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11绪论1.1发展历史1.2现代通信系统概述1.2.1通信系统的组成图1-1通信系统的功能方框图1.2.2数字通信系统图1-2数字通信系统的组成1.2.3通信信道及其特性1.2.4通信信道的数学模型图1-3加性噪声信道2图1-4带加性噪声的线性滤波信道图1-5带加性噪声的线性时变滤波器1.3射频电路在系统中的作用与地位图1-6射频通信系统示意图图1-7射频前端方框图31.4射频电路与微波电路和低频电路的关系1.4.1频段划分1.4.2电路的寄生效应1.4.3电路的设计考虑1.5应用1.5.1无线局域网4图1-8PrismDuette双频带收发机芯片组的总体结构图141.5.2GSM1.5.3WCDMA1.6总结参考文献2线性射频电路的基本特性和分析方法2.1传输线5图2-1射频电路中常用的均匀传输线2.1.1传输线波动方程图2-2一小段传输线的等效电路62.1.2终端接负载的无损传输线图2-3以负载处为原点的坐标体系72.1.3终端接特定负载的无损传输线的工作状态8图2-4短路传输线上电压、电流和输入阻抗的分布图9图2-5开路传输线上电压、电流和输入阻抗的分布图2.1.4阻抗的周期性和倒置性2.1.5微带线设计图2-6微带线的几何结构10图2-7微带线的特性阻抗11图2-8微带线的有效介电常数2.2Smith圆图2.2.1阻抗圆图12图2-9阻抗圆图上的归一化阻抗132.2.2Smith圆图上的反射系数和驻波系数图2-10阻抗圆图2.2.3导纳圆图14图2-11导纳圆图上的归一化导纳2.2.4Smith圆图应用举例图2-12例2.2的电路图15图2-13利用Smith圆图求解例2.22.3双端口网络2.3.1网络参量图2-14双端口网络的电压和电流方向16图2-15双端口网络的入射波和反射波图2-16S参数的测量171819202.3.2网络的互联图2-17双端口网络的串联图2-18双端口网络的并联图2-19双端口网络的串并联21图2-20双端口网络的并串联图2-21双端口网络的级联222.3.3信号流图分析法图2-22信号流图分析法的简化规则图2-23含电源和负载的双端口网络23图2-24用信号流图分析法分析双端口网络的简化过程2.4射频电路中的无源分立集总参数元件24图2-25铝金属线归一化电流密度的横截面分布示意图图2-26铝金属线横截面上的归一化电流密度分布随频率的变化(a=1mm)25图2-27金属铜和铝的趋肤深度随工作频率的变化图2-28薄膜片上电阻图2-29炭质电阻图2-30高频电阻模型26图2-31炭质电阻的阻抗与频率的关系图2-32表面贴封电容的内部结构图2-33高频电容模型27图2-34实际电容的阻抗与频率的关系图2-35高频电感\图2-36高频电感模型28图2-37实际电感的阻抗与频率的关系2.5总结参考文献习题图2-38习题4图图2-39习题7图图2-40习题8图293无源RLC网络和阻抗匹配3.1无源RLC网络3.1.1串联RLC网络图3-1串联RLC网络图3-2串联RLC网络的阻抗特性3031图3-3串联RLC网络中电感储存的磁能、电容储存的电能以及回路储存的总能量随时间的变化情况图3-4品质因子Q取不同值时回路阻抗的幅频特性和相频特性323.1.2并联RLC网络图3-5并联RLC网络图3-6并联RLC网络的阻抗特性33图3-7品质因子QP取不同值时并联谐振回路阻抗的幅频特性和相频特性343.2串并联阻抗等效互换图3-8串并联RLC网络图3-9电阻R和电抗X的串联形式和并联形式353.3回路抽头时的阻抗变换图3-10电感抽头和电容抽头的RLC谐振回路363.4阻抗匹配图3-11借以说明阻抗匹配概念的简单电路图3.4.1L匹配图3-12L匹配的电路结构37图3-13并/串联电感和电容的阻抗变化轨迹图3-14利用Smith圆图来求解L匹配问题图3-15L匹配网络38图3-16Smith圆图上的恒Qn圆3.4.2T匹配和Pi匹配图3-17T匹配网络39图3-18利用Smith圆图来设计T匹配网络图3-19Pi匹配网络图3-20利用Smith圆图来设计Pi匹配网络403.4.3微带线匹配图3-21微带线匹配网络图3-22利用Smith圆图来设计微带线匹配网络图3-23归一化阻抗zin=rin+jxin与电容所在位置之间的关系41图3-24更复杂的微带线匹配网络图3-25全部由微带线组成的匹配网络3.5总结参考文献习题图3-26习题3图424射频集成电路中的基本问题4.1射频电路的性能度量4.1.1功率增益和电压增益4.1.2灵敏度和噪声系数图4-1电阻的噪声模型434.1.3线性度和动态范围44图4-2非线性454.1.4系统设计4.2射频电路仿真算法及商用仿真软件介绍4.2.1SPICE模拟器应用于射频领域所遇到的限制4.2.2射频电路仿真算法4.2.3射频电路仿真工具4.3CMOS射频集成电路实现的难点4.4总结参考文献习题465集成无源元件5.1电阻图5-1有拐角的电阻475.2电容图5-2MOS电容的理想C-V曲线图5-3MIM电容的结构48图5-4三种互连线结构图5-5“夹心”金属电容495.3电感图5-6射频集成电路中电感的典型应用5.3.1片上平面螺旋型电感图5-7片上平面螺旋型电感的结构50图5-8接地隔离层图5-9片上平面螺旋型电感模型图5-10焊盘的校准结构51图5-11衬底掺杂程度对片上电感的影响图5-12不同金属层对片上电感的影响图5-13金属层串并联对片上电感的影响52图5-14接地隔离层对片上电感的影响图5-15几何尺寸对片上电感的影响53图5-16对称片上电感可以减少芯片面积5.3.2键合线电感图5-17引起键合线电感量变化的因素54图5-18键合线电感模型5.3.3变压器图5-19各种结构的片上变压器图5-20变压器的电路图符号55图5-21变压器等效电路模型5.4容抗管5.4.1反向二极管图5-22反向二极管型容抗管图5-23容抗管的小信号等效电路56图5-24容抗管的不同版图结构5.4.2MOS晶体管5.4.3MOS容抗管图5-25MOS型容抗管图5-26MOS容抗管的调谐特性575.4.4差分对称型容抗管图5-27对称型容抗管图5-28采用多指结构和采用共心结构的单端二极管型容抗管与对称二极管型容抗管的单位面积电容量、品质因子随控制电压的变化58图5-29各种差分容抗管的结构5.5总结参考文献习题6射频MOS及BJT器件模型6.1简介6.2MOS器件模型6.2.1直流模型5960图6-1nMOSFET中沟道电子速度与横向电场的关系。有关参数为μ0=500cm2/V-s,vsat=107cm/s,Esat=2×104V/cm61626.2.2阈值电压的测量6.2.3MOS电容模型图6-2MOSFET电容63646.2.4高频品质因子图6-3用于求MOS最大功率增益截止频率的等效电路65图6-4nMOS截止频率与标称栅长的关系6.2.5非准静态（NQS）现象及模型图6-5最简单的处于饱和区的MOS交流小信号电路，交流输出电阻被忽略66图6-6MOS沟道形成之后，源漏间与栅电极之间的分布RC网络图6-7MOS器件表示成沿沟道方向的若干个子器件串联而成图6-8MOS器件表示成沿沟道方向的二个子MOS器件串联而成图6-9MOS器件的非准静态（NQS）模型等效电路67图6-10MOS器件的交流小信号分析：非准静态（NQS）模型等效电路与串联子器件的比较6.2.6MOS非本征模型图6-11栅电极分布电阻、电容网络模型图6-12衬底分布电阻网络模型686.2.7MOS高阶效应及其BSIM模型图6-13VGS0,VDS0时的漏极电流与衬底电流。由它们的大小大致相等，可以推测在漏极与衬底接触之间有一漏电流存在（GIDL）696.2.8MOS噪声模型图6-14热噪声定义及测量电路图6-15MOSFET噪声等效电路。注意，ing依赖于gg，而gg有频率依赖关系70图6-16MOSFET噪声等效电路。注意，此图中受控电流源的vgs是指g和s两端之间的压降，非是Cgs上的压降6.3双极型（BJT）器件电路模型6.3.1Ebers-Moll模型71图6-17基本的Ebers-Moll模型等效电路（假设为npn晶体管）6.3.2时域大信号模型图6-18双极型晶体管包括电荷存储元件的瞬态大信号模型。iB,iC的表达式分别见式6-115和式6-116图6-19共基Ebers-Moll模型到共发模型（正向偏置）的演变。步骤(b)~(c)的过渡需要一点想象力726.3.3交流小信号模型图6-20双极型晶体管交流小信号模型73746.3.4双极型晶体管的高频特性图6-21典型的集成电路npn晶体管的fT-IC曲线(引自［11］中第一章)6.3.5BJT噪声模型图6-22双极型晶体管噪声等效电路756.4总结参考文献习题7无线收发机射频前端的系统结构图7-1一个典型的无线通信系统7.1接收机射频前端的系统结构图7-2无线接收机系统的基本组成部分7.1.1超外差式接收机图7-3超外差式接收机的系统结构76图7-4超外差式接收机的频域转换示意图77图7-5中频频率选择对超外差式接收机性能的影响图7-6Hartley和Weaver镜像抑制接收机的系统结构78图7-7具有正交输出的超外差式接收机79图7-8具有正交输出的Weaver镜像抑制接收机7.1.2零中频接收机图7-9仅与一个正弦本地振荡信号进行混频的零中频接收机频域转换示意图图7-10零中频接收机的系统结构80图7-11与正交本地振荡信号进行混频的零中频接收机频域转换示意图图7-12信号泄漏造成直流失调图7-13利用数字信号处理技术消除零中频接收机中的直流失调817.1.3低中频接收机图7-14低中频接收机的系统结构图7-15低中频接收机的频域转换示意图图7-16幅度和相位不匹配对低中频接收机的影响82图7-17引入额外的镜像信号抑制模块的低中频接收机系统结构图7-18利用射频带通滤波器来抑制镜像信号的低中频接收机的频域转换示意图83图7-19利用无源多相滤波器来抑制镜像信号的低中频接收机的频域转换示意图图7-20低中频接收机的中频处理模块847.1.4其他结构的接收机图7-21超再生式接收机的系统结构图7-22超再生式接收机中的振荡器结构图7-23超再生式接收机链路各节点信号的时序图图7-24宽带中频接收机的系统结构85图7-25亚采样接收机的系统结构图7-26超宽带接收机的系统结构7.2发射机射频前端的系统结构图7-27无线发射机系统的基本组成部分7.2.1超外差式发射机图7-28超外差式发射机的系统结构86图7-29超外差式发射机的频域转换示意图7.2.2直接上变频发射机图7-30直接上变频发射机的系统结构87图7-31直接上变频发射机的频域转换示意图7.2.3其他结构的发射机图7-32中频上变频发射机的系统结构图7-33正交中频上变频发射机的系统结构887.3总结参考文献习题8低噪声放大器8.1两端口网络的噪声分析图8-1有噪两端口网络和它的等效表示形式图8-2两端口网络的通用噪声模型89908.2MOS晶体管两端口网络噪声参数的理论分析9192图8-3包含有栅阻抗噪声和衬底阻抗噪声的晶体管噪声模型93图8-4NMOS晶体管的两端口网络噪声参数的测量结果和模拟结果的比较8.3集成CMOS低噪声放大器的电路结构图8-5终端所接负载对射频滤波器的影响948.3.1输入端并联电阻的共源放大器图8-6输入端并联电阻的共源放大器8.3.2共栅放大器结构95图8-7共栅放大器结构图8-8共栅放大器做低噪声放大器应用的实例8.3.3并联-串联反馈放大器结构图8-9并联-串联反馈放大器结构图8-10并联-串联反馈放大器的低频小信号等效电路968.4源简并电感型共源放大器图8-11源简并电感型共源放大器8.4.1晶体管的简单I-V分析方程978.4.2阻抗匹配图8-12源简并电感型共源放大器的小信号等效电路8.4.3有效跨导98图8-13输入反射系数