射频集成电路设计基础讲义：功率/增益/噪声/非线性

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• 在射频和微波系统中，由于反射的普遍存在和理想开路、短路难以获得,低频电路中常用的电压和电流测量变得很不现实，因此功率的测量得到了广泛的应用
• 传统的射频和微波电路使用分立元件和传输线构建，电路的输入输出通常需要匹配到一个系统阻抗(75或50Ω)
% i; z7 g7 \0 H• 由于这两个原因，电路的性能指标，如增益、噪声、非线性等，都可以很方便地通过功率来表示，尽管这种表示方法在集成电路设计中有可能产生误导和混淆(例如电压增益和功率增益的区别)，它仍然得到了广泛的认同和使用，既因为传统的延续性，也因为射频电路作为一个模块时，以上两个原因仍然存在
1 J! |* g0 H9 o; Q# U5 r• 增益、噪声和非线性是描述射频电路最常用的指标，有必要在涉及电路之前作一介绍

功率和增益
( j7 s9 j+ e4 L• 功率的表示: mW和dBm
' l/ c4 u8 i/ T- ^2 r7 w– 为了计算的方便，通信和微波工程中信号的功率或强度基本上对数形式来表示， dBm是信号功率相对于1 mW的对数值：

– 如果使用统一的负载，功率与幅度是一一对应的，在50 Ω的系统中
; L- {9 M1 e( q; A. E
4 W4 {5 G% g2 F# I3 D
! ^3 o( Y. @$ k! z( d$ [- ]  U: O• 低频信号的电压增益和功率增益容易造成混淆，而高频电路设计中功率增益的不同定义更加容易混淆，应引起足够的重视。不同功率的定义如下：
– PL: 负载所获得的功率
– PIN: 电路(图中的Network)的输入功率
- S7 D) d3 p0 t– PAVS: 信号源所能提供的最大功率
– PAVN: 电路所能提供的最大功率
+ X6 w/ M. Y2 v6 D. t) F, X
9 j, R" o/ H6 s8 a
噪声和噪声系数
• 噪声通常指一种随机过程，用概率密度函数(PDF)和功率谱密度(PSD)来描述
8 P, o% K8 Y3 }9 a7 L• 电路中常见的噪声源
* L- N$ l4 u: Q* U. S: b' |– 电阻的热噪声(Thermal Noise)，由导体中电子的不规则热运动造成，电路模型为一个串联的电压源或并联的电流源
– 散弹噪声(Shot Noise)，载流子经过PN结时产生，由并联的电流源表示， q为电子电荷 1.6×10^−19 Q
! C. b' M5 \! t# N4 T/ i0 g( ]

Crash

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