2025年ISICAS特刊：面向混合集成与片上系统的前沿电路设计与实现

《IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs》：Guest Editorial Special Issue on the 2025 ISICAS: A CAS Journal Track Symposium

本特刊聚焦于解决高性能集成系统实现中的关键挑战，收录了ISICAS 2025研讨会精选论文。研究人员围绕混合电路、系统级封装(SiP)、片上系统(SoC)等主题开展研究，在ΣΔ模数转换器、温度传感器、射频(RF)电路等领域取得了突破性实验成果，为下一代集成电路设计提供了创新方案。

　　

随着物联网、人工智能和医疗电子等领域的快速发展，对高性能、低功耗的集成电路系统的需求日益迫切。传统的单一功能芯片已难以满足复杂应用场景对数据处理速度、能效比和集成度的综合要求。系统级封装(SiP)和片上系统(SoC)技术通过将多种功能模块集成在单一封装或芯片上，成为应对这一挑战的关键路径。然而，这种高度集成也带来了信号完整性、功耗管理、热效应以及异质工艺兼容性等一系列技术难题。正是在这样的背景下，2025年国际集成电路与系统研讨会（ISICAS）应运而生，其成果集中展示在《IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs》的特刊中。

该特刊收录的34篇论文代表了当前集成电路领域的最新进展。研究人员致力于解决从基础模拟电路到复杂数字系统的设计挑战。在模拟电路方面，研究涵盖了电压基准源、线性稳压器(LDO)和DC-DC转换器等电源管理模块，这些是确保整个系统稳定工作的基础。在数据转换领域，ΣΔ（Sigma-Delta）模数转换器(ADC)和时数转换器(TDC)的高精度实现及其校准技术成为关注焦点，这对于高精度测量和通信系统至关重要。面对日益严峻的硬件安全威胁，专门针对硬件安全的设计方法也得到了深入探讨。此外，特刊还涉及了温度传感器、射频(RF)电路、光电子通信系统以及基于FPGA的硬件加速等热门研究方向。

为了开展这些研究，研究人员主要采用了以下几项关键技术方法：针对混合信号电路设计，采用了先进的电路仿真和建模技术；在系统集成方面，运用了多芯片模块(MCM)和异质集成工艺；对于性能验证，依赖于高精度的实验测试平台和标准CMOS工艺节点实现；部分研究还涉及了机器学习辅助的电路优化方法。研究样本主要来源于学术机构和工业界的合作项目，通过实际流片验证设计有效性。

模拟电路设计

在模拟电路领域，研究人员通过创新架构优化了电压基准源和电源管理单元。一项研究提出了一种新颖的带隙基准电路，通过引入曲率补偿技术，显著提高了温度稳定性。另一项工作专注于DC-DC转换器设计，采用自适应频率调制策略，在宽负载范围内实现了峰值效率超过90%。这些成果为能源受限的便携式设备提供了可靠的电源解决方案。

数据转换技术

ΣΔ ADC的研究取得了重要突破。有团队开发了一种基于级联积分器前馈(CIFF)结构的调制器，通过优化噪声整形特性，在相对较低的过采样率下实现了高信噪比(SNR)。在TDC方面，研究人员提出了一种基于时间放大器的细分技术，有效提高了时间分辨率，使其适用于激光雷达等精密测距系统。校准技术的引入进一步提升了这些转换器的长期稳定性。

射频与通信系统

射频(RF)电路研究聚焦于5G及未来通信标准的需求。一项工作展示了一个高度集化的毫米波收发机前端，采用创新的阻抗匹配网络，在28GHz频段实现了优异的线性度和效率。在有线通信领域，针对高速SerDes（串行器/解串器）系统的均衡技术被深入研究，通过自适应算法补偿信道损耗，显著提升了数据传输速率。

传感器与接口电路

温度传感器的设计呈现出向更高精度和更低功耗发展的趋势。有论文报道了一种基于双极性晶体管(BJT)的传感器，利用亚阈值工作区特性，将静态功耗降低至微瓦级别，同时通过数字校准将误差控制在±0.1°C以内。这类传感器对于物联网节点和生物医学监测设备具有重要意义。

数字系统与硬件安全

在数字电路领域，研究人员探索了近似计算在神经网络加速器中的应用，通过有选择地简化计算操作，在可接受的精度损失下大幅降低了功耗。硬件安全研究则侧重于物理不可克隆函数(PUF)的实现，利用制造工艺的固有偏差生成唯一设备标识，为防伪和认证应用提供了坚实基础。

新兴技术与系统集成

Beyond CMOS（后CMOS）器件和技术的探索为未来集成电路发展指明了方向。有研究评估了二维材料在晶体管中的应用潜力，展示了其在超低功耗逻辑器件中的前景。在系统层面，多个研究团队报道了成功的SiP和SoC实现案例，将模拟、数字乃至微机电系统(MEMS)组件集成在同一封装内，证明了异质集成的可行性。

综合来看，本特刊所收录的研究成果全面展示了集成电路技术的最新进展。这些工作不仅解决了当前系统集成中的具体技术难题，更重要的是为未来电子系统的发展指明了方向。模拟电路的创新设计提升了能效和精度，数据转换技术的突破满足了高精度测量的需求，射频和通信系统的优化支撑了高速数据传输，而硬件安全方面的进展则为可信计算奠定了基础。特别值得关注的是，SiP和SoC技术的成熟使得复杂功能的单片集成成为可能，这将极大地推动边缘计算、智能传感和可穿戴设备等应用的发展。

然而，研究也揭示了一些尚待解决的挑战。例如，异质集成中的热管理问题、先进节点下的模拟设计难度以及安全性、可靠性和成本之间的平衡等，都需要未来进一步探索。尽管如此，本特刊所展现的技术多样性和创新深度充分证明了集成电路领域依然充满活力。随着新材料、新器件和新架构的不断涌现，集成电路技术将继续为信息技术革命提供核心动力。这些研究成果不仅对学术研究具有参考价值，也为工业界的产品开发提供了切实可行的技术路线。