CMOS射频集成电路设计
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作者[美]Thomas H.Lee
出版社电子工业出版社
ISBN9787121474538
出版时间2023-09
装帧平装
开本其他
定价159元
货号15614197
上书时间2024-10-15
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目录
目 录 第1章 无线电发展历史的间断回顾 1 1.1 引言 1 1.2 麦克斯韦和赫兹 1 1.3 真空管发明前的电子学 2 1.4 真空管的诞生 6 1.5 Armstrong和再生放大器/检波器/振荡器 9 1.6 其他无线电电路 11 1.6.1 调谐与中和式调谐射频接收器 11 1.6.2 返回式电路 12 1.7 Armstrong和超再生电路 13 1.8 Oleg Losev和第一个固态电路放大器 14 1.9 结束语 15 1.10 附录A：真空管基础 16 1.11 附录B：究竟是谁发明了无线电 24 第2章 无线通信原理概述 31 2.1 无线系统简史 31 2.1.1 新生代时期 32 2.1.2 移动电话服务的首次出现 34 2.1.3 第一代蜂窝电话系统 36 2.1.4 第二代蜂窝电话系统 37 2.1.5 第三代（3G）蜂窝电话系统 40 2.2 非蜂窝无线通信的应用 40 2.2.1 IEEE 802.11（WiFi） 40 2.2.2 蓝牙 42 2.2.3 无线个人局域网（WPAN） 42 2.2.4 超宽带（UWB） 43 2.3 香农定理、调制及其他主题 43 2.3.1 幅值调制（AM） 47 2.3.2 DSB-SC（SC-AM）与SSB 49 2.3.3 角度调制：FM和PM 53 2.3.4 数字调制 56 2.4 传播 59 2.5 结论 64 2.6 附录：其他无线系统的特性 64 第3章 无源RLC网络 67 3.1 引言 67 3.2 并联RLC谐振回路 67 3.2.1 Q值 68 3.2.2 谐振时的支路电流 69 3.2.3 带宽与Q值 69 3.2.4 铃振与Q值 70 3.3 串联RLC网络 70 3.4 其他谐振RLC网络 71 3.5 作为阻抗变换器的RLC网络 72 3.5.1 优选功率传输理论 72 3.5.2 L形匹配 72 3.5.3 ? 形匹配 74 3.5.4 T形匹配 75 3.5.5 作为阻抗匹配网络的抽头电容谐振器 76 3.5.6 抽头电感匹配 78 3.5.7 双抽头谐振器 79 3.6 实例 80 3.6.1 L形匹配求解 81 3.6.2 ? 形匹配求解 81 3.6.3 抽头电容匹配求解 82 3.6.4 抽头电感匹配求解 82 习题 83 第4章 无源集成电路元件的特性 88 4.1 引言 88 4.2 射频情况下的互连线：趋肤效应 88 4.3 电阻 92 4.4 电容 94 4.5 电感 104 4.5.1 螺旋电感 104 4.5.2 键合线电感 111 4.5.3 其他电感公式 112 4.6 变压器 114 4.6.1 单片变压器的实现方法 116 4.6.2 平面变压器的解析模型 118 4.7 高频时的互连选择 120 4.8 小结 123 4.9 附录：电容方程总结 123 习题 124 第5章 MOS器件物理特性回顾 127 5.1 引言 127 5.2 MOS简史 127 5.3 场效应管：一个小故事 128 5.4 MOSFET物理特性：长沟道近似 128 5.4.1 线性区（三极管区）的漏极电流 130 5.4.2 饱和区的漏极电流 131 5.4.3 沟道长度调制 131 5.4.4 动态元件 132 5.4.5 高频品质因子 134 5.4.6 长沟道内的工艺尺寸等比例缩小规律 136 5.5 弱反型区（亚阈值区）的工作情况 136 5.5.1 基础知识 137 5.5.2 亚阈值模型公式 138 5.5.3 亚阈值模型小结 139 5.6 短沟道情况下的MOS器件物理特性 139 5.6.1 速度饱和对晶体管动态特性的影响 141 5.6.2 阈值电压的降低 141 5.6.3 衬底电流 142 5.6.4 栅极电流 142 5.7 其他效应 142 5.7.1 背栅偏置 142 5.7.2 温度的变化 143 5.7.3 垂直电场方向上的迁移率降低 144 5.8 小结 144 5.9 附录A：0.5 ?m Level-3 SPICE模型 144 5.10 附录B：Level-3 SPICE模型 145 5.11 附录C：Level-1 MOS模型 149 5.12 附录D：一些非常粗略的尺寸缩小规律 150 习题 151 第6章 分布参数系统 154 6.1 引言 154 6.2 集总和分布参数范畴之间的联系 156 6.3 重复结构的策动点阻抗 156 6.4 关于传输线的更详细讨论 157 6.4.1 有损传输线的集总参数模型 158 6.4.2 有损传输线的特征阻抗 158 6.4.3 传播常数 158 6.4.4 ? 与传输线参数的关系 159 6.5 有限长传输线的特性 162 6.5.1 终端匹配的传输线 162 6.5.2 终端接上任意负载阻抗的传输线 162 6.6 传输线公式小结 164 6.7 人工传输线 164 6.7.1 集总参数传输线的截止频率 165 6.7.2 终止集总参数传输线 165 6.7.3 m参数半段网络 166 6.8 小结 166 习题 167 第7章 史密斯圆图和S参数 169 7.1 引言 169 7.2 史密斯圆图 169 7.3 S参数 172 7.4 附录A：关于单位的一些说明 174 7.5 附录B：为什么采用50 ?（或75 ?） 175 习题 177 第8章 带宽估算方法 179 8.1 引言 179 8.2 开路时间常数方法 179 8.2.1 观察与解释 181 8.2.2 开路时间常数的精度 181 8.2.3 其他重要考虑 182 8.2.4 一些有用的公式 183 8.2.5 其他公式 184 8.2.6 设计实例 189 8.2.7 开路时间常数方法小结 195 8.3 短路时间常数方法 196 8.3.1 引言 196 8.3.2 背景材料 196 8.3.3 观察与解释 197 8.3.4 短路时间常数的精度 197 8.3.5 其他重要考虑 198 8.3.6 小结与结论 199 8.4 补充读物 199 8.5 上升时间、延时及带宽 200 8.5.1 引言 200 8.5.2 级联系统的延时 200 8.5.3 级联系统的上升时间 201 8.5.4 上升时间相加规则的一个（简单）应用 203 8.5.5 带宽-上升时间之间的关系 203 8.5.6 开路时间常数、上升时间相加及带宽缩小 204 8.6 小结 205 习题 205 第9章 高频放大器设计 208 9.1 引言 208 9.2 利用零点增大带宽 208 9.2.1 并联补偿放大器 208 9.2.2 并联补偿：设计实例 212 9.2.3 更多的有关利用零点增大带宽的方法 213 9.2.4 二端口网络带宽增大电路 215 9.3 并联-串联放大器 217 9.4 采用fT倍频器增大带宽 222 9.5 调谐放大器 223 9.5.1 引言 223 9.5.2 带单个调谐负载的共源放大器 224 9.5.3 调谐放大器的详细分析 225 9.6 中和与单向化 226 9.7 级联放大器 229 9.7.1 带宽缩小 229 9.7.2 每一级的很优增益 230 9.7.3 超再生放大器 232 9.7.4 一点存疑 233 9.7.5 分布式放大器 234 9.8 调幅-调相（AM-PM）的转换 235 9.9 小结 236 习题 237 第10章 基准电压和偏置电路 241 10.1 引言 241 10.2 二极管特性回顾 241 10.3 CMOS工艺中的二极管和双极型晶体管 242 10.4 独立于电源电压的偏置电路 243 10.5 带隙基准电压 244 10.5.1 经典的带隙基准电压 245 10.5.2 CMOS工艺的带隙基准电压 249 10.6 恒gm偏置 250 10.7 小结 252 习题 252 第11章 噪声 257 11.1 引言 257 11.2 热噪声 257 11.3 散粒噪声 263 11.4 闪烁噪声 264 11.4.1 电阻闪烁噪声 265 11.4.2 MOSFET闪烁噪声 265 11.4.3 pn结闪烁噪声 266 11.5 爆米噪声 266 11.6 经典的二端口网络噪声理论 267 11.6.1 噪声因子 267 11.6.2 很优的噪声源导纳 269 11.6.3 经典噪声优化方法的局限 270 11.6.4 噪声系数与噪声温度 270 11.7 噪声计算实例 271 11.8 一个方便的匡算规则 272 11.9 典型的噪声性能 273 11.10 附录：各种噪声模型 274 习题 275 第12章 低噪声放大器设计 279 12.1 引言 279 12.2 MOSFET二端口网络噪声参数的推导 279 12.3 LNA的拓扑结构：功率匹配与噪声匹配 286 12.4 功耗约束噪声优化 291 12.5 设计实例 294 12.5.1 单端LNA 294 12.5.2 差分LNA 297 12.6 线性度与大信号性能 299 12.6.1 估计IP3的几种方法 301 12.6.2 短沟道MOSFET LNA的线性度 303 12.7 无乱真信号的动态范围 304 12.8 小结 306 习题 307 第13章 混频器 310 13.1 引言 310 13.2 混频器基础 310 13.2.1 变换增益 311 13.2.2 噪声系数：单边带（SSB）与双边带（DSB） 311 13.2.3 线性度和隔离 312 13.2.4 杂散信号（SPUR） 313 13.3 作为线性混频器的非线性系统 315 13.4 基于乘法器的混频器 319 13.4.1 单平衡混频器 319 13.4.2 有源双平衡混频器 321 13.4.3 电位混频器 327 13.4.4 无源双平衡混频器 328 13.5 亚采样混频器 331 13.6 附录：二极管环形混频器 332 习题 334 第14章 反馈系统 337 14.1 引言 337 14.2 现代反馈理论简史 337 14.2.1 Armstrong和再生放大器 337 14.2.2 Harold Black和前馈放大器 338 14.2.3 负反馈放大器 339 14.3 一个令人费解的问题 340 14.4 负反馈系统灵敏度的降低 341 14.5 反馈系统的稳定性 344 14.6 衡量稳定性的增益与相位裕量 344 14.7 根轨迹技术 346 14.7.1 正反馈系统的根轨迹规则 350 14.7.2 A(s)的零点 350 14.8 稳定性准则小结 351 14.9 反馈系统建模 351 14.9.1 反馈系统建模的困难 351 14.9.2 切入点确定与环路传输计算 353 14.10 反馈系统的误差 353 14.11 一阶和二阶系统的频域与时域特性 356 14.11.1 一阶低通系统的公式 356 14.11.2 二阶低通系统的公式 358 14.12 实用的匡算规则 359 14.13 根轨迹实例和补偿 359 14.13.1 实例：极点和零点为纯实数且始终保持为实数 360 14.13.2 实例：变为复数的两个极点 360 14.13.3 实例：两个极点和一个零点 361 14.13.4 实例：趋向于不稳定的系统 361 14.13.5 实例：L(s)中有复数极点的根轨迹 362 14.13.6 实例：L(s)中零点在右半平面的根轨迹 362 14.13.7 实例：条件稳定系统 364 14.14 根轨迹技术小结 364 14.15 补偿 365 14.16 通过降低增益获得补偿 365 14.17 滞后补偿 367 14.18 超前补偿 369 14.19 慢滚降补偿 371 14.20 补偿问题小结 372 习题 372 第15章 RF功率放大器 377 15.1 引言 377 15.2 一般考虑 377 15.3 A类、AB类、B类和C类放大器 377 15.3.1 A类放大器 378 15.3.2 B类放大器 380 15.3.3 C类放大器 382 15.3.4 AB类放大器 384 15.4 D类放大器 385 15.5 E类放大器 386 15.6 F类放大器 388 15.6.1 反F类（F?1）放大器 390 15.6.2 另一种形式的F类放大器拓扑结构 391 15.7 功率放大器的调制 392 15.7.1 A类、AB类、B类、C类、E类及F类放大器的调制 392 15.7.2 线性化技术 394 15.7.3 效率提升技术 404 15.7.4 脉宽调制 406 15.7.5 其他技术 406 15.7.6 性能指标 410 15.8 功率放大器特性小结 413 15.9 RF功率放大器的几个设计实例 414 15.9.1 A类放大器设计实例 414 15.9.2 AB类、B类和C类放大器设计实例 417 15.9.3 E类放大器设计实例 417 15.10 其他设计考虑 419 15.10.1 附加功率效率 419 15.10.2 功率放大器的不稳定性 419 15.10.3 击穿现象 419 15.10.4 热失控 421 15.10.5 大信号的阻抗匹配 421 15.10.6 功率放大器的负载拉特性 422 15.10.7 负载拉等值线实例 423 15.11 设计小结 425 习题 425 第16章 锁相环 428 16.1 引言 428 16.2 PLL简史 428 16.3 几种线性化的PLL模型 432 16.3.1 一阶PLL 433 16.3.2 二阶PLL 434 16.4 PLL的一些噪声特性 437 16.4.1 VCO扰动的抑制 437 16.4.2 输入端噪声的抑制 438 16.5 鉴相器 439 16.5.1 作为鉴相器的模拟乘法器 439 16.5.2 作为鉴相器的换向乘法器 440 16.5.3 作为鉴相器的异或门 441 16.6 序列鉴相器 443 16.6.1 作为鉴相器的SR触发器 443 16.6.2 具有增宽输入范围的序列鉴相器 444 16.6.3 鉴相器与鉴频器的比较 445 16.6.4 其他类型的序列鉴相器 446 16.7 环路滤波器和电荷泵 450 16.7.1 环路滤波器 450 16.7.2 压控振荡器 455 16.8 PLL设计实例 456 16.8.1 4046 CMOS PLL的特性 456 16.8.2 一些设计实例 458 16.9 小结 462 习题 462 第17章 振荡器与频率合成器 466 17.1 引言 466 17.2 纯线性振荡器存在的问题 466 17.3 描述函数 467 17.3.1 描述函数的简单实例 468 17.3.2 MOS与双极型晶体管的描述函数 469 17.3.3 实例1：函数产生器 471 17.3.4 实例2：Colpitts振荡器 474 17.4 谐振器 482 17.5 调谐振荡器实例 485 17.5.1 基本LC反馈振荡器 485 17.5.2 晶体振荡器的混合形式 487 17.5.3 其他振荡器结构 489 17.6 负阻振荡器 490 17.7 频率合成 493 17.7.1 分频器延时 493 17.7.2 带有静态模数的频率合成器 495 17.7.3 带有抖动模数的频率合成器 496 17.7.4 组合式频率合成器 498 17.7.5 直接数字频率合成器 499 17.8 小结 500 习题 501 第18章 相位噪声 504 18.1 引言 504 18.2 一般性考虑 506 18.3 详细讨论：相位噪声 508 18.4 线性度与时变在相位噪声中的作用 510 18.5 电路实例 518 18.5.1 LC振荡器 518 18.5.2 环形振荡器 522 18.6 幅值响应 525 18.7 小结 527 18.8 附录：有关模拟的说明 527 习题 527 第19章 系统结构 531 19.1 引言 531 19.2 动态范围 531 19.2.1 级联系统的噪声系数 531 19.2.2 级联系统的线性度 532 19.2.3 一次变频接收器 534 19.2.4 上变频 535 19.2.5 双变频 536 19.2.6 镜像抑制接收器 536 19.2.7 直接变频 544 19.3 亚采样 546 19.4 发射器系统结构 546 19.5 振荡器的稳定性 548 19.6 芯片设计实例 548 19.6.1 GPS接收器 548 19.6.2 无线局域网实例 561 19.6.3 IEEE 802.11a直接变频无线局域网收发器 577 19.7 小结 585 习题 585 第20章 射频电路历史回顾 587 20.1 引言 587 20.2 Armstrong的成就 587 20.2.1 栅漏调幅信号解调器 587 20.2.2 再生式放大器和检波器 588 20.2.3 振荡器与混频器 589 20.2.4 超再生式放大器 589 20.3 “All American”五管超外差收音机 590 20.4 Regency TR-1晶体管收音机 592 20.5 三管玩具民用波段对讲机 593 20.5.1 接收模式 594 20.5.2 发送模式 594
内容摘要
这本被誉为射频集成电路设计指南的著作全面深入地介绍了设计吉赫兹（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、振荡器和频率综合器。书中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。书中给出了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。
精彩内容
这本被誉为射频集成电路设计指南的著作全面深入地介绍了设计吉赫兹（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、振荡器和频率综合器。书中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。书中给出了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。
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