2012射频集成电路设计概述_ic第一章

1、射频与通信集成电路设计东南大学射频与光电集成电路射频集成电路与系统教育部工程: zh: 83793303-8116第一章概述无线通信技术的发展频谱划分通信系统组成无线通信系统举例无线通信与 RFIC设计课程内容Z. Q. LI2第一章无线通信技术的发展无线通信系统和技术飞速发展GSM Mobile Terminal VolumeZ. Q. LI3第一章无线通信技术的发展Wristwatch PhonesZ. Q. LI4第一章无线通信技术的发展智能4Z. Q. LI5第一章无线通信技术的发展无线通信发展的理论技术基础James Maxwell 在1864年伦敦英国电场和磁场通过其所在的空间学会

2、的中首次提出了的设想。连耦合会导致波1887年Heinrich Hertz 实验证实了电磁能量可以通过空间发射和接收。1901年Guglmo Marconi 成功地实现了无线电信号 (Radio Signals) 横越。从此无线技术正式诞生。从1920年的无线电通信，1930年的TV传输，到1980年的移动和1990年的全球(GPS) 及的移动通信、WLAN、DVB、WSN等。射频集成电路 (RFIC) 的发展推动了无线通信技术的发展，是当代无线通信的基础。RFIC已在世界范围内成为大学、发的热点所和通信相关开Z. Q. LI6第一章频谱划分最通用的频谱分段法是由电气和电子工程师学会(IEEE

3、)建立的Z. Q. LI7第一章通信系统的组成信源：输出基带信号 (baseband)发送设备：将基带信号进行调制，变换为适合信道传输的频率，并送入信道。调制后的信号称为已调信号或通带信号 (passband)。接收设备：将已调信号进行解调，还原成基带信号信宿：将解调后的基带信号变换为相应的信息模拟通信系统：传输模拟信号数字通信系统：传输数字信号Z. Q. LI8第一章噪声源信 道接收端信宿接收设备发送端发送设备信源通信系统的组成调制的原因无线通信中把基带信号变成射频已调信号有两个原因：为了有效地把信号用电磁波辐射出去基带信号是低频信号，如话音信号频率为300-3400Hz，波长达1000km

4、，天线长度取1/10波长，对应的天线长度达100km以上，不可能实现。为了有效地辐射，发射信号的频率必须是高频，以降低天线的尺寸。发射机中振荡器产生的高频信号称为载波。为了有效地利用频带来传输多路频率范围基本相同的基带信号，可将多路基带信号分别调制到不同频率的载波上，以避免基带信号之间的相互干扰。调制方式用基带信号控制载波的幅度、频率和相位分别对应调幅、调频和调相。模拟调制：用模拟信号调制载波数字调制：用数字信号调制载波Z. Q. LI9第一章通信系统的组成信道信道是传输媒介，分为有线和无线两类有线信道：电线、电缆、光纤、波导无线信道：空间无线信道中的干扰多径邻近频道干扰频率、频谱色散无线移动

5、信道是条件最为恶劣的一种信道快速发展的无线通信技术正是为了克服无线信道的缺陷，以保证通信的可靠性Z. Q. LI10第一章无线通信系统举例RF section of aZ. Q. LI11第一章无线通信系统举例 数字电视数字电视按传输方式分为地面、和有线三种。ASTC(Advanced)eviSystem Committee，先进电视制式)ISDB-T()(egrated ServiDigital Broadcasting，综合业务数字广播)DVB(欧洲)(DigitalBroadcasting，数字广播)CMMB/TMMB (中国，广电/电信，新岸线 )Z. Q. LI12第一章无线通信系统

6、举例 数字电视射频英飞凌（Infineon）OmniTune TUA9000，0.13 m RF CMOS工艺 )(直接转换式多频段硅调谐器VHF: 170 MHz-240 MHzUHF: 470 MHz-890 MHzL-频段:1.465 GHz、1.672 GHzZ. Q. LI13第一章无线通信系统举例 数字电视射频DVB-T Silicon Tuner IC (TDA18218HN)(Low-IF 架构，RF: 174-864MHz, IF: 3/3.5/4MHz对应6/7/8MHz带宽)Z. Q. LI14第一章无线通信系统举例 移动通信射频移动通信标准Z. Q. LI15第一章标准

7、类型多址方式频带/MHz调制方式信道带宽GSM蜂窝TDMA890960GSMK200kHzPHS无绳TDMA19001920-QPSK300kHzIS-95蜂窝FDMA824894QPSK/BPSK1.25MHzEDGE蜂窝TDMA8909608-PSK200kHzCDMA-2000蜂窝CDMA19201980QPSK25MHzWCDMA蜂窝CDMA21102170BPSK/QPSK5MHzTD-SCDMA蜂窝CDMA20102250QPSK/8-PSK1.6MHz无线通信系统举例 移动通信射频广晟微RS1007RF/RS1007W (WCDMA/GSM双模)WCDMA发射机及GSM900/1

8、800高精密度的带自动精度校准的I/Q上变频器全集成的VCO和频率综合器全集成用于发射机的基带低通滤波器差分设计降低串扰和谐波干扰3W串行总线接口低功耗设计，睡眠时间消耗40mA电流QFN48封装（可依客户要求进行封装）Z. Q. LI16第一章无线通信系统举例WLAN射频MAX2829 双频802.11a/g 单片RF收发器可覆盖2.4GHz 至2.5GHz 和4.9GHz 至5.875GHz 的全波段频率范围。在/ 发送器内集成了滤波器,无需外部SAW滤波器。基带滤波器和Rx/Tx 信号通道经过优化，满足802.11a/g IEEE 标准。灵敏度比802.11a/g 标准提高10dB。Z.

9、 Q. LI17第一章无线通信系统举例WLAN射频Z. Q. LI18第一章无线通信系统举例 GPS射频GPS()Galileo(欧洲)GLONASS(俄罗斯)北斗(中国)GPS信号GPS，是GPS导航的用户设备，是实现导航定位的终端仪器；它是一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS导航定位信号的无线电接收设备，既具有常用无线电接收设备的共性，又具有捕获、-150dBm的GPS信号的特性。和处理Z. Q. LI19第一章无线通信系统举例 GPS射频GPSMAX2745前端完整的单片GPS无线器件， 用于16.368MHz和32.736MHz设计；在4.092MHz提供单端或差分输出；低至3.5dB

10、的典型噪声系数；无需外部IF SAW或分立滤波器；片内温度传感器 ；2.4V至3.6V宽电源电压范围；在2.4V供电时的功耗仅为41mW；Z. Q. LI20第一章无线通信系统举例 GPS射频Z. Q. LI21第一章无线通信系统举例 WSN射频2.4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee RF Transceiver CC2420频率范围：2400 2483.5 MHzDirect SequenpreadHigh alternate channel rejection (53/54 dB)On-chip VCO, LNA and PALow supply voltage (2

11、.1 3.6 V) with on-chip voltage regulatorSpectrum (DSSS) transceiver250 kbps data rate, 2 MChip/s chip rateO-QPSK with half sine pulseshamodulationProgrammable outputI/Q low-IF soft deciI/Q direct up-conver transmitterer receiverVery low current consumption (RX: 18.8 mA, TX: 17.4 mA)High sensitivity

12、(-95 dBm)High adjacent channel rejection (30/45 dB)Z. Q. LI22第一章无线通信系统举例 WSN射频Z. Q. LI23第一章无线通信系统举例 WSN射频A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee CC2430频率范围：2400 2483.5 MHzHigh performance and lower 8051 microcontroller core.2.4 GHz IEEE 802.15.4 compliant RF transceiver (CC

13、2420 radio core).Excellent receiver sensitivity and robustness to32, 64 or 128 KB in-system programmable flasherferersLow current consumption (RX: 27mA, TX: 27mA, microcontroller running at 32 MHz)Wide supply voltage range (2.0V 3.6V)Z. Q. LI24第一章无线通信系统举例 WSN射频Z. Q. LI25第一章无线通信与RFIC设计RFIC设计成为无线通信系统发

14、展的瓶颈EDA工具、昂贵的测试设备大量的专业知识、长期经验、射频设计工程师应具备的知识面Z. Q. LI26第一章无线通信与RFIC设计RFIC所涉及的相关学科和技术Z. Q. LI27第一章无线通信与RFIC设计RFIC正处于发展阶段基带部分可以采用成数字集成电路技术Artisan:Memory generator, Standard Cells, I/O Cells射频集成电路还处于发展阶段，电感的性能急待提高Mixed-signal, RF 工艺EDA工具处于发展阶段分析和综合的结果只起参考作用Spice, ADS, Cadence在射频器件的非线性、时变特性、电路的分布参数、不稳定性等

15、方面缺乏精确的模型，设计是否成功在很大程度上取决于设计师的经验前仿真后仿真：版图参数提取，连线R、L、C提取低温、高温、Slow、Fast、Typical集成电路制造（流片）测试Z. Q. LI28第一章无线通信与RFIC设计无线通信系统包括射频部分和基带部分射频部分基带部分的功能：完成频率较低的数字信号或模拟信号的处理功能射频部分的功能：处理宽动态范围的高频模拟信号调制、解调、低噪声放大、功率放大、频率变换、滤波射频设计的要求第一章良好的选择性低噪声、高动态范围接受机对杂散频率信号有良好的抑制能力本振信号应具有很低的相位噪声发射机必须严格限制带外辐射低功耗设计发射机功率放大器应具有高效率Z.

16、 Q. LI29基带部分无线通信与RFIC设计研究内容射频收发机 (Transceiver) 体系结构，频率、功耗、增益、噪声、非线性的总体要求和分配解决问题电路模块对系统的影响目的合理分配资源，降低系统成本、功耗、体积，满足系统整体性能要求Z. Q. LI30第一章课程内容Z. Q. LI31第一章课程内容Z. Q. LI32第一章课程内容Z. Q. LI33第一章课程内容Z. Q. LI34第一章课程内容Z. Q. LI35第一章课程内容Z. Q. LI36第一章课程内容Z. Q. LI37第一章课程内容Z. Q. LI38第一章课程内容Z. Q. LI39第一章课程考核方式上间、地点每周

17、六下午第1-4节课，中山院304教室Z. Q. LI40第一章与参考书参考书2008.8/2010.2编著射频集成电路与系统科学Thomas H. Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Circuits, Cambridge University Press.Behzad Razavi, RF Microelectronics, Prentice Hall.egrated Microwave Transistorlifiersysis and Design, GuillermoGonzalez, Prentice Hall, 1997.等：CMOS射频

18、集成电路分析与设计等：电子线路：通信电子线路，2011年4月 无线(数字)通信与微波技术方面的教科书与参考书Z. Q. LI41第一章期刊及国际会议期刊 IEEE Journal of Solid-Se Circuits (JSSC)IEEE TranIEEE TranIEEE Tranions on Electron Deviions on Microwave Theory and Techniquesions on Circuit and Systems II:og and DigitalSignal Prosing IEE Electronics Letters会议 ISSCC:ernational Solid-Se Circuits Conference CICC: Customegrated Circuits Conference IMS/RFIC: (Microwave Theory and Techn