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本书是《CMOS射频集成电路设计》的第二版，这本被誉为射频集成电路设计指南的书全面深入地介绍了设计千兆赫（GHz）CMOS射频集成电路的细节。本书首先简要介绍了无线电发展史和无线系统原理;在回顾集成电路元件特性、MOS器件物理和模型、RLC串并联和其他振荡网络以及分布式系统特点的基础上，介绍了史密斯圆图、S参数和带宽估计技术;着重说明了现代高频宽带放大器的设计方法，详细讨论了关键的射频电路模块，包括低噪声放大器（LNA）、基准电压源、混频器、射频功率放大器、振荡器和频率合成器。对于射频集成电路中存在的各类噪声及噪声特性（包括振荡电路中的相位噪声）进行了深入的探讨。本书最后考察了收发器的总体结构并展望了射频电路未来发展的前景。书中包括许多非常实用的电路图和其他插图，并附有许多具有启发性的习题，因此是高年级本科生和研究生学习有关射频电子学方面课程的理想教科书，对于从事射频集成电路设计或其他领域实际工作的工程技术人员也是一本非常有益的参考书。 J: F! H8 P6 s0 z; Y6 C! T+ a
/ \" x! Z# t7 ? j5 H) d
目录
9 Z. j( Y4 o% g# D第 1章 无线电发展历史的间断回顾………………………………………………………………………………………1, _+ R7 ]: H6 q4 A$ c, H8 T
1.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………1 ( c t: T2 X3 v& d& C. \, N
1.2 麦克斯韦和赫兹………………………………………………………………………………………………1 3 O1 y3 [3 M; O7 s+ a$ ?
1.3 真空管发明前的电子学………………………………………………………………………………………………………………2
: ]7 U1 h3 Y4 b& v/ x! v; h1.4 真空管的诞生…………………………………………………………………………………………………………………6 / z" W, x G' Q. `2 A0 l( T
1.5 ARMstrong和再生放大器/检波器/振荡器………………………………………………………………………9
N# A1 T5 M$ S1.6 其他无线电电路…………………………………………………………………………………………11
3 n* \: Z' r, Q0 \* ~1.7 Armstrong和超再生电路……………………………………………………………………13
' K. ?8 F7 z, O* n, W+ I$ |1.8 Oleg LOseV及第—个固态电路放大器…………………………………………………………………………………14 : t5 l' K" d8 z* w v P" h0 y
1.9 结束语………………………………………………………………………………………………………………………15
/ ^, v- F ]3 ?0 k# ~) f8 q5 a4 B3 C9 s1.10 附录 A∶真空管基础…………………………………………………………………16 9 e6 A8 w6 I* T
1.11 附录B∶究竟是谁发明了无线电………………………………………………………………24) w& Q1 a% C- B9 e
第2章 无线通信原理概述………………………………………………………………31
) \0 Z1 P j( b2.1 无线系统的片段简史………………………………………………………………………………………31 # H3 ~+ y6 ?5 X* N( C$ u
2.2 非蜂窝无线通信的应用…………………………………………………………………40
: [" ]' D6 t, |. p( p3 X2.3 香农定理、调制及其他…………………………………………………………43
5 G8 Y- M+ [$ v% h- h1 B* ]2.4 传播……………………………………………………………………………………………………………………59
4 R1 |8 o, m9 i- B$ S2.5 结论…………………………………………………………………………………………………………………………64
$ w- I9 ^$ {5 @! N# v- N2.6 附录∶其他无线系统的特性………………………………………………………………64
) t5 F9 W9 W I, r( b第3章 无源RLC网络……………………………………………………………………………………………67
/ O$ C1 K+ P q5 U3.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………67 % N" @1 ]+ Z& Q' O2 p
3.2 并联RLC谐振回路………………………………………………………………………………67 0 a5 _6 j5 F; B; r- T
3.3 串联RLC 网络……………………………………………………………………………………………………………70 0 G1 v" }$ f% N1 O/ ]
3.4 其他RLC谐振网络…………………………………………………………………………………………………71 ' z, j6 R3 m3 a& @% D5 M# m: r
3.5 作为阻抗变换器的 RLC网络………………………………………………………………………72
3 E- P, q% q0 z3 `8 r6 B3.6 实例………………………………………………………………………………………………………………80
' @) D" B" D2 o9 k6 ]6 i9 y+ j1 n/ [8 z第 4章 无源集成电路元件的特性…………………………………………………………………………………881 f# ~) h! E! Q |+ Y4 ?# v
4.1 弓言………………………………………………………………………………………………………………………88
& s6 b3 B8 p9 _3 u3 ~$ r4.2 射频情况下的互连线∶趋肤效应………………………………………………………………88 ; S; q/ c" m; [, i; B% W
4.3电阻………………………………………………………………………………………………………………………………92
8 L4 }/ O& O; S' q4 }! J5 {4.4 电容………………………………………………………………………………………………………………………………94 L9 F& e( x2 k' X
4.5 电感……………………………………………………………………………………………………………………………104
, v2 b) ~* k& }0 C' K, L4 [4.6 变压器………………………………………………………………………………………………………………114
i/ F# F7 L% l4 c4.7 高频时的互连选择…………………………………………………………………………………………………121
D+ f0 f/ c r7 m7 V4.8 小结.………………………………………………………………………………………………………………………………123 - p5 y! C7 q& Q' b4 M4 w
4.9 附录∶电容方程总结…………………………………………………………………………………………………1243 s2 \; \1 T/ y1 t! t$ h( S
第5章 MOS器件物理回顾…………………………………………………………………………………128: s; i. \. X) s6 W' ]
5.1 引言…………………………………………………………………………………………………………………………………128
3 Y, M! v( N: \5.2 简短历史…………………………………………………………………………………………………………………………128 # `* O5 b. ~3 R# }# P3 t
5.3 场效应管∶—个小故事…………………………………………………………………………………………129
6 W/ Q) h' g$ L* ^5.4 MOSFET物理∶长沟道近似………………………………………………………………………129
" e R& x y) W C4 Q" B0 X+ R5.5 弱反型区（亚阈值区）的工作情况…………………………………………………………137
( h1 D% @ R D0 \. ~5.6 短沟情况下的 MOS器件物理……………………………………………………………………………140
1 |" N0 L5 q* C6 ~$ e# H1 }5.7 其他效应……………………………………………………………………………………………………143 / l4 n3 l- ~ a8 t
5.8 小结…………………………………………………………………………………………………………………………145 / }5 T3 q' i% p
5.9 附录A∶0.5 μm Level-3的 SPICE模型…………………………………………………………145 3 i; r4 C3 w. w- J) U) [
5.10附录B;Level-3 SPICE模型………………………………………………………………………………………146
! C. p+ w% p6 O/ g" F; q5.11 附录C;Level-1 MOS模型…………………………………………………………………………………………150 ; I: ?+ |/ j. Z
5.12 附录D∶一些非常粗略的尺寸缩小规律…………………………………………………………………1511 D- \$ M+ t0 z m. F: d
第6章 分布参数系统……………………………………………………………………………………………………………155
+ _% q' h: n4 L5 I2 \6.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………………155
% U0 L" R, D; W& f6.2 集总和分布参数范畴之间的联系……………………………………………………157 / I* A3 W3 [$ ]" c2 e3 M8 L
6.3 重复结构的策动点阻抗………………………………………………………………………157 + F1 o0 w# ]% I; j7 l5 d( U
6.4 关于传输线的更详细讨论……………………………………………………………………………158 ! V, a3 O3 f; v; l$ l
6.5 有限长度传输线的特性…………………………………………………………………………………………163 7 L6 S0 s2 o; w7 h
6.6 传输线公式小结………………………………………………………………………………………………165
, K C) t# _$ c& `0 s6 e2 W6.7 人工传输线……………………………………………………………………………………………………………165 * v- l5 z* e" h$ n$ A! h
6.8 小结……………………………………………………………………………………………………………………………168
, ~2 x/ j( L+ o. @第7章 史密斯圆图和S参数……………………………………………………………………………………………170
2 M h; h8 w! ?+ z1 n$ D% N+ U& p7.1 引言………………………………………………………………………………………………………………170 , ]2 w" ^, ? t7 S/ F$ t
7.2 史密斯圆图………………………………………………………………………………………………………170
* s. D4 f& s7 y% n7.3 S参数…………………………………………………………………………………………………………………173
# J" M4 Q, }- q: o6 e7.4 附录A∶关于单位的一些说明…………………………………………………………………175 & a: e7 v/ g4 ^
7.5 附录B∶为什么采用50Q（或75Q）…………………………………………………………176
/ G/ F6 J. N4 U, h$ V, K% H8 P1 G第8章 频带宽度估算方法………………………………………………………………………………………………180$ h1 J5 M6 p# J8 U1 p
8.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………180 $ t$ ?7 L. S% \, @( y* b% R: p" [2 O
8.2 开路时间常数方法………………………………………………………………………………………………………180 ! k& ^2 t. V1 R, J7 q' A1 A2 m
8.3 短路时间常数方法……………………………………………………………………………………………………………197/ W- @9 S4 {+ U6 { v
8.4 补充读物…………………………………………………………………………………………………………………200
5 E% B( ?5 z/ g7 o m, @8 X8.5 上升时间、延时及带宽………………………………………………………………………………………201 " ~% F. i, F5 j3 S* t& F5 Q8 w w4 R' _
8.6 小结 …………………………………………………………………………………………………………………………………206 . v) E; l' V1 O9 F* M* i- k: F
第9章高频放大器设计………………………………………………………………………………………209
2 X8 k1 g$ y& z4 o5 p) v, Q+ B; W9.1引言………………………………………………………………………………………………………………………………209
0 l6 Q! ]; g! u8 k9.2 利用零点增大带宽……………………………………………………………………………………………209
: |# `$ M A1 a1 p. \* y' `9.3 并联-串联放大器……………………………………………………………………………………………………218
: |% x; W5 Z. Z9 ]4 k+ }9.4 采用f倍频器增大带宽……………………………………………………………………………223 9 n6 p2 B3 B1 L$ @' K* p' ~
9.5 调谐放大器…………………………………………………………………………………………………………………224
" C1 ]' b7 {1 [3 c: G5 i9.6 中和与单向化………………………………………………………………………………………………………………227 ; U: q2 d" o3 \
9.7 级联放大器………………………………………………………………………………………………………………230 " O+ `+ _' Q- e' q! C& p* v
9.8 调幅-调相（AM-PM）的转换………………………………………………………………………………236 9 f- `) \2 } R/ x5 ~
9.9 小结……………………………………………………………………………………………………………………………237! ?5 l+ Y3 n$ h) l3 B5 ]
第 10章 基准电压和偏置电路……………………………………………………………………………………………242
" H" @- ~8 t6 t, x- ]4 [* S10.1引言………………………………………………………………………………………………………………………242
- e. t/ u! w/ i+ `0 t10.2 二极管特性回顾………………………………………………………………………………………………………242 + @; j: { j% b2 F$ h$ _7 p: I
10.3 CMOS 工艺中的二极管和双极型晶体管…………………………………………………243
7 j& h' a- p! l/ S F$ v& e10.4 独立于电源电压的偏置电路…………………………………………………………………………244 : N+ J, P7 v) j9 ?4 X
10.5 带基准电压……………………………………………………………………………………………………245
& \) j) O! ]( z8 C2 U# d8 c10.6 恒 g偏置………………………………………………………………………………………………………251
+ j% S* V5 v- M+ ]6 |5 H! ^7 _10.7 小结…………………………………………………………………………………………………………………253" I: K% j$ F ?% [
第11章 噪声……………………………………………………………………………………………………………………258; s' `0 S6 g D9 C( m
11.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………………………258 3 u1 C5 T8 J8 D' V ]
11.2 热噪声………………………………………………………………………………………………………………………………258 - y* W! y0 e$ b+ q6 l* b
11.3 散粒噪声…………………………………………………………………………………………………………………………264 / v9 M2 Q2 F8 P( o- K
11.4 闪烁噪声…………………………………………………………………………………………………………………265
! h% I6 z4 [% M9 A3 f e11.5 爆米噪声…………………………………………………………………………………267
9 T, X( u# [1 w11.6 经典的二端口网络噪声理论………………………………………………………………………………268
: c* h2 {, E4 Q/ E11.7 噪声计算举例 …………………………………………………………………………………………272 - h" n T3 k. Z6 u% l% Q
11.8 一个方便的匡算规则 ………………………………………………………………………………273 2 {7 X- U' Q0 ~4 f8 F0 D; g
11.9 典型的噪声性能…………………………………………………………………………………………………274
& i$ ?0 K. x. J+ b11.10 附录∶各种噪声模型…………………………………………………………………………275( X% [2 G8 F7 R- {8 ^* Y$ k" D
第12 章 低噪声放大器设计………………………………………………………………………………………280
0 Q$ h# g6 O Y8 _" P12.1引言…………………………………………………………………………………………………………………………280 ?4 M- o1 ? i: ~
12.2 MOSFET二端口网络噪声参数的推导…………………………………………………………………280 0 i1 B0 M5 r0 i4 D, s. X3 F
12.3 LNA的拓扑结构∶功率匹配与噪声匹配………………………………………………………287 $ S* u3 C1 g1 m, O* k7 m& e- d8 M2 F3 { c
12.4 功耗约束噪声优化…………………………………………………………………………………………292! \6 ?( X5 i1 x) p: N% B5 T
12.5 设计举例…………………………………………………………………………………………………………………295 : F, T' U7 c& `5 x+ f9 }
12.6 线性度与大信号性能………………………………………………………………………300 , r5 W+ I& k5 \8 g
12.7 无乱真信号的动态范围………………………………………………………………………………………305
8 T5 n7 W" j z12.8 小结………………………………………………………………………………………………………………………307
( ^7 a& f. v8 I+ y+ H* g第13章 混频器………………………………………………………………………………………………………………………………311" u8 e' u4 i, K! s2 h; t. i
13.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………311
1 s% D; J( ^6 a* i% X13.2 混频器基础…………………………………………………………………………………………………………311 - Y7 }+ Q( B& K: F* ?
13.3 作为线性混频器的非线性系统………………………………………………………………………316 5 p0 s4 A& c% h( E( f- m" j
13.4 基于乘法器的混频器……………………………………………………………………………………320
9 y) p$ p, K3 {, ]) _; Y; Y9 m$ d13.5 亚采样混频器………………………………………………………………………………………………332
2 [- Y* L( C) {# ~/ D, Z13.6 附录∶二极管环路混频器……………………………………………………………………………333 3 i+ o0 q2 B; C# e) T: p( H9 |
第14章 反馈系统……………………………………………………………………………………………………………………3387 K. u8 G, g) B' C0 I6 Y( n. j1 k
14.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………………338
8 |# O: R+ L. O4 |# z O& @" D14.2 现代反馈理论的简短历史…………………………………………………………………………………338 ! x& ^) s' l2 w) x1 m
14.3 一个令人费解的问题……………………………………………………………………………………341 ' s4 ^. _3 v; F3 s$ R
14.4 负反馈系统灵敏度的降低………………………………………………………………………342
! ^0 U% }8 x7 o- _' ]14.5 反馈系统的稳定性…………………………………………………………………………………………345
6 g2 \) u: w" W+ X( M9 i7 b14.6 衡量稳定性的增益与相位裕量…………………………………………………………………345
/ ?. U8 U* n- p% N' i14.7 根轨迹技术……………………………………………………………………………………………………………347
# M' I3 V! L: t4 Z7 X! e14.8 稳定性准则小结…………………………………………………………………………………………352 ) U0 X8 L9 |8 l. x
14.9 反馈系统建模………………………………………………………………………………352 / x0 Y# _, I6 a- K U5 e- x
14.10 反馈系统的误差………………………………………………………………………………………………354
2 p2 H: D% T7 A( ~6 h7 z14.11 —阶和二阶系统的频域和时域特性…………………………………………………………………………………………357 , H; c! v- x6 ^. |) p
14.12 实用的匡算规则……………………………………………………………………………………………………360
9 g' Z' Y7 e& Y" S) x/ D# r6 j( i14.13 根轨迹举例和补偿……………………………………………………………………………361 1 r+ z& I. e$ T5 Z/ O1 e& C
14.14 根轨迹技术小结…………………………………………………………………366
( [. P5 `* N/ M6 j: n1 W( r+ L14.15补偿…………………………………………………………………………………………………………………………366 - [# F+ |' J$ J: A3 J3 m
14.16 通过降低增益获得补偿……………………………………………………………………………366 ' b5 t/ T5 ]! I9 W; s
14.17 滞后补偿……………………………………………………………………………………………………368
' {) n4 x @# b) h- z7 C, g" |14.18 超前补偿………………………………………………………………………………………………………371 , y, w5 t" S$ U% E; G3 s. S
14.19 慢滚降补偿……………………………………………………………………………………………………………372 9 ?* i w. ]. G, q* C6 {% ~
14.20 补偿问题小结…………………………………………………………………………………………373' N' X$ k! G# M$ K0 L& C ]
第15章 RF功率放大器 ……………………………………………………………………………………………………………378
/ @$ H8 k- k9 \" U: J3 @/ ?15.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………………………378
6 H: f3 i6 l$ `0 Q: P15.2 一般考虑……………………………………………………………………………………………………………………378 + S) s- } V e* c! t+ U. q
15.3 A类、AB类、B类和C类功率放大器-…………………………………378
/ [7 z9 G2 J% j) c5 \ X) X6 _15.4 D类放大器………………………………………………………………………………………………………………386( P% ?! }# `- g* X
15.5 E类放大器……………………………………………………………………………………………………387 1 s' f6 G( Q% s5 s
15.6 F类放大器………………………………………………………………………………………………………389
: y8 s4 T# P1 ?& [+ R1 r15.7 功率放大器的调制…………………………………………………………………………………………………393
7 L- W8 a3 j7 p" n; f15.8 功率放大器特性小结………………………………………………………………………………………………414
2 x i5 s6 ~& r- {( Q7 c. S15.9 RF功率放大器的几个设计范例…………………………………………………………415 ) x k# l( u5 o& K
15.10其他设计考虑…………………………………………………………………………………………420 : {& a @/ F- O; @8 Z) o$ e
15.11 设计小结……………………………………………………………………………………………426
f% @! W1 O" t8 x, s' n第 16章 锁相环………………………………………………………………………………………………………………429* \: t5 `* h s: {1 c0 \
16.1引言…………………………………………………………………………………………………………………………429
. k6 N' A/ _; O/ c16.2 PLL 简史……………………………………………………………………………………429
: \3 c+ I/ Y3 t& \# M% g16.3 几种线性化的 PLL 模型………………………………………………………433
/ L* B: k/ f( j$ D/ j0 A) y16.4 PL 的一些噪声特性………………………………………………………………………………438 & E2 p& C' c: ]6 G: ?
16.5 相器………………………………………………………………………………………………………………440
4 X, ~; ~" ^/ L) F/ D16.6 序列鉴相器…………………………………………………………………………………………………………………444
S0 E* G3 I0 O1 ~2 d: V9 t16.7 环路滤波器和电荷泵…………………………………………………………………………………………………451 0 w/ ~. t" t, z
16.8 PIL设计实例……………………………………………………………………………………………………………457 0 _3 o9 Z8 q% }: L" S
16.9 小结……………………………………………………………………………………………………………463
+ M2 I3 \4 p8 r6 a5 q$ e+ ^3 g第17章 振荡器与频率合成器 ……………………………………………………………………467
7 G5 s7 ?" t P5 R171 引言…………………………………………………………………………………………………………………467
# j# a: J( g# l l17.2 纯线性振荡器存在的问题…………………………………………………………………………………………………467
2 r4 L. i8 z& j17.3 描述函数…………………………………………………………………………………………………………468 % p0 d7 a; x/ S6 B/ i
17.4 谐振器…………………………………………………………………………………………………………………………483
9 t' b$ v0 V9 H% j; `17.5 调谐振荡器举例…………………………………………………………………………………………………486 6 r$ w( t# }& W4 j4 m' y* C2 B* r9 o
17.6 负阻振荡器……………………………………………………………………………………………………………491
& ]* t6 }! Z; q' J; n- K& x17.7 频率合成……………………………………………………………………………………………………494
5 {- O4 a4 i( K3 [! n9 b/ h8 N17.8 小结…………………………………………………………………………………………………………………………………501
h( B; f w8 P+ y$ C9 d8 V第 18章相位噪声……………………………………………………………………………………………………………505
/ r! |" r# J3 e, @* ~) b18.1 引言………………………………………………………………………………………………………………………505
8 j; l& y, o6 y4 `! D" W4 M18.2—般性考虑…………………………………………………………………………………………………………507 ( A8 E' I& Z) b c1 h+ P. O. Z
18.3 详细讨论∶相位噪声………………………………………………………………………………509
+ _ O8 k* c9 @1 u4 C6 l18.4 线性性与时变在相位噪声中的作用……………………………………511
1 M# }3 E% v! o ^" s% s18.5 电路实例…………………………………………………………………………………………………………………519
! l# H4 B9 j$ c/ {18.6 振幅响应…………………………………………………………………………………………………………………………526 . [% z6 r3 h) y+ b5 {' S5 d+ Q f
18.7 小结……………………………………………………………………………………………………………………528
, Q4 D$ `/ G( ^0 a2 v' h& P$ X18.8 附录;有关模拟的说明………………………………………………………………………………………528 z3 L: X' k6 B p# f% x: s1 |5 ]
第19章 系统结构………………………………………………………………………………………………………………………532/ B* ?# @- _# [; ]
19.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………………5327 D8 ?2 r) M& E
19.2 动态范围……………………………………………………………………………………………………………532 9 o( Y# x5 p8 B
19.3 亚采样………………………………………………………………………………………………………………………547 + R2 e1 Y8 u0 i/ w& @% l3 ?3 s7 ?
19.4 发射机系统结构………………………………………………………………………………………………………547
1 _3 a8 f: L. f, [( Y19.5 振荡器的稳定性…………………………………………………………………………………………………………549 ! m- n2 n2 Q8 a1 R! B& a
19.6 芯片设计实例…………………………………………………………………………………………………………549 ! w" I7 U4 O+ j5 s `/ M
19.7 小结………………………………………………………………………………………………………………………………5866 d- z# F$ ^& l' K
第 20章 射频电路历史回顾………………………………………………………………………………………………588
{: T! K, e, _2 g2 f( [9 `7 e20.1 引言……………………………………………………………………………………………………………………588
. S" ^( ?) u- j% @0 I" L) B4 l9 `20.2 Armstrong…………………………………………………………………………………………588
8 i2 Y: E+ O. _20.3 "全美"5管超外差收音机…………………………………………………………………………………591
3 q- t. K3 D$ M& |20.4 Regency TR-1 晶体管收音机……………………………………………………………………………………593 2 q3 A0 ]. A. D5 w2 {
20.5 三管玩具民用波段对讲机………………………………………………………………………………………594
' i: W7 U9 @5 H6 `$ M& E
6 M$ F; N3 q- }5 k1 a! e; ] \8 |* {* x
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发表于 2022-7-22 09:40
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