经典——射频微电子学

jemy

射频微电子学
译者序
+ f9 b5 N/ G' N" F; F# q近年来，由于无线通信的广泛需求和迅速发展，射频集成电路已成为IC 设计中
$ j" n; R( P4 X- l! o6 H被普遍关注和大量研究的课题。尤其是因为硅CMOS 工艺的不断改进，MOS 器件
( t. T( f& S, f: l- o的截止频率已完全能满足多数现代无线通信应用要求（比如0.13 微米工艺节点的
nMOS 截止频率可达90GHz）。对一些要求不高的应用，如无线局域网
（WLAN）射频前端收发器，CMOS 器件噪声性能等也能满足要求。因此了解和
掌握射频集成电路的工作原理与分析方法对正确有效地设计射频、数字模拟混合信
号集成电路是至关重要的。
: `$ I3 H; `2 aBehzad Razavi 所著的《射频微电子学》（RF Microelectronics）一书就是针对上
% N1 h, l: ]+ N/ I  Z( P8 C述需要的。它既可供高年级大学生或研究生作教科书用，又可满足集成电路设计工
作者进一步提高自身知识和设计技能之目的。相对其他RF CMOS 电路的专著，本
; V9 d4 t) G/ w书的特点是系统级的介绍较为详细。即它将无线通信电路系统的描述、器件特性及
单元电路分析融合在一起，使读者能对射频电路的IC 实现有一个完整的概念。
本书第1 和第2 章首先介绍了在射频电子学经常遇到的概念和术语，并给出了
评价射频电路性能的主要指标，如表征非线性度的1-dB 增益压缩点和三阶交调
" O5 @% M6 b0 B; L点、灵敏度和动态范围等。其中对随机信号和噪声的描述很有特色，例如定义随机
% B# P- N# ~2 w. n过程为一组时间的函数或多次测量的集合，这对理解随机信号的本质很有帮助。
0 D% [- y; n/ I7 m) R0 g在通信系统中，模拟和数字信号的调制、解调是必须的过程。本书第3 章先用
8 B& R! ~4 @5 O. J! a! h简洁的数学公式定义和描述了模拟信号的调幅、调相和调频调制方法，然后自然地
扩展到数字信号调制的幅移、相移和频移键控调制。本书对数字信号调制机理的讨
2 _6 ]6 Y9 R) A* u. i' E) P; G论十分明了，是一个对数字信号系统不甚熟悉的读者很好的入门介绍。另外，在书
中还对各种调制方法的功率效率进行了讨论。
( N  Z, p: b( X* H3 V5 Z本书第4 章专门介绍3 种在无线通信系统中通用的多路存取技术：FDMA，
TDMA 和CDMA，及几种常用的无线通信标准，如GSM 和Qualcomm 公司的
CDMA，这些对了解系统的工作方式很有帮助。
第5 章是本书的重点，讨论了无线前端收发器的结构和集成电路的实现。它在
介绍单元电路之前，先比较了各种接收器和发送器的结构，包括外差和零中频程
式；然后给出了几种常见的无线收发器的设计实例。这些设计都已在产品中实现并
1 Z3 W% S) c. {5 m3 p被用于无线通信系统中，其中有GSM 和DECT 收发器的电路框图。这些高层次的
+ j3 m/ _- v/ v' h! ~讨论对理解后续的构成收发器的单元电路设计和工作原理打下了基础。
本书的第6 章至第9 章详细讨论了低噪声放大器和混频器、振荡器、频率综合
/ w  |4 C+ v8 Y9 [: k% w5 X器和功率放大器的电路原理和分析方法。电路的实现以MOS 器件为主，但也有用
4 d; ~. h* ^2 G1 n0 g# k0 U双极型晶体管作实例的。电路的工作原理讨论较为简要，但对各个电路单元要达到
的技术指标和评价标准给出了不少实际应用系统的具体数据，这对于读者建立相关
电路设计的定量概念颇有益处。
本书的作者是美国UCLA（加州大学洛杉矶分校）的教授，他曾在HP 实验室
工作过，有丰富的模拟电路设计经验。近年来更在射频CMOS 的电路理论和设计
7 B3 R1 S; N9 y9 c  S  a研究方面大有建树，并成功地创办了用硅CMOS 工艺实现的WLAN 芯片设计公
, o+ K* b8 \" B# f% R司。他写的另一本有关CMOS 模拟集成电路的书Design of Analog CMOS
Integrated Circuits，作为电路教学的教科书，为美国多所大学采用，也在清华大学
被用作本科生和研究生的模拟电路教材或参考书。
' p0 i+ a  }9 p$ v% S/ y本书在讨论RF CMOS 电路的工作原理和分析上略为简明。读者如果想了解更
多的电路分析知识和方法，来作为学习RF 系统级设计、分析的补充，可进一步参
5 U" ^( k0 B4 O( f' e考美国斯坦福（Stanford）大学Thomas H. Lee 教授的The Design of CMOS Radio-
# K8 v7 U& n: KFrequency Integrated Circuits 一书（英国剑桥大学出版，中国电子出版社有第二版
: G$ ?8 T! f0 W  X的影印本，2005）。
1 {: E5 j* \8 k, n/ G译者在清华大学讲授CMOS 射频集成电路分析与设计研究生课程中，自2000
年来同时采用Thomas Lee 和本书（英文版）作为教材（电路部分以Lee 书为主，
; j. N( L% U3 n: j系统部分参考Razavi 书）。这本翻译稿就是和清华大学微电子学研究所的周润德
1 d. R  K) M0 ?; f" K教授以及该所CAD 室修过这门课的博士研究生一起完成的。可能存在的错误或不
准确的地方，则由本人负责。
, R. q8 l$ p( k- h. @, k  K# j+ p射频CMOS 电路是一门依然在发展中的活跃学科，希望通过普及这方面的基础
/ a# K* ]5 c2 K- z知识，能起到介绍有兴趣的读者，尤其是年轻学人，投身于集成电路与系统的前沿
研究。
- C( U1 ]( \4 [: e0 g  H余志平于清华大学
2005年12 月
, c' J  G! N6 s0 G* T目录
前言
8 I* j' i; i  ?+ x, e1. 射频（RF）及无线技术简介
1.1. 复杂性比较
, |- P+ {* s" J1.2. 设计瓶颈
; d/ L3 l0 u! `4 L1.3. 应用
1.4. 模拟与数字系统
* g7 M" t' D+ D: z5 U1.5. 工艺技术的选择
, j/ }! _" z* n2 k- K+ P$ b参考文献
8 j6 L4 N1 {2 @2. RF 设计中的基本概念
2.1. 非线性与时变性
2.1.1. 非线性的影响
2.1.2. 级联非线性级
2.2. 符号间干扰
* w5 j- l* w; N4 h2.3. 随机过程和噪声
2.3.1. 随机过程
/ ?7 n& b: {; B/ p( V. s2.3.2. 噪声
1 e6 ?3 _. d; d' n8 _2.4. 灵敏度与动态范围
. _3 M( I. d% g2.5. 无源阻抗变换
参考文献
( L: i  ?9 A/ q3. 调制与解调
3.1. 概述
  H. z# n/ r$ A1 }- s3 k3 t8 h; T3.2. 模拟调制
, h4 t: |' M  q# f" R8 [; i3.2.1. 幅度调制
& j, c0 u- j0 w  x3.2.2. 相位调制与频率调制
3.3. 数字调制
8 c5 m  Z$ c! |6 s# M3.3.1. 基本概念
: f6 s" K& D2 b% k4 ^5 J3.3.2. 二进制调制
3.3.3. 正交调制
3.4. 调制技术的功率效率
  Y1 o- k  F: W5 i6 o/ x3 P3.4.1. 等幅包络与变幅包络信号
3.4.2. 频谱再增长
) S' F2 n, L9 W9 k7 N/ o" }3.5. 非相干解调
! V0 x4 j7 q, Y. V+ L: h1 e参考文献
4. 多址访问技术与无线通信标准
1 u" N! M' y6 j% M9 [8 r3 k4.1. 移动射频（RF）通信
+ N* N4 v6 i3 s' f5 T5 L) B4.2. 多址访问技术
4.2.1. 时分和频分复用
4.2.2. 频分多址
3 S  o! t) a. @5 c% b- _4.2.3. 时分多址
1 c7 l  p0 s! C4.2.4. 码分多址
9 m: R1 E  W) k/ B5 ]2 d6 C4.3. 无线通信标准
4.3.1. 先进移动电话服务（ AMPS）
4.3.2. 北美数字标准（NADS）
5 l% x' h' P& V. ~3 H4.3.3. 移动通信全球系统（GSM）
9 x& }% B: q4 X% C. [4.3.4. 高通（Qualcomm）CDMA
# ^( M4 D  w* x4.3.5. 欧洲数字无绳电话（DECT）
参考文献
; @2 J/ ~2 Y, b  u4 {! e6 Z/ I5. 接收发送器结构
5.1. 概述
7 r% J) {) u: @% U5 _5.2. 接收器结构
5.2.1. 外差接收器
( X9 I, J) K5 u$ ]4 P5.2.2. 零差接收器
* f) A5 `$ \9 t6 r5.2.3. 镜像抑制接收器
5.2.4. 数字中频接收器
) U" l6 w3 {) S2 i0 l) O5.2.5. 亚采样接收器
# k6 W& d& U- R9 h1 ^" z5 E+ F5.3. 发送器结构
5.3.1. 直接变换发送器
: ^! \# @3 ?% y8 s" T) h5.3.2. 两步发送器
5.4. 接收发送器的性能测试
9 w; B' `: M6 J5.5. 实例研究
5.5.1. Motorola 调频接收器
5.5.2. Philips 传呼机接收器
5.5.3. Philips DECT 接收发送器
5.5.4. Lucent（朗讯）GSM 接收发送器
5.5.5. Philips GSM 接收发送器
4 o+ \7 O: k) j6 _6 d  V; c参考文献
6. 低噪声放大器与混频器
- X3 q& g. n1 i. H) U7 k3 O$ C6.1. 低噪声放大器
6.1.1. 概述
6.1.2. 输入匹配
6.1.3. 双极型LNA
6.1.4. CMOS LNA
6.2. 下变频混频器
8 p8 V% J% l9 @4 ^3 o6.2.1. 概述
6.2.2. 双极型混频器
* x! h6 f! y, O2 [, R6.2.3. CMOS 混频器
6.2.4. 混频器中的噪声
, t1 c5 X: a, T0 t6.3. 级联级再讨论
, L0 q) U/ x7 Y) M/ c$ a# E* P参考文献
7. 振荡器
7.1. 概述
7.2. 基本的LC 振荡器拓扑
7.3. 电压控制（压控）振荡器
7.4. 相位噪声
7.4.1. 相位噪声在射频通信中的影响
0 T3 R1 V4 j( }6 _" d: g/ A7.4.2. 振荡器的Q 值
7.4.3. 相位噪声机制
9 a2 z; |' ^) t. o* \7.4.4. 噪声－功率折衷关系
% g3 r; ~' `& n* X* V5 e* f5 w7.4.5. 分频与倍频对相位噪声的影响
- r% x( j) K9 Q/ O  p; [- k7.4.6. 振荡器的牵引与推动
5 Q4 Z" G) f/ d7.5. 双极型与CMOS LC 振荡器
+ {+ o& j8 k3 @# W( M7.5.1. 负跨导（Gm）振荡器
7.5.2. 插值振荡器
7.6. 单片集成电感
5 l- G0 B; J4 c. t- F$ j. z( {7.7. 不带谐振腔的压控振荡器（VCO）
7.8. 正交信号产生
$ M* j/ ]- }! S9 e' x, n+ h7.8.1. RC-CR 网络
% n4 q9 Y  B3 u- ~/ E; W- U7.8.2. Havens 方法
: R5 C3 l7 K. ?5 w% j7.8.3. 分频
7.9. 单边带信号生成
参考文献
( r; k3 p8 Y( h8. 频率综合器
8.1. 概述
8.2. 锁相环（PLL）
8.2.1. 基本概念
8.3. 基本的锁相环
* T) g8 p: [4 g* C1 F$ F4 p8.3.1. 电荷泵锁相环
0 s4 e* o+ R+ o# H" f8.3.2. I 型和II 型锁相环
! S# A4 ^; G: u: Y8.3.3. 锁相环中的噪声
4 p& K, J- b/ b  b' I- u/ @: y8.3.4. 输入端的相位噪声
- t) _& s' [, m( C8.3.5. 压控振荡器的相位噪声
8.3.6. 倍频
8.4. 射频频率综合器结构
- z2 c% H; f7 |7 i2 m9 L8.4.1. 整数－N 结构
8.4.2. 分数－N 结构
! }0 s2 t; A8 L6 X0 A8.4.3. 双环路结构
8.4.4. 直接数字频率综合
8.5. 分频器
8.5.1. 二分频电路
3 a; \+ b: [' T4 ?, Q! g8.5.2. 双模分频器
) {: k) @$ y4 `2 p9 u参考文献
+ a& E( n- e" A  ^( H. D% X9. 功率放大器
9 C; E' k$ V1 e2 ~9.1. 概述
' e% a6 d/ B' Z! M1 N+ M. c! R9.1.1. 线性与非线性功率放大器
. O# B: k; c( w- r! [9 `( Z9.2. 功率放大器的分类
9.2.1. A 类和B 类功率放大器
9.2.2. C 类功率放大器
9.3. 高效率功率放大器
9.4. 大信号阻抗匹配
/ V+ i: h5 x3 [3 l2 p: @2 b9.5. 线性化技术
9.5.1. 前馈
! s3 w5 A# y  v0 T" ~3 b9.5.2. 反馈
9.5.3. 包络消除及恢复
9.5.4. 采用非线性元件的线性放大（LINC）
" u1 C0 J; V* |7 p( `9.6. 设计实例
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xiangshui

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chinest2010

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zhongliang219

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