射频集成电路设计基础讲义

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1、《射频集成电路设计基础》讲义射频与微波技术复习ß无源元件(PassiveComponents)ß传输线(TransmissionLines)ßSmithChart－反射系数平面上的阻抗和导纳ß阻抗变换及匹配：概述ßLC阻抗变换网络ß传输线阻抗变换ß二端口网络与S参数东南大学射频与光电集成电路研究所陈志恒,Sep-15,20021of39无源元件(PassiveComponents)•高频电路与数字及低频模拟电路的一个不同之处是大量使用无源元件，它们用于：–阻抗匹配或转换–抵消寄生元件的影响(扩展带宽)–提高选择性(调谐、滤波、谐振)–移相网络、负

2、载等等•品质因数(QualityFactor,Q值)–根据定义MaximumEnergyStoredQ≡2π-------------------------------------------------------------(1)EnergyDissipatedperACcycle它表示了元件或电路在指定频率所存储的能量与所消耗的能量之比，我们以RL并联电路为例，计算其Q值射频集成电路设计基础>射频与微波技术复习>无源元件(PassiveComponents)<<>><>↵2of39假设有激励电压源vt()=Vcos()ωt,则电感中的电流

3、为01V0i()t==---vt()dt-------sin()ωtLL∫ωL11V2电感中存储的能量为E==---Li2---L-------0sin2()ωt,其最大值为L2L2ωL1V2E=---L-------0Lmax,2ωLV2V2100而每信号周期电路所消耗的能量为E==-------⋅T-------⋅---,于是R2R2Rf1V2---L-------0ELmax,2ωLRQ==2π---------------2π-----------------------=-------ERV21ωL0------

4、-⋅---2Rf射频集成电路设计基础>射频与微波技术复习>无源元件(PassiveComponents)<<>><>↵3of39–RLC并联谐振电路的Q值正比于其阻抗(或导纳)幅度与相位随频率的变化速度，其中幅度的变化反映了电路的选择性。电路导纳为111Y=---++jωC---------,在谐振频率ω=-----------附近，即ωω=+∆ω处，00RjωLLC1-------jω21-------j2ωω21Y()ω==---+()LC–1---+()∆ω+∆LC≈---+j2C∆ω(2)0RωLRωLR不难发现Y(ω)近似于一个R2C的

5、并联电路在0Hz附近的导纳，因此，RLC并联电路的3-dB带宽近似于R

6、

7、2C电路3-dB带宽的2倍11BW11BW==2-----------------------,---------==------------------(3)R⋅2CRCωωRCQ00Y(ω)的相位φω()=atan()2RC∆ω,当∆ω趋近于0时，dφ2Qφω()≈2RC∆ω,≈2RC=-------(4)dωω0这个公式在分析振荡器电路时非常有用。射频集成电路设计基础>射频与微波技术复习>无源元件(PassiveComponents)<<>><>↵4of39–RLC串

8、联谐振电路的情况与此类似–分立无源元件的高频模型»电阻、电容和电感的阻抗在高频时往往与它们的标称值有很大的偏差，这时寄生元件造成的，它们降低了元件的品质因数和自谐振频率–自谐振频率reactance频率高到一定的程度，元件的阻ωL抗会由原来的感性变成容性或由容性变成感性，这说明寄生效应已经占据主导地位，元件无法再ωself-resonant工作。例如右图中一个电感电抗frequency随频率的变化。射频集成电路设计基础>射频与微波技术复习>无源元件(PassiveComponents)<<>><>↵5of39传输线(TransmissionLin

9、es)•分布(distributed)系统与集总(lumped)系统–环路电压和节点电流定律在任何时候都成立吗？当然，如果你的模型没错的话。–任何电路、元器件、连接线本质上都是分布系统，在某些条件下它们的分布特性可以被忽略，正如在某些条件下微积分可以简化为四则运算–对于一条长度为l的低损耗连接线和波长为λ的信号，»当l<<0.1λ，连线可以看成理想的电路连接线(阻抗为0的集总系统)»当l>0.1λ，我们认为它是一个分布系统－传输线–分布vs.寄生(parasitic)•准静态(Quasi-Static)与非准静态(NQS)–QS：电路理论适用，N

10、QS：电磁场理论适用射频集成电路设计基础>射频与微波技术复习>传输线(TransmissionLines)<<>><>↵6of39•IC