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1 绪论1

1.1　发展历史2

1.2　现代通信系统概述4

1.2.1　通信系统的组成4

1.2.2　数字通信系统5

1.2.3　通信信道及其特性6

1.2.4　通信信道的数学模型7

1.3　射频电路在系统中的作用与地位8

1.4　射频电路与微波电路和低频电路的关系10

1.4.1　频段划分10

1.4.2　电路的寄生效应11

1.4.3　电路的设计考虑12

1.5　应用13

1.5.1　无线局域网13

1.5.2　GSM15

1.5.3　WCDMA15

1.6　总结16

参考文献16

2　线性射频电路的基本特性和分析方法18

2.1 传输线18

2.1.1　传输线波动方程19

2.1.2　终端接负载的无损传输线20

2.1.3　终端接特定负载的无损传输线的工作状态23

2.1.4　阻抗的周期性和倒置性25

2.1.5　微带线设计25

2.2　Smith圆图29

2.2.1 阻抗圆图29

2.2.2　Smith圆图上的反射系数和驻波系数30

2.2.3　导纳圆图31

2.2.4　Smith圆图应用举例32

2.3　双端口网络34

2.3.1 网络参量34

2.3.2　网络的互联39

2.3.3　信号流图分析法42

2.4　射频电路中的无源分立集总参数元件44

2.5　总结52

参考文献52

习题52

3　无源RLC网络和阻抗匹配54

3.1 无源RLC网络54

3.1.1 串联RLC网络55

3.1.2　并联RLC网络58

3.2　串并联阻抗等效互换61

3.3 回路抽头时的阻抗变换63

3.4　阻抗匹配64

3.4.1　L匹配64

3.4.2 T匹配和Pi匹配68

3.4.3　微带线匹配70

3.5　总结73

参考文献73

习题73

4　射频集成电路中的基本问题75

4.1　射频电路的性能度量75

4.1.1　功率增益和电压增益75

4.1.2　灵敏度和噪声系数76

4.1.3　线性度和动态范围77

4.1.4　系统设计81

4.2　射频电路仿真算法及商用仿真软件介绍82

4.2.1　SPICE模拟器应用于射频领域所遇到的限制82

4.2.2　射频电路仿真算法83

4.2.3　射频电路仿真工具84

4.3　CMOS射频集成电路实现的难点84

4.4　总结86

参考文献86

习题87

5.1 电阻88

5　集成无源元件88

5.2 电容90

5.3 电感94

5.3.1　片上平面螺旋型电感95

5.3.2　键合线电感105

5.3.3　变压器106

5.4　容抗管108

5.4.1　反向二极管108

5.4.2　MOS晶体管110

5.4.3　MOS容抗管110

5.4.4　差分对称型容抗管111

5.5　总结113

参考文献114

习题114

6　射频MOS及BJT器件模型116

6.1　简介116

6.2　MOS器件模型117

6.2.1　直流模型118

6.2.2　阈值电压的测量124

6.2.3　MOS电容模型125

6.2.4　高频品质因子128

6.2.5　非准静态（NQS）现象及模型130

6.2.6　MOS非本征模型134

6.2.7　MOS高阶效应及其BSIM模型135

6.2.8　MOS噪声模型139

6.3　双极型（BJT）器件电路模型142

6.3.1　Ebers-Moll模型142

6.3.2　时域大信号模型143

6.3.3　交流小信号模型145

6.3.4　双极型晶体管的高频特性148

6.3.5　BJT噪声模型149

参考文献150

6.4　总结150

习题151

7　无线收发机射频前端的系统结构152

7.1　接收机射频前端的系统结构152

7.1.1　超外差式接收机153

7.1.2　零中频接收机161

7.1.3　低中频接收机166

7.1.4　其他结构的接收机171

7.2　发射机射频前端的系统结构174

7.2.1　超外差式发射机175

7.2.2　直接上变频发射机176

7.2.3　其他结构的发射机178

7.3　总结179

参考文献180

习题181

8　低噪声放大器182

8.1　两端口网络的噪声分析183

8.2　MOS晶体管两端口网络噪声参数的理论分析186

8.3　集成CMOS低噪声放大器的电路结构191

8.3.1　输入端并联电阻的共源放大器192

8.3.2　共栅放大器结构193

8.3.3　并联-串联反馈放大器结构194

8.4　源简并电感型共源放大器196

8.4.1 晶体管的简单I-V分析方程197

8.4.2　阻抗匹配197

8.4.3　有效跨导199

8.4.4　噪声因子201

8.4.5　噪声优化203

8.4.6　三阶交调点分析205

8.5 CMOS低噪声放大器的设计策略210

8.5.1　低噪声放大器的拓扑结构210

8.5.2　增益212

8.5.3　噪声系数212

8.5.4　输入节点寄生电容对放大器性能的影响213

8.5.5　Cgd和M对放大器性能的影响216

8.5.6　LNA设计方程217

8.5.7　Cascode器件的设计219

8.5.8　等高线设计方法221

8.5.9　不完全阻抗匹配对低噪声放大器性能的影响225

8.5.10　其他设计考虑226

8.6　宽带低噪声放大器228

8.7　微波晶体管放大器设计方法232

8.7.1　功率增益关系233

8.7.2　恒增益圆235

8.7.3　恒噪声系数圆238

8.7.4　恒驻波系数圆240

8.7.5　稳定性圆242

8.8　总结245

参考文献245

习题246

9　混频器248

9.1　混频器的基本工作原理248

9.2　描述混频器性能的参数251

9.2.1　噪声因子（噪声系数）251

9.2.3　线性度：1dB压缩点和三阶交调点252

9.2.2　转换增益252

9.2.4　端口隔离度254

9.2.5　其他性能参数254

9.3　电流换向有源混频器255

9.3.1 电路结构255

9.3.2　转换增益258

9.3.3　噪声因子（噪声系数）262

9.3.4　线性度272

9.3.5　提高线性度的技术273

9.3.6　输出负载277

9.3.7　射频输入端接口电路279

9.3.8　本振输入端接口电路281

9.3.9　设计考虑282

9.3.10　应用于零中频接收机的混频器设计282

9.4　其他类型的混频器284

9.4.1　电位混频器284

9.4.2　无源混频器285

9.4.3　亚采样混频器286

9.5　总结288

参考文献288

习题289

10.1 晶体管非线性模型291

10　射频功率放大器291

10.2　功率匹配与负载线匹配292

10.3　性能参数294

10.3.1　输出功率294

10.3.2　效率295

10.3.3　功率利用因子296

10.3.4　功率增益296

10.3.5　线性度296

10.4　负载线理论和Loadpull技术299

10.5.1　波形分析304

10.5　传统功率放大器304

10.5.2　输出终端306

10.5.3　Knee电压的影响309

10.5.4　功率传输关系和线性度310

10.5.5　驱动强度314

10.5.6　匹配网络和谐波短路终端的设计315

10.5.7　推挽B类功率放大器317

10.5.8　传统功率放大器的设计过程318

10.6　开关模式功率放大器318

10.6.1　D类功率放大器319

10.6.2　E类功率放大器321

10.6.3　F类功率放大器326

10.7　不同类型功率放大器性能比较331

10.8　采用CMOS工艺实现集成功率放大器面对的挑战332

10.8.1　耐压能力332

10.8.2　MOS晶体管跨导333

10.8.3　衬底问题334

10.8.4　Knee电压335

10.9　CMOS功率放大器电路设计技术336

10.9.1　差分结构336

10.9.2　Cascode技术339

10.9.3　有效利用键合线电感340

10.9.4　输出级的输入调谐342

10.9.5　Cascode电感343

10.9.6　深亚微米工艺下的负载阻抗优化344

10.9.7　功率合成345

10.9.8　稳定性问题347

10.10　线性化技术348

10.10.1　功率放大器非线性的影响348

10.10.2　调制方式350

10.10.3　线性化技术和提高效率的技术354

10.11 总结364

参考文献364

习题365

11　射频振荡器367

11.1　振荡条件367

11.2　描述函数372

11.3　反馈型LC振荡器375

11.4　负阻LC振荡器378

11.4.1　负阻的概念378

11.4.2　负阻振荡原理379

11.4.3　负阻振荡器电路382

11.4.4　频率调谐385

11.4.5　设计过程389

11.5　环型振荡器390

11.5.1　振荡条件391

11.5.2　延迟单元电路396

11.5.3　频率调谐398

11.6　压控振荡器的相位域模型406

11.7　相位噪声和抖动406

11.7.1　相位噪声406

11.7.2　时钟抖动410

11.7.3　相位噪声和时钟抖动的关系411

11.7.4　相位噪声分析模型412

11.8　相位噪声性能分析423

11.8.1　环型振荡器424

11.8.2　LC差分负阻振荡器427

11.9　频率牵引效应437

11.10　正交信号的产生438

11.10.1 RC-CR网络438

11.10.2　频率除法器440

11.10.3　正交LC振荡器441

11.10.4　无源多相网络445

11.11 总结453

参考文献454

习题454

12.1.1　频率范围457

12　频率合成器457

12.1　频率合成器的基本概念457

12.1.2　频率精度458

12.1.3　频率切换时间458

12.1.4　频率稳定度与准确度459

12.1.5　频谱纯度459

12.2　直接数字频率合成器460

12.2.1　频率合成原理461

12.2.2　杂散分析463

12.2.3　压缩ROM存储量的技术466

12.2.4　实现调制功能和波形发生器470

12.2.5　优点和缺点471

12.3　锁相环路的基本原理与性能分析472

12.3.1　基本工作原理472

12.3.2　锁相环中的基本模块475

12.3.3　锁相环在锁定状态下的性能487

12.4　电荷泵型锁相环499

12.4.1 电荷泵的基本特性499

12.4.2 电荷泵型锁相环在锁定状态的性能500

12.4.3　电荷泵型锁相环的非理想效应505

12.5.1　整数频率合成器511

12.5　锁相环型频率合成器511

12.5.2　小数频率合成器526

12.5.3　双锁相环频率合成器534

12.6　延迟锁定环路536

12.7　锁相环的应用537

12.7.1　频率调制器与解调器537

12.7.2　载波同步540

12.7.3　减小时钟偏斜和抖动540

12.8　总结541

参考文献542

习题543

13.1.1 Widlar电流源545

13　其他电路技术545

13.1　偏置电路545

13.1.2　自偏置电流源547

13.1.3　恒跨导源551

13.1.4　能隙基准源552

13.1.5　恒温电流源558

13.1.6　偏置电路的速度考虑559

13.2 自动增益控制环路559

13.2.1　基本原理560

13.2.2　可变增益放大器561

13.2.3　AGC电路实例565

13.3.1　二阶滤波器568

13.3　高频滤波器568

13.3.2　集成高频滤波器569

13.3.3　Q值补偿电路571

13.3.4 自动Q值调谐电路572

13.3.5　自动频率调谐573

13.4　注入锁定技术574

13.5　总结577

参考文献577

习题578

14.1　版图设计技术580

14 版图设计、ESD防护和混合信号集成580

14.1.1　匹配设计581

14.1.2　寄生优化设计588

14.1.3　可靠性设计590

14.1.4　参考源分布592

14.2　焊盘593

14.3　ESD防护电路595

14.3.1　ESD概述595

14.3.2　ESD测试模型596

14.3.3　ESD防护器件602

14.3.4 ESD防护电路607

14.3.5　ESD版图设计616

14.4　衬底噪声耦合与混合信号集成620

14.4.1　集成电路封装的寄生效应621

14.4.2　衬底特性622

14.4.3　衬底噪声耦合机理623

14.4.4　减小衬底噪声耦合的措施626

14.4.5　抗干扰设计631

14.5 总结634

参考文献634

习题635

15.1　DCS-1800无线通信系统概要636

15 DCS-1800无线接收机模拟前端636

15.2　调制方案637

15.2.1　MSK调制638

15.2.2　GMSK调制639

15.3　无线接收机系统结构642

15.4　接收机模拟前端性能规划643

15.4.1　噪声系数644

15.4.2　镜像抑制率644

15.4.3　本振泄漏647

15.4.4　交调性能647

15.4.5　相位噪声648

15.4.6　杂散抑制649

15.5　模块电路性能规划649

15.5.1　低噪声放大器650

15.5.2　正交混频器650

15.5.3　VGA-Filter651

15.5.4　模数变换器652

15.5.5　正交性能652

15.5.6　本节总结652

15.6　电路描述654

15.6.1　低噪声放大器655