RFIC设计的基本概念.ppt

射频微电子学,第三章 RFIC 设计的几个基本概念,本章内容,常用单位 功率、功率增益 无线收发系统 噪声和噪声系数 电路中的非线性,常用单位,dB ：比值（无量纲），用来衡量增益、衰减、信噪比等 dBm：功率单位 1mW为0dBm，1W为30dBm 50W的情况下，0dBm对应的电压幅值约为316mV dBc：表示功率相对值的单位，与dB的计算方法完全一样。一般来说，dBc 是相对于载波或基波功率而言。用来度量干扰、杂散等的相对量值。,对于50W的系统,无线传播衰减,d,c为光速,为几何平均频率，fL ：信号的最低频率，fU ：信号的最高频率,信噪比、噪声因子、噪声系数,信噪比：信号功率与噪声功率之比 灵敏度：保证一定误码率，接收机天线处所能处理的最小信号功率 噪声因子（Noise Factor），衡量接收机放大信号的同时附加的噪声，定义： 噪声系数（Noise Figure）:噪声因子的dB形式：,灵敏度,射频无线接收机系统接收到的信号质量是很差的，常常需要检测微弱的信号。灵敏度就是用来衡量接收机系统检测微弱信号的能力的。灵敏度定义为射频无线接收机系统在保证一定误码率时能够检测的最小信号功率Pmin，通常以dBm来表示。,灵敏度与噪声系数的关系,发射机发送的功率PTX（dBm） 接收机接收的功率（dBm）： 接收机天线处的噪声Nin(dBm) 接收机中基带电路要求的信噪比为SNRout（dB） 不同的调制方式要求的信噪比各不相同，参阅数字通信 接收机对信号放大的同时，也对噪声放大，并且本身还贡献一定的噪声，为了保证正确解调,必须有,电路系统中的非线性,非线性模型 我们所使用的晶体管都是非线性的 双极晶体管： MOSFET： 由非线性器件搭建的系统是非线性的，泰勒展开后： 如果输入信号幅度很小，那么上式中2 次及以上的项就可以忽略，而成为小信号的情况。在许多情况下我们可以忽略3 次以上的项,非线性带来的各种非理想效应,谐波失真（Harmonics） 输入正弦信号，输出中包含输入频率的整数倍的分量 增益压缩（Gain Compression） 电路增益随输入信号幅度增加而降低 减敏和阻塞（Desensitization and blocking） 微弱小信号分量与大的干扰同时存在时，大信号使电路增益降低，从而失去对小信号的放大能力 交叉调制（Cross Modulation） 干扰中的包络加载到需要的信号上 互调（Intermodulation）， 输入两种不同频率成分的信号，除了输出谐波外，还产生其它频率分量。RFIC设计中最常用的非线性衡量方式,谐波失真,谐波失真（Harmonic Distortion） 当输入信号为 x(t) = Acos(t) 时，输出信号为,直流偏移,二次谐波失真,三次谐波失真,基波,谐波失真,增益压缩,增益压缩（Gain Compression）和1dB压缩点（P1-dB） 系统输入Acos(t), 时输出基波分量幅值为 1和3 的符号相反，增益随幅值的增加而降低,增益压缩,用功率衡量：当输出功率偏离线性达到1dB 时，增益下降1dB，此时的输入信号功率称为1-dB 增益压缩点(1-dB Gain Compression Point),减敏和阻塞,减敏和阻塞 输入为一个有用信号x1(t) = A1cos(1t)和一个干扰信号x2(t) = A2cos(2t)，即x(t) = A1cos(1t) + A2cos(2t)， 当1 和 3 的符号相反，且A2A1，则有： 其增益将随A2的增加而降低，使放大器对x1(t)信号减敏(Desensitization)。当A2足够大使，增益接近为0，称信号被阻塞（blocking）,交叉调制,交叉调制 类似于阻塞的分析，如果干扰信号含有调幅成分 A2(1 + mcosmt) ，那么调幅信号会通过非线性转移到有用信号上： 也就是在有用信号中产生了wm和2wm的幅度调制，也即产生了交叉调制，使有用信号失真,互调,互调（Intermodulation） 系统输入为两个幅度相近、频率间隔很小的正弦波x(t) = A1cos(1t) + A2cos(2t) 输出除了基波分量1和2 外和谐波分量外，还包含了它们的各种组合频率， = |m1+n2|，m, n = -, -1, 0, 1, , 称这些频率分量为互调项（IM）,互调,互调,， 通常，需要重点考虑的是IM3 (2f1 f2 和2f2f1 )这两项，因为它们就在基波分量附近，造成信道间干扰,IM3：6M、9M,例：f1=7M, f2=8M,IM2：1M、15M,当A1=A2=A时，3阶非线性系统输出的各分量的幅值：,互调,三阶互调点,衡量互调非线性的指标：三阶互调点（3rd-order Intercept Point： IP3） 基波分量 IM3分量 若只考虑基波中的线性部分，则基波分量与IM3 分量在理论上会在某一点处达到相同的幅度，这一点称为三阶互调点IP3，对应的输入信号幅度或功率值称为输入三阶互调点IIP3，而输出点则称为OIP3,三阶互调点,当用 dBm形式的功率表示输入输出信号时，基波和IM3 分量随输入信号增加而上升的斜率分别为1和3，这个特点可以用于一些简单的估算,三阶互调点,IIP3与1dB压缩点P1-dB的关系 1-dB电压幅值点为： IIP3的电压幅值为： 所以输入三阶交调点比1-dB 压缩点高10 dB 左右,无杂散动态范围SFDR (Spurious Free