随着无线通信技术的飞速发展，当你还在享受4G带来的快感时， 5G网络已经悄然来临！
5G即第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，它不仅有高清电影"秒"下载的高速率，还有终端到基站1毫秒、终端到服务器10毫秒的低延时的特性。VR、AR、无人驾驶和远程手术也将借5G网络走进更多人的生活。
2018上半年，工信部信息通信发展司司长闻库在数字中国建设峰会上透露，我国有望在明年下半年推出第一款5G手机。而到2020年，5G网络将正式投入商用，届时，将有越来越多的人用上5G手机。
然而，由于不同国家划分的5G通信频段各不相同，适应这个频段的芯片并不一定适应那个频段，于是就可能出现尴尬的一幕：出国后，5G手机"失灵"了。
针对这一可能性现状，电子科技大学电子科学与工程学院（示范性微电子学院）博士生张净植在2018年国际固态电路会议（ISSCC）上发表论文：A 22.8-to-43.2GHz Tuning-Less Injection-Locked Frequency Tripler Using Injection-Current Boosting with 76.4% Locking Range for Multiband 5G Applications，提出了一种"基于强耦合变压器的电流提升技术"，初步实现了用一款芯片覆盖多个频段，让5G通信"全球通"变成了可能，一起来看看他的探索之路。
2015年，张净植的导师康凯正承担国家5G技术方面的一个重大专项，他有机会参与其中，负责频率源方面的部分研究任务。恰巧是因为这次研究，让他将目光锁定在5G芯片上。
张净植发现，目前不同国家划分的应用于5G通信的频段各不相同。比如，中国用的是24.75GHz-27.5GHz和37GHz-42.5GHz频段，美国用的是27.5GHz-28.35GHz、37GHz-38.6GHz和38.6GHz-40GHz频段，欧洲用的是24.25GHz-27.5GHz频段，日韩则采用26.5GHz-29.5GHz。也就是说，如果5G手机的芯片不支持这么多不同频段，出国后就无法正常通信了。
究竟能否研发一款宽频带"通用芯片"全部覆盖以上各个不同频段呢？张净植萌生出这样的想法。在得到导师的支持与指导后，他开始了5G芯片的探索之路。
一波三折|两次流片"等待许久"起初，张净植想到，输入电流和工作带宽是正相关的，如果要提高电路的带宽，就得想办法增强输入电流，而要增强输入电流，一种方法是增大输入信号，但一般而言，外部给的输入信号大小是固定的，所以此路不通；还有一种方法，就是提高输入极的增益，但业界已经把输入极优化得很好，想进一步提升基本也不太可能。
他尝试了很多种思路，都以失败告终，但他没有停止放弃，而是在前人的基础上进行了突破：用无源电路提升电流，然后插入一个变压器，这样是否就可以在使电流提高N倍的同时也把带宽提高N倍呢？
按照这个想法，张净植和他的团队经过三个月的努力，于2016年12月完成芯片设计，并进行了第一次流片（即像流水线一样通过一系列工艺步骤制造芯片）。
经过三个月的等待，张净植终于拿到了芯片，他立刻进行测试，结果出乎意料：与当时国内外最新的研究成果相比，他们的研究在性能上已经远远胜出。此前，业界做出的芯片工作带宽大概在10%-30%之间，而他们的芯片带宽可以达到60%以上。
此时，在导师康凯的指导下，张净植开始再次对芯片进行优化设计和第二次流片。但这次比起上次而言，更要困难许多。首先，没有项目支撑就是头等大问题，他经过许多周折向国内外其他单位寻求支持后，才得以进行。
"做芯片一般要依次完成原理图、版图、模块级联，最后才是总版并进行评估。"张净植说，但到了2017年4月，他们才刚做到模块级联环节，进度比预期慢很多。"不过，考虑到芯片设计不容有失，否则流片就会功亏一篑，所以我们也没有急于求成，最终于当年5月才完成第二版设计。"
又是一个漫长的三个月等待，好在辛苦没有白费。当拿到第二版芯片后，张净植和团队成员花了一周时间测试芯片的性能，这才有机会完成论文并将其投给ISSCC。
今年2月，国际固态电路会议(ISSCC)正式召开，张净植的论文得以发表。这不仅是电子科技大学首次以第一作者单位在此会议上发表论文，也使得电子科技大学成为继清华大学和复旦大学后中国大陆第3所在该会议发表论文的高校。这也是中国大陆地区发表在该会议上的首篇有关毫米波集成电路设计的论文，康凯教授为通讯作者，电子科技大学为唯一作者单位。
张净植本人也获得该会议颁发的"丝绸之路奖"（Silkroad Award），该奖项是颁发给以第一作者身份第一次在这个会议上发表论文的亚太地区学生的。从此，张净植成为中国大陆地区历史上第4位获此殊荣的学生，同时也是大会历史上第20位获此奖项的学生。
他的研究成果，仅是两方小小的"通用芯片"：大的芯片只有910微米×920微米，小的芯片为700微米×670微米，面积都小于1平方毫米，大小相当于一根绣花针的横截面。
但恰巧是这种小小的芯片，解决了5G芯片在不同电磁频段"水土不服"的难题，在与业界最先进技术的比较中，该技术在仅消耗两倍功耗的情况下，将工作带宽提升了5.2倍，同时还解决了毫米波频段中"低相位噪声信号源的大带宽设计"难题，为毫米波领域超宽带低相位噪声信号源设计提供了一个可行方案，对5G通信的高频段多频带应用有着实际意义。
"做这一行非常累，要做好足够的心理准备，熬夜也是常有的。只有肯吃苦、肯拼搏，才能为这个行业做出更多贡献。"张净植说，目前团队正在进一步优化设计，准备做第三版设计和流片工作，"我们的芯片设计从一开始就是面向应用并且和工业界紧密结合的，随着5G通信时代的到来和各种应用逐渐推广，我们的芯片也将迎来更好的发展机遇"。
延伸阅读：
张净植是电子科学与工程学院2015级直博生，主要研究方向为硅基射频毫米波集成电路，专注于毫米波频率源和相控阵射频收发机研究。除此篇论文外，该同学还在IEEE固态电路社区旗舰会议射频集成电路年度会议（RFIC）中发表过研究论文。曾任原电子工程学院创新创业中心（电信科协）会长，多次获得全国电子设计竞赛一等奖，并于2015年获得四川省优秀毕业生称号。曾代表电子科技大学足球队获得四川省大学生校园足球赛冠军。
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素材来自电子科技大学官网、网易新闻、漳州新闻网
