看成信息时间的基石，集成电路正昔时所未有的速率改变东谈主类生计。从电脑，笔直机，再到大数据、物联网、东谈主工智能等一系列科技冲破背后齐离不开集成电路的加捏。

以物联网（IoT）为例，其通过联贯多种电子斥地，以及家电、车辆等已毕数据蚁集与交换，提高生计便利性，在这一进程中，集成电路发扬着至关迫切的作用，物联网兴起为集成电路发伸开辟了新的应用场景。

集成度更高、功耗更低、性能更强的芯片是将来主流发展标的，但是，跟着摩尔定律徐徐接近物理极限，奈何进一步提高集成电路的性能是摆在科学家眼前的沿途贫瘠。

围绕集成电路开发，近期「问芯」采访了澳门大学微电子接洽院李家明诠释注解，访谈中他围绕精密模拟集成电路筹算，以及用于跨学科界限集成电路和系统研制方面的最新进展进行了共享与解读。

图｜澳门大学微电子接洽院助理诠释注解李家明博士（开首：受访者）

李家明于 2012 年在澳门大学取得电机及电子工程学士学位，同期他亦然澳大荣誉学院的首届毕业生，期间曾在好意思国罗彻斯特大学留学。本科毕业后被澳门大学登科为博士接洽生，接洽标的主要围绕用于定点会诊的 CMOS 核磁共振系统。博士毕业后，李家明获聘为澳门大学濠江学者，三年任期期间曾赴哈佛大学从事博士后接洽。从 2019 年起，他运转担任澳门大学微电子接洽院助理诠释注解、博士生导师。

开发高速平行核磁共振技艺缩短检测资本和期间

现阶段，李家明和团队的接洽标的别离围绕精密模拟集成电路筹算，以及应用于跨学科接洽的集成电路和系统研制。

其中一个接洽课题是开发精密模拟基准 CMOS 集成电路，侧重于物联网斥地的应用场景。“电压 / 电流基准、涟漪器以及温度传感器等模拟基准电路，对于确保电子系统在各式电路（比如模数改变、传感器接口、功率处分和信号调节电路等）运行的准确性、稳重性和可靠性至关迫切。尤其是在物联网电子应用场景，其对电路体积、电压空间和功耗均有严格要求，而这给模拟精密基准的筹算带来了绝顶的挑战和机遇。”他指出。

除此以外，将定制集成电路应用于跨学科界限亦然他和团队现阶段的接洽标的，围绕这一标的现阶段的一个课题是开发基于定制集成电路的微型核磁共振（NMR）/ 核磁共振成像（MRI）系统。

看成一种用于会诊和诊治的重要技艺，核磁共振成像仪是当代化病院必备的诊疗斥地，可用于会诊前交叉韧带扯破、炎症，以及肿瘤等。“但是，传统商用核磁共振成像仪体积强劲而且文静，适度了它们的装配数目及使用时势。因此，咱们入辖下手研发基于定制集成电路的核磁共振成像系统，其基于恒久磁铁产生用于磁化原子核的磁场，好像让仪器斥地的体积大幅减小、价钱大幅缩短。”李家明暗示。

“除此以外，定制的集成电路可矫正电路性能及令系统功能更为完善，还可灵验膨胀其应用场景。”他补充说。

图｜用于定点会诊的 CMOS 核磁共振系统（开首：澳门大学官网）

据先容，他在哈佛大学从事博士后接洽期间专注于开发高速平行核磁共振技艺，通过增多可进行核磁共振实验的位置及空间来加快蚁集数据的速率，进而减少实验所需期间。

在这项接洽中，他们通过并行化多个样品的分析，使微型核磁共振仪实验通量提高了 2-4 倍。这种并行化的方法通过两种款式已毕：一种是讹诈期间交错的方法，在合并硅芯片上联贯多个 NMR 线圈，并对多个样品进行扫描；另一种是摄取磁共振成像技艺，同期测量多个样品的疏忽期间，不仅不错用于高分辨率的一维和二维光谱学，还不错用于多维弛豫成像。

这种微型核磁共振仪摄取恒久磁体和硅电子芯片相衔尾，好像在不使用超导磁体的情况下已毕高分辨率的多维核磁共振分析，具有高效、苟且、低功耗等性情，大幅提高核磁共振实验的操作服从，可庸俗应用到生物检测界限，比如血液、卵白质的分析检测等，并能大幅缩短传统生物检测所需的资本和期间。现在，干系接洽服从依然发表在 ACS Analytical Chemistry 上。

（开首：ACS Analytical Chemistry）

“市面上许多检测方法大齐需要借助大型仪器，况兼触及到精深东谈主力和期间。咱们开发的新式核磁共振技艺大幅减小仪器的体积，同期也缩短资本。将来跟着技艺普及，无需在大型病院，即使是较偏远或逾期地区的微型诊所也能职守得起，造福更多患者。”他说谈。

围绕核磁共振成像系统，李家明和团队开发了首个可用于微型多核核磁共振成像的定制芯片。“在多核核磁共振的应用中，对需要发送至原子的操控信号有更高要求，比如射频信号的相位要达至 1° 的精度之下。基于此，咱们开发出了可达 0.7° 相位精度要求的信号辐射器芯片，以相宜微型多核核磁共振成像的应用。”他先容说。

现在，干系接洽服从已发表在 ISSCC 2024 上。ISSCC（International Solid-State Circuits Conference，外洋固态电路会议）是学术界和工业界公认的群众集成电路筹算界限最高档别会议，被称为集成电路筹算界限的“奥林匹克大会”。

已鸠合企业进行技艺升沉

围绕集成电路筹算，李家明抒发了我方的一些认识和见地。“电子仪器不错说是当代社会不成或缺的资源，而集成电路则是总共电子仪器的中枢，是以，集成电路行业的需求会捏续增长。”他说谈。

“其中，行业将来发展的一个趋势是自动化，工程师只需输入特定的辅导及条目，顺次便会筹算电路及进行初步布局，省俭筹算的期间。而看成学生，则需要对电路有更长远的富厚，以及了解不同电路的性情，如斯才不错评价该在哪些情形使用特定架构的电路。”他补充说。

对于技艺产业升沉方面，李家明团队现阶段正专注于“快速启动晶体振动器”的筹算与开发。

“传统电子居品不需不绝开机和关机，是以对电路启动期间要求相对宽松。相较之下，物联网电子的中枢电路会周期性责任以缩短合座功耗，是以对电路启动期间及消费动力要求较为尖刻。”他先容谈，“咱们现在正在与企业协作开发可缩短晶体振动器启动期间的技艺，以提高其性能。”

图｜李家明和团队发表在 ISSCC 2023 的一款快速启动晶体振动器（开首：受访者）

访谈终末，李家明衔尾自己成长资格先容了澳门大学在培养集成电路界限东谈主才方面的一些性情。

“我早在中学时期运转对电子电路产生了趣味，是以采用了电机及电子工程。而在读本科时，有幸参与到模拟与羼杂信号超大限制集成电路国度重心实验室的接洽，意志到微电子电路在跨学科应用及接洽上的发展空间及契机，是以便采用了集成电路标的看成日后的接洽主题。”李家明先容说，“与此同期，本科修业阶段我富厚了发蒙憨厚、微电子界限巨匠麦沛然诠释注解，他是我的良师良一又，一直辅导着我的成长。”

“在微电子集成电路界限，芯片筹算最迫切的考证智力是流片，把在电子顺次里筹算的电路升沉成执行的芯片，这么才不错测试筹算理念是否可行以及被界限的巨匠认同。但是，每次制造芯片的用度动辄数万致使数十万元。”他指出。

“在这个方面，澳大的接洽资源较为充裕，相对有更多流片的契机给到学生，此外，澳大也贯注表面与奉行衔尾的教会模式，饱读舞学生参与科研样貌以培养革命才能，实验室会赐与学生更大的接洽开脱度，这有助于把一些前瞻的接洽主题或理念已毕落地应用。”他追念谈。

参考贵寓：

1.https://ime.um.edu.mo/zh-hans/people-zh-hans/ka-meng-lei/

2.https://www.um.edu.mo/zh-hant/news-and-press-releases/campus-news/detail/42286/

3.https://ieeexplore.ieee.org/author/37078239100

4.https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10454322