北邮李秀萍射频讲义第一讲.ppt

1、8/27/2020,1,微波RF器件与电路设计 （一）,授课教师 : 李秀萍 教授，博士生导师 办公室：明光楼816, Tel: 62282900 Email: ,8/27/2020,2,Outline,简介及科研情况 研究生期间学习建议 什么是微波器件与电路设计 设计什么，如何设计 本课程参考书,什么是微波器件与电路设计,8/27/2020,3,8/27/2020,4,无线通信历史总结,单位芯片上集成的晶体管数量 将每年翻一番,全面发展 广泛应用,固体器件、固体集成电路 和固体平面电路,小型化,2年 1965：30;1978：65000 1989：140万 ;25MHz (i486) 200

2、2：5500万; 3.06GHz,8/27/2020,5,常用微波频段,8/27/2020,6,常用毫米波频段,8/27/2020,7,微波射频器件及其发展,无源器件有源器件,定义和区别,无源电路 可单独使用，以提供射频短路、开路、耦合、滤波、阻抗变换以及功率的合成、分配等功能 有源电路 无源电路与有关的半导体器件、电真空器件组成 按功能分为：振荡器、放大器、混频器、倍频器以及各种微波控制电路 按有源器件类型分为:微波二极管器件电路，微波三极管器件电路，以及微波电真空器件电路。 有源和无源电路 是否有半导体器件或电真空器件 有源和无源器件 等效电路模型是否有源,8/27/2020,8,8/27

3、/2020,9,无源器件,无源器件的定义 无源器件的种类 无源器件的进展 典型无源器件介绍 滤波器 耦合器 电容 电感 ,8/27/2020,10,无源器件及其ECM,8/27/2020,11,无源器件及其ECM,8/27/2020,12,二极管及其ECM,8/27/2020,13,MOSFET及其ECM,8/27/2020,14,无源器件,Two parts are given: I.The stub filter II.The capacitive-gap-coupled transmission line filter Notes: first step no capacitive lo

4、ading are considered in part I,Part II,Part I,8/27/2020,15,The Stub Filter,8/27/2020,16,Momentum Results,8/27/2020,17,无源器件的进展,8/27/2020,18,无源器件发展趋势,模块化 IC、无源器件在全部电子器件及零部件的生产总成本中:46.1%和9.3% 总安装成本中:12.7%和55.1% （by iSuppli） 低温共烧陶瓷技术（LTCC technologyLow temperature co-fired ceramic technolgoy） LTCC技术采用的多

5、层制造工艺以及三维模拟技术、材料技术，并将滤波器以及平衡/非平衡阻抗转换器(BALUN)等电路嵌入内藏式的LTCC基板 大容量的电容和电感并没有被集成到基板上 高成本 薄膜技术、硅片半导体、多层电路板技术 ,8/27/2020,19,8/27/2020,20,无源器件发展趋势,小型化 占设备总体PC板面积的比例60%,70%,80% 无源器件的小型化工作相对滞后 整体化 优点 提高系统的可靠性 缩短导电通路 降低寄生效应 降低成本 减小器件尺寸。,8/27/2020,21,无源器件发展趋势,缺点 系统的封装设计 封装时在射频条件下引入的寄生电感、寄生电容会引起信号串扰、延迟等等。 在较高频率，

6、模块的所有内部互联（Interconnection）被看作无源器件。封装效应的特征提取已是一个重要的课题。 MEMS MEMS工艺加工的无源元件的可集成性,8/27/2020,22,无源器件发展趋势,系统级封装（System in a Package，即SiP） 优点 寄生效应小、损耗小 集成度高 SiP可使信号在封装体内直接传输，这样可缩短系统内元件间的连线距离，降低系统的寄生效应，改善了互连的电学性能。 缩短产品开发时间 降低成本,8/27/2020,23,可以将CPU，DRAM，FLASH等根椐客户需成集成在一块小、轻、薄的芯片内，有利于减小或消除高速电路所带来的噪音和EMI的困扰,8/

7、27/2020,24,无源器件发展趋势,无源器件的建模 电路与系统仿真 效率 Time-to-market and cost pressures 仿真软件 特征值提取以及建模 结合微波测量和电磁场分析方法 HFSS,设计软件,ADS Schematic Momentum HFSS CST Cadance,8/27/2020,25,参考书,射频与微波工程实践导论李秀萍等译著 微波射频测量技术基础李秀萍等编著 射频与微波电子学拉德马内斯 微波技术基础闫瑞卿等编，北京理工大学出版社,8/27/2020,26,8/27/2020,27,集成电路及其发展,8/27/2020,28,集成电路及其发展,集成

8、电路定义 集成电路的历史 集成电路的分类 集成电路设计过程 典型应用 RFID MEMS,8/27/2020,29,集成电路定义,集成电路是指通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件，按照一定的电路互连，“集成”在一块半导体晶片（如硅或砷化镓）上，封装在一个外壳内，执行特定电路或系统功能的一种器件。,8/27/2020,30,集成电路历史,Jack -Kilby,Robort Noyce,我的工作可能引入了看待电路部件的一种新角度，并开创了一个新领域，自此以后的多数成果和我的工作并无直接联系,8/27/2020,31,集成电路的分类,8/27/2020,

9、32,集成电路 设计过程 示意图,8/27/2020,33,集成系统（IS: Integrated System）发展: （SOC: System On Chip）。 处理机制 模型算法、 软件（特别是芯片上的操作系统-嵌入式的操作系统） 芯片结构 各层次电路直至器件的设计紧密结合起来， 设计自顶向下（Top-Down）。 与由IC组成的系统相比，SOC在同样的工艺技术条件下实现更高性能的系统指标。,集成电路的发展（三）,SIP与SoC的关系： 目的:就是要提高集成度， 把系统直接做在一个芯片里;把几个裸片包在一个封装里。 系统级芯片具有性能高、可靠性高、使用寿命长等优点，但其开发测试成本都很

10、高，而且越复杂成品率越低，同时上市时间长，对批量的要求大。 系统级封装则相反，它的适用性很强，可将不同工艺不同功能(数字、模拟、存储器等)芯片放在一起，成本与上市时间都优于前者，而且不论批量大小，但它在性能上却要稍逊一筹。,8/27/2020,34,8/27/2020,35,RFID(Radio Frequency Identification),8/27/2020,36,8/27/2020,37,MEMS （微电子机械系统 ）,Characteristics Size (from millimeters to micrometers) Based on IC fabrication tech

11、niques and materials of microelectronics Batch fabrication, low cost Represent all energy transform and transmission Gravity and inertia are not important, atomic forces and surface dominate Merger of IC world and Mechanical World, an integrated smart system,8/27/2020,38,MEMS （微电子机械系统 ）,Classification Sensor Actuator Microelement MicroOptoMechanical devices MicroOptoElectroMechanical devices RF MEMS devices,8/27/2020,39,Micromachined transmission line,