射频集成电路设计
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作者李松亭
出版社电子工业
ISBN9787121471438
出版时间2023-12
装帧平装
开本其他
定价299元
货号31947508
上书时间2024-04-23
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作者简介
李松亭，国防科技大学空天科学学院副研究员，国防科技大学天拓系列卫星物联网载荷主任设计师，主要从事天基物联网、模拟射频及混合信号集成电路设计等方面的研究。先后研发出多款星基物联网载荷、多款多模导航射频芯片、射频基带一体化SoC芯片、具有自主知识产权的超高频RFID标签芯片、电源管理芯片等。承担和参与各类国家、省部级项目20余项，发表学术论文30余篇，授权国家发明专利30余项，出版专著1部。获军队科技进步奖一等奖1项，天津市科技进步奖特等奖1项。
目录
目 录
第1章 射频集成电路基础知识1
1.1 增益1
1.2 非线性效应2
1.2.1 谐波现象2
1.2.2 增益压缩3
1.2.3 减敏（阻塞）现象4
1.2.4 互调现象5
1.2.5 交调现象5
1.2.6 级联系统的非线性特性10
1.2.7 典型放大器结构的非线性表征13
1.3 噪声21
1.3.1 电阻热噪声21
1.3.2 晶体管噪声24
1.3.3 噪声通过滤波器系统26
1.3.4 输入参考噪声28
1.3.5 噪声系数33
1.3.6 级联系统的噪声系数35
1.3.7 有损系统的噪声系数37
1.3.8 等效噪声温度38
1.4 灵敏度39
1.5 链路预算40
参考文献42
第2章 射频集成电路阻抗匹配及稳定性43
2.1 传输线理论44
2.1.1 传输线44
2.1.2 集总参数系统与分布参数系统44
2.1.3 传输线波动方程46
2.1.4 传输线终端接负载48
2.1.5 传输线特征阻抗52
2.2 双端口网络理论和信号流图53
2.2.1 双端口网络53
2.2.2 信号流图56
2.3 Smith圆图理论59
2.4 基于无源匹配网络或微带线的功率传输理论63
2.4.1 无源RLC网络65
2.4.2 基于Smith圆图的L型匹配网络设计72
2.4.3 基于Smith圆图的T型匹配网络和?型匹配网络设计76
2.5 基于Smith圆图的微带线匹配网络设计78
2.6 射频集成电路中的电压/电流传输理论83
2.7 射频集成电路稳定性84
参考文献88
第3章 射频集成电路频域分析89
3.1 系统89
3.2 系统响应与传输函数90
3.3 卷积和乘积93
3.4 傅里叶级数96
3.5 傅里叶变换103
3.6 拉普拉斯变换105
3.7 离散傅里叶变换107
3.8 Z变换109
3.9 功率谱密度与频谱110
3.10 频域概念在射频集成电路设计中的应用111
3.11 射频集成电路频域模型116
附录1 离散时间域单位冲激函数121
附录2 DAC输出信号频谱121
第4章 射频通信基础与通信链路预算123
4.1 基本通信过程123
4.2 调制和解调127
4.2.1 幅移键控（ASK）127
4.2.2 相移键控（PSK）130
4.2.3 频移键控（FSK）132
4.2.4 正交幅度调制（QAM）136
4.2.5 频率选择性衰落与正交频分复用137
4.2.6 码速率和调制方式与信号带宽的关系139
4.2.7 码间串扰与成型滤波141
4.2.8 眼图与星座图142
4.3 各调制方式误比特性能分析144
4.3.1 二进制通信误码性能分析145
4.3.2 MASK误码性能分析151
4.3.3 MPSK误码性能分析153
4.3.4 MFSK误码性能分析155
4.3.5 MQAM误码性能分析157
4.3.6 不同调制方式之间的解调性能对比158
4.3.7 常用调制方式非相干解调误码性能分析159
4.4 双工模式与多址接入技术162
4.4.1 频分双工与时分双工162
4.4.2 频分多址与频分多路复用162
4.4.3 时分多址与时分多路复用164
4.4.4 码分多址与码分多路复用165
4.4.5 空分多址与空分多路复用167
4.5 MIMO技术169
4.5.1 空间分集170
4.5.2 空间复用172
4.6 通信链路预算173
4.6.1 自由空间链路衰减173
4.6.2 通信链路预算175
参考文献178
第5章 射频集成电路架构179
5.1 射频收发集成电路一般性设计考虑180
5.1.1 接收链路镜像问题182
5.1.2 载波同步问题184
5.1.3 发射链路带外干扰抑制问题188
5.2 超外差接收机189
5.2.1 一级变频超外差接收机190
5.2.2 二级变频超外差接收机191
5.2.3 零中频超外差接收机192
5.2.4 低中频超外差接收机193
5.3 零中频接收机195
5.3.1 正交失配196
5.3.2 正交失配校准199
5.3.3 本振泄漏及本振谐波202
5.3.4 直流偏移203
5.3.5 直流偏移校准204
5.3.6 偶阶非线性失真208
5.3.7 偶阶非线性失真校准210
5.3.8 闪烁噪声212
5.4 低中频接收机213
5.4.1 复数域镜像抑制滤波器设计215
5.4.2 正交失配218
5.4.3 正交失配校准221
5.4.4 直流偏移及直流偏移校准222
5.4.5 基于无源多相网络的低中频接收机226
5.5 直接变频射频发射机227
5.5.1 正交失配228
5.5.2 正交失配校准230
5.5.3 载波泄漏232
5.5.4 载波泄漏校准233
5.5.5 信号调制方式与非线性效应234
5.5.6 锁相环注入频率牵引与设计优化236
5.6 低中频射频发射机238
5.7 超外差射频发射机240
5.8 面向软件定义无线电的射频集成电路架构242
5.8.1 谐波抑制243
5.8.2 宽带可配置滤波器带宽校准247
5.8.3 发射泄漏校准249
5.8.4 自适应干扰抑制251
5.9 射频集成电路的多片同步校准253
参考文献254
第6章 低噪声放大器259
6.1 低噪声放大器设计考虑259
6.1.1 噪声系数260
6.1.2 阻抗匹配262
6.1.3 增益与带宽262
6.1.4 线性度264
6.1.5 稳定性265
6.1.6 功耗266
6.2 窄带匹配低噪声放大器267
6.2.1 电路结构267
6.2.2 匹配网络拓扑结构269
6.2.3 增益计算273
6.2.4 噪声性能274
6.2.5 窄带匹配低噪声放大器线性性能277
6.2.6 设计过程279
6.3 宽带匹配低噪声放大器279
6.3.1 基于共源结构的宽带低噪声放大器279
6.3.2 基于共源负反馈结构的宽带低噪声放大器281
6.3.3 基于共栅结构的宽带低噪声放大器283
6.3.4 基于带通滤波器结构的宽带低噪声放大器289
6.4 噪声抵消低噪声放大器291
6.4.1 基于共源负反馈结构的宽带低噪声放大器噪声抵消技术292
6.4.2 基于共栅负反馈结构的宽带低噪声放大器噪声抵消技术293
6.5 高线性度低噪声放大器294
6.5.1 二阶失真优化294
6.5.2 三阶失真优化297
6.6 镜像抑制低噪声放大器299
参考文献300
第7章 射频混频器302
7.1 射频混频器设计考虑302
7.1.1 噪声系数303
7.1.2 转换增益306
7.1.3 线性度307
7.1.4 馈通效应307
7.2 射频混频器工作原理308
7.2.1 单平衡混频器与双平衡混频器311
7.2.2 正交混频器313
7.2.3 多相混频器314
7.2.4 次谐波混频器317
7.3 电压模无源下变频混频器319
7.3.1 单平衡电压模无源下变频混频器320
7.3.2 双平衡电压模无源下变频混频器327
7.3.3 八相结构电压模无源下变频混频器329
7.4 电流模无源下变频混频器331
7.5 有源下变频混频器338
7.5.1 转换增益338
7.5.2 噪声342
7.5.3 线性性能347
7.6 上变频混频器351
7.6.1 单边带上变频混频器353
7.6.2 上变频混频器线性性能355
参考文献356
第8章 功率放大器357
8.1 功率放大器设计考虑357
8.1.1 阻抗匹配与功率匹配358
8.1.2 Knee电压影响361
8.1.3 大信号条件下近似线性效应362
8.1.4 功率放大器的负载牵引特性364
8.2 功率放大器设计指标367
8.2.1 增益367
8.2.2 功率转换效率及附加功率转换效率369
8.2.3 功率转换因子369
8.2.4 线性度370
8.2.5 峰值-均值功率比370
8.3 压控电流型功率放大器370
8.3.1 A类功率放大器371
8.3.2 B类功率放大器375
8.3.3 C类功率放大器378
8.3.4 AB类功率放大器379
8.3.5 压控电流型功率放大器性能比较380
8.4 压控开关型功率放大器382
8.4.1 D类功率放大器382
8.4.2 E类功率放大器386
8.4.3 F类功率放大器393
8.4.4 压控开关型功率放大器性能比较396
8.5 功率放大器的效率提升技术396
8.5.1 包络跟踪功率放大器397
8.5.2 包络消除与恢复功率放大器403
8.5.3 LINC功率放大器405
8.5.4 Doherty功率放大器410
8.6 功率放大器的线性化技术412
8.6.1 高线性LINC功率放大器412
8.6.2 数字预失真413
8.6.3 前馈技术419
8.6.4 Cartesian反馈技术420
8.6.5 包络反馈技术421
8.7 数字功率放大器421
8.7.1 开关电容数字功率放大器422
8.7.2 高效率G类开关电容数字功率放大器423
8.7.3 高效率Doherty开关电容数字功率放大器426
8.8 全数字发射机429
8.8.1 数字相位插值器429
8.8.2 数字极化发射机430
8.8.3 数字LINC发射机433
8.8.4 数字正交发射机433
参考文献434
第9章 射频振荡器438
9.1 射频振荡器原理438
9.1.1 闭环系统根轨迹法439
9.1.2 反馈法447
9.1.3 负阻补偿法451
9.2 描述函数454
9.3 常用射频振荡器类型458
9.3.1 反馈式LC振荡器458
9.3.2 环形振荡器463
9.3.3 负阻振荡器472
9.3.4 晶体振荡器472
9.4 压控振荡器477
9.4.1 压控变容管477
9.4.2 数控人工电介质传输线479
9.4.3 压控振荡器频率调谐481
9.5 相位噪声485
9.5.1 相位噪声的由来485
9.5.2 相位噪声对系统性能的影响486
9.5.3 相位噪声数学模型491
9.5.4 常用振荡器相位噪声性能分析500
9.6 频率锁定与牵引508
9.6.1 振荡器注入频率锁定508
9.6.2 振荡器注入频率牵引512
9.6.3 振荡器耦合频率锁定与耦合频率牵引514
9.7 正交信号的产生516
9.7.1 RC-CR串联网络517
9.7.2 分频器518
9.7.3 无源多相网络518
9.7.4 正交负阻振荡器524
参考文献529
第10章 锁相环531
10.1 锁相环基本原理和结构531
10.1.1 锁相环传输函数532
10.1.2 锁相环动态方程533
10.2 鉴相器534
10.2.1 异或电路鉴相器534
10.2.2 乘法器型鉴相器536
10.2.3 序列鉴相器536
10.3 一阶Ⅰ型锁相环538
10.4 二阶Ⅰ型锁相环540
10.5 二阶Ⅱ型锁相环542
10.6 基于鉴频鉴相器的Ⅱ型锁相环546
10.6.1 鉴频鉴相器546
10.6.2 二阶Ⅱ型锁相环548
10.6.3 三阶Ⅱ型锁相环549
10.6.4 四阶Ⅱ型锁相环552
10.7 应用于频率综合器的锁相环结构553
10.8 高性能鉴频鉴相器设计556
10.8.1 死区效应556
10.8.2 传输路径时延557
10.8.3 电荷注入与时钟馈通559
10.8.4 电荷共享561
10.8.5 充电电流和放电电流失配562
10.8.6 高性能鉴频鉴相器设计563
10.9 锁相环相位噪声性能分析564
10.10 锁相环的频率牵引效应570
10.10.1 锁相环注入频率牵引570
10.10.2 锁相环耦合频率牵引571
10.11 锁相环的其他应用场景573
10.11.1 载波跟踪573
10.11.2 调制和解调574
10.11.3 数据采样和传输的同步化576
10.11.4 时钟/数据恢复577
10.11.5 延迟锁定环579
参考文献582
第11章 频率综合器583
11.1 直接数字频率综合器584
11.1.1 工作原理584
11.1.2 相位噪声性能分析587
11.1.3 杂散分析587
11.1.4 杂散抑制593
11.1.5 直接数字频率综合器在调制解调中的应用601
11.1.6 直接数字频率综合器作为任意波形发生器602
11.1.7 直接数字频率综合器与锁相环型频率综合器的混合设计技术602
11.2 模拟域锁相环型整数分频频率综合器603
11.2.1 基于双模预分频器的吞脉冲型整数分频器604
11.2.2 双模预分频器605
11.2.3 常用分频器逻辑单元616
11.2.4 基于2/3双模预分频器的级联整数分频器622
11.2.5 其他分频器结构626
11.3 模拟域锁相环型小数分频频率综合器629
11.3.1 ∑-Δ调制器631
11.3.2 单环高阶∑-Δ调制器634
11.3.3 高阶级联∑-Δ调制器637
11.3.4 小数分频频率综合器相位噪声减小技术642
11.4 锁相环型小数分频频率综合器在信号调制过程中的应用649
11.5 宽带频率综合器设计651
11.5.1 自动频率校准652
11.5.2 宽带频率综合器稳定性校准658
11.6 全数字频率综合器663
11.6.1 全数字频率综合器基本架构664
11.6.2 全数字频率综合器频域模型668
11.6.3 全数字频率综合器主要模块673
11.6.4 全数字频率综合器相位噪声模型693
11.6.5 全数字频率综合器设计699
附录 小数分频频率综合器相位噪声计算710
参考文献711
第12章 射频收发机设计实例714
12.1 射频集成电路设计流程714
12.2 窄带多模导航射频集成电路设计716
12.2.1 多模导航系统射频通信链路预算716
12.2.2 多模导航射频接收机架构及频率规划717
12.2.3 射频接收链路预算718
12.2.4 主要模块设计723
12.2.5 测试结果732
12.3 宽带软件定义无线电射频收发机736
12.3.1 软件定义无线电射频收发机架构736
12.3.2 射频接收前端电路设计738
12.3.3 接收链路模拟中频电路设计740
12.3.4 频率综合器742
12.3.5 数字基带部分745
12.3.6 发射链路746
12.3.7 多通道应用场景中的射频链路与基带采样同步操作747
12.4 全数字发射机设计实例749
附录 运算放大器设计方法753
参考文献757
内容摘要
本书立足一个完整的通信系统，从信号处理的角度逐步引出射频集成电路设计中的相关方法学，具体内容包括射频集成电路设计基础知识，阻抗匹配及稳定性，频域分析，射频通信基础与链路预算，射频集成电路架构，低噪声放大器，射频混频器，功率放大器，射频振荡器，锁相环，频率综合器，射频收发机设计实例。本书配套提供了晶体管级射频收发机工程设计供读者参考。
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