RFIC设计的基本概念.pptVIP

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30dBm50W的情况下 0dBm对应的电压幅值约为316mVdBc 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 NoiseFactor 衡量接收机放大信号的同时附加的噪声 定义 噪声系数 NoiseFigure 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 GainCompression 电路增益随输入信号幅度增加而降低减敏和阻塞 Desensitizationandblocking 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 CrossModulation 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 HarmonicDistortion 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 GainCompression 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 dBGainCompressionPoint 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A2 A1 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 mcos mt 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 m 1 n 2 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2f2 f1 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 orderInterceptPoint 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10dB左右 无杂散动态范围SFDR SpuriousFreeDy