——记澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室副教授殷俊

李 莉  户 万　　

　　科技飞速发展，我们的生活与各类电子设备紧密相连。时钟芯片在其中起着关键作用，犹如电子系统的“心脏”，为各个部分精准提供时钟信号，确保设备正常且有条不紊地运行。

　　时钟芯片，是一种将电路集成一体的器件，主要负责生成并调节电子设备的时钟信号。这些信号对电子设备意义重大，它们不仅影响着设备的运行速度，还保证了各组件之间的同步与协调。试想一下，如果没有时钟芯片，电脑或许无法正确执行指令，手机可能也无法准时接收信号，整个世界或许会陷入混乱状态。

　　“随着科技不断进步，时钟芯片的性能也在持续优化。未来的时钟芯片可能会具备更低的功耗、更高的精度及更强的抗干扰能力。它们还可能与其他先进技术相融合，以满足更为苛刻的应用场景。”澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室副教授殷俊介绍。博士后期专注于时钟芯片研究，十年躬耕，他已交出一份亮眼的成绩单。以独特的视角，保持创新活力，对拥抱时钟芯片充满无限可能的未来，殷俊始终充满信心。

学术无涯 领航有道

　　科研之路，如何起步？在殷俊看来，恩师的引领如同启明灯一般，点亮了自己脚下的路。

　　在北京大学微电子专业求学期间，由于学校鼓励本科生参加科研，大三时，殷俊就跟随黄如教授（2015年当选为中国科学院信息技术科学部院士）开展半导体器件相关研究。半导体器件的工作原理抽象复杂，但黄教授总能用简洁、直观的模型给予清晰的解释。

　　“黄老师在讲解基本原理时，总能深入浅出，用直观的模型来解释复杂物理现象，令我受益匪浅。后来我在研究中也尽力尝试用简单的图像去理解和描绘研究对象。”殷俊说。

　　思维敏捷、治学严谨的黄如更以她在科研中不懈探索的精神深深激励着殷俊。而殷俊也在她的悉心指导下更深入地理解半导体未来的发展方向，窥见了更多未来探索的可能性。

　　恩师言传身教，殷俊获益匪浅，且初涉科研，他就尝到了收获的喜悦——本科毕业设计论文在固态电子学国际期刊发表。这些宝贵的经历为他日后的科研道路奠定了坚实的基础。

　　殷俊时常感慨自己十分幸运能遇到这些令人敬慕的良师益友。他们不仅学术造诣高，而且在精神上也极具感召力——待人平和、关怀学生，黄如教授如此，他的硕士生导师廖怀林教授亦如此。廖教授常和学生交流沟通。他在科研中天马行空的思维和热情洋溢的态度深深感染着殷俊和同学们。

　　2007年，殷俊赴香港科技大学求学又得遇另一位恩师——梁锦和（Howard Cam Luong）教授。梁教授严于律己，在学术上对学生要求严格，跟随他做科研从选题开始就极具挑战。“我们起初不理解，但后来发现，就像中国传统文化里‘取法乎上，得乎其中’的道理，一开始定一个比较高的目标，即使最后没有达到预期，也能得到一个不错的结果。”但在生活中，梁教授却呈现出和蔼的一面。“我们去参会，所有活动都结束后，他会开车带我们去景点游玩。平时他也经常组织我们一起去爬山。他坚毅乐观的人生态度带给我们很多正能量。”

　　对知识的渴求，对未知世界的好奇，驱动殷俊想要打破固有的边界，去接触新的事物。在香港科技大学，他感受到活力、高效。宽松活跃的学术氛围给予他很多想象与创造的空间。作为国际旅游城市的澳门融合了东西方文化特色，热闹繁华。但在澳门大学静谧的校园里，殷俊却常有一种“岁月静好”的感觉。

　　2013年博士毕业后，殷俊加入了澳门大学。由马许愿（Rui Paulo da Silva Martins）教授创建的模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室，当时正处于高速发展阶段。受到麦沛然教授与罗文基教授两位前辈的邀请，殷俊加入了这个年轻而充满活力的团队。

　　麦教授曾作为答辩委员会的校外委员参加了殷俊的博士论文答辩。罗教授是殷俊的师兄，他们曾同在香港科技大学求学。未入职前，两位前辈曾邀约殷俊到澳门大学实地考察。朝气蓬勃的高水平团队，和谐友爱的实验室氛围，对殷俊极具吸引力。

　　入职澳门大学后，得益于实验室在平台、资金上的支持和多位前辈的帮助，殷俊顺利实现了从博士后到副教授的晋升。在与团队合力攻关大项目的同时，因实验室赋予年轻教师较大的科研自主权和自由探索空间，殷俊也逐渐明晰了自己的科研兴趣和目标。

科研进阶 渐入佳境

　　在科研路途上，殷俊走过模仿前辈、积累经验、厚积薄发、勠力创新，到产学融合、推进转化的进阶之路。他的研究也渐入佳境。

　　殷俊在科研上“开窍”较早。博士期间，他就作为学生团队的负责人，与校内来自不同研究方向的5名博士与硕士研究生一起完成了超高频被动式射频识别标签（UHF Passive RFID）芯片的设计、流片与测试。作为集成了射频、电源管理、存储器、数字基带与温度传感器的片上系统（SoC），这款芯片只须外接天线，就可以从电磁场中提取能量为芯片供电，完成温度测试并将结果回传给RFID阅读器。因兼容电子产品码超高频第二代（EPC UHF Gen2）协议，它还可直接与商用RFID阅读器进行通信。

　　作为将高精度温度传感器与RFID功能集成的解决方案，这一研究成果发表于2010年的国际固态电路会议（ISSCC）与《固态电路》（JSSC）上，至今已获279次引用（Google Scholar）。此项成果还实现了商业转化，被应用于电力电子设备中，实现非接触式温度监测。

　　首个研究课题就遇到复杂的SoC系统，这对于殷俊是极大的挑战。他透露，这个项目历经两年时间、两次流片，才获得成功。但经受住难题的历练，他也获得了宝贵的经验，对复杂芯片系统的设计与要求有了深刻认识，可以从系统的角度重新审视各个模块的要求，进行创新与优化。通过与人合作，他学到了如何组织和协调项目实施，也学到了不同方向的电路设计方法。在当今时代，芯片设计的复杂度与集成度飞速提升，有影响力成果的获得越来越需要不同知识与方法的融合，这些收获对殷俊后来开展研究都有很大助益。

　　结合自身研究方向，关注前沿技术与热点问题，殷俊在不断更新知识库，拓宽研究思路。“几乎所有的电子设备都需要时钟对信号的传输与存储进行同步，因此如何在芯片上产生准确的时钟信号，成为射频电路设计领域的一个热点研究方向。世界所有的固态电路国际会议每年均收到大量关于时钟产生电路的投稿，有些会议（如欧洲固态电路会议）的技术委员会还设有频率产生电路的子委员会，专门评审这一方向的论文投稿。”殷俊介绍。

　　在此背景下，博士求学后期，殷俊专注于射频和毫米波的时钟产生电路的研究。毕业加入澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室后，他的工作依然延续了这一研究方向，并与团队一起取得了一些出色的成果。他们提出了时间交织型环形振荡器与逆F类LC振荡器的架构，能有效降低振荡器的相位噪声，提升其能量效率；低抖动快速锁定毫米波亚采样锁相环，实现了50fs的输出抖动与小于1μs的锁定时间。

　　殷俊介绍，环形振荡器由于其面积与电磁干扰小等特点，被广泛应用于数字系统的时钟产生电路中。但环形振荡器的噪声性能较差，只能通过增大功耗来降低噪声，限制了它在需要极低噪声或者极低功耗的高性能系统中的应用。

　　与世界著名模数转换器专家、意大利帕维亚大学的弗朗科·马洛贝蒂（Franco Maloberti）教授合作，殷俊与团队将模数转换器的设计思路借鉴到时钟电路的设计中，提出了一种时间交织型的环形振荡器架构，将一个低频的环形振荡器的多相位输出信号合成一个高频时钟信号。“时间交织架构的灵感来源于一种非常经典的模数转换器架构。虽然时间交织型振荡器架构的电路看似简单，但在版图设计中遇到了寄生效应所引起的相位失配问题，使得输出信号产生了较大的杂散。”殷俊说。为了减小相位失配，他曾尝试了将近10种不同的版图方案，最终将输出信号的杂散控制到了可以接受的水平。

　　与直接采用一个高频环形振荡器相比，时间交织型架构能有效地降低环形振荡器的噪声，并维持低功耗。这一工作发表于2016年的国际固态电路会议与《固态电路》期刊。由于出色的相位噪声性能与高能效，时间交织型环形振荡器被英特尔与芝加哥大学密歇根分校等公司与高校应用于脉冲式超宽带无线电与低功耗蓝牙等通信系统中。

　　基于电感电容谐振腔的LC振荡器，由于其相位噪声较低，被广泛应用于高速通信系统。寻找高性能的LC振荡器结构，用较小的功耗实现低相位噪声一直是振荡器领域的研究热点。

　　殷俊与团队提出的逆F类振荡器，避免了传统的差分式振荡器结构在采用谐波整形技术时，电感与电容在二次谐波频率能量损耗较大的问题，有效地提升了LC振荡器的品质因子。相关工作发表在2018年的国际固态电路会议与《固态电路》期刊后，至今获得接近100次的引用，成为重要的高性能振荡器结构之一。

　　殷俊分享了在提出逆F类振荡器结构过程中发生的一个小插曲。“我的学生当时尝试去构建多种振荡器结构，当把谐波整形与单端振荡器结构相结合时，他发现能得到极高的品质因子，因此这一结构引起了我们的注意。后来我们发现高品质因子是由于功耗仿真的失误引起的。之后，我们修正了功耗，虽然品质因子有所降低，但通过细致分析发现，逆F类振荡器结构依然具有非常出色的性能与优点。”在殷俊看来，这些意外的发现也是科学研究的魅力所在。

　　以创新为信仰，殷俊始终坚守初心，不放弃任何一点灵感的启发，不断挑战未知，勇攀科技高峰。与团队多次获得澳门科技奖奖励是对他实力与努力的肯定。

　　殷俊曾于2018和2022年与同事一起获得澳门技术发明奖二等奖。作为第二获奖人，他还于2020年获得澳门技术发明奖一等奖。这是澳门技术发明奖自设立以来首次颁发一等奖。在麦沛然教授领衔的获奖项目“创建万物联网关键微电子芯片”中，殷俊的贡献是研发了多种高能效的振荡器与锁相环结构。其中的一种基于片上变压器的源栅反馈振荡器结构能在0.2V的超低电源电压下工作，并保持高能效。

　　“频繁更换电池所需的巨大成本是制约物联网设备大量部署的一个重要问题。通过能量采集将环境中的太阳能、热能等能量转换为电能，为物联网设备供电，可以避免频繁的电池更换。由于采集到的能量通常较微弱，因此所产生的电压较低，如果通过直流转换器将低电压提升为电路工作所需的标准电压，则会造成较大的能量损失。我们所提出的超低电压的振荡器与锁相环电路能够使微电子芯片在使用能量采集供电时，依然保持高能效。”殷俊介绍。

　　以谦逊的心态看待奖励，殷俊认为，科学家从事科研的目标在于科技创新，而非奖项本身，将奖励化为精神上的鼓励和鞭策自己继续前进的动力，执着于真理的追求和为人类福祉作贡献，才能更深层次体会到科研为自己带来的价值和意义。

永葆初心 笃志前行

　　心怀热爱，躬耕不辍，栽下满园桃李是每一位师者的育人理想。科研之外，殷俊的一项重要工作是培养年轻的芯片设计人才。目前，他已指导毕业了3位博士生与8位硕士生，毕业后学生多任职于国内外的头部芯片设计公司，大多数已经成长为公司的技术骨干。

　　殷俊注重与学生的交流与互动。实验室布局中，老师的办公室与学生的工作区间在同一个大房间内，更便于他与学生随时进行交流，高效地解决科研中遇到的各种问题。他在给学生订立课题时，总是偏向于让学生关注电路设计的基础问题，从第一性原理出发，发展新的电路与系统结构，用简洁的方案来提升电路性能。在这一原则指导下，他的很多博士生在做第一个工作时就能取得很好的成果，在国际固态电路会议上发表。这个会议是集成电路设计领域高级别的国际会议。

　　年轻人思维活跃，殷俊鼓励学生勇敢创新，不要怕犯错。他也会引导学生寻找他们的科研兴趣点，“如果对研究对象没有兴趣，遇到困难可能就很容易放弃”。

　　芯片研究出成果周期长，而且一次成功的背后，可能有99次的失败在垫底。“如果长时间看不到结果，年轻人可能会焦虑。因为我们也是这样走过来的，所以能体会到他们的感受。这时候我们需要帮助他们做心理建设，去同理学生的处境，疏解他们的沮丧情绪，提高他们的自信心和抗挫折能力。”殷俊说。

　　澳门的地理位置为殷俊提供了国际合作的好机会，参与多个学术期刊与会议的编辑与评审工作，更直接助力他有机会带领学生与许多高水平的国际同行开展合作。

　　除与意大利帕维亚大学的弗朗科·马洛贝蒂教授合作提出时间交织型环形振荡器架构外，殷俊还与欧洲多所大学的教授有过愉快的合作经历。爱尔兰都柏林大学学院的罗伯特·博格丹·斯塔谢夫斯基（Robert Bogdan Staszewski）教授是全数字锁相环的发明者。2017—2018年，他的两位博士生曾来到殷俊的课题组交流，通过与斯塔谢夫斯基教授及他的学生合作，殷俊和学生将逆F类振荡器与全数字锁相环结合，实现了超低功耗的频率综合器，仅用530μW的功耗，就实现了870fs的输出抖动。这一锁相环电路在低功耗通信系统中具有广泛应用价值。

　　与葡萄牙里斯本大学的努诺·霍尔塔（Nuno Horta）教授团队合作，殷俊和学生利用努诺·霍尔塔团队开发的电子设计自动化工具（EDA），对提出的新型振荡器结构进行了自动设计与优化，并且性能很快得到了验证。

　　在国际合作中，学生们完成了知识积累、拓宽了认知边界，更对自己专注的科研方向有了深入了解。有自己专门的研究方向，做深做透，用创新想法提高芯片性能是殷俊对学生的殷切期望。同时，他也会组织多位学生合力完成规模较大的项目，通过合作，锻炼他们的组织协调能力。

　　殷俊重视科研成果的落地转化，但他坦言，团队规模小，有限的人力资源无法去完成复杂的产品开发任务。与企业合作进行前瞻性技术研究，为未来做准备，是他找到的一条科研成果落地转化的途径。“这样既可以发挥学校创新性的专长，也可以发挥企业在产品开发上的优势，双方互补的同时，也为学生培养找到了一种新模式。”

　　关注时钟芯片的国际前沿热点问题，殷俊调整并完善着自己与团队的科研计划。在支持人工智能的算力系统对数据传输速率要求不断提高的背景下，如何产生与分发更精准的高频时钟信号？如何将射频电路的设计与电源管理等其他模块的设计结合起来，通过协同优化，进一步提升芯片的性能？这都是殷俊所感兴趣的，并想在未来的工作中给出解决方案的课题。