1 工作简介

         ——一款基于22 nm CMOS工艺的高速高精度高能效的模数转换器芯片

下一代宽带通信系统向着更高带宽和更高阶调制发展，对高速（~100 MS/s）、中高精度（~14 bit）模数转换器（ADC）有着迫切需求，且ADC功耗往往成为接收系统的功耗瓶颈，因而对ADC的能效也提出了很高的要求。面对不断提升的高速高能效模数转换器的应用需求，黄如院士团队-沈林晓助理教授课题组提出并实现了一款高速、高精度、高能效的流水线-逐次逼近型模数转换器，突破了传统流水线-逐次逼近型模数转换器中转换级和级间放大器两大速度和能效的瓶颈。

研究团队针对转换级和级间放大器两个方面提出具体解决方案。转换级方面，本工作的第一个核心贡献是：提出了基于连续时间逐次逼近型模数转换器的采样转换并行技术，创新性地将模数转化器的采样过程与高位量化过程并行起来，从而在保持高能效的同时显著缩短转换级的采样转换时间，提升了整体的速率。级间放大器方面，本工作的第二个核心贡献是：提出了基于先开环后闭环的相关电平抬升技术，利用开环放大显著提升余量放大的速率，同时采用了自检测切断环路用于实现工艺电压温度鲁棒的高增益。此外，本工作的第三个核心贡献是：提出了混合静态-动态环形放大器的电路架构，显著提高了级间放大器的噪声和能效性能。在提高采样转换速率的同时，本工作实现了高速高精度模数转换器的能量效率世界纪录，相较现有工作将能效提升将近一倍。

基于上述架构和电路层面的创新，研究团队研制了一款基于22 nm CMOS工艺的高速高精度高能效的模数转换器芯片。在22 nm工艺下，该芯片在200 MS/s的采样率下实现了70.7 dB SNDR的精度和2.0 mW的功耗，在所有相同或更高采样率的模数转换器中达到了最高的能效（177.7 dB FoMs），相较前人的工作将能效提升了将近一倍。

_{图1. 显微照片（左）及与世界先进水平能效的对比（右）}

2 作者简介

通讯作者

沈林晓，北京大学集成电路学院特聘研究员、博士生导师、助理教授。

通讯作者

叶乐，北京大学集成电路学院博导，入选国家杰青及北京市科技新星计划。

2005年于南京大学获得本科学位，2010年于北京大学获得博士学位，北京大学人工智能研究院双聘博导，浙江省北大信息技术高等研究院副院长、物联网中心主任。作为项目负责人，承担十三五国家重点研发计划项目、国家自然基金委“后摩尔重大研究计划”重大集成项目、浙江省重点研发计划重点项目等国家和省部级项目；此外还承担华为海思、华大九天等公司委托项目。

主要从事超低功耗/高能效芯片设计、智能物联网AIoT芯片设计、存算一体AI芯片设计、模拟与数模混合芯片等领域的研究。在ISSCC、JSSC、TCAS-I、EDL、IMS、ESSCIRC、A-SSCC、ISCAS等国际期刊和会议上发表论文70余篇；其中，在“芯片设计奥林匹克大会”ISSCC、“芯片设计顶刊”JSSC以及“电路与系统顶刊”TCAS-I上发表论文20余篇；其中2篇ISSCC论文被遴选为Highlight亮点论文，分别为ISSCC“前瞻芯片技术分会”和“模拟芯片技术分会”国内首次Highlight亮点论文；与美国Intel公司芯片成果共同荣获“ISSCC 2021年度最佳芯片展示奖”，也是该奖项历史上国内首次获奖；荣获2021年度“中国半导体十大研究进展”等奖项。申请发明专利40余项，授权10余项。与集成电路设计产业界深入合作，部分成果获得转化应用。曾任IEEE TCAS-I的编委（AE, Associate Editor）、中国电子学会电路与系统分会委员、《半导体学报》集成电路方向编委、《电子与信息学报》编委、中国网络空间内生安全技术与产业联盟（CCESS）软件定义芯片专委会委员、中国研究型医院学会移动医疗分会青委会副主委、中国医促会健康大数据和数字化医疗分会委员、浙江省人工智能标准化技术委员会委员等。担任十四五国家重点研发计划“微纳电子技术”重点专项的专家组副组长、国家2035中长期规划、第六次国家技术预测、国家十四五规划的信息领域微电子专家组成员等。

3 原文传递