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1、射頻微電子學(xué),課程簡介,課程內(nèi)容：研究通信系統(tǒng)中的射頻集成電路 課程目標(biāo)：建立對射頻系統(tǒng)的認識，熟練掌握射頻系統(tǒng)組成及相關(guān)電路的基本原理 授課時間：每周五3-5節(jié)（前8周） 考核方法：平時+綜述,課程基礎(chǔ),模擬電子線路 通信電子線路 半導(dǎo)體器件原理 信號與系統(tǒng) 電磁場理論,參考書目,Behzad Razavi，RF Microelectronics，清華大學(xué)出版社 陳邦媛，射頻通信電路，科學(xué)出版社 池保勇，CMOS射頻集成電路分析與設(shè)計，清華大學(xué)出版 Reinhold Ludwig，射頻電路設(shè)計-理論與應(yīng)，電子工業(yè)出版 Thomas H.Lee，The Design of CMOS Radio
2、 Frequency Integrated Circuits，電子工業(yè)出版社 Behzad Razavi，模擬CMOS集成電路設(shè)計，西安交通大學(xué)出版 吳建輝，CMOS模擬集成電路分析與設(shè)計 ，電子工業(yè)出版社,課程內(nèi)容,第一章 簡介 第二章 射頻基本概念 第三章 調(diào)制解調(diào)基礎(chǔ) 第四章 收發(fā)機基本架構(gòu) 第五章 低噪聲放大器及混頻器 第六章 振蕩器 第七章 頻率綜合器 第八章 功率放大器,國外部分射頻研究實驗室,無所不在的無線通信,人人用得起通信設(shè)備,不斷發(fā)展的通信技術(shù),1820年，Oersted(奧斯特)發(fā)現(xiàn)電流會產(chǎn)生磁場； 1831年，F(xiàn)araday(法拉第)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線作切割磁力線運動產(chǎn)生感應(yīng)電流
3、； 1864年，Maxwell提出電磁場方程組，預(yù)言電磁波存在； 1887年，德國科學(xué)家赫茲的電磁波輻射實驗，輻射出1000MHz電磁波； 1894年，O. Lodge(洛奇)發(fā)明粉末檢波器，在牛津檢測到150碼遠發(fā)出的無線信號；,Maxwell,不斷發(fā)展的通信技術(shù),1895年 Marconi 發(fā)明的無線電報，傳輸2公里 1897年 Marconi申請無線電報專利，建立無線電報公司 1901年12月12日 Marconi在加拿大紐芬蘭島收到從英國Cornwall發(fā)出的無線信號，傳輸距離1700mile 1900年 專利調(diào)諧電話獲得批準(zhǔn)，專利號為No.7777；同年公司改名為Marconi公司
4、1907年 獲諾貝爾物理獎 1904年Flemin發(fā)明電子二極管； 1906年De Forest發(fā)明電子三極管放大； 1920年AM廣播在美國Pitt b h開通,Marconi,不斷發(fā)展的通信技術(shù),在一次大戰(zhàn)中E. Armstrong發(fā)明超外差A(yù)M接收機； 1933年E. Armstrong發(fā)明FM； 1929年美國人Zworykin發(fā)明電視； 1933年英國BBC廣播電視開通； 1947年Brattain, Bardeen, Shockley發(fā)明晶體管；,W. SHOCKLEY,J. BARDEEN,W. H. BRATTAIN,不斷發(fā)展的通信技術(shù),Kilby和Noyce 發(fā)明集成電路 1
5、962年 Telstar I 衛(wèi)星發(fā)射，轉(zhuǎn)播歐、美之間電視廣播； 1965年 發(fā)射商用通信衛(wèi)星；,不斷發(fā)展的通信技術(shù),70年代初 Bell實驗室R. Frenkiel等提出蜂窩式無線移動通信網(wǎng)概念； 1983年出現(xiàn)第一代商用蜂窩移動通信系統(tǒng) 目前第二代第三代三代后；,Clinton總統(tǒng)給R. Frenkiel 授獎,造就當(dāng)今移動通信輝煌局面的應(yīng)首推 微電子技術(shù)和射頻技術(shù),射頻技術(shù)的應(yīng)用,無線局域網(wǎng)（WLAN 802.11a/b/g） 全球定位系統(tǒng)（GPS） 射頻識別（RFID） 個人無線通信（GSM/TDSCDMA/WCDMA/CDMA2000/LTE） 家庭衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（house sat
6、ellite network） 其他近距離無線通信： Zigbee（802.15.4） UWB（3.1-10.6GHz） BlueTooth（802.15.1） NFC（13.56MHz）,無線通信技術(shù)對比,無線通信標(biāo)準(zhǔn),無線通信發(fā)展趨勢傳輸速率,無線通信發(fā)展趨勢能耗比,通信系統(tǒng)的組成,兩種變換：,1、非電信號電信號(基帶信號） 基帶信號：模擬或數(shù)字，低頻 2、基帶信號通帶信號(調(diào)制與解調(diào)) 通帶信號：高頻窄帶,,調(diào)制的目的： 有效的發(fā)射電磁波 天線長度&信號波長相比擬（至少為1/10） 話音頻率3003400Hz 300km 900MHz 33cm 有效的利用頻帶 調(diào)制方式: 調(diào)幅 基帶信號
7、控制載波幅度 調(diào)頻 基帶信號控制載波頻率 調(diào)相 基帶信號控制載波相位,RF頻帶劃分,無線信道的惡劣環(huán)境,接收信號微弱 介質(zhì)損耗 多途徑傳輸造成的多徑衰落 敞開信道收到的各種干擾 同頻 臨近頻道 移動接收中的多普勒頻移和頻譜色散 多普勒頻移：由于發(fā)射機和接收機間的相對運動，接收機接收到的信號頻率與發(fā)射機發(fā)出的信號頻率之間的差值,,色散信道（dispersive channel）分為時間色散信道和頻率色散信道 時間色散信道當(dāng)發(fā)射端發(fā)射一個極窄的脈沖信號時，接收端接收到這個信號（經(jīng)過不同路徑傳播的）多個副本，在時間上展寬就是多徑了； 頻率色散信道在多徑環(huán)境中，發(fā)射端和接收端之間存在相對運動， 并且/
8、或者，該傳播信道中有其它運動的反射體、散射體，及障礙物等。由于多普勒效應(yīng)，各個路徑的信號產(chǎn)生不同的（在非相關(guān)散射條件下， 統(tǒng)計獨立的）多普勒頻移。接收天線處合成信號的效果就是接收信號的頻譜展寬了。如果發(fā)射的是一個單頻信號，就可以明顯地看到接收信號的頻譜變化。,什么是RF,RF: radio frequency 射頻：可以無線發(fā)射的頻率 工作頻率：從幾百MHz到GHz,多學(xué)科領(lǐng)域,射頻前端電路,模擬通信機,數(shù)字通信機,無線數(shù)字手機的射頻級電路,射頻電路設(shè)計要求,良好的選擇性 低噪聲、高動態(tài)范圍 信號小-噪聲 信號大-非線性度 接收機對雜散頻率信號有良好的抑制能力 多次變頻 本振信號應(yīng)具有低的相位
9、噪聲 發(fā)射機必須嚴格限制帶外衰減 發(fā)射機功率放大器具有高的功率增加效率（PAE） 低電壓、低功耗,射頻設(shè)計六邊形,射頻電路設(shè)計所需知識,Analog Circuit design Basic understanding of communication systems) Transmission line (On chip, On board) S-parameters, Smith chart Noise, linearity Implementing passive components on chip Analog/RF layout techniques Board design,RF
10、IC設(shè)計一般流程,Specifications Identify Topology Options (Literature Search) Choose a Foundry Obtain Foundrys Device Models and Design Rules Initial Simulations Choose Final Topology Stability Analysis (Amplifier Only) Temperature Analysis,RFIC設(shè)計一般流程-Cont.,Initial Layout Include all Layout Parasitic Elements in Topology Minimize Layout Area, Preserving Performance, the Art of the Trade Off Complete Final Layout Create Test Cells for Critical Circuit Blocks DRC at the Foundry Assemble the Reticle, Tapeout Mask-Making, Wafer Fabrication,
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