radio frequency integrated circuit design

时间: 2024-01-26 14:00:26 浏览: 89
射频集成电路设计是一种用于射频系统的电路设计技术。射频集成电路设计的主要目的是在封装空间有限的情况下,实现高性能的射频信号处理。这种设计技术通常应用于无线通信系统,如Wi-Fi、蜂窝移动通信系统和雷达等。 射频集成电路设计要解决的主要问题是射频信号的放大、混频/分频、滤波、调制/解调和功率管理等。为了实现这些功能,设计师需要考虑射频信号的特性,如频率范围、传输带宽和信号幅度。他们还需要选择合适的射频电子元件,如晶体管、电容、电感和变压器等。 在射频集成电路设计中,节省功率是一个重要的考虑因素。设计师会优化电路的功率传输效率,以减少能量浪费和延长电池寿命。他们还会考虑电磁兼容性,以避免射频干扰和电磁辐射对其他电子设备的干扰。 射频集成电路设计的主要挑战之一是在小尺寸和高频率的要求下实现高度集成。设计师需要使用先进的射频电路设计工具和仿真软件来模拟和优化电路性能。他们还需要考虑电路的热管理,以防止过热和性能下降。 射频集成电路设计是射频系统设计中的关键环节,对于无线通信、雷达和其他射频应用来说至关重要。随着无线通信和射频技术的发展,射频集成电路设计将继续发展和创新,以满足越来越高的性能和功能需求。
相关问题

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《射频集成电路设计,第二版》是一本深入研究射频集成电路设计的权威书籍,该书提供了广泛的知识和技术,适合于电子工程师、射频工程师、通信工程师等从业人员阅读学习。 这本书系统地介绍了射频集成电路设计的基本概念、技术原理和相关应用,包括射频器件的特性、集成电路设计的流程、功率放大器、混频器、振荡器、滤波器等模块的设计方法等。通过深入浅出的讲解,读者可以全面了解射频集成电路设计的核心理论和实际操作技术。 此外,《射频集成电路设计,第二版》中还涵盖了大量实例和案例分析,以及最新的射频集成电路设计工具和软件的使用技巧,帮助读者更好地理解和掌握射频集成电路设计的方法和技术。此外,该书还概述了射频集成电路在通信系统、雷达系统、卫星导航系统等领域中的应用前景和发展趋势。 总的来说,《射频集成电路设计,第二版》是一本全面系统的射频集成电路设计方面的参考书籍,对于希望深入了解射频电路设计的工程师和研究人员是一本不容错过的好书。它不仅对射频集成电路设计有所启发,还对读者的实际工作具有很高的指导意义。

the design of cmos radio-frequency integrated circuits,pdf

CMOS射频集成电路的设计主要是指利用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术来设计和制造射频集成电路(RFICs),并以PDF文档的形式介绍相关设计内容。 CMOS技术是一种用于制造集成电路的主要技术之一。与传统的射频电路设计类似,CMOS射频集成电路设计也需要考虑功率放大器、混频器、滤波器、振荡器等基本电路元素的设计和布局。然而,由于CMOS技术的特殊性,射频电路设计中还需要解决一些特殊的问题。 首先,CMOS技术在射频设计中的一个主要挑战是限制由于CMOS晶体管的高雜訊性能所產生的噪声。为了降低噪声,需要采用合适的设计策略和电路拓扑结构,如共源共栅共漏放大器和共源共漏共栅放大器等。 其次,由于CMOS工艺和RFIC设计中的电流,电压等参数的限制,需要在设计中找到平衡,以满足设备性能和工艺限制之间的需求。这需要一定的工艺知识和专业经验。 此外,射频集成电路设计还需要考虑电源噪声的抑制,信号的传输和接收,以及降低功耗等问题。这些问题在传统的CMOS设计中可能较少涉及,但在射频集成电路设计中却至关重要。 总体而言,CMOS射频集成电路的设计是一个复杂而有挑战性的任务。它要求设计人员具备深厚的电路知识和技能,熟悉射频电路的特性和要求,并结合CMOS技术的特点进行设计。CMOS射频集成电路设计的PDF文档将为设计人员提供有关该领域的详细信息,帮助他们更好地理解和应用该技术。

相关推荐

pdf
Contents
Foreword xv
Acknowledgments xix
1 Introduction to Communications Circuits 1
1.1 Introduction 1
1.2 Lower Frequency Analog Design and Microwave
Design Versus Radio Frequency Integrated
Circuit Design 2
1.2.1 Impedance Levels for Microwave and Low-
Frequency Analog Design 2
1.2.2 Units for Microwave and Low-Frequency Analog
Design 3
1.3 Radio Frequency Integrated Circuits Used in a
Communications Transceiver 4
1.4 Overview 6
References 6
2 Issues in RFIC Design, Noise, Linearity, and
Filtering 9
2.1 Introduction 9
v

vi Radio Frequency Integrated Circuit Design
2.2 Noise 9
2.2.1 Thermal Noise 10
2.2.2 Available Noise Power 11
2.2.3 Available Power from Antenna 11
2.2.4 The Concept of Noise Figure 13
2.2.5 The Noise Figure of an Amplifier Circuit 14
2.2.6 The Noise Figure of Components in Series 16
2.3 Linearity and Distortion in RF Circuits 23
2.3.1 Power Series Expansion 23
2.3.2 Third-Order Intercept Point 27
2.3.3 Second-Order Intercept Point 29
2.3.4 The 1-dB Compression Point 30
2.3.5 Relationships Between 1-dB Compression and
IP3 Points 31
2.3.6 Broadband Measures of Linearity 32
2.4 Dynamic Range 35
2.5 Filtering Issues 37
2.5.1 Image Signals and Image Reject Filtering 37
2.5.2 Blockers and Blocker Filtering 39
References 41
Selected Bibliography 42
3 A Brief Review of Technology 43
3.1 Introduction 43
3.2 Bipolar Transistor Description 43Current Dependence 46
3.3
3.4 Small-Signal Model 47
3.5 Small-Signal Parameters 48
3.6 High-Frequency Effects 49
as a Function of Current 51
3.6.1 f
T
3.7 Noise in Bipolar Transistors 53
3.7.1 Thermal Noise in Transistor Components 53
3.7.2 Shot Noise 53
3.7.3 1/f Noise 54

vii
3.8 Base Shot Noise Discussion 55
3.9 Noise Sources in the Transistor Model 55
3.10 Bipolar Transistor Design Considerations 56
3.11 CMOS Transistors 57
3.11.1 NMOS 58
3.11.2 PMOS 58
3.11.3 CMOS Small-Signal Model Including Noise 58
3.11.4 CMOS Square Law Equations 60
References 61
4 Impedance Matching 63
4.1 Introduction 63
4.2 Review of the Smith Chart 66
4.3 Impedance Matching 69
4.4 Conversions Between Series and Parallel Resistor-
Inductor and Resistor-Capacitor Circuits 74
4.5 Tapped Capacitors and Inductors 76
4.6 The Concept of Mutual Inductance 78
4.7 Matching Using Transformers 81
4.8 Tuning a Transformer 82
4.9 The Bandwidth of an Impedance Transformation
Network 83
4.10 Quality Factor of an LC Resonator 85
4.11 Transmission Lines 88
4.12 S, Y, and Z Parameters 89
References 93
5 The Use and Design of Passive Circuit
Elements in IC Technologies 95
5.1 Introduction 95
5.2 The Technology Back End and Metallization in
IC Technologies 95

viii Radio Frequency Integrated Circuit Design
5.3 Sheet Resistance and the Skin Effect 97
5.4 Parasitic Capacitance 100
5.5 Parasitic Inductance 101
5.6 Current Handling in Metal Lines 102
5.7 Poly Resistors and Diffusion Resistors 103
5.8 Metal-Insulator-Metal Capacitors and Poly
Capacitors 103
5.9 Applications of On-Chip Spiral Inductors and
Transformers 104
5.10 Design of Inductors and Transformers 106
5.11 Some Basic Lumped Models for Inductors 108
5.12 Calculating the Inductance of Spirals 110
5.13 Self-Resonance of Inductors 110
5.14 The Quality Factor of an Inductor 111
5.15 Characterization of an Inductor 115
5.16 Some Notes About the Proper Use of Inductors 117
5.17 Layout of Spiral Inductors 119
5.18 Isolating the Inductor 121
5.19 The Use of Slotted Ground Shields and
Inductors 122
5.20 Basic Transformer Layouts in IC Technologies 122
5.21 Multilevel Inductors 124
5.22 Characterizing Transformers for Use in ICs 127
5.23 On-Chip Transmission Lines 129
5.23.1 Effect of Transmission Line 130
5.23.2 Transmission Line Examples 131
5.24 High-Frequency Measurement of On-Chip
Passives and Some Common De-Embedding
Techniques 134

ix
5.25 Packaging 135
5.25.1 Other Packaging Techniques 138
References 139
6 LNA Design 141
6.1 Introduction and Basic Amplifiers 141
6.1.1 Common-Emitter Amplifier (Driver) 141
6.1.2 Simplified Expressions for Widely Separated
Poles 146
6.1.3 The Common-Base Amplifier (Cascode) 146
6.1.4 The Common-Collector Amplifier (Emitter
Follower) 148
6.2 Amplifiers with Feedback 152
6.2.1 Common-Emitter with Series Feedback (Emitter
Degeneration) 152
6.2.2 The Common-Emitter with Shunt Feedback 154
6.3 Noise in Amplifiers 158
6.3.1 Input-Referred Noise Model of the Bipolar
Transistor 159
6.3.2 Noise Figure of the Common-Emitter Amplifier 161
6.3.3 Input Matching of LNAs for Low Noise 163
6.3.4 Relationship Between Noise Figure and Bias
Current 169
6.3.5 Effect of the Cascode on Noise Figure 170
6.3.6 Noise in the Common-Collector Amplifier 171
6.4 Linearity in Amplifiers 172
6.4.1 Exponential Nonlinearity in the Bipolar
Transistor 172
6.4.2 Nonlinearity in the Output Impedance of the
Bipolar Transistor 180
6.4.3 High-Frequency Nonlinearity in the Bipolar
Transistor 182
6.4.4 Linearity in Common-Collector Configuration 182
6.5 Differential Pair (Emitter-Coupled Pair) and
Other Differential Amplifiers 183
6.6 Low-Voltage Topologies for LNAs and the Use
of On-Chip Transformers 184

x Radio Frequency Integrated Circuit Design
6.7 DC Bias Networks 187
6.7.1 Temperature Effects 189
6.8 Broadband LNA Design Example 189
References 194
Selected Bibliography 195
7 Mixers 197
7.1 Introduction 197
7.2 Mixing with Nonlinearity 197
7.3 Basic Mixer Operation 198
7.4 Controlled Transconductance Mixer 198
7.5 Double-Balanced Mixer 200
7.6 Mixer with Switching of Upper Quad 202
7.6.1 Why LO Switching? 203
7.6.2 Picking the LO Level 204
7.6.3 Analysis of Switching Modulator 205
7.7 Mixer Noise 206
7.8 Linearity 215
7.8.1 Desired Nonlinearity 215
7.8.2 Undesired Nonlinearity 215
7.9 Improving Isolation 217
7.10 Image Reject and Single-Sideband Mixer 217
7.10.1 Alternative Single-Sideband Mixers 219
7.10.2 Generating 90° Phase Shift 220
7.10.3 Image Rejection with Amplitude and Phase
Mismatch 224
7.11 Alternative Mixer Designs 227
7.11.1 The Moore Mixer 228
7.11.2 Mixers with Transformer Input 228
7.11.3 Mixer with Simultaneous Noise and Power
Match 229
7.11.4 Mixers with Coupling Capacitors 230

xiContents
7.12 General Design Comments 231
7.12.1 Sizing Transistors 232
7.12.2 Increasing Gain 232
7.12.3 Increasing IP3 232
7.12.4 Improving Noise Figure 233
7.12.5 Effect of Bond Pads and the Package 233
7.12.6 Matching, Bias Resistors, and Gain 234
7.13 CMOS Mixers 242
References 244
Selected Bibliography 244
8 Voltage-Controlled Oscillators 245
8.1 Introduction 245
8.2 Specification of Oscillator Properties 245
8.3 The LC Resonator 247
8.4 Adding Negative Resistance Through Feedback
to the Resonator 248
8.5 Popular Implementations of Feedback to the
Resonator 250
8.6 Configuration of the Amplifier (Colpitts or
) 251
-G
m
8.7 Analysis of an Oscillator as a Feedback System 252
8.7.1 Oscillator Closed-Loop Analysis 252
8.7.2 Capacitor Ratios with Colpitts Oscillators 255
8.7.3 Oscillator Open-Loop Analysis 258
8.7.4 Simplified Loop Gain Estimates 260
8.8 Negative Resistance Generated by the Amplifier 262
8.8.1 Negative Resistance of Colpitts Oscillator 262
8.8.2 Negative Resistance for Series and Parallel
Circuits 263
Oscillator 265
8.8.3 Negative Resistance Analysis of -G
m
8.9 Comments on Oscillator Analysis 268
8.10 Basic Differential Oscillator Topologies 270

xii Radio Frequency Integrated Circuit Design
8.11 A Modified Common-Collector Colpitts
Oscillator with Buffering 270
Topology 270
8.12 Several Refinements to the -G
m
8.13 The Effect of Parasitics on the Frequency of
Oscillation 274
8.14 Large-Signal Nonlinearity in the Transistor 275
8.15 Bias Shifting During Startup 277
8.16 Oscillator Amplitude 277
8.17 Phase Noise 283
8.17.1 Linear or Additive Phase Noise and Leeson’s
Formula 283
8.17.2 Some Additional Notes About Low-Frequency
Noise 291
8.17.3 Nonlinear Noise 292
8.18 Making the Oscillator Tunable 295
8.19 VCO Automatic-Amplitude Control Circuits 302
8.20 Other Oscillators 313
References 316
Selected Bibliography 317
9 High-Frequency Filter Circuits 319
9.1 Introduction 319
9.2 Second-Order Filters 320
9.3 Integrated RF Filters 321
9.3.1 A Simple Bandpass LC Filter 321
9.3.2 A Simple Bandstop Filter 322
9.3.3 An Alternative Bandstop Filter 323
9.4 Achieving Filters with Higher Q 327
9.4.1 Differential Bandpass LNA with Q-Tuned Load
Resonator 327
9.4.2 A Bandstop Filter with Colpitts-Style Negative
Resistance 329
9.4.3 Bandstop Filter with Transformer-Coupled -G
m
Negative Resistance 331

xiiiContents
9.5 Some Simple Image Rejection Formulas 333
9.6 Linearity of the Negative Resistance Circuits 336
9.7 Noise Added Due to the Filter Circuitry 337
9.8 Automatic Q Tuning 339
9.9 Frequency Tuning 342
9.10 Higher-Order Filters 343
References 346
Selected Bibliography 347
10 Power Amplifiers 349
10.1 Introduction 349
10.2 Power Capability 350
10.3 Efficiency Calculations 350
10.4 Matching Considerations 351
*
Versus Matching to
352
10.4.1 Matching to S
22 opt
10.5 Class A, B, and C Amplifiers 353
10.5.1 Class A, B, and C Analysis 356
10.5.2 Class B Push-Pull Arrangements 362
10.5.3 Models for Transconductance 363
10.6 Class D Amplifiers 367
10.7 Class E Amplifiers 368
10.7.1 Analysis of Class E Amplifier 370
10.7.2 Class E Equations 371
10.7.3 Class E Equations for Finite Output Q 372
10.7.4 Saturation Voltage and Resistance 373
10.7.5 Transition Time 373
10.8 Class F Amplifiers 375
10.8.1 Variation on Class F: Second-Harmonic Peaking 379
10.8.2 Variation on Class F: Quarter-Wave
Transmission Line 379
10.9 Class G and H Amplifiers 381
10.10 Class S Amplifiers 383

xiv Radio Frequency Integrated Circuit Design
10.11 Summary of Amplifier Classes for RF Integrated
Circuits 384
10.12 AC Load Line 385
10.13 Matching to Achieve Desired Power 385
10.14 Transistor Saturation 388
10.15 Current Limits 388
10.16 Current Limits in Integrated Inductors 390
10.17 Power Combining 390
10.18 Thermal Runaway—Ballasting 392
10.19 Breakdown Voltage 393
10.20 Packaging 394
10.21 Effects and Implications of Nonlinearity 394
10.21.1 Cross Modulation 395
10.21.2 AM-to-PM Conversion 395
10.21.3 Spectral Regrowth 395
10.21.4 Linearization Techniques 396
10.21.5 Feedforward 396
10.21.6 Feedback 397
10.22 CMOS Power Amplifier Example 398
References 399
About the Authors 401
Index 403

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