了得網工業技術_射頻集成電路設計

內容簡介

本書立足一個完整的通信繫統，從信號處理的角度逐步引出射頻集成電路設計中的相關方法學，具體內容包括射頻集成電路設計基礎知識，阻抗匹配及穩定性，頻域分析，射頻通信基礎與鏈路預算，射頻集成電路架構，低噪聲放大器，射頻混頻器，功率放大器，射頻振蕩器，鎖相環，頻率綜合器，射頻收發機設計實例。本書配套提供了晶體管級射頻收發機工程設計供讀者參考。

作者簡介

李松亭，國防科技大學空天科學學院副研究員，國防科技大學天拓繫列衛星物聯網載荷主任設計師，主要從事天基物聯網、模擬射頻及混合信號集成電路設計等方面的研究。先後研發出多款星基物聯網載荷、多款多模導航射頻芯片、射頻基帶一體化SoC芯片、具有自主知識產權的超高頻RFID標簽芯片、電源管理芯片等。承擔和參與各類國家、省部級項目20餘項，發表學術論文30餘篇，授權國家發明專利30餘項，出版專著1部。獲軍隊科技進步獎一等獎1項，天津市科技進步獎特等獎1項。

目錄

第1章射頻集成電路基礎知識1
1.1 增益1
1.2 非線性效應2
1.2.1 諧波現像2
1.2.2 增益壓縮3
1.2.3 減敏（阻塞）現像4
1.2.4 互調現像5
1.2.5 交調現像5
1.2.6 級聯繫統的非線性特性10
1.2.7 典型放大器結構的非線性表征13
1.3 噪聲21目錄

第1章射頻集成電路基礎知識1

1.1 增益1

1.2 非線性效應2

1.2.1 諧波現像2

1.2.2 增益壓縮3

1.2.3 減敏（阻塞）現像4

1.2.4 互調現像5

1.2.5 交調現像5

1.2.6 級聯繫統的非線性特性10

1.2.7 典型放大器結構的非線性表征13

1.3 噪聲21

1.3.1 電阻熱噪聲21

1.3.2 晶體管噪聲24

1.3.3 噪聲通過濾波器繫統26

1.3.4 輸入參考噪聲28

1.3.5 噪聲繫數33

1.3.6 級聯繫統的噪聲繫數35

1.3.7 有損繫統的噪聲繫數37

1.3.8 等效噪聲溫度38

1.4 靈敏度39

1.5 鏈路預算40

參考文獻42

第2章射頻集成電路阻抗匹配及穩定性43

2.1 傳輸線理論44

2.1.1 傳輸線44

2.1.2 集總參數繫統與分布參數繫統44

2.1.3 傳輸線波動方程46

2.1.4 傳輸線終端接負載48

2.1.5 傳輸線特征阻抗52

2.2 雙端口網絡理論和信號流圖53

2.2.1 雙端口網絡53

2.2.2 信號流圖56

2.3 Smith圓圖理論59

2.4 基於無源匹配網絡或微帶線的功率傳輸理論63

2.4.1 無源RLC網絡65

2.4.2 基於Smith圓圖的L型匹配網絡設計72

2.4.3 基於Smith圓圖的T型匹配網絡和?型匹配網絡設計76

2.5 基於Smith圓圖的微帶線匹配網絡設計78

2.6 射頻集成電路中的電壓/電流傳輸理論83

2.7 射頻集成電路穩定性84

參考文獻88

第3章射頻集成電路頻域分析89

3.1 繫統89

3.2 繫統響應與傳輸函數90

3.3 卷積和乘積93

3.4 傅裡葉級數96

3.5 傅裡葉變換103

3.6 拉普拉斯變換105

3.7 離散傅裡葉變換107

3.8 Z變換109

3.9 功率譜密度與頻譜110

3.10 頻域概念在射頻集成電路設計中的應用111

3.11 射頻集成電路頻域模型116

附錄1 離散時間域單位衝激函數121

附錄2 DAC輸出信號頻譜121

第4章射頻通信基礎與通信鏈路預算123

4.1 基本通信過程123

4.2 調制和解調127

4.2.1 幅移鍵控（ASK）127

4.2.2 相移鍵控（PSK）130

4.2.3 頻移鍵控（FSK）132

4.2.4 正交幅度調制（QAM）136

4.2.5 頻率選擇性衰落與正交頻分復用137

4.2.6 碼速率和調制方式與信號帶寬的關繫139

4.2.7 碼間串擾與成型濾波141

4.2.8 眼圖與星座圖142

4.3 各調制方式誤比特性能分析144

4.3.1 二進制通信誤碼性能分析145

4.3.2 MASK誤碼性能分析151

4.3.3 MPSK誤碼性能分析153

4.3.4 MFSK誤碼性能分析155

4.3.5 MQAM誤碼性能分析157

4.3.6 不同調制方式之間的解調性能對比158

4.3.7 常用調制方式非相干解調誤碼性能分析159

4.4 雙工模式與多址接入技術162

4.4.1 頻分雙工與時分雙工162

4.4.2 頻分多址與頻分多路復用162

4.4.3 時分多址與時分多路復用164

4.4.4 碼分多址與碼分多路復用165

4.4.5 空分多址與空分多路復用167

4.5 MIMO技術169

4.5.1 空間分集170

4.5.2 空間復用172

4.6 通信鏈路預算173

4.6.1 自由空間鏈路衰減173

4.6.2 通信鏈路預算175

參考文獻178

第5章射頻集成電路架構179

5.1 射頻收發集成電路一般性設計考慮180

5.1.1 接收鏈路鏡像問題182

5.1.2 載波同步問題184

5.1.3 發射鏈路帶外干擾抑制問題188

5.2 超外差接收機189

5.2.1 一級變頻超外差接收機190

5.2.2 二級變頻超外差接收機191

5.2.3 零中頻超外差接收機192

5.2.4 低中頻超外差接收機193

5.3 零中頻接收機195

5.3.1 正交失配196

5.3.2 正交失配校準199

5.3.3 本振洩漏及本振諧波202

5.3.4 直流偏移203

5.3.5 直流偏移校準204

5.3.6 偶階非線性失真208

5.3.7 偶階非線性失真校準210

5.3.8 閃爍噪聲212

5.4 低中頻接收機213

5.4.1 復數域鏡像抑制濾波器設計215

5.4.2 正交失配218

5.4.3 正交失配校準221

5.4.4 直流偏移及直流偏移校準222

5.4.5 基於無源多相網絡的低中頻接收機226

5.5 直接變頻射頻發射機227

5.5.1 正交失配228

5.5.2 正交失配校準230

5.5.3 載波洩漏232

5.5.4 載波洩漏校準233

5.5.5 信號調制方式與非線性效應234

5.5.6 鎖相環注入頻率牽引與設計優化236

5.6 低中頻射頻發射機238

5.7 超外差射頻發射機240

5.8 面向軟件定義無線電的射頻集成電路架構242

5.8.1 諧波抑制243

5.8.2 寬帶可配置濾波器帶寬校準247

5.8.3 發射洩漏校準249

5.8.4 自適應干擾抑制251

5.9 射頻集成電路的多片同步校準253

參考文獻254

第6章低噪聲放大器259

6.1 低噪聲放大器設計考慮259

6.1.1 噪聲繫數260

6.1.2 阻抗匹配262

6.1.3 增益與帶寬262

6.1.4 線性度264

6.1.5 穩定性265

6.1.6 功耗266

6.2 窄帶匹配低噪聲放大器267

6.2.1 電路結構267

6.2.2 匹配網絡拓撲結構269

6.2.3 增益計算273

6.2.4 噪聲性能274

6.2.5 窄帶匹配低噪聲放大器線性性能277

6.2.6 設計過程279

6.3 寬帶匹配低噪聲放大器279

6.3.1 基於共源結構的寬帶低噪聲放大器279

6.3.2 基於共源負反饋結構的寬帶低噪聲放大器281

6.3.3 基於共柵結構的寬帶低噪聲放大器283

6.3.4 基於帶通濾波器結構的寬帶低噪聲放大器289

6.4 噪聲抵消低噪聲放大器291

6.4.1 基於共源負反饋結構的寬帶低噪聲放大器噪聲抵消技術292

6.4.2 基於共柵負反饋結構的寬帶低噪聲放大器噪聲抵消技術293

6.5 高線性度低噪聲放大器294

6.5.1 二階失真優化294

6.5.2 三階失真優化297

6.6 鏡像抑制低噪聲放大器299

參考文獻300

第7章射頻混頻器302

7.1 射頻混頻器設計考慮302

7.1.1 噪聲繫數303

7.1.2 轉換增益306

7.1.3 線性度307

7.1.4 饋通效應307

7.2 射頻混頻器工作原理308

7.2.1 單平衡混頻器與雙平衡混頻器311

7.2.2 正交混頻器313

7.2.3 多相混頻器314

7.2.4 次諧波混頻器317

7.3 電壓模無源下變頻混頻器319

7.3.1 單平衡電壓模無源下變頻混頻器320

7.3.2 雙平衡電壓模無源下變頻混頻器327

7.3.3 八相結構電壓模無源下變頻混頻器329

7.4 電流模無源下變頻混頻器331

7.5 有源下變頻混頻器338

7.5.1 轉換增益338

7.5.2 噪聲342

7.5.3 線性性能347

7.6 上變頻混頻器351

7.6.1 單邊帶上變頻混頻器353

7.6.2 上變頻混頻器線性性能355

參考文獻356

第8章功率放大器357

8.1 功率放大器設計考慮357

8.1.1 阻抗匹配與功率匹配358

8.1.2 Knee電壓影響361

8.1.3 大信號條件下近似線性效應362

8.1.4 功率放大器的負載牽引特性364

8.2 功率放大器設計指標367

8.2.1 增益367

8.2.2 功率轉換效率及附加功率轉換效率369

8.2.3 功率轉換因子369

8.2.4 線性度370

8.2.5 峰值-均值功率比370

8.3 壓控電流型功率放大器370

8.3.1 A類功率放大器371

8.3.2 B類功率放大器375

8.3.3 C類功率放大器378

8.3.4 AB類功率放大器379

8.3.5 壓控電流型功率放大器性能比較380

8.4 壓控開關型功率放大器382

8.4.1 D類功率放大器382

8.4.2 E類功率放大器386

8.4.3 F類功率放大器393

8.4.4 壓控開關型功率放大器性能比較396

8.5 功率放大器的效率提升技術396

8.5.1 包絡跟蹤功率放大器397

8.5.2 包絡消除與恢復功率放大器403

8.5.3 LINC功率放大器405

8.5.4 Doherty功率放大器410

8.6 功率放大器的線性化技術412

8.6.1 高線性LINC功率放大器412

8.6.2 數字預失真413

8.6.3 前饋技術419

8.6.4 Cartesian反饋技術420

8.6.5 包絡反饋技術421

8.7 數字功率放大器421

8.7.1 開關電容數字功率放大器422

8.7.2 高效率G類開關電容數字功率放大器423

8.7.3 高效率Doherty開關電容數字功率放大器426

8.8 全數字發射機429

8.8.1 數字相位插值器429

8.8.2 數字極化發射機430

8.8.3 數字LINC發射機433

8.8.4 數字正交發射機433

參考文獻434

第9章射頻振蕩器438

9.1 射頻振蕩器原理438

9.1.1 閉環繫統根軌跡法439

9.1.2 反饋法447

9.1.3 負阻補償法451

9.2 描述函數454

9.3 常用射頻振蕩器類型458

9.3.1 反饋式LC振蕩器458

9.3.2 環形振蕩器463

9.3.3 負阻振蕩器472

9.3.4 晶體振蕩器472

9.4 壓控振蕩器477

9.4.1 壓控變容管477

9.4.2 數控人工電介質傳輸線479

9.4.3 壓控振蕩器頻率調諧481

9.5 相位噪聲485

9.5.1 相位噪聲的由來485

9.5.2 相位噪聲對繫統性能的影響486

9.5.3 相位噪聲數學模型491

9.5.4 常用振蕩器相位噪聲性能分析500

9.6 頻率鎖定與牽引508

9.6.1 振蕩器注入頻率鎖定508

9.6.2 振蕩器注入頻率牽引512

9.6.3 振蕩器耦合頻率鎖定與耦合頻率牽引514

9.7 正交信號的產生516

9.7.1 RC-CR串聯網絡517

9.7.2 分頻器518

9.7.3 無源多相網絡518

9.7.4 正交負阻振蕩器524

參考文獻529

第10章鎖相環5

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