背景
反向散射通信（Backscatter Communication）通过调制天线反射系数，将传感器数据”搭载”到环境射频信号上发送出去，自身几乎不消耗发射功率，是物联网节点摆脱电池的关键路径之一。近年来 UMich、华盛顿大学、ZJU 等团队相继展示了 µW 级反散射 sensor 节点，其中”与商用通信标准兼容（BLE / Wi-Fi）“是把 IC 真正推向消费级生态的关键一步。
本项目目标是在 TSMC 55nm ULP 工艺上从零搭建一颗完整的 BLE-compatible 反散射 sensor SoC：射频能量驱动整片电路、片上传感器采集环境量、链路层封装成合法 BLE 广播包，由手机端 COTS BLE 应用直接解码。课题方向在所在实验室无既有 IP 储备，整片由本人单兵从架构定义、电路设计、行为级建模到 silicon-golden RTL 验证全链路独立完成。
方法 / 架构
第一颗 MPW 采用「广度 SoC + duty-cycling」路线：always-on 链路（Wake-up Receiver、Bandgap、Top Bias Mirror、LDO、Energy Harvester、时钟参考）持续工作以监听唤醒事件，其余采样链与发射链按秒级 advertise 周期占空比工作。整片 active 功耗匹配 -10 dBm 输入下整流器的可用输出能力。
信号链按以下顺序串联：天线接收 2.4 GHz 射频激励，整流器（Energy Harvester）产生 DC 并经 V_STORE 储能 + shunt clamp 稳压，LDO 与 Bandgap 输出双电压轨与基准；Wake-up Receiver + Envelope Detector 监听低占空比唤醒包；商用 26 MHz 晶振 + 片上 Pierce driver 与 Clock Recovery 提供系统时钟与 BLE bit-clock；可变速率 SAR ADC 与 Sensor Frontend 完成温度等传感量数字化；BLE link-layer framer 完成包封装（含 CRC-24），Backscatter Modulator 通过调制天线阻抗发出符合 GFSK shaping 的 BLE-compatible 包络。
为保 silicon 命中率，项目内部建立了完整的工程闭环：自建 TSMC 55nm gm/Id 设计库、统一的 PVT/MC 仿真与并行调度模板、基于 BoTorch 的多目标 sizing 优化器（含 gm/Id warm-start prior），以及 RTL 与浮点 BLE 参考模型双轨对照的 bit-exact 数字签核流程。
当前进展
- 模拟基础块：Bandgap、TopBiasMirror、PowerSupply / LDO、Wake-up Receiver、INV/NAND/NOR 数字 std cell 表征已完成 schematic 与 PVT 验证
- Energy Harvester：完成 hand-calc + 行为级 Stage 2 仿真，三 corner 输出电流相对负载均有充裕余量，V_STORE shunt clamp 子块已定义
- 数字基带（GFSK 稿件）：silicon-golden Python oracle 与 RTL 整数链路达到 bit-exact 一致，浮点 BLE 参考模型同样 100% 命中；跨模型多轮独立 review 通过 tape-out conditional 验收
- 时钟链：商用 26 MHz 晶振 + 片上 Pierce driver + Clock Recovery 拓扑选定，PMU–时钟联合预算闭合
- 工程基建：gm/Id 库 v1（72 张）、ML sizing 流水线、Spectre 远端并行模板与 silicon-golden 双轨签核流程全部投产
下一步
- 完成 SAR ADC + Sensor Frontend 子块 schematic 与多 corner 验证，闭环系统级集成仿真
- 数字 std cell 完整商业 flow（综合 / 布局布线 / STA）打通后回灌 GLS 与时序签核
- block-level 与 top-level layout 投入，重点压顶层 DRC / LVS / PEX 与 post-layout 关键 corner 复跑
- 第一颗 MPW tape-out 包准备，silicon 回片后联同手机端 COTS BLE 应用完成端到端反射广播 demo