1、CMOS射頻集成電路設(shè)計張玉明西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院9/18/20221線性時間不變系統(tǒng)(1)為了分析方便，一個系統(tǒng)通常簡化為： 線性： 時不變：y = ax + b 是線性系統(tǒng)嗎？9/18/20222線性時間不變系統(tǒng)(2)對一個線性時不變系統(tǒng)，它的性能可以完全由它的傳輸函數(shù)描述 不會產(chǎn)生在輸入信號中沒有的頻率分量。線性系統(tǒng)能夠產(chǎn)生輸入信號中沒有的頻率成分！9/18/20223線性時間不變系統(tǒng)(3)LNA和PA理想情況： 線性時不變系統(tǒng)實際情況： 非線性時不變系統(tǒng) 例如：9/18/20224線性時間不變系統(tǒng)(4)混頻器理想情況： 線性時不變系統(tǒng)實際情況： 非線性時不變系統(tǒng)振蕩器9/18/2

2、0225無記憶動態(tài)系統(tǒng)（1）9/18/20226無記憶動態(tài)系統(tǒng)（2）9/18/20227奇對稱9/18/20228非線性效應(yīng) 非線性模型 假設(shè)輸出和過去的輸入無關(guān)，則輸入和輸出的關(guān)系為： 對許多情況下 ：9/18/20229諧 波(1)假設(shè) x(t)=A cost 則： 直流分量 基波 二階諧波 三階諧波 9/18/202210諧 波(2)9/18/202211諧 波(3)整個諧波失真（Total Harmonic distortion(THD)） 對低頻或?qū)挾入娐穪碚f，THD是估計電路非線性特性的一個非常有用的手段。 對射頻電路來說，由于諧波信號通常在輸出中被濾波掉，因此采用THD進(jìn)行非線性

3、估算是不準(zhǔn)確的。而是采用1-dB增益壓縮點（1-dB compression point (P1dB) ）和三階互調(diào)點（third intercept point” (IP3)）代替. 9/18/202212增益壓縮(1) 增益： 小信號增益為： 大信號增益為： 對大部分電路來說，它的增益會隨著輸入的增加到達(dá)飽和。因此我們可以得出：9/18/202213增益壓縮(2)1-dB增益壓縮點(P1dB) 因為1和3的符號相反，則信號增益將隨幅度A的增大而較少。如果用對數(shù)（功率）來表示放大器的輸入和輸出信號幅度，可以清楚地看到輸出功率隨著輸入功率增大而偏離線性關(guān)系的情況。當(dāng)輸出功率與理想的線性情況偏離

4、達(dá)到1dB時，放大器的增益也下降了1dB，此時的輸入信號功率（或幅度）值稱為1-dB增益壓縮點。9/18/202214互調(diào)9/18/202215互調(diào)9/18/202216互調(diào)(4)9/18/202217互調(diào)9/18/202218互調(diào)(5)9/18/202219互調(diào)(6)9/18/202220互調(diào)(7)9/18/202221互調(diào)(8)9/18/202222減敏現(xiàn)象和阻塞(1)9/18/202223減敏現(xiàn)象和阻塞(1)9/18/202224減敏現(xiàn)象和阻塞(2)9/18/202225級聯(lián)電路的非線性兩級非線性電路：多級非線性電路：9/18/202226級聯(lián)電路的非線性9/18/202227其他非線性

5、指標(biāo)9/18/202228靈敏度和動態(tài)范圍（1）9/18/202229靈敏度和動態(tài)范圍（2）9/18/202230靈敏度和動態(tài)范圍（3）9/18/202231靈敏度和動態(tài)范圍（4）9/18/202232靈敏度和動態(tài)范圍（II）9/18/202233靈敏度和動態(tài)范圍（5）9/18/202234靈敏度和動態(tài)范圍（6）9/18/202235靈敏度和動態(tài)范圍（II）9/18/202236靈敏度和動態(tài)范圍（II）9/18/202237靈敏度和動態(tài)范圍（II）9/18/202238靈敏度和動態(tài)范圍（II）9/18/202239阻抗匹配（1）為什么要匹配 在傳輸中獲得最大的功率或效率 互聯(lián)效應(yīng)（對高頻信號，

6、互連延 遲直接影響公路傳輸） 保證系統(tǒng)具有正確傳輸特性 ( 例如LC濾波器需要匹配負(fù)載) 提高信噪比( 降低噪聲系數(shù)) 減少由于反射引起的信號失真 確保電路穩(wěn)定 為各模塊之間提供方便、可靠的連接 為什么低頻信號不需要匹配 從波長與器件/ 傳輸線尺寸的關(guān)系看，信號在傳輸過程中的相位 與幅度近似不變 從周期與傳輸時間上看，雖然反射仍然存在，但是在信號的有效 周期內(nèi)將會衰減到可以忽略( 極限情況：DC)9/18/202240阻抗匹配（2）為什么邏輯電路通常不需要匹配 這是一個能量( 或功率、信噪比) 與狀態(tài)的區(qū)分問題，與高頻模擬電路不同，邏輯電路中所傳遞的是電平的高低狀態(tài) 兩種不同的匹配概念 對傳輸

7、線阻抗的匹配： 對信號源阻抗的匹配： 匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的一些考慮 工作頻率 帶寬或Q值 實現(xiàn)方式和結(jié)構(gòu) 阻抗匹配/ 變換網(wǎng)絡(luò)的基本形式 LC阻抗變換技術(shù) 傳輸線匹配技術(shù) 變壓器9/18/202241最大功率傳輸9/18/202242最大功率傳輸實例：給電阻RL傳輸1mW的功率9/18/202243最大功率傳輸實例：給電阻RL傳輸1mW的功率9/18/202244無源元件(Passive Components)9/18/202245無源元件(Passive Components)高頻電路與數(shù)字及低頻模擬電路的一個不同之處是大量使用無源元件，它們用于： 阻抗匹配或轉(zhuǎn)換 抵消寄生元件的影響( 擴(kuò)展帶寬)

8、 提高選擇性( 調(diào)諧、濾波、諧振) 移相網(wǎng)絡(luò)、負(fù)載等等品質(zhì)因數(shù)(Quality Factor, Q 值) 根據(jù)定義 它表示了元件或電路在指定頻率所存儲的能量與所消耗的能量之比，我們以RL 并聯(lián)電路為例，計算其Q 值9/18/202246無源元件(Passive Components)9/18/202247無源元件(Passive Components)9/18/202248無源元件(Passive Components) 可見， 通頻帶與回路值成反比。 也就是說， 通頻帶與回路值(即選擇性)是互相矛盾的兩個性能指標(biāo)。 選擇性是指諧振回路對不需要信號的抑制能力， 即要求在通頻帶之外， 諧振曲線（）應(yīng)陡峭下降。所以，值越高，諧振曲線越陡峭， 選擇性越好，但通頻帶卻越窄。一個理想的諧振回路， 其幅頻特性曲線應(yīng)該是通頻帶內(nèi)完全平坦，信號可以無衰減通過，而在通頻帶以外則為零，信號完全通不過，如圖所示寬度為0.7、高度為的矩形9/18