射频微电子

下变频混频器 混频器通过两个信号相乘进 行频率变换。在接收路径上 的下变频器有两个区分得很 清楚的输入端口，称为RF 端 口和LO 端口。RF 端口接收 将要进行变频的信号，LO 端 口接收由本地振荡器产生的 周期性波形 无源混频器它不提供任何增 益, 有源混频器一般能提供增益 如果混频器提供差分 LO 信 号和单端RF 信号，则该混频 器称为“单均衡”， 如果混频器的LO 和RF 输入 都是差分方式，则称为“双 均衡”，
零差接收器：把射频频谱在第一下变频时就直接变换到基带。这类接收器 被称为“零差”。 它的本振频率等于输入的载波频率。注意到信道的选择只需要一个截止特 性较好的低通滤波器。对于频率调制和相位调制信号，下变频必须提供正 交输出以避免信息的损失。这是因为FM 或者QPSK 频谱的两个边带带有 不同的信息，所以在变换为零频率的时候必须被分离为两个正交相位
如果一个锁相环的输入信号存在一个固定的过量相位，也就是说输入信号是一个 严格的周期函数，但输入输出相位误差Δφ 随着时间变化，这种情况，我们称环路 为“未锁定”
相位/频率鉴别器一个能够同时确定相位和频率差的电路是非常有用的，因为 它可以极大地提高锁相环的捕获范围和锁定速度。 顺序相位/频率鉴别器(PFDs)产生的两个输出信号，它们并不是互补的。
发送器结构
直接变换发送器：被发送的载波的频率与本地振荡器频率相等，调制和上变换 在同一个电路中完成，调制器后面是一个功率放大器和匹配网络，匹配网络的 作用就是给天线传送最大的功率并把由放大器的非线性产生的带外分量过滤掉。
两步发送器，用两步（或多步）来上变换基带信号以使PA 的输 出频谱远离VCO 的频率。第一个 BPF抑制了 IF信号的谐波，而 第二个则滤掉了中心频率在 ω1 −ω2 处的无用边带。 两步上变换与直接变换相比，优点在于由于正交调制是在较 低的频率完成的，I 和Q 的匹配很好，从而使两个比特流之间的 串扰很少。
低噪声放大器与混频器
双极型LNA：Q2 和I1决定了Q1的偏置电流,R1 将信号路径从Q2的噪声隔离开来， R2维持与由于Q1的不可忽略的基极电流在R1上产生的电压降的同样压降。 噪声因子=
CMOS LNA: MOSFET 只有一个主要 的噪声源，该噪声是由沟 道产生的。因此，在亚微 米技术中，合理的器件和 偏置电流的组合将会提供 令人满意的低噪声。
射频微电子---拉扎维
和其他类型的模拟混合信号电路不同，RF系统要求了解许多与集成电 路并不相关的领域。
在这种电路设计中必须折衷考 虑“射频设计六边形”
RF设计中的基本概念
线性系统：一个系统的输出可以表示成每个输入分别对应的输出的线性叠加，任何 不满足这一条件的系统都是非线性的。 时不变系统：一个系统的输入的时间平移将导致输出有相同的时间平移，如果一个 系统不满足这个条件，就叫做时变系统。 非线性的影响：谐波、增益压缩、减敏和阻塞、互调、交调。 三阶交调点IP3：在对数坐标中时，IM 项的幅度将以三倍于基波 幅度增长的速度增长。而三阶交调点就定义为这两条线的交点。 符号间干扰ISI：一序列通过一低通滤波器，输出可由每个输入位 的响应叠加而成，每个位的电平都被它之前位产生的衰减带尾破 坏了。这一现象叫做“符号间干扰”。（解决办法：脉冲整形） 概率密度函数PDF：随机信号的幅度出现在一定界限内的概率 功率谱密度PSD：一个随机信号x(t)的谱密度 Sx(f)表示在频率f 周 围单位带宽范围内信号的功率。 噪声：笼统地定义为任何与有用信号无关的随机干扰 信噪比(SNR)：定义为信号功率与总的噪声功率之比 噪声系数：是信号通过一个系统后SNR 变差了多少的度量。 灵敏度(Sensitivity) ：RF 接收器的灵敏度定义为在可接受的信噪比要求下系 统可检测到的最小信号电平 动态范围(DR)：一般定义为电路可接受的最大输入电平与电路可提供合理信号质 量时最小输入电平的比值
相位是频率对时间的一个积分，正弦VCO 的输出可以表示为：
VCO 实际上是一个调制器对于正弦调制
表明VCO 有抑制控制输入端出现的高频成分的倾向
LC 振荡器的有限的调谐范围既是一个优点又是一个障碍！一方面，由于 VCO K 相对较小，频率对控制路径的噪声不敏感。另一方面，为了保证在 工艺偏差的情况下频率仍然能在要求的频带内，需要其它的调节频率的方 法 无谐振器的压控振荡器（VCO）不需要电路中的谐振器如果开环电路在零 相位频率下具有足够高的增益，振荡就会发生。同时，如果开环输入/输出 特性具备磁滞效应，则即使小信号相移不足，电路也也可以发生振荡 正交信号产生： 1.利用 RC-CR 网络使信号分别移相±45°，Vout1 与V out2 之间的相位 差对所有的频率都是90°。 2.，Havens 方法首先将信号分离90° 左右，得到V1和V 2。接着对这两路 信号进行相加和相减，得到Vout1和Vout2 。 3.采用一个主－从触发器对一个频率为2ω1 的信号进行二分频，如果 Vin 占空比为50%，则Vout1与Vout2的相差为90°
频率综合器
锁相环：是一个反馈系统，它工作在通常是周期信号的过量相位。由一个鉴相器， 一个低通滤波器（LPF）和一个压控振荡器构成。 鉴相器：在反馈回路中起到一个“误差放大器”的作用，以此来最小化x (t )和 y (t )之间的相位差Δφ 。如果Δφ不随时间变化，则回路就被认为“锁定”了，其结 果是输入信号与输出信号的频率是相等的。
镜像抑制接收器：镜像抑制结构的想法就是对信号及其镜像进行不同的处理， 以使镜像为它的负的副本相抵消。可以对信号和镜像进行区分是因为它们分别 在LO 频率的两边。 数字中频接收器：第一IF 信号是数字化的，并与数字化的两正交相正弦信号混 频，然后经过低通滤波得到正交的基带信号。这种方法常称为“数字IF结构” 亚采样接收器：如果一个带宽为Δf 的带通信号以等于或者大于2Δf 的速率被采 样，那么它就可以被变换到一个低频带。
振荡器
振荡器产生周期性的信号。因此，它的电路必须有一个“自我维持”的机制，使得 它自身的噪声可以增大，并且最终成为一个周期信号。大多数的 RF 振荡器可以看 作是一个反馈电路。 作为一个稳定的振荡，在ω0时必须同时满足两个条件：(1) 环路增益H( jω0) 必须 为 1；(2) 环路总的相移∠H( jω0)必须等于 0（如果直流反馈为负，则应为 180° ）。 电压控制（压控）振荡器：:振荡器的输出频率可以由电压控制 VCO 定义为一个可以产生周期输出信号的电路，其频率是控制电压的线性函数
检波器中的相关信号为: 当没有噪声时，积分器在t = Tb 时的输出等于：
BFSK(二进制频移键控) 在二进制频移键控中，二进制基带数据从两个 具有相同幅度的载波频率中选出一个频率 被调制信号可以表示为
其中[a1,a2 ] ＝[0,Ac]或者[Ac,0 ] A。当两个基函数在一个比特周期内正 交时，必有：
调制与解调

调制就是根据基带信号来改变载波信号的某些参数，解调的目的是 以最小的噪声、失真和ISI 等把原始信号提取出来。
模拟调制 幅度调制： 相位调制： 频率调制：
数字调制：幅移键控(ASK)，相移键控(PSK) 和频移键控(FSK)
BPSK(二进制相移键控) 在二进制相移键控中，二进制基带数据从载 波的两个相反相位中选出一个相位.被调制信号可以表示为：
功率放大器
效率为
A类放大器:导通角最大，效率最低，但失真最小。理论效率低于50%，实际一般 小于30%。 B类放大器:导通角是半周期，效率比A高，但低于C C类放大器:导通角小于半周期 E 类放大器是非线性放大器，当传输全功率时效率可以达到接近100%， 这是它相对于C 类放大器的一个显著优点。 负载网络在二次或者三次谐波时有很高的阻值，那么开关上的电压波形的边缘会 比正弦波陡峭，因此就降低了晶体管的功率损耗。这样的电路称为F 类放大器
电荷泵锁相环(CPPLLs)用PFD（或者鉴相器）与电荷泵组合在一起来代 替鉴相器与低通滤波器的组合一般结构 两个重要的优点：(1) 捕获范围仅仅由压控振荡器的输出频率范围所决定； (2) 如果忽略了失配与偏差静态的相位误差为零。 锁相环的闭环传输函数为：
射频频率综合器结构
整数N 结构：输入的参考 频率必须等于信道宽度， 输出频率只能改变f REF 的整数倍 三个观察： (1) 预分频器根据模数控 制线的逻辑状态来将输入 信号进行N +1或者N 分频。 (2) 程序计数器总是将预 分频器的输出信号进行 P 倍分频。 (3) 而脉冲吞咽分频器将 预分频器的输出信号进行 S 倍分频，这里S 是由数 字输入控制，可以从1到 最大信道数变化的整数。 这个计数器还有一个重置 输入。
接收发送器结构
外差接收器：在外差结构中，信号频带被变换到低得多的频率，从而降低了对信道 选择滤波器的要求，信号首先和余弦信号混频，其中ω0=ω1-ω2 ，由此产生了两个 频带一个在 ω2 附近另一个在2ω1 −ω 2附近。然后用一个低通滤波器滤去后者。这 一操作被称为“下变频混频”或者简称为“下变频”。由于下变频混频器一般都有 高噪声，所以在它的前面要有一个低噪声放大器降低噪声系数。
因此输出信号经过输入信号的 (N +1) S + (P − S ) N = PN + S 个周期完成了 一个周期。当脉冲吞咽计数器重置之后，系统 重复整个操作过程。
分数-N 结构：输出信号的频率可以为输入信号频率的分数倍，使得后者 可以远远高于信道宽度 预变频器将A 个输出脉冲（来自于压控振荡器） 进行N分频，B个脉冲进行N+1分频，那么等效的分频比率为 ( A+ B) /[A /N + B /(N +1)]。
多址访问技术和无线通信标准
在一个拥有极大数量收发器的网络中，就需要额外的方法来确保多个用户之间 的正确通信，这种方法叫做“多址访问技术”。 “时分复用”（TDD）发送（Tx）和接收（Rx）通道使用同样的频带范围，但 系统只能用一半时间来发送，而用另一半时间来接收 “频分复用”（FDD）发送通道和接收通道采用两种不同的频带范围 频分多址(FDMA)为了允许多个收发器相互之间能同时通信，可用的频带范围被 划分成多个信道，每一个信道都被指派给一个用户。 时分多址(TDMA）每一个用户都使用同样的带宽，但是是在不同的时间使用 直接序列 CDMA 在“码分多址”技术中，不同的语言是通过正交数字编码方式 来产生。在通信开始时，对每一对发送/接收器分配某一代码；并且基带数据 的每一比特在调制前都被“翻译”成那种代码在接收器中，解调的信号是通过 乘以同样的代码符来解码的 跳频CDMA看作是具有信道伪随机分配特性的FDMA在每个发送器中的载波频率会 根据某个选定的代码进行“跳跃”。尽管，一个发送器在短时间内其频谱可能 会和其它发送器的重叠，但是，总的频谱的轨迹，即PN 码，却可以把每个发 送器与其他发送器区分开来