT”电流抵消曲率；另一项工作用温度自适应PTAT比例动态调整补偿权重，实现约1 ppm/℃的温度系数；还有工作在同一核心中集成电压与电流基准，通过分温区连续补偿分别优化两种输出。图2中的红色数据点整体向“低功耗、小温漂”区域移动，表明高精度与低功耗正在走向兼得。

图2. 近年来电压基准的功耗与温度系数比较。图中越靠近左下方，代表在较低功耗下获得较小温度漂移。

三、温度传感器：先进工艺与成熟工艺各有突破

芯片的性能、功耗和寿命与温度密切相关。大型处理器的不同计算单元会形成快速变化的局部热点，若温度传感器面积或功耗过大，就难以密集布置。因此，传感器既要准确，也要小型、低功耗并快速转换。ISSCC 2026的研究显示，传感前端与数字化方式的协同设计正在同时改善精度、能效和面积。

一款2 nm GAA工艺RC温度传感器将低温度系数金属电阻与环形振荡器时间数字转换器垂直堆叠，并用时间偏移压缩加快转换。其面积仅625 μm²，两点校准后在−40至125 ℃范围内实现0.5 ℃（3σ）误差，精度品质因数为0.017 nJ·%²。成熟工艺中的双极型晶体管传感器则以连续后台校准修正电流域误差，单点校准后达到0.05 ℃（3σ）误差和约100 fJ·K²分辨率品质因数。前者突出面积与集成密度，后者体现成熟工艺仍可实现极高绝对精度。

图3. （a）不同工艺节点下CMOS温度传感器经单点校准后的相对误差；（b）近十年温度传感器分辨率品质因数的演进趋势。红圈为ISSCC 2026成果。

四、电流传感器：应用场景驱动差异化设计

电流检测已成为汽车充电、电机驱动、高保真音频和数据中心电源管理的安全基础。不同场景面临不同挑战：磁阻传感器要抑制温度和老化引起的灵敏度漂移；汽车USB快充要在不足100 ns的采样窗口内识别轻载电流；音频和电机驱动中的在线传感器则须承受高压脉宽调制带来的共模变化，同时避免失真和尖峰。

ISSCC 2026的三项工作分别给出解决路径。隧道磁阻电流传感器结合灵敏度稳定环、曲率校正电流基准和片上应力传感器，将−40至120 ℃范围内的灵敏度变化控制在0.13%，并降低老化漂移。汽车USB充电低侧平均电流传感器借助自适应辅助建立、直流电平偏置和抗占空比电阻，在0.1至3 A负载范围实现±60 mA精度和亚100 ns采样。面向音频和电机驱动的60 V在线传感器采用延迟锁定环辅助动态体偏置，使二次谐波改善31 dB、总谐波失真加噪声改善14 dB。

图4. ISSCC 2026三类代表性电流传感器：宽温度隧道磁阻传感器、汽车USB充电平均电流传感器，以及面向音频和电机驱动的高压在线电流传感器。

五、趋势与应用前景

四条技术路线服务于不同功能，却呈现向更加精准的模拟参考电路的共同演进方向。进一步开拓高阶温度补偿；深度融合模拟前端与时间域处理、数字校准和动态控制；成熟工艺与先进工艺各自发挥高耐压、高精度或高密度集成优势；评价标准也由单一精度转向功耗、面积、速度、噪声和可靠性的综合平衡。

这些进展将支撑高性能处理器片上热监测、5G/6G低抖动时钟、智能汽车与快充、无人机、电机驱动、数据中心电源管理和大规模智能边缘节点。未来，频率基准将向更高频率、更低抖动演进；电压与电流基准有望共享偏置和校准网络；温度传感器将追求接近“零误差”的精度和亚100 fJ·K²能效；电流传感器则需在更宽温区、更高电压和更复杂电磁环境下保持毫安级测量。

ISSCC 2026的成果表明，极致精度与能源效率并非不可兼得。借助新的电路架构、补偿机制和校准策略，设计者正突破工艺缩放和环境扰动带来的限制。精密模拟电路虽不直接承担大规模运算，却是高性能计算、自主移动系统和智能边缘可靠运行的基础。

该文章以题为“Emerging trends of precision analog circuits in ISSCC 2026”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Emerging trends of precision analog circuits in ISSCC 2026

Haihua Li, Dan Shi, Pui-In Mak, Rui Paulo Martins, Ka-Meng Lei

J. Semicond.  2026, 47(7): 070203 doi: 10.1088/1674-4926/26040027  

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4 高速芯粒互连中的双向收发技术

随着人工智能和高性能计算的发展，芯片系统对高速、低功耗数据传输的需求不断提升。先进计算系统通常由多个芯粒组成，传统单向接口需要分别占用发送和接收线路，在封装面积和引脚资源有限的情况下，会增加布线复杂度和功耗。同时双向传输技术（SBD）允许同一根物理通道同时发送和接收数据，可在不增加连线数量的前提下提高传输效率。

然而，SBD的实现也面临诸多挑战。本地发送信号与远端接收信号会在同一通道上叠加，接收端必须消除自身发送信号，只保留有效接收信息。随着速率提升到几十甚至上百Gb/s，通道损耗、反射、串扰以及工艺、电压和温度变化都会恶化信号质量。主驱动路径与副本抵消路径之间的微小失配，还会产生高频泄漏，导致眼图闭合并增加误码风险。

近日，南方科技大学微电子学院潘权教授课题组在综述文章中，系统总结了近年来单端SBD收发器的关键技术进展。文章指出，SBD收发器的设计已经不再只是追求更高带宽，而是转向高速、低功耗和高鲁棒性的综合优化。该综述重点介绍了驱动架构、高频泄漏与串扰抵消、自适应校准和PVT鲁棒性增强等关键技术。总结了高速SBD技术向动态补偿、自适应、低功耗混合信号架构演进的趋势。对于未来AI芯片、高性能计算芯粒系统和高带宽存储接口而言，SBD技术有望在有限封装空间内显著提升互连带宽密度，并降低单位比特传输功耗。

未来，SBD技术的进一步应用仍需要电路、封装、通道和测试方法的协同优化。如何在更高速率下同时抑制泄漏、串扰和反射，如何在复杂PVT条件下保持可靠工作，将是后续研究的重要方向。随着芯粒系统持续发展，能实现高速低功耗且更鲁棒的技术方案，将成为下一代高速互连的重要候选方案。

图1. SBD 架构及高频泄漏示意图。

图2. 阻抗自适应校准与PVT/失配跟踪技术示意图。

该文章以题为 “Trends and advanced techniques in high-speed simultaneous bi-directional transceivers for die-to-die interfaces” 发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Trends and advanced techniques in high-speed simultaneous bi-directional transceivers for die-to-die interfaces

Yufeng Ge, Ziqi Xue, Xuanyu Li, Aoxuan Wen, Hongzhi Wu, Pingyi Cai, Xuxu Cheng, Quan Pan

J. Semicond.  2026, 47(7): 070204 doi: 10.1088/1674-4926/26040030

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