近年來,由于無線通信技術的迅速發展和廣泛應用,射頻集成電路己成為IC集成電路設計中被普遍關注和大量研究的重要課題之一。尤其是因為集成電路加工工藝的不斷改進(以MOS管柵長為特征的最小尺寸己進入深亞微米或亞100納米范圍),硅CMOS器件的截止頻率己能滿足多數現代無線通信應用的要求(載波頻率在5GHz及以下)。在實現諸如近年來高速發展的無線局域網(WLAN)的射頻前端收發器中,CMOS器件的噪聲性能也符合設計要求。射頻CMOS集成電路的出現為實現數字模擬混合信號單片系統集成(SOC,即System-On-a-Chip)開辟了更為廣泛的前景,也對集成電路設計工作者提出了了解和掌握射頻電路工作原理與分析方法的迫切要求。Behzad Razavi的RF Microelectronics一書就是針對這一需要而著的。
該書既涉及無線通信的信號和系統概念的介紹,又結合射頻收發器的結構和單元電路討論了射頻集成電路(包括MOS和雙極型晶體管)電路實現。內容十分全面,作為射頻電路分析的入門必備知識深度也恰當。可供高年級大學生或研究生作射頻電路及系統,包括集成電路設計有關課程的參考書用,也可服務于集成電路設計工作者進一步擴充自身知識和提高設計技能之目的。相對其他RF CMOS電路的專著,本書的特點是通信系統級的介紹較為詳盡。通過將無線通信電路系統的描述和射頻元、器件特性及基本電路的分析在統一體系下加以討論,可以使讀者對射頻集成電路及其應用有一個完整的概念。
書中首先介紹了在射頻設計中經常遇到的概念和術語,并給出了評價射頻電路性能的主要指標,如表征非線性度的1-dB增益壓縮點和三階交調點,靈敏度和動態范圍等。對隨機信號和噪聲的描述也很有特色,比如定義隨機過程為一組時間的函數或多次測量的集合對理解隨機信號的本質就很有幫助。
在通信系統中模擬和數字信號調制,解調是必需的過程。該書用簡潔的數學公式定義和描述了模擬信號的調幅,調相和調頻調制方法,并自然地擴展到數字信號調制的幅移,相移和頻移鍵控調制。書中對數字信號調制機理的討論十分明了,可以作為對數字信號系統不甚熟悉的讀者的一個很好的入門介紹。另外,該書也對各種調制方法的功率效率進行了討論。
該書還有一章專門介紹3種在無線通信系統中通用的多路存取技術: FDMA,TDMA和CDMA及幾種常用的無線通信標準,如GSM和Qualcomm的CDMA,這對了解系統的工作方式很有幫助。全書的重點則是在無線前端收發器的結構和集成電路實現的討論。它在介紹單元電路之前,先比較了各種接收器和發送器的結構,包括外差和零差式;然后給出了幾種常見的無線收發器的設計實例。這些設計都己在產品中實現并被用于無線系統中。書中還提供了GSM和DECT等收發器的電路框圖。這些高層次的討論對理解其后的構成收發器的單元電路的設計和工作原理打下了基礎。
書的后半部分分章詳細討論了低噪聲放大器及混頻器,振蕩器,頻率綜合器和功率放大器電路和分析方法。電路的實現以MOS器件為主,但也有用雙極型晶體管作實例的。該書對電路的工作原理討論較為簡要,但在各個電路單元要達到的技術指標和評價標準上給出了不少實際應用系統的具體數據,對于讀者建立相關電路設計的定量概念頗有益處。
該書的作者是美國UCLA(加州大學洛杉磯分校)的教授,曾在HP實驗室工作過,有豐富的模擬電路設計經驗。近年來更在射頻CMOS的電路理論和設計研究方面多有建樹,并成功地創辦了用硅CMOS工藝實現WLAN的芯片設計公司。該公司設計的RF收發器芯片無論在集成度或性能上都十分先進。他寫的另一本有關CMOS模擬集成電路的書Design of'Analog CMOS Integrated Circuits,為美國多所大學采用,作為電路教學的教科書。
如上所述,本書在討論RF CMOS電路的工作原理和分析上較為簡略。讀者如果想了解更多的電路知識和定量分析方法,來作為對RF系統級設計、分析的補充,則可考慮參考Thomas H,Lee的The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits(英國劍橋大學出版社1998年出版,中國電子工業出版社有英文影印版)。
余志平
清華大學
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