RFIC設(shè)計(jì)的基本概念ppt課件

1、華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心射頻微電子學(xué)第三章 RFIC 設(shè)計(jì)的幾個(gè)根本概念華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 2 of 61本章內(nèi)容n常用單位n功率、功率增益n無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)n噪聲和噪聲系數(shù)n電路中的非線性華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 3 of 61常用單位ndB ：比值無(wú)量綱，用來(lái)衡量增益、衰減、信噪比等ndBm：功率單位n1mW為0dBm，1W為30dBmn50W的情況下，0dBm對(duì)應(yīng)的電壓幅值約為316mVndBc：表示功率相對(duì)值的單位，與dB的計(jì)算方法完全一樣。普通來(lái)說(shuō)，dBc 是相對(duì)于載波或基波功率而言。用來(lái)度量干擾、雜散等的相對(duì)量值。20log()OUTINVV10log()OUTINP

2、P10log()1PmW華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 4 of 61n對(duì)于50W的系統(tǒng)華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 5 of 61n無(wú)線傳播衰減d10420log ()GLossf dPcGLUfffc為光速為幾何平均頻率，fL ：信號(hào)的最低頻率，fU ：信號(hào)的最高頻率華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 6 of 61信噪比、噪聲因子、噪聲系數(shù)n信噪比：信號(hào)功率與噪聲功率之比n靈敏度：保證一定誤碼率，接納機(jī)天線處所能處置的最小信號(hào)功率n噪聲因子Noise Factor，衡量接納機(jī)放大信號(hào)的同時(shí)附加的噪聲，定義：n噪聲系數(shù)Noise Figure:噪聲因子的dB方式：inoutSNRFSN

3、R10101010log ( )10log () 10log ()(dB)(dB)inoutinoutNFFSNRSNRSNRSNR(dB)(dB)(dB)outinSNRSNRNF華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 7 of 61靈敏度n射頻無(wú)線接納機(jī)系統(tǒng)接納到的信號(hào)質(zhì)量是很差的，經(jīng)常需求檢測(cè)微弱的信號(hào)。靈敏度就是用來(lái)衡量接納機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)微弱信號(hào)的才干的。靈敏度定義為射頻無(wú)線接納機(jī)系統(tǒng)在保證一定誤碼率時(shí)可以檢測(cè)的最小信號(hào)功率Pmin，通常以dBm來(lái)表示。華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 8 of 61靈敏度與噪聲系數(shù)的關(guān)系n發(fā)射機(jī)發(fā)送的功率PTXdBmn接納機(jī)接納的功率dBm：n接納機(jī)天線處的噪

4、聲Nin(dBm)n接納機(jī)中基帶電路要求的信噪比為SNRoutdBn不同的調(diào)制方式要求的信噪比各不一樣，參閱數(shù)字通訊n接納機(jī)對(duì)信號(hào)放大的同時(shí)，也對(duì)噪聲放大，并且本身還奉獻(xiàn)一定的噪聲，為了保證正確解調(diào),必需有-RXTXLOSSPPP(dB)(dB)inoutSNRNFSNR(dBm)(dBm)(dB)(dB)RXinoutPNNFSNR(dB)(dBm)(dB)RXoutinPSNRNNFmin(dBm)(dB)(dBm)(dB)outinSSNRNNF華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 9 of 61電路系統(tǒng)中的非線性n非線性模型n我們所運(yùn)用的晶體管都是非線性的n 雙極晶體管：n MOSFET：

5、n由非線性器件搭建的系統(tǒng)是非線性的，泰勒展開后：n n 假設(shè)輸入信號(hào)幅度很小，那么上式中2 次及以上的項(xiàng)就可以忽略，而成為小信號(hào)的情況。在許多情況下我們可以忽略3 次以上的項(xiàng)華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 10 of 61非線性帶來(lái)的各種非理想效應(yīng)n諧波失真Harmonicsn輸入正弦信號(hào)，輸出中包含輸入頻率的整數(shù)倍的分量n增益緊縮Gain Compressionn 電路增益隨輸入信號(hào)幅度添加而降低n減敏和阻塞Desensitization and blockingn微弱小信號(hào)分量與大的干擾同時(shí)存在時(shí)，大信號(hào)使電路增益降低，從而失去對(duì)小信號(hào)的放大才干n交叉調(diào)制Cross Modulation

6、n干擾中的包絡(luò)加載到需求的信號(hào)上n互調(diào)Intermodulation，n輸入兩種不同頻率成分的信號(hào)，除了輸出諧波外，還產(chǎn)生其它頻率分量。RFIC設(shè)計(jì)中最常用的非線性衡量方式華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 11 of 61諧波失真n諧波失真Harmonic Distortionn當(dāng)輸入信號(hào)為 x(t) = Acos(t) 時(shí)，輸出信號(hào)為 直流偏移二次諧波失真三次諧波失真基波華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 12 of 61諧波失真華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 13 of 61增益緊縮n增益緊縮Gain Compression和1dB緊縮點(diǎn)P1-dBn系統(tǒng)輸入Acos(t), 時(shí)輸出基波分量

7、幅值為n1和3 的符號(hào)相反，增益隨幅值的添加而降低31334AA21334GA華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 14 of 61增益緊縮n用功率衡量：當(dāng)輸出功率偏離線性到達(dá)1dB 時(shí)，增益下降1dB，此時(shí)的輸入信號(hào)功率稱為1-dB 增益緊縮點(diǎn)(1-dB Gain Compression Point)210131-dB101320log420log1dBA11-dB30.145A華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 15 of 61減敏和阻塞n減敏和阻塞n輸入為一個(gè)有用信號(hào)x1(t) = A1cos(1t)和一個(gè)干擾信號(hào)x2(t) = A2cos(2t)，即x(t) = A1cos(1t) + A2

8、cos(2t)，n n 當(dāng)1 和 3 的符號(hào)相反，且A2A1，那么有：n其增益將隨A2的添加而降低，使放大器對(duì)x1(t)信號(hào)減敏(Desensitization)。當(dāng)A2足夠大使，增益接近為0，稱信號(hào)被阻塞blocking2132113( )()cos2y tAAt華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 16 of 61交叉調(diào)制n交叉調(diào)制n類似于阻塞的分析，假設(shè)干擾信號(hào)含有調(diào)幅成分 A2(1 + mcosmt) ，那么調(diào)幅信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)非線性轉(zhuǎn)移到有用信號(hào)上：n n也就是在有用信號(hào)中產(chǎn)生了wm和2wm的幅度調(diào)制，也即產(chǎn)生了交叉調(diào)制，使有用信號(hào)失真2221131213( )(1cos22cos) cos2

9、22mmmmy tAA Atmtt華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 17 of 61互調(diào)n互調(diào)Intermodulationn系統(tǒng)輸入為兩個(gè)幅度相近、頻率間隔很小的正弦波x(t) = A1cos(1t) + A2cos(2t) n輸出除了基波分量1和2 外調(diào)和波分量外，還包含了它們的各種組合頻率，n = |m1+n2|，m, n = -, -1, 0, 1, , n稱這些頻率分量為互調(diào)項(xiàng)IM華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 18 of 61互調(diào)華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 19 of 61互調(diào)n，n通常，需求重點(diǎn)思索的是IM3 (2f1 f2 和2f2f1 )這兩項(xiàng)，由于它們就在基波分量附

10、近，呵斥信道間干擾IM3：6M、9M例：f1=7M, f2=8MIM2：1M、15M華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 20 of 61華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 21 of 61n 當(dāng)A1=A2=A時(shí)，3階非線性系統(tǒng)輸出的各分量的幅值：互調(diào)華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 22 of 61三階互調(diào)點(diǎn)n衡量互調(diào)非線性的目的：三階互調(diào)點(diǎn)3rd-order Intercept Point： IP3n基波分量nIM3分量n假設(shè)只思索基波中的線性部分，那么基波分量與IM3 分量在實(shí)際上會(huì)在某一點(diǎn)處到達(dá)一樣的幅度，這一點(diǎn)稱為三階互調(diào)點(diǎn)IP3，對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)幅度或功率值稱為輸入三階互調(diào)點(diǎn)IIP3，而輸

11、出點(diǎn)那么稱為OIP31A3334A華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 23 of 61三階互調(diào)點(diǎn) 當(dāng)用 dBm方式的功率表示輸入輸出信號(hào)時(shí)，基波和IM3 分量隨輸入信號(hào)添加而上升的斜率分別為1和3，這個(gè)特點(diǎn)可以用于一些簡(jiǎn)單的估算華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 24 of 61三階互調(diào)點(diǎn)nIIP3與1dB緊縮點(diǎn)P1-dB的關(guān)系n 1-dB電壓幅值點(diǎn)為：n IIP3的電壓幅值為：n所以輸入三階交調(diào)點(diǎn)比1-dB 緊縮點(diǎn)高10 dB 左右11-dB30.145A1IIP3343AIIP31-dB3.039.6dBAA華僑大學(xué)IC設(shè)計(jì)中心 Ch.5: 25 of 61 n無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR (Spurious Free Dynamic Range)n輸入信號(hào)小，受噪聲限制；信號(hào)大