数模混合及射频集成电路设计硕士需要的基础知识
实用的射频模拟电路基础知识
1-1 射频模拟电路概述 射频电路不同于其他电路,这是由于在较高的工作频率下,电路工作中的一些现象难于理解, 分布参数在影响着这些电路。分布参数—分布电容与引线电感,既看不见又摸不着。分布电容存 在于二个导体之间、导体与元器件之间、导体与地之间或者元件之间。引线电感,顾名思义是一 种元件间连接导线的电感,有时,也称之为内部构成电感。 这些分布参数的影响在直流和低频时是 不严重的。但是,随着频率的增加,影响越来越大。例如,在 VHF 和 UHF 频段,分布参数会影响接 收机前端调谐电路。因此,在这种调谐电路中,需要可调整的电容。 RF 频段介于集中参数频段与分布参数频段之间,集中参数频段可用 “路”的概念来分析,分布 参数则用“场”的概念来分析。RF 频段是一种相对概念,事实上,他与电路尺寸有关,电路尺寸只 要小于八分之一导波波长( λ g ),就可用路的概念来分析电路。18GHz 是公认的微波频率,但某公 司就完全用集中参数构成了这频段的压控振荡器 ,整个电路尺寸小于 1mm,用放大镜才可看到电 感线圈，这种微波压控振荡器完全可用路的概念来分析。上述分析说明：RF 电路既可用路的概 念分析问题,又可用分布参数概念—长线理论来分析,或者说,用“路”分析时，还要考虑分布参 数的影响。这样,给 RF 电路分析带来了复杂性、双重性。 在 RF 时,趋肤效应的影响很严重。术语“趋肤效应”是指这样一种事实：ac 电流流经导体 时趋向于导体外边部分,而 dc 电流流经整个导体。随着频率的升高,趋肤效应形成了一个较小的 导流带,结果,形成了大于 dc 电阻的 ac 电阻。根据分析,电流密度分布从表面起到导体中 心按 指 数规律迅速减小(图 1-1),定义趋肤深 度 δ 为电流密度降到表面电流密度 1/e=1/2.718=0.368 处的 临界深度。趋肤效应引起的最明显的影响就是引起信号传输途径中的损耗增加。
了解和熟悉射频电路的基础知识
射频微带定向耦合器的设计实现了解和熟悉射频电路的基础知识；了解微波网络的相关知识；熟悉两端口网络的S参数、Z 参数等；学习传输线的相关理论知识；掌握微带线定向耦合器的理论和设计方法；学习使用仿真设计软件ADS进行分布式低通滤波器的设计；学习使用PCB印刷电路板进行实际射频电路的制作工艺；学习矢量网络分析仪的使用方法，对设计好的电路进行实际测试及调制。
设计指标：中心频率：2.4GHz，耦合度：15dB，采用1/4波长单级定向耦合器形式。
采用FR4介质板，相对介电常数：εr=4.3，厚度h=2.0 mm。
一种提高RFID系统中耦合器定向性的方法作者：邢自健，黄登山，张萌，王伶来源：21IC-应用发布时间：2011-08-25 10:09 评论：0条阅读：47次发给好友0引言RFID系统在全球的应用已经越来越广泛，被誉为21世纪将会快速发展的新型技术。
RFID系统可以应用于多个频段，不同频段有着不同的特点，UHF频段的RFID系统读取速度较快，识别距离较远，近年来得到了很快的发展。
本文将重点讨论在UHF频段中，RFID 系统中微带定向耦合器设计的改进方案。
在很多RFID系统中，有一些微波多端口器件，放置于reader天线和信号处理模块中间，用以分离输出的reader信号和tag散射的信号，比如环形器，定向耦合器等等。
环形器体积较大，又需要铁氧体材料，制作成本较高，而微带型的定向耦合器通常体积比较小，又很容易加工，因此在这些系统中得到了广泛的应用。
微带耦合器一般是用一段长度为1／4波长的微带耦合线构成，在平行的两段导带两端分别加上两个端口，构成定向耦合器的四端口网络。
但是，因为微带线传输的模式不是严格的TEM波，有少量的纵向场分量，造成了奇偶模式传输相速度不平衡，直接导致了微带耦合器的定向性降低。
如公式(1)所示：在这个公式中，i=e，o。
从上式可以看出，奇偶模相速度是不一样的，这不但会影响到微带耦合器的耦合性能和定向性能，还会使得频带变窄。
射频集成电路设计基础
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）
(整理)射频基础知识.
第一部分射频基本概念第一章常用概念一、特性阻抗特征阻抗是微波传输线的固有特性，它等于模式电压与模式电流之比。
对于TEM波传输线，特征阻抗又等于单位长度分布电抗与导纳之比。
无耗传输线的特征阻抗为实数，有耗传输线的特征阻抗为复数。
在做射频PCB板设计时，一定要考虑匹配问题，考虑信号线的特征阻抗是否等于所连接前后级部件的阻抗。
当不相等时则会产生反射，造成失真和功率损失。
反射系数(此处指电压反射系数)可以由下式计算得出：z1二、驻波系数驻波系数式衡量负载匹配程度的一个指标，它在数值上等于：由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是0~1，而驻波系数的取值范围是1~正无穷大。
射频很多接口的驻波系数指标规定小于1.5。
三、信号的峰值功率解释：很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。
峰值功率即是指以某种概率出现的尖峰的瞬态功率。
通常概率取为0.1%。
四、功率的dB表示射频信号的功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：dBm=10logmWdBW=10logW例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为五、噪声噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号（各类点频干扰不是算噪声）。
常见的噪声有来自外部的天电噪声，汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声，晶体管等在工作时产生的散粒噪声，信号与噪声的互调产物。
六、相位噪声相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动。
理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下页所示。
一般的本振信号可以认为是随机过程对单音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声。
相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比。
例如晶体的相位噪声可以这样描述：七、噪声系数噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如下图：对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪声系数可以用下式表示：Pno 表示输出噪声功率，Pni 表示输入噪声功率，G 为单元增益。
射频集成电路设计基础(复习2)
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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