射频电路与芯片设计要点 中文版PDF电子书下载

第1章　阻抗匹配的重要性 1

1.1 射频和数字电路在设计上的区别 1

1.1.1　低速数字电路 1

1.1.2　高速数字电路 4

1.2　阻抗匹配的重要意义 5

1.2.1　信号源到负载的功率传输 5

1.2.2　无相移的最大功率传输 6

1.2.3　共轭阻抗匹配和电压反射系数 7

1.2.4　阻抗匹配网络 8

1.3　阻抗不匹配状态下产生的问题 10

1.3.1　功率传输的一般公式 11

1.3.2　功率不稳定性和额外功率损失 12

1.3.3　额外失真和准噪声 13

1.3.4　功率测量 16

1.3.5　功率传输和电压传输 18

1.3.6　晶体管击穿 21

参考文献 21

第2章　阻抗匹配 23

2.1　阻抗的小信号测量 23

2.1.1　S参数法测量阻抗 23

2.1.2　Smith圆图：阻抗和导纳坐标 24

2.1.3　Smith圆图的精确性 28

2.1.4　串联阻抗与并联阻抗的关系 29

2.2　阻抗的大信号测量 30

2.3 阻抗匹配 32

2.3.1　单元件匹配网络 33

2.3.2　识别Smith圆图中的不同区域 34

2.3.3　两元件匹配网络 35

2.3.4　两个元件组成的上行与下行阻抗变换器 44

2.3.5　三元件匹配网络和阻抗变换器 48

2.3.5.1　两元件匹配网络的拓扑限制 48

2.3.5.2　П型匹配网络 49

2.3.5.3　T型匹配网络 55

2.4　一些有用的阻抗匹配方法 60

2.4.1　ZL不为50Ω的设计与测试 60

2.4.2　T型与П型匹配网络之间的转换 61

2.4.3　匹配网络中的元件 63

2.4.4　功率传输单元间的阻抗匹配 63

2.4.5　混频器的阻抗匹配 64

参考文献 65

第3章　射频接地 67

3.1　一个真实故事 67

3.2　用于射频接地的三种元件 68

3.2.1 “零”电容 69

3.2.2　微带线 71

3.2.3　射频电缆 77

3.3　射频接地举例 78

3.3.1　测试用PCB 78

3.3.1.1　小尺寸测试用PCB 81

3.3.1.2　大尺寸测试用PCB 87

3.3.2　混频器或上变频器的输入与输出间的隔离 91

3.3.3　网络分析仪的校准 92

3.4　减小电流回流耦合的射频接地 93

3.4.1　在PCB上由分立元件构成的电路 93

3.4.2　射频集成电路 96

参考文献 99

第4章　无源贴片元件的等效电路 101

4.1　无源贴片元件的模型 101

4.2　网络分析仪测出的元件特性 102

4.3　从网络分析仪测试结果提取参数 104

4.3.1　贴片电容的参数提取 105

4.3.2　贴片电感的参数提取 108

4.3.3　贴片电阻的参数提取 113

4.4　小结 115

参考文献 116

第5章 单端电路和差分对电路 117

5.1　基本的单端电路 117

5.1.1　概述 117

5.1.2　双极型晶体管的小信号模型 118

5.1.2.1　共射（CE）器件的阻抗 121

5.1.2.2　共基（CB）器件的阻抗 122

5.1.2.3　共集（CC）器件的阻抗 124

5.1.2.4　共射、共基和共集器件的比较 126

5.1.3 MOSFET的小信号模型 127

5.1.3.1　共源（CS）器件的阻抗 130

5.1.3.2　共栅（CG）器件的阻抗 130

5.1.3.3 共漏（CD）器件的阻抗 131

5.1.3.4　共源、共栅和共漏器件的比较 132

5.2　差分对电路 133

5.2.1　直流传输特性 133

5.2.1.1　双极型差分对电路的直流传输特性 133

5.2.1.2　CMOS差分对电路的直流传输特性 134

5.2.2　小信号特性 136

5.2.3　共模抑制比的提高 143

5.2.4　电压摆幅的提高 145

5.2.5　干扰的消除 146

5.2.6　差分对电路的噪声 147

5.3　单端电路与差分对电路的视在差别 150

5.4　直流偏移 153

5.4.1　单端器件的直流偏移 153

5.4.2　伪差分对的零直流偏移 154

5.4.3　为什么采用“零”中频或直接变频 157

5.4.4　直流偏移的消除 158

5.4.4.1 “斩波”混频器 158

5.4.4.2　直流偏移校准 162

5.4.4.3　硬件电路 164

参考文献 164

第6章 巴伦 167

6.1 同轴电缆巴伦 167

6.2　环形微带线巴伦 168

6.3　变压器巴伦 170

6.4　两个层叠式变压器（2×2）构成的变压器巴伦 172

6.5　LC巴伦 175

参考文献 182

第7章　容差分析 184

7.1　容差分析的重要性 184

7.2　容差分析基础 185

7.2.1　容差和正态分布 185

7.2.2　6σ、Cp和Cpk 188

7.2.3　成品率和DPU 193

7.2.4　泊松分布 194

7.3　6σ设计和生产的方法 196

7.4　一个例子：调谐滤波器设计 200

7.4.1　调谐滤波器设计说明 200

7.4.2　蒙特卡罗（Monte-Caro）分析 203

7.5　附录：正态分布表 208

参考文献 209

第8章 RFIC设计前景展望 211

8.1 RFIC发展的历史 211

8.2　RFIC中模块的隔离 214

8.2.1　隔离的定义与测量 214

8.2.2　隔离技术 215

8.3　螺旋电感的低Q值 227

8.3.1　趋肤效应 228

8.3.2　衬底引起的衰减 229

8.3.3　磁力线泄漏 230

8.3.4　磁力线的抵消现象 231

8.3.5　可能的解决方案——负阻抗补偿 233

8.3.5.1　FET作为负阻发生器 234

8.3.5.2　变压器作为负阻发生器 234

8.4　版图 235

8.4.1　走线 235

8.4.2　元件 241

8.4.3　RFIC中的可变部分 242

8.4.4　对称性 243

8.4.5　通孔 244

8.4.6　芯片的多余空间 245

8.5 RFIC或SOC设计的两大挑战 245

8.5.1　隔离 246

8.5.2　用于IC的高Q值电感 246

参考文献 247

第9章　接收机的噪声、增益和灵敏度 250

9.1 系统或电路模块中的噪声 250

9.1.1　噪声源 250

9.1.1.1　散弹噪声 250

9.1.1.2　热噪声 251

9.1.1.3　闪烁噪声（1/f噪声） 252

9.1.2　噪声系数的定义 252

9.1.3　含噪声两端口模块的噪声系数 253

9.1.4　最小噪声系数和等效噪声电阻 257

9.1.4.1 MOSFET的噪声 257

9.1.4.2　双极型器件的噪声 258

9.2　增益 259

9.2.1　功率增益的定义 259

9.2.2　功率增益和电压增益 263

9.3　灵敏度 263

9.3.1　标准噪声源 263

9.3.2　等效输入噪声 264

9.3.3　接收机的灵敏度 264

参考文献 265

第10章　非线性和杂散分量 267

10.1 杂散分量 267

10.1.1　谐波 267

10.1.2　复杂的杂散分量 269

10.2　截点和互调抑制 271

10.3　三阶截点和杂散分量 273

10.4　1dB压缩点和IP3 277

10.5　二阶截点和杂散分量 278

10.6　失真 279

参考文献 280

第11章　级联方程和系统分析 282

11.1　功率增益的级联方程 282

11.2　噪声系数的级联方程 284

11.3　截点的级联方程 286

11.4　级联方程在系统分析中的应用 293

参考文献 295

第12章　从模拟通信系统到数字通信系统 296

12.1　模拟通信系统中的调制 297

12.2　数字通信系统中的编码 299

12.2.1　NRZ（非归零）码和曼彻斯特码 299

12.2.2　BPSK（二进制相移键控） 301

12.2.3 QPSK（四相移键控）、OQPSK（正交相移键控）和MSK（最小位移键控） 303

12.2.4　FSK（频移键控）和CPFSK（连续相位频移键控） 305

12.3　译码和误比特率 306

12.4　纠错方案 308

参考文献 310