射频集成电路设计基础
射频集成电路设计基础(复习2)
射频集成电路设计基础 > 射频与微波技术复习 (1) > 无源元件 (Passive Components)
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– RLC 并联谐振电路 1 附近，即 1 1 , 在谐振频率 ω = ----------电路导纳为 Y = -- + j ω C + --------0 R jωL LC ω = ω 0 + ∆ω 处， j j 1 ------1 ------1 Y ( ω ) = --+ ( ω 2 LC – 1 ) = --+ ( 2 ∆ωω 0 + ∆ω 2 ) LC ≈ -- + j 2 C ∆ω R ωL R ωL R
d V(z) dz d jωC ⋅ V(z) = – I(z) dz jωL ⋅ I(z) = –
d V ( z ) + ω 2 LCV ( z ) = 0 dz2 d 2V(z) = 0 V ( z ) β + dz2
2
2
β 2 = ω 2 LC
毫不奇怪，我们得到的仍然是波动方程 V ( z ) = Ae –j β z + Be j β z β I ( z ) = ------- [ Ae –j β z – Be j β z ] ωL V(z) 所含的两项分别为入射波和反射波， A 和 B 是它们在 z=0 时的值，而
µ --- -- ln D π a πε --------------------ln ( D ⁄ a )
µ- b ----- ln -2 π a 2 πε ------------------ln ( b ⁄ a )
µ h -----w ε w -----h
《射频集成电路设计》复习提纲
复 习 提 纲第一章 引言1.通信系统的一般模型。
2.模拟通信系统模型。
3.为什么需要调制？（调制的原因）4.什么是模拟通信和数字通信系统？5.数字通信系统模型。
6.RF IC 所涉及的相关学科和技术有哪些？7.RF IC 设计应具备的知识面有哪些？8.RF IC 的设计流程图。
第二章 射频与微波基础知识1.什么是传输线？2.有关名词解释（见上）3.真空中电磁波速度、波长与频率之间的关系式。
4.典型传输线有哪些？5.无损耗传输线模型。
6.在无反射波情况下，传输线上任一点的输入阻抗。
7.无限长传输线特征阻抗是多少？8.反射系数的定义及表达式。
9.如何灵活地求S Z 、IN Z 、OUT Z 、L Z 以及S Γ、IN Γ、OUT Γ、L Γ。
10.在Smith 圆图上观察，对于串、并联LC 时的Z 沿电阻圆、电导圆的变化规律。
11.二端口网络模型，P122 12.S 参数模型，S 参数物理意义。
13.连接输入输出匹配网络的二端口网络，写出S Γ、IN Γ、OUT Γ、L Γ，用阻抗表示。
14.四种不同功率的定义，P27. 15.三种功率增益的定义。
16.Γ与Z 的关系以及Z 与Γ的关系。
17.Smith 圆图的识别。
18.串并联支路的阻抗匹配，P35.19.波长与传输线阻抗的关系（是否可阻抗变换）。
20.L 形匹配网络（P39-48的例题） 21.习题。
第三章 无源元件1.趋肤效应2.趋肤深度3.趋肤深度与趋肤效应的关系4.电阻分类、等效电路、阻抗绝对值与频率的关系5.电容、等效电路、阻抗绝对值与频率的关系6.电感、等效电路、阻抗绝对值与频率的关系 7、作业题第四章噪声及有源器件1.噪声模型2.噪声分类及定义3.相关名词解释（见上）4.长沟道MOS管噪声模型5.沟道噪声包括哪些？6.噪声带宽定义7.按比例缩小的恒电场规则8.按比例缩小对模拟电路的影响9.晶体管等效输入噪声源10.双极型晶体管的等效噪声模型以及求2v、2n i的方法n11.MOSFET等效输入噪声模型，并用等效电路来解释2v、2n i的n计算方法。
射频电路设计基础
射频电路设计基础1、数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰如果模拟电路射频和数字电路单独工作，可能各自工作良好。
但是，一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作，整个系统很可能就不稳定。
这主要是因为数字信号频繁地在地和正电源>3 V之间摆动，而且周期特别短，常常是纳秒级的。
由于较大的振幅和较短的切换时间。
使得这些数字信号包含大量且独立于切换频率的高频成分。
在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于lμV。
因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120 dB。
显然.如果不能使数字信号与射频信号很好地分离。
微弱的射频信号可能遭到破坏,这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。
2、供电电源的噪声干扰射频电路对于电源噪声相当敏感,尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。
微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流,这是由于现代微控制器都采用CMOS工艺制造。
因此。
假设一个微控制器以lMHz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。
如果不采取合适的电源去耦.的地方必将引起电源线上的电压毛刺。
如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚,严重时可能导致工作失效。
3、不合理的地线如果RF电路的地线处理不当,可能产生一些奇怪的现象。
对于数字电路设计,即使没有地线层,大多数数字电路功能也表现良好。
而在RF频段，即使一根很短的地线也会如电感器一样作用。
粗略地计算,每毫米长度的电感量约为l nH,433 MHz时10 toni PCB线路的感抗约27Ω。
如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法具有设计的特性。
4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰在PCB电路设计中，板上通常还有其他模拟电路。
例如，许多电路上都有模，数转换ADC或数/模转换器DAC。
射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟淙攵恕R蛭魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖F信号。
如果ADC输入端的处理不合理，RF 信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激。
射频集成电路设计详解
对于低损耗传输线
R1 L1
G1 C1
(R1 jL1)(G1 jC1)
1
1
j
L1C1 1
R1
j L1
2
1
G1
jC1
2
1 2
R1
C1 L1
G1
L1 C1
j
L1C1
所以
R1
2
C1 G1 L1 2
L1 C1
R1 2Z0
G1Z0 2
c
d
L1C1
c
R1 2Z0
射频集成电路设计 第二章射频与微波基础知识
第二章射频与微波基础知识
2.1概述 2.2传输线 2.3传输线阻抗变换 2.4二端口网络与S参数 2.5 Smith圆图 2.6 阻抗匹配 2.7 用方程计算法设计阻抗匹配网络 2.8用Smith圆图法设计阻抗匹配网络 2.9本章小结
作业
简述传输线、传输线阻抗变换、二端口网络、S 参数、Smith圆图、阻抗匹配网络等概念
Z0
R1 jL1 G1 jC1
L1 C1
1
1 2
R1
j L1
1
1 2
G1
jC1
L1 C1
1
j
1 2
R1
L1
G1
C1
L1 C1
对于工程上常用的双导线传输线，其特性阻抗为
Z0
L1 C1
120ln
2D
d （空气介质）
式中D为两导线间距离，d为导线半径。一般Z0在100 ～1000 之间，常用的有200 、300 、400 、600
L
R
＋
～源
－
负
C
G
载
射频集成电路设计
射频集成电路设计1. 引言射频集成电路（RFIC）是一种专门用于射频信号处理的集成电路。
射频信号在无线通信、雷达和无线电频段的应用中至关重要。
射频集成电路设计是关于将射频电子设备集成到单个芯片上的过程。
它要求设计师具备深入的电子工程知识和专业技能。
本文将重点介绍射频集成电路设计的基本概念、设计流程和常用技术。
通过对每个主题的详细讲解，读者将能够全面地了解射频集成电路设计领域的最新动态和发展趋势。
2. 射频集成电路设计基础2.1 射频电路概述射频电路是指工作频率在几百千赫兹（kHz）到几千兆赫兹（GHz）范围内的电路。
射频电路通常用于无线通信系统、雷达系统和广播系统等领域。
与低频电路相比，射频电路的设计更加复杂，需要考虑很多特殊因素，如频率选择、阻抗匹配和信号传输等。
2.2 射频集成电路分类根据功能和工作频率的不同，射频集成电路可以分为不同的分类。
常见的射频集成电路包括功率放大器、混频器、振荡器和滤波器等。
每个分类都有各自的特点和用途。
2.3 射频集成电路设计流程射频集成电路设计流程是指从需求分析到最终产品实现的一系列环节。
它包括系统规划、电路设计、性能仿真和验证测试等步骤。
设计流程的每个环节都需要设计师仔细分析和设计，以确保最终产品能够满足设计要求和性能指标。
3. 射频集成电路设计常用技术3.1 频谱分析频谱分析是一种用于分析射频信号频率成分和幅度的技术。
通过频谱分析，设计师可以了解信号的频率分布情况，并基于此进行设计优化。
3.2 阻抗匹配技术阻抗匹配是指在输入输出端口之间实现匹配的技术。
阻抗匹配可以提高信号传输效率，减少信号反射和损耗，从而提高系统的性能。
3.3 射频集成电路建模和仿真射频集成电路建模和仿真是用计算机模拟射频电路的工作过程。
通过建模和仿真，设计师可以评估不同的设计方案，并优化设计参数，以满足特定的性能要求。
3.4 射频功率放大器设计射频功率放大器是射频集成电路中最常用的组件之一。
东南大学射频讲义_08_Active2
有源器件和模拟电路基础－ II
MOS 管 SPICE 模型与等效电路 附录 MOSFET SPICE 参数 双极型晶体管 ( 三极管 ) 长沟道 MOS 管公式小结 PN 结的正偏 低频放大器设计与分析复习 CMOS 与 Bipolar 的比较 参考文献
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双 极型 晶 体管 ( 三 极管 )
• 载流子浓度
三极管在放大区工作时 BE 是正偏的， BC 是反偏的，以 NPN 管为例，根据附录 三，可以画出各部分少数载流子浓度的变化，如果基区电子和空穴的复合率较 低，那么可以证明其中自由电子 ( 少子 ) 的浓度将线性变化。
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g mb ∂V th γ - = ----------------------------- = – ---------η = ------gm ∂V BS 2 2 φ f + V SB
γµ C ox ( W ⁄ L ) ( V GS – V th ) ∂I D - = ---------------------------------------------------------g mb = ---------∂V BS 2 2 φ f + V SB
(10)
进一步观察可以发现
射频集成电路设计基础参考答案
=
C--C---e-2-q-
2
R2
;
而
Ceq
=
C----C-1---1+--C---C--s---s ≈ C----C-1---1-+-C---C--2---2
故有
Rp
≈
C-----1--C-+---1--C-----2
2
R2
以上推导均假设串并转换过程中电路 Q 值足够大 转换前后的电阻值之间仅为 Q2 的关系
yl2 = YL2 ⋅ Z2 = 2 + j0.565
经过 0.15λ 的传输线得到 B 点处的归一化导纳 yb2 ≈ 0.75 – j0.66
(3) B 点处的总导纳 YB = yb1 ⁄ Z1 + yb2 ⁄ Z2 = (1.85 – j1.62)×10–2 对 Z3 归一化得到 yb = 3.7 – j3.24 对应的归一化阻抗为 zb ≈ 0.15 + j0.135 实际阻抗和反射系数为
射频集成电路设计作业 1 参考答案
1. 在阻抗圆图上某一点 z 与圆图中心点 1+j0 连线的延长线上可以找到一点 y, 使得 y 与 z 到中心 点的距离相等 证明 y 点的阻抗读数即为 z 点阻抗所对应的导纳
令 z 点的反射系数为Γz y 点的反射系数为Γy 有Γy = –Γz 而 z 点和 y 点的阻抗分别为
而电容值保持不变
(2) 由 Q2 = ωC2R2 = ω-----C--1--s--R----s Q = ωCpRp = ω-----C----1e--q---R----s 及 Ceq = C----C-1---1+--C---C--s---s 可得
Q = ω-----C----1e--q---R----s = ω-----C--1--s--R----s C-----1--C--+--1--C-----s = Q21 + C-C----1s
RF射频集成电路设计与射频技术
将电磁场仿真和电路仿真相结合，可以对整 个RF集成电路进行全面、精确的模拟和分析 。
物理验证与版图绘制
物理验证
01
使用物理验证工具对版图进行DRC、LVS等检查，确保版图与原
理图一致，避免制造过程中的错误。
版图绘制
02
使用版图绘制工具如Cadence、Mentor Graphics等，将电路
利用射频技术实现地球站与卫星之间的通信 。
雷达探测
利用射频技术实现目标探测、定位和跟踪。
射频识别
利用射频技术实现非接触式自动识别目标， 广泛应用于物流、门禁等领域。
03
射频集成电路设计实例
无线通信系统设计
无线通信系统是利用无线电磁波进行信息传输的系统，射频集成电路在无线通信系 统中发挥着至关重要的作用。
原理图转化为版图，为后续制造提供基础。
版图优化
03
根据电磁仿真和物理验证的结果，对版图进行优化，提高RF集
成电路的性能和可靠性。
06
RF射频集成电路测试与验证
测试方法与流程
静态测试
通过测试接口连接被测集成电路，利用测试设备对电路的 输入输出信号进行测量，以评估其功能和性施加激励信号，观察 其输出响应，以评估电路在不同工作状 态下的性能表现。
在无线通信系统设计中，需要考虑到信号的发送和接收、调制解调、信号处理等方 面的技术要求，同时还需要考虑系统的功耗、体积、重量等方面的限制。
无线通信系统设计需要综合考虑多种因素，包括频谱利用率、抗干扰能力、传输速 率、覆盖范围等，以满足不同应用场景的需求。
雷达系统设计
1
雷达系统是一种利用电磁波探测目标的系统，广 泛应用于军事、航空、气象等领域。
卫星通信系统设计需要考虑卫星轨道 、信号传输延时、多普勒频移等方面 的因素，以保证通信的可靠性和稳定 性。
射频集成电路设计基础1
射频集成电路设计基础 > 概 述 ( 续 )> 课程相关信息
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– 接收机体系结构 ( 中频的选择，频率规划 )
» 镜像频率及其抑制问题 » 超外差 (几次变频) » 低中频 » 零中频
– 接收机模块划分，噪声、增益、线性度、选择性、功耗等的分配或预算 (Budget)
NGF1 1 IIP31
NGF2 2 IIP32
NG3F3 IIP33
Gtot=? NFtot=? IIP3tot=?
– 大信号阻抗匹配 – 线性化技术：前馈、反馈、预失真等
VCO
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fo
射频集成电路设计基础 > 概 述 ( 续 )> 无线通信与射频集成电路设计
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• 集成电路工艺及元件
– MOS 管
» 积累、耗尽、反型，亚阈区、线性区、饱和区 » 漏电流和跨导的计算 » MOS 电容和 S/D 结电容
– 无线信道的不理想性
» 信号随传播距离迅速衰减
Pr ∝ Pt ⁄ dn
1
2
4
3
3
一个简单的蜂窝系统
» 多径衰落：不同反射路径的信号在接收天线处叠加，造成几十 dB 的信 号起伏
– 决定了接收机灵敏度、动态范围、选择性，发射机功放的结构，信号的泄漏 等指标
射频集成电路设计基础 > 概 述 ( 续 )> 无线通信与射频集成电路设计
射频集成电路RFAmp
公式中所使用的各符号含义如下： – 路径：P1, P2 等
一条路径由一组将起点与终点连接起来的支路构成，每条支路的方向均由起 点指向终点；在从起点向终点的移动过程中，路径上任何节点均只能出现一 次。例如放大器的信号流图中从 bss 到 b1 有两条路径：P1 = S11, P2 = S21ΓLS12
PL
=
1-2
---------b----s-s----2-------1 – ΓLΓS 2
(
1
–
ΓL 2)
(11)
ΓL = ΓS* 时 PL = PAVS ，所以
PAVS
=
1-- ---------b----s-s----2--------(1 – 2 1 – ΓS*ΓS 2
ΓS* 2)
(12)
=
1-- ------b---s--s----2---21 – ΓS 2
《射频集成电路设计基础》讲义
小信号高频晶体管放大器
引言 信号流图及其应用 高频放大器的稳定性 等增益圆与功率增益 基于 Gp的设计 参考文献
东南大学射频与光电集成电路研究所 , Nov-12, 2004
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引言
1 of 41
• 高频晶体管放大器
分立晶体管的高频放大器设计，同样适用于高频集成电路放大器设计
– 转化功率增益 (Transducer Power Gain) GT
在信号源与负载之间插入一个放大器以后， PAVS 不变，而
PL
=
1-2
b2
2(1
–
ΓL 2)
因此
bss 1
a1
b2
S21
射频集成电路设计 pdf
射频集成电路设计 pdf1. 介绍射频集成电路是一种将射频电路设计和集成到同一芯片上的技术，可以实现小型化、高度集成和低功耗的电路设计。
在现代通信和雷达技术中，射频集成电路扮演着重要的角色。
本文将详细探讨射频集成电路的设计过程。
2. 射频电路的基础知识在设计射频集成电路之前，需要具备一定的射频电路基础知识。
首先，我们需要了解射频信号和直流信号的区别和特点。
另外，需要了解各类传输线、耦合器和滤波器的基本原理和应用场景。
同时，需要掌握常见的射频元器件，例如晶体振荡器、功放器、混频器等。
3. 射频集成电路设计的流程射频集成电路设计需要遵循以下流程：3.1 系统需求分析首先需要明确系统的需求，例如带宽、灵敏度、动态范围等。
同时，也需要确定使用的工艺和器件。
3.2 电路拓扑设计在确定系统需求后，需要设计电路的拓扑结构。
这包括各类传输线、匹配电路、滤波器、调制器等。
在设计过程中需要考虑信号的损耗、噪声和干扰等因素。
3.3 元器件选型在确定电路拓扑之后，需要选取合适的元器件。
在选型时需要考虑元器件的性能参数、封装形式和可用性等因素。
3.4 电路布局与布线在选取元器件之后，需要进行电路布局与布线。
在布局时需要考虑元器件之间的距离、耦合和阻抗匹配等因素。
同时，需要进行电路的模拟分析以确保设计的正确性。
3.5 电路调试与测试在设计完成后需要进行电路调试与测试。
在调试过程中需要检查信号的频率、幅度、相位和稳定性等参数，以确保电路的正常工作。
4. 总结射频集成电路设计是一项复杂的任务，需要掌握射频电路基础知识和相关设计技能。
设计者需要进行细致的设计、布局和调试工作，以确保电路的质量和性能。
《射频集成电路设计基础》功率放大器
η = -P----L-, PD
PAE
=
-P---L----–-----P----i-nPD
=
η1 – G-1--
(1)
效率和线性度矛盾的另一方面：输出功率越大，效率越高，由非线性所引起的 失真或干扰也越强。
射频集成电路设计基础 > 功率放大器 > 主要指标
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• 线性度
– 非线性失真同时表现在幅度和相位上 – 互调分量 (IM3, IM5 etc.) 或谐波抑制
ro
导不变，并且在工作频率上输出阻抗为恒定的实电阻
ro，为了实现共轭匹配，负载必须经过变换使
RL vo
RL = ro 于是输出电压幅度和功率分别为
Vo
=
g m V in
r---o2
,
PL
=
1-- V----o-2 2RL
=
1-8
(
g m V in
)2
ro
(3)
射频集成电路设计基础 > 功率放大器 >PA 的分类
实际的输出阻抗需要视电源电压和最大偏置电流而定，在电源电压很低的情 况下，需要将负载变换成更小的值，并提供更大的偏置电流。
射频集成电路设计基础 > 功率放大器 >PA 的分类
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• Class B & Class AB ( 乙类与甲乙类 )
无论有无信号，甲类功放都保持导通，因此效 RFC 率不高，乙类功放的偏置电流 IC=0，只有在有 信号时 ( 输入信号正半周 ) 管子才工作，这时 信号电流 ix = –iC , 最大幅度 Ix, max =VCC ⁄ Rx 。 正弦信号激励下输出功率和直流功耗分别为
《射频集成电路设计》指导书
《射频集成电路设计》实验指导书廖欣编桂林电子科技大学电子科学与技术教研室目录实验一、低噪声放大器的设计、仿真和优化2实验二、微带滤波器的设计与仿真9实验一低噪声放大器的设计、仿真和优化一、实验目的1．学习使用ADS软件进行微波有源电路的设计、仿真和优化；2．了解低噪声放大器的工作原理及设计方法；3．掌握低噪声放大器的制作及调试方法。
二、实验原理1．低噪声放大器（low noise amplifier）顾名思义，低噪声放大器即噪声系数很低的放大器。
一般用作各类无线电接收机的高频或中频前置放大器，以及高灵敏度电子探测设备的放大电路。
在放大微弱信号的场合，放大器自身的噪声对信号的干扰可能很严重，因此希望减小这种噪声，以提高输出的信噪比。
由放大器所引起的信噪比恶化程度通常用噪声系数F来表示。
理想放大器的噪声系数F＝1（0分贝），其物理意义是输出信噪比等于输入信噪比。
现代的低噪声放大器大多采用晶体管、场效应晶体管；微波低噪声放大器则采用变容二极管参量放大器，常温参放的噪声温度Te可低于几十度(绝对温度)，致冷参量放大器可达20K以下，砷化镓场效应晶体管低噪声微波放大器的应用已日益广泛，其噪声系数可低于2分贝。
放大器的噪声系数还与晶体管的工作状态以及信源内阻有关。
在工作频率和信源内阻均给定的情况下，噪声系数也和晶体管直流工作点有关。
实验参照系统提供的典型电路设置，用以帮助大家熟悉ADS的一些最简单的操作。
晶体管仿真时模型的选择，采用sp模型：属于小信号线性模型，模型中已经带有了确定的直流工作点，和在一定范围内的S参数，仿真时要注意适用范围。
Sp模型只能得到初步的结果，对于某些应用来说已经足够，不能用来做大信号的仿真，或者直流馈电电路的设计，不能直接生成版图。
由于sp模型本身已经对应于一个确定的直流工作点，因此在做S参数扫描的时候无需加入直流偏置。
sp模型的设计，通常被作为电路设计的初级阶段。
2．低噪声放大器的主要技术指标①噪声系数和噪声温度噪声系数是指输入端信噪比与放大器输出端信噪比的比值，它表征了一个微波器件对其放大信号噪声劣化程度，任意微波器件的噪声系数定义如下：，式中，为输入信号的信噪比；为输出信号的信噪比。
射频电路设计课程内容提要
第3章 射频功率放大器电路设计
内容提要
射频功率放大器用来产生足够大的射频输出功率，并馈送 到天线上辐射出去。射频功率放大器的主要技术指标是输 出功率与效率。其电路通常由放大器件和阻抗匹配网络组 成，按工作状态分类可分为线性放大电路和非线性放大电
在调制中，载波信号的幅度随调制信号而变，称为幅 度调制（AM）；载波信号的频率随调制信号而变，称 为频率调制或调频（FM）；载波信号的相位随调制信 号而变，称为相位调制或调相（PM）。
数字信号对载波振幅调制称为振幅键控（ASK），对载 波频率调制称为频移键控（FSK），对载波相位调制称 为相移键控（即相位键控）（PSK）。
可利用所掌握的调制与解调电路的分析方法，对实例 电路结构形式进行研究。
可根据教学需要，对应用电路和印制电路板设计实例 展开讨论。有关芯片的技术指标、内部结构、引脚功 能和封装尺寸等可以作为作业，登录相关网站查询， 进一步加深对电路实例的理解。
第5章 混频器电路设计
内容提要
混频（变频）是将载频为fC的已调波变换为载频为fI的 已调波。将已调波载频搬至高于本振频率L，称为上 变频；把已调波载频搬至低于本振频率L，称为下变
知识要点
锁相环路（PLL），鉴相器（PD），压控振荡器 （VCO），环路滤波器，分频器，锁定，捕获，跟踪，
窄带滤波特性。
教学建议
本章的重点是掌握锁相环路（PLL）电路的一些基本概 念，锁相环路（PLL）的结构和分析方法，锁相环路 （PLL）应用电路结构形式和特点，基于单片集成电路 的锁相环路（PLL）电路、VCO电路、缓冲放大器电路 和前置分频器电路设计实例。建议学时数为4学时。
《射频集成电路设计基础》混频器
射频集成电路设计基础 > 混频器 > 混频基本原理
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优良的频谱搬移特性。
5 of 39
• 线性时变状态
将i = f(VQ + v1 + v2) 在(VQ + v1) 上对v2 进行泰勒级数展开，得
i
=
f(VQ + v1 + v2)
=
f(VQ + v1) + f
'(VQ
+
v1)v2
SSB NF
12 dB
IIP3
+5 dBm
(Voltage) Gain
10 dB
LO-RF isolation
40 dB
Power Dissipation
10 mW
射频集成电路设计基础 > 混频器 > 下变频器概述
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混频基本原理
• 非线性器件相乘作用的分析
非线性器件的伏安特性为 i = f(v)，式中v = VQ + v1 + v2 ，其中VQ 为静态工作 点，v1 和v2 为两个输入 电压。对上式进行泰勒级数展开，得
• 噪声系数
由于仍然处在系统的前端，混频器的 NF 对系统噪声有较大的影响
• 线性度
混频器在接收机中处于射频信号幅度最高的位置，而且许多干扰信号未得到有 效的抑制，因此线性度是一个非常重要 ( 甚至是最重要 ) 的指标
• 隔离度 ( 平衡度 )
– LO-IF feedthrough：尽管可以通过滤波的方式抑制 IF 端口的 LO 信号，但 如果 LO 的功率很大仍有可能对微弱的中频信号形成阻塞，同时 LO 的噪声 也将提高整体噪声系数
芯片级射频集成电路的设计与优化
芯片级射频集成电路的设计与优化随着物联网、5G、人工智能等技术的发展，射频系统的需求越来越重要，而芯片级射频集成电路（RFIC）也因其高度集成、小尺寸、低功耗等优点被广泛应用。
本文将介绍芯片级射频集成电路的设计与优化。
一、射频电路设计基础首先，我们需要了解一些基础的射频电路设计知识。
在射频系统中，主要有三种电路：功率放大器、低噪声放大器和混频器。
其中，功率放大器用于增大信号强度，低噪声放大器用于放大小信号，混频器则用于将信号进行频率变换。
在设计射频电路时，需要考虑电路的带宽、增益、输出功率、噪声等指标。
同时，还需要注意电路的抗干扰性能和稳定性。
二、芯片级射频集成电路芯片级射频集成电路可以在一个小尺寸的芯片上同时实现多个射频电路。
它具有多通道、多模式、低功耗等优点，可以广泛应用于移动通信、卫星通信、雷达系统等领域。
芯片级射频集成电路的设计与优化可以分为以下几个步骤：1、电路拓扑设计首先，需要根据需求确定电路的拓扑结构。
在确定电路拓扑时，需要考虑增益、带宽、稳定性等因素。
2、器件选型与布局在芯片级射频集成电路的设计中，器件的选型和布局非常重要。
合理选择器件可以提高电路性能，而不合理的布局则可能会导致电路抗干扰性能差、噪声大等问题。
3、模拟仿真在设计过程中需要进行模拟仿真，通过仿真分析电路的性能指标，优化电路参数，找出电路存在的问题。
4、优化与验证通过仿真得到的数据，进行设计优化，最终完成电路的布图设计，可以进行电路的样品制作与测试验证。
在测试中需要仔细评估电路的增益、带宽、稳定性、抗干扰等指标。
三、射频集成电路的未来发展趋势由于射频系统的应用越来越广泛，芯片级射频集成电路的研究也在不断深入。
未来，射频集成电路将向更高频段、更高性能、更低功耗、更小尺寸等方向发展。
同时，新的材料与器件的引入也将为射频集成电路的研究提供重要的技术支持。
总之，芯片级射频集成电路的设计与优化是当前射频系统研究中非常重要的一环。
射频集成电路设计与优化
射频集成电路设计与优化在现代通信领域，射频集成电路（Radio Frequency Integrated Circuit，RFIC）起到了至关重要的作用。
射频集成电路设计与优化是一门关键技术，涉及到射频电路的设计、布局以及参数的优化调整。
本文将从射频集成电路设计的基本原理、流程和优化方法进行探讨。
一、射频集成电路设计的基本原理射频集成电路设计的基本原理是在RFIC芯片上集成通信系统中的射频电路模块，实现信号的放大、调制、解调和滤波等功能。
其主要原理包括射频信号的发射和接收，以及射频模块与其他电路之间的匹配与衔接。
在设计过程中，需要考虑信号在整个射频系统中的传输和处理过程，同时兼顾效率、稳定性和可靠性。
二、射频集成电路设计的流程射频集成电路设计的流程通常分为系统层面的设计和电路设计两个阶段。
系统层面的设计包括整体结构、系统参数的确定以及模块之间的衔接。
而电路设计则是在系统层面的基础上，对每个射频电路模块进行具体设计和优化。
以下是一般的射频集成电路设计流程：1.需求分析：明确电路设计的功能需求和性能指标，例如频率范围、功率要求、带宽和灵敏度等。
2.系统设计：确定电路的整体结构，包括模块组合和接口设计，以满足要求的信号处理功能。
3.元器件选择：根据电路需求，选择合适的射频元器件，如放大器、滤波器、混频器等。
4.电路设计：根据系统设计和元器件选择的结果，对每个射频电路模块进行具体设计，包括电路拓扑、参数和元器件配置等。
5.电路模拟：利用专业的电路模拟软件，对设计的射频电路进行仿真和验证，分析电路性能并优化设计。
6.布局设计：在芯片上进行电路的布局设计，考虑电路之间的互相干扰和布线的优化。
7.封装和测试：进行射频集成电路的封装设计和测试，验证电路在实际环境下的性能和可靠性。
三、射频集成电路设计的优化方法射频集成电路设计的优化方法可以从多个方面进行考虑，以下是几种常见的优化方法：1.功耗优化：通过合理的电源管理和优化电路结构，实现功耗的降低，提高电路的能效。
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第一章
Z. Q. LI
27
无线通信与RFIC设计
• RFIC正处于发展阶段
– 基带部分可以采用成熟的数字集成电路技术
• Artisan: Memory generator, Standard Cells, I/O Cells
– 射频集成电路还处于发展阶段，电感的性能急待提高
• Mixed-signal, RF 工艺
第一章
Z. Q. LI
19
无线通信系统举例 — GPS射频芯片
MAXIM GPS接收机前端芯片MAX2745
完 整 的 单 片 GPS 无 线 器 件 ， 用 于 16.368MHz和32.736MHz设计； 在4.092MHz提供单端或差分输出； 低至3.5dB的典型噪声系数； 无需外部IF SAW或分立滤波器； 片内温度传感器 ； 2.4V至3.6V宽电源电压范围； 在2.4V供电时的功耗仅为 41mW ；
射频集成电路设计基础
东南大学射频与光电集成电路研究所 射频集成电路与系统教育部工程研究中心
第一章 概述
无线通信技术的发展 频谱划分 通信系统组成 无线通信系统举例 无线通信与 RFIC设计 课程内容
第一章
Z. Q. LI
2
无线通信技术的发展
• 无线通信系统和技术飞速发展
GSM Mobile Terminal Volume
广晟微RS1007RF/RS1007W (WCDMA/GSM双模手机)
•WCDMA发射机及GSM900/1800 •高精密度的带自动精度校准的I/Q上 变频器 •全集成的VCO和频率综合器 •全集成用于发射机的基带低通滤波 器 •差分设计降低串扰和谐波干扰 •3W串行总线接口 •低功耗设计，睡眠时间消耗40mA电 流 •QFN48 封 装 （ 可 依 客 户 要 求 进 行 封 装）
第一章
Z. Q. LI
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无线通信系统举例 — WSN射频芯片
第一章
Z. Q. LI
25
无线通信与RFIC设计
RFIC设计成为无线通信系统发展的瓶颈
大量的专业知识、长期经验、专用EDA工具、昂贵的测试设备 射频设计工程师应具备的知识面
第一章
Z. Q. LI
26
无线通信与RFIC设计
RFIC所涉及的相关学科和技术
道。调制后的信号称为已调信号或通带信号 (passband)。 接收设备：将已调信号进行解调，还原成基带信号 信宿：将解调后的基带信号变换为相应的信息 模拟通信系统：传输模拟信号 数字通信系统：传输数字信号
第一章
Z. Q. LI
8
通信系统的组成
• 调制的原因
无线通信中把基带信号变成射频已调信号有两个原因：
• EDA工具处于发展阶段
– 分析和综合的结果只起参考作用
• Spice, ADS, Cadence
– 在射频器件的非线性、时变特性、电路的分布参数、不稳定性等方 面缺乏精确的模型，设计是否成功在很大程度上取决于设计师的经 验
• 前仿真 • 后仿真：版图参数提取，连线R、L、C提取 • 低温、高温、Slow、Fast、Typical • 集成电路制造（流片） • 测试
灵敏度比802.11a/g 标准提 高10dB。
第一章
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无线通信系统举例 —WLAN射频芯片
第一章
Z. Q. LI
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无线通信系统举例 — GPS射频芯片
GPS(美国)
Galileo(欧洲)
GLONASS(俄罗斯)
北斗(中国)
GPS信号接收机，是GPS导航卫星的用户设备，是实现 GPS卫星导航定位的终端仪器；它是一种能够接收、跟 踪、变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电接收设 备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、 跟踪和处理弱达-150dBm的GPS信号的特性。
• High alternate channel rejection (53/54 dB) • On-chip VCO, LNA and PA • Low supply voltage (2.1 – 3.6 V) with on-chip voltage regulator • Programmable output power • I/Q low-IF soft decision receiver • I/Q direct up-conversion transmitter
数字电视按传输方式分为地面、卫星和有线三种。
ASTC(美国) (Advanced Television System Committee，先进电视制式委员会)
ISDB-T(日本) (Integrated Services Digital Broadcasting，综合业务数字广播)
DVB(欧洲) (Digital Video Broadcasting，数字视频广播)
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Z. Q. LI
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无线通信与RFIC设计
• 无线通信系统包括射频部分和基带部分
射频部分
基带部分
• 基带部分的功能：完成频率较低的数字信号或模拟信号的处理功能
• 射频部分的功能：处理宽动态范围的高频模拟信号
– 调制、解调、低噪声放大、功率放大、频率变换、滤波
• 射频设计的要求
– 良好的选择性
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无线通信系统举例 — GPS射频芯片
第一章
Z. Q. LI
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无线通信系统举例 — WSN射频芯片
2.4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee RF Transceiver CC2420
频率范围：2400 – 2483.5 MHz
• Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) transceiver • 250 kbps data rate, 2 MChip/s chip rate • O-QPSK with half sine pulse shaping modulation • Very low current consumption (RX: 18.8 mA, TX: 17.4 mA) • High sensitivity (-95 dBm) • High adjacent channel rejection (30/45 dB)
• RFIC已在世界范围内成为大学、研究院所和通信相关产业研究开 发的热点
第一章
Z. Q. LI
6
频谱划分
• 当今最通用的频谱分段法是由电气和电子工程师学会 (IEEE)建立的
第一章
Z. Q. LI
7
通信系统的组成
信源
发送设备
信道
接收设备
信宿
发送端
噪声源
接收端
信源：输出基带信号 (baseband) 发送设备：将基带信号进行调制，变换为适合信道传输的频率，并送入信
• 调制方式
– 用基带信号控制载波的幅度、频率和相位分别对应调幅、调频和调相。 – 模拟调制：用模拟信号调制载波 – 数字调制：用数字信号调制载波源自第一章Z. Q. LI
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通信系统的组成
• 信道
– 信道是传输媒介，分为有线和无线两类 – 有线信道：电线、电缆、光纤、波导 – 无线信道：自由空间
• 无线信道中的干扰
CMMB/TMMB (中国，广电/电信，新岸线 )
第一章
Z. Q. LI
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无线通信系统举例 — 数字电视射频芯片
英飞凌（Infineon）OmniTune TUA9000 (直接转换式多频段硅调谐器芯片，0.13 mm RF CMOS工艺 )
第一章
Z. Q. LI
VHF: 170 MHz-240 MHz UHF: 470 MHz-890 MHz L-频段: 1.465 GHz、1.672 GHz
2110~2170 2010~2250
调制方式 GSMK p-QPSK
QPSK/BPSK 8-PSK QPSK
BPSK/QPSK QPSK/8-PSK
信道带宽 200kHz 300kHz 1.25MHz 200kHz 2×5MHz
5MHz 1.6MHz
第一章
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无线通信系统举例 — 移动通信射频芯片
• High performance and low power 8051 microcontroller core. • 2.4 GHz IEEE 802.15.4 compliant RF transceiver (CC2420 radio core). • Excellent receiver sensitivity and robustness to interferers • 32, 64 or 128 KB in-system programmable flash • Low current consumption (RX: 27mA, TX: 27mA, microcontroller running at 32 MHz) • Wide supply voltage range (2.0V – 3.6V)
– 1887年Heinrich Hertz 实验证实了电磁能量可以通过空间发射和接收。 – 1901年Guglielmo Marconi 成功地实现了无线电信号 (Radio Signals) 横
越大西洋。 – 从此无线技术正式诞生。从1920年的无线电通信，1930年的TV传输，
到1980年的移动电话和1990年的全球定位系统 (GPS) 及当今的移动 通信、WLAN、DVB、WSN等。 – 射频集成电路 (RFIC) 的发展推动了无线通信技术的发展，是当代无 线通信的基础。
第一章
Z. Q. LI
16
无线通信系统举例 —WLAN射频芯片