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
; m8 F5 i$ O5 }( B/ F! u• 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)
• 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
• 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
3 d# U6 Q& X  D2 Y& a, z• 功率的表示: mW和dBm
+ `1 @) b' P  A( [& I" Z1 i' q; M– 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：
6 r9 S3 H/ A( ]
– 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
! j) _2 d& u7 E7 [0 K) ~' p# I

. Q% b* g$ m5 J' W• 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
3 {$ W' k9 N1 V! m! K2 }– PIN: 电路(图中的Network)的输入功率
– PAVS: 信号源所能提供的最大功率
  O& ?; s# `& L) z& {– PAVN: 电路所能提供的最大功率

3 I* C+ e( y/ ~7 j# ~
6 C* ]! Q% F5 n1 Z3 z7 j" C1 f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 g( f$ O$ h  ~• 电路中常见的噪声源
+ S4 y/ l  W1 W( E9 {) j% s3 @* u6 g– 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
- W/ j, O( {0 i5 ]! d- z7 K9 N

Crash

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