射频设计概要精选课件.pptx

1、RF高级 培训课程2射频参数无线收发信机PA设计概要LNA设计概要VCXO设计概要滤波器设计概要3频率越高，意味着电信号波长越小。应用于射频电路，其波长可与分立的电路元件的几何尺寸相比拟，电压和电流不再保持空间不变，必须把它们看作是传输的波。应用于基带电路，因传输信号的波长远大于分立的电路元件的尺寸，电压和电流基本保持空间不变。一般情况下，当分立的电路元件的平均尺寸大于工作信号波长的十分之一时，必须以“射频”的眼光来看待。4 电阻：阻挡电流通过的物体或物质，从而把电能转化为热能或其它形式的能量，单位：欧姆，电压：电位或电位差，单位：伏特，V 电流：单位时间内通过电路上某一确定点的电荷数，单位：

2、安培，A 电感：线圈环绕着的东西，通常是导线，由于电磁感应的原因，线圈可产生电动势能，单位：亨利，H 电容：一个充电的绝缘导电物体潜在具有的最大电荷率，单位：法拉，F5 信号的峰值功率、平均功率和峰均比PAR很多信号从时域观测并不是恒定包络，而是如下面图形所示。峰值功率即是指以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。通常概率取为0.01%。SystemView00500.e-3500.e-3111.51.522-40-2002040AmplitudeTime in SecondsSink 16平均功率是系统输出的实际功率。在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比PAR。峰值功率即是指

3、以某种概率出现的肩峰的瞬态功率。通常概率取为0.01%。平均功率是系统输出的实际功率。在某个概率下峰值功率跟平均功率的比就称为在某个概率下的峰均比，如PAR=9.10.1%,各种概率下的峰均比就形成了CCDF曲线（互补累积分布函数）。在概率为0.01%处的PAR，一般称为CREST因子7 噪声定义噪声是指在信号处理过程中遇到的无法确切预测的干扰信号。常见的噪声有来自外部的天电噪声汽车的点火噪声，来自系统内部的热噪声晶体管等在工作时产生的散粒噪声信号与噪声的互调产物8 相位噪声相位噪声是用来衡量本振等单音信号频谱纯度的一个指标，在时域表现为信号过零点的抖动。理想的单音信号，在频域应为一脉冲，而实

4、际的单音总有一定的频谱宽度，如下面所示。一般的本振信号可以认为是随机过程对单音调相的过程，因此信号所具有的边带信号被称为相位噪声。相位噪声在频域的可以这样定量描述：偏离中心频率多少Hz处，单位带宽内的功率与总信号功率相比。例如晶体的相位噪声可以这样描述：9 噪声系数噪声系数是用来衡量射频部件对小信号的处理能力，通常这样定义：单元输入信噪比除输出信噪比，如下图：NFSiNiSoNo对于线性单元，不会产生信号与噪声的互调产物及信号的失真，这时噪声系数可以用下式表示：NFPnoG PniPno表示输出噪声功率，Pni表示输入噪声功率，G为单元增益。10 级联网络的噪声系数公式：G1、NF1G2、NF

5、2Gn、NFnNF总NF1NF21G1.NFn1G1G2.Gn111 信号在通过射频通道（这里所谓的射频通道是指射频收发信机通道，不包括空间段衰落信道）时会有一定程度的失真失真 失真可以分为 线性失真 非线性失真 产生线性失真的主要有一些滤波器等无源器件 产生非线性失真的主要有一些放大器、混频器等有源器件 另外射频通道还会有一些加性噪声和乘性噪声的引入。12 非线性幅度失真非线性幅度失真常用1dB压缩点、三阶交调、三阶截止点等指标衡量，下面分别讨论这三个指标。l1dB压缩点例如一个射频放大器，当输入信号较小时，其输出与输入可以保证线关系，输入电平增加1dB，输出相应增加1dB，增益保持不变，随

6、着输入信号电平的增加，输入电平增加1dB，输出将增加不到1dB，增益开始压缩，增益压缩1dB时的输入信号电平称为输入1dB压缩点，这时输出信号电平称为输出1dB压缩点。如下图：1314 三阶交调三阶交调（双音三阶交调）是用来衡量非线性的一个重要指标，在这里仍以放大器为例来说明三阶交调指标。用两个相隔f，且电平相等的单音信号同时输入一个射频放大器，则放大器的输出频谱大致如下：三阶交调常用dBc表示，即交调产物与主输出信号的比。15 三阶截止点任一微波单元电路，输入双音信号同时增加1dB，输出三阶交调产物将增加3dB，而主输出信号仅增加1dB（不考虑压缩），这样输入信号电平增加到一定值时，输出三阶

7、交调产物与主输出信号相等，这一点称为三阶截止点，对应的输入信号电平称为输入三阶截止点，对应的输出信号电平称为输出三阶截止点。注意：三阶截止点信号电平是不可能达到的，因为在这时早已超过微波单元电路的承受能力。16 特征阻抗解释：特征阻抗是微波传输线的固有特性，它等于模式电压与模式电流之比。无耗传输线的特征阻抗为实数，有耗传输线的特征阻抗为复数。在做射频PCB板设计时，一定要考虑匹配问题，考虑信号线的特征阻抗是否等于所连接前后级部件的阻抗。当不相等时则会产生反射，造成失真和功率损失。反射系数(此处指电压反射系数)可以由下式计算得出：ZlZoZlZo17 驻波比解释：驻波系数式衡量负载匹配程度的一个

8、指标，它在数值上等于：VSWR11由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是01，而驻波系数的取值范围是1正无穷大。射频很多接口的驻波系数指标规定小于2.0。驻波比恶化意味着信号反射比较厉害，也就是说负载和传输线的匹配效果比较差。所以在一个系统中，如果驻波比很差，可能会使信号传输效果变差，通道增益下降。一个比较典型的例子就是灵敏度问题。18 回波损耗回波损耗也是射频上用得比较多得一个名词，它和前面得反射系数、驻波比都是用来反映端口得匹配状况的。回波损耗表示端口的反射波的功率与入射波功率之比。回波损耗与反射系数的关系为：回波损耗20log（）由公式可以计算：回波损耗为26dB时，对应的反射系

9、数为0.05，驻波比为1.1。由此也可以估计一下，驻波为2时的回波损耗是多少（9.5dB），也就可以理解对于功放后级的驻波要求为何严格。19 dBm d B m 是 一 个 考 征 功 率 绝 对 值 的 值，计 算 公 式 为：1 0 l g P（功 率 值/1 m w）。10lg（2W/1mw）=10lg（2000）=10lg2+10lg1000=33dBmdBdB是一个表征相对值的值，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，按下面计算公式：10lg（甲功率/乙功率）例 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。也就是说，甲的功率比乙的功率大3 dB。

10、dBc有时也会看到dBc，它也是一个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（Carrier）功率而言，在许多情况下，用来度量与载波功率的相对值，如用来度量干扰（同频干扰、互调干扰、交调干扰、带外干扰等）以及耦合、杂散等的相对量值。在采用dBc的地方，原则上也可以使用dB替代。dBuV根据功率与电平之间的基本公式V2=P*R，可知 dBuV=90+dBm+10*log(R),R为电阻值。载PHS系统中正确应该是dBm=dBuv-107，因为其天馈阻抗为50欧。20反射系数反射系数反射系数是表征行波行波和驻波驻波之间关系的另外一个物理表示量。反射系数定义为反

11、射的波（驻波驻波）与入射的波（行波行波）的比。反射系数反射系数越大，驻波比驻波比也越大，二者是同比例关系。工程上，为了便于直观使用，又引入了回波损耗（回波损耗（return lossreturn loss）的概念。回波损耗回波损耗的定义：反射系数的模值的倒数，然后再取对数，回波损耗的单位为dB。21驻波比驻波比、反射系数、回波损耗之间的关系、反射系数、回波损耗之间的关系从数学角度上讲，这三个概念量之间是可以换算的；从物理意义角度讲，这三个概念出发点不同。驻波比是驻波比是从行波和驻波形成的合成波（行驻波行驻波）的角度出发来阐释自己的，从驻波比的数值可以直观到传输线上合成波的最大值和最小值的比。反

12、射系数反射系数是从能量得失的角度出发来阐释自己的，从反射系数可直观得到能量向前传递的情况。回波损耗回波损耗是从反射波（驻波）的 出发来阐释自己的，从回波损耗可直观得到反射波的损耗情况。例如，例如，假如反射系数为1/3，表示有(1/3)*(1/3)的能量，既入射能量1/9被反射掉；换算成驻波为2，表示合成波的最大值与最小值之比为2；在换算成回波损耗，为9.4dB。从反射系数反射系数衍生出另外一个物理量：插入损耗插入损耗（Insertion Loss），插入损耗插入损耗定义为向前传输的功向前传输的功率率与入射到传输线上的功率入射到传输线上的功率之比，反射系数越小，插入损耗也就越小。22 邻道泄漏（

13、ACLR）邻道泄漏指标是用来衡量发射机的带外辐射特性，定义：邻道功率与主信道功率之比，通常用dBc表示，如下图：主信道邻道保护带射机的领道泄漏必然会对其他小区造成干扰，为了减小这种干扰，领道泄漏必须尽可能的小，WCDMA的要求是：第一邻道（偏离载频5MHz）的ACLR45dBC；第二邻道（偏离载频10MHz）的ACLR 50dBC。23 频谱发射模板对于WCDMA而言，频谱发射模板用于限制偏离发射载波中心频率2.5MHz12.5MHz频段内的杂散发射功率，下面以WCDMA协议3GPP TS 25.141 V3.6.0(2019-06)中规定的NodeB发射机的频谱发射模板指标要求为例来说明：2

14、4 接收灵敏度用功率表示Smin=10log（KTB）+Ft+（S/N），单位：dBmK是波尔兹曼常数，单位：J/K(焦耳/K)T表示绝对温度，单位：KB表示信号带宽，单位：HzFt表示系统的噪声系数，单位：dB（S/N）表示解调所需信噪比，单位：dB当B1Hz时，10log（KTB）-174dBm/Hz25阻塞阻塞指标也是来考核接收机抗干扰能力，它描述的是接收机在接收的频道外存在单音或调制信号干扰，但干扰信号不在相邻频道或杂散响应频点上的情况，具体指标要求根据不同系统而定。阻塞指标一般要求接收阻塞指标一般要求接收机前端要有较高的三阶截止点（即大的线性动态），机前端要有较高的三阶截止点（即大的

15、线性动态），同时要求中频滤波器有较好的选择性。互调抑制互调抑制同样是指接收机在工作时，同时有两个干扰信号进入同时有两个干扰信号进入接收机接收机，这两个信号的三阶交调产物正好落在带内。互调抑制主要要求接收机前端有较高的三阶截止点。26射频参数无线收发信机PA设计概要LNA设计概要VCXO设计概要滤波器设计概要27频带号频率范围名称备 注230Hz300HzELF(极低频)30.3kHz 3kHzVF（话音频率）通常意义上的音频范围为0.3kHz-20kHz43kHz30kHzVLF(甚低频)530kHz300kHzLF(低频)60.3MHz-3MHzMF(中频)73MHz-30MHzHF(高频)

16、830MHz-300MHzVHF(甚高频)通常意义上的射频范围为30MHz-3GHz9300MHz3GHzUHF(特高频)103GHz-30GHzSHF（超高频）1130GHz-300GHzEHF(极高频)120.3THz-3THz红外光 133THz30THz红外光 1430THz-300THz红外光 150.3PHz-3PHz可见光 163PHz-30PHz紫外光 1730PHz-300PHzX射线 180.3EHz-3EHz伽马射线 193Ehz-30EHz宇宙射线 1）全部电磁频谱显示了各种业务的大约位置；2）频谱从次声频（几赫兹）延 伸 到 宇 宙 射 线（1022Hz）；3）频谱进

17、一步划分成小组或频带，每个频带具有一个描述性的名称和带宽号；4）国际无线电咨询委员会（CCIR）的频率名称如右表。28载波信号GMSK调制器GMSK信号IQ调制器IQ信号TX VCO频率合成器射频已调射频PA天线开关天线GSM使用一种称作0.3GMSK(高斯最小频移键控)的数字调制方式。0.3表示高斯滤波器带宽与比特率之比。GMSK是一种特殊的数字FM调制方式。给RF载波频率加上或者减去67.708KHz表示1和0。使用两个频率表示1和0的调制技术记作FSK（频移键控）。在GSM中，数据速率选为270.833kbit/sec，正好是RF频率偏移的4倍，这样作可以把调制频谱降到最低并提高信道效率

18、。比特率正好是频率偏移4倍的FSK调制称作MSK（最小频移键控）。在GSM中，使用高斯预调制滤波器进一步减小调制频谱。它可以降低频率转换速度，否则快速的频率转换将导致向相邻信道辐射能量（开关谱）。0.3GMSK不是相位调制（也就是说不是像QPSK那样由绝对相位状态携带信息）。它是由频率的偏移，或者说是相位的变化携带信息。GMSK可以通过I/Q图表示。如果没有高斯滤波器，当传送一连串恒定的1时，MSK信号将保持在高于载波中心频率67.708KHz的状态。如果将载波中心频率作为固定相位基准，67.708KHz的信号将导致相位的稳步增加。相位将以每秒67,708次的速率进行360度旋转。在一个比特周

19、期内(1/270.833KHz)，相位将在I/Q图中移动四分之一圆周、即90度的位置。数据1可以看作相位增加90度。两个1使相位增加180度，三个1是270度，依此类推。数据0表示在相反方向上相同的相位变化。IQ信号为通常四路，I路两信号差分，Q路两信号差分，I、Q两路信号正交；通过IQ调制，可极大提高系统的抗干扰能力。29平均发射输出功率GSM系统使用动态功率控制确保每一个链路具有足够并且是最小的功率。这样可以使整个系统的干扰保持最小。对于MS来说，可以最大限度地延长电池的寿命。超出规范的功率测量结果通常表示功率放大器电路、校准表格或者供电电源有问题。GSM平均输出功率是在GSM突发脉冲的有

20、用部分测量的。进行测量的时候，GSM测试设备通过解调输入信号获得正确的参考时序，并控制选通GSM突发脉冲的有用部分。发射RF载波功率随时间的变化在GSM系统中，发射机必须按照TDMA时序结构快速变化发射功率以避免对相邻时隙造成干扰。如果发射机开启太慢，突发脉冲最开始的数据就可能丢失，降低了链路的质量；如果关闭得太慢，TDMA帧中下一个时隙的用户将受到干扰。因此，这个指标涉及的测试就是根据规定的功率变化模式评估载波功率在时域内的变化，同时还可以证实发射机的关闭是完好的。如果发射机没有通过发射RF载波功率随时间变化关系的测试，通常说明PA单元或者功率控制环路存在问题。30邻信道功率邻信道功率(AC

21、P)ACP由两个指标定义：调制和宽带噪声频谱切换频谱 这两个测量指标通常一起被称作“输出RF频谱”（ORFS）。调制与宽带噪声频谱调制与宽带噪声频谱发射机中的调制过程使连续载波发生频谱扩展。“调制和宽带噪声频谱”测量指标用来保证调制过程不会造成过量的频谱扩展，因为这将对相邻信道用户造成干扰。将分析仪调谐到要进行测试的频率，然后在调制突发脉冲的部分时间里进行时域选通。用这种方式测量功率，然后分析仪重新调谐到下一个频率或者欲测量的频率偏移。持续这一过程直到所有频偏下的功率都被测量并与允许的限度进行对比。这样作的结果是得到了一组功率随频率变化的点，也就是信号的频谱。然而，由于信号的跳变部分不在选通范

22、围之内，因此没有突发效果产生的频谱成分。测量结果的限制以dBc表示，所以测量的第一步是读取发射机调谐的中心频率。31天线天线开关SAW filter频率合成器LNAIQ demodulatorGMSK demodulatorPLL32灵敏度灵敏度是接收机性能的基本度量。它规范了在给定的解调信息错误百分比下最小的接收信号电平。所有接收机测量得到的结果都是BER（误比特率）或者其他与之有关的值。同信道抑制大多数接收机都要求信道内存在干扰信号时能够维持规定的BER。对于GSM系统，这一参数的测量如下：存在衰落和GMSK调制干扰，同信道测试，信号大于灵敏度20dB。数字调制信号功率设为高于接收机灵敏度

23、20dB，频率位于接收机通带中心，存在GMSK调制干扰（在相同的频率）和经过衰落的特征。将此混合信号注入接收机的天线端。将干扰信号功率设置为使接收机的BER不超过接收机灵敏度规范的额定值。两个信号的功率之差就是干扰比例。33接收机阻塞这个参数是接收机信道外测试参数之一。阻塞测试证明接收机在存在信道外信号时能够正常工作并监视接收机受内部产生的杂散响应影响的程度。接收机阻塞性能体现在三个关键的测试内容上：杂散干扰抵抗性互调失真邻信道选择性 3435Transceiver为为MTK的的MT6129,特点如下特点如下:MT6129提供了GSM850/GSM900/1800MHz/1900MHz四频段的

24、收发通道，包括接收电路、发射电路、频率合成电路、RX和TX VCO以及相应的控制电路。n工作电压：3.1V4.6Vn 耗电流：n RX 模式:68mA(typ)n TX模式：116mA(GSM),110(DCS)(typ)n Warm_up模式：33mA(typ)n Idle模式：30uA(typ)n 工作温度：-20 803637射频功率放大单元介绍射频功率放大单元介绍:射频射频PA为为RFMD公司的公司的RF3146,特点如下特点如下:采用集电极电压控制采用集电极电压控制工作电压：工作电压：3.1V4.6V最大功率输出：最大功率输出：GSM为为35dBm，DCS为为33dBm（电压（电压3

25、.5V时）时）效率：效率：GSM为为60%，DCS为为55%VRAMP：0.42V工作温度：工作温度：-20 85封装尺寸封装尺寸:7mm*7mm38声表面滤波器(SAW Filter)单元介绍:采用SAW Fiter对天线开关接收来的射频信号进行带通滤波，输出到Transceiver带宽：GSM频段的SAW Filter为为35MHz，DCS频段的为75MHz最大输入功率：15dBm 工作温度：-25 85（B7820），-20 85（B7821）3940射频参数无线收发信机PA设计概要LNA设计概要VCXO设计概要滤波器设计概要41一一.放大的基本概念放大的基本概念 放大放大把微弱的电信号

26、的幅度放大。把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时间变化的规律不能变间变化的规律不能变，即，即不失真不失真。+-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio421.1.放大倍数放大倍数表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种类型，所以有四种放大倍数的定义。放大倍数的定义。（1）电压放大倍数）电压放大倍数定义为定义为:AU

27、=uo/ui（2）电流放大倍数）电流放大倍数定义为定义为:AI=io/ii （3）互阻增益）互阻增益定义为定义为:Ar=uo/ii（4）互导增益）互导增益定义为定义为:Ag=io/ui+-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio432.输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，一般来说，Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时，Ri越大，越大，ui就越接近就越接近uS。+i-oiii+-信号源S放

28、大电路oS-LuR负载RuuRiRi443.输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻从放大电路输出端看进去的等效电阻+S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRRo 输出电阻是表明放大电路带负载能力的，输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越小，放大电路带负载的能力越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。越强，反之则差。0,ooosL=uRiuR 输出电阻输出电阻的定义：的定义：454.通频带通频带fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率放大倍数随频率变化放大倍数随频率变化曲线曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 3dB

29、带宽带宽通频带：通频带：fbw=fHfL46一三极管的放大原理一三极管的放大原理三极管工作在放大区：三极管工作在放大区：发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。UCE（-ICRc）放大原理：放大原理：UBEIBIC（b bIB）电压放大倍数：电压放大倍数：u uo o iouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+IB+CI+UCE+o-u+u ui i47放大元件放大元件iC=b biB，工作，工作在放大区，要保证集在放大区，要保证集电结反偏，发射结正电结反偏，发射结正偏。偏。二二.单管共单管共射射极放大电路极放大电路的结构及各元件的作用的结构及各元件的作

30、用+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV48使发射结正偏，并提供适当使发射结正偏，并提供适当的静的静IB和和UBE。基极电源与基极电基极电源与基极电阻阻+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV集电极电源，为电路提供集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。能量。并保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻RC，将变化的，将变化的电流转变为变化的电压。电流转变为变化的电压。49耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离输入隔离输入输出与电路直流的联系，输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输

31、入输同时能使信号顺利输入输出。出。+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV50典型放大电路典型放大电路+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR511.静态工作点静态工作点Ui=0时电路的工作状态时电路的工作状态-u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVcui=0时时由于电源的由于电源的存在，电路存在，电路中存在一组中存在一组直流量。直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-52由于由于(IB,UBE)和和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特性分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为曲线上的一个点

32、，所以称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB放大放大电路建立电路建立正确的静态工正确的静态工作点，是为了作点，是为了使三极管工作使三极管工作在线性区，以在线性区，以保证信号不失保证信号不失真。真。53开路开路直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路-u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVc 将交流电将交流电压源短路，压源短路，将电容开将电容开路。路。54画直流通路：画直流通路：+TRb1RCCVcRb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点（用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）

33、IC=b bIBbBECCBRUVI bCCV7.0RV CCCCCERIVU 55例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，b b=37.5。解：解：A400.04mA30012bCCB RVImA5.104.05.37BC IIb b6V41.512CCCCCE RIVU+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR56对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)-u+T+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCRi短路短路短路短路置零置零 交流交流通路画通路画法：将法：将直流电直流电压源短路，将压源短路，将电容短

34、路。电容短路。57交流通路交流通路+R-uoTuRbRLic+58I1I2IBCCb2b1b2BRRRVU 选选I2=（510）IB I1 I2ICIE+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce59静态工作点静态工作点稳定过程：稳定过程：CCb2b1b2BRRRVU UBE=UB-UE =UB-IE ReUB稳定稳定I1I2IBICIE+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce60 将电容短路将电容短路,直流电源短路，画出电路的交直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路流小信号等效电路+ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiic

35、biii61RL=RC/RL+ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiiiebeLebebLbiou)(1)(1RrRRriRiuuA b bebbebi)1(Ririub b )/(LCboRRiub b 62ebebii)(1RriuR b2b1ii/RRRR b2b1ebe/)(1RRRr 输出电阻：输出电阻：coRR +ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiiioR63射频参数无线收发信机PA设计概要LNA设计概要VCXO设计概要滤波器设计概要64特点特点:1.1.位于接收机的位于接收机的最前端最前端噪声噪声越小越好越小越好

36、要求有要求有适当适当的的稳定稳定的增益的增益2.2.接收的信号很接收的信号很微弱且变化微弱且变化 小信号线性放大器小信号线性放大器线性动态范围大线性动态范围大增益自动控制增益自动控制3.3.通过传输线通过传输线直接和天线直接和天线或天线滤波器或天线滤波器相连相连 匹配匹配4.4.应具有应具有选频功能选频功能，抑制带外和镜象频率干扰，抑制带外和镜象频率干扰本章内容：本章内容：1.低噪声放大器的低噪声放大器的性能指标性能指标 2.低噪声放大器的低噪声放大器的设计设计65指标指标0.5m GaAs FET0.8m Si Bipolar电电 源源 电电 压压3.0V1.9V电电 源源 电电 流流4.0

37、mA2.0mA频频 率率1.9GHZ1.9GHZ 噪声系数噪声系数NF2.8dB2.8dB 增益增益Gain18.1dB9.5dBIIP311.1dBm3dBmInput VSWR1.51.2Output VSWR3.11.4隔隔 离离21dB21dB66低噪放（低噪放（LNALNA）指标分析）指标分析（1 1）低功耗）低功耗移动通信的必然要求移动通信的必然要求（2）工作频率）工作频率取决于晶体管的特征频率取决于晶体管的特征频率TfCgccgfmmT2)(2与工作点有关与工作点有关取决于半导体工艺取决于半导体工艺低电源电压低电源电压小的静态电流小的静态电流跨导跨导 小小mg67（3）噪声系数）

38、噪声系数双极晶体管双极晶体管1111222bbmSbbmSmSrg RrFRsg RRsg Rb 线性网络：线性网络：SSnnkTBRRIVF4)(1268场效应管场效应管mSgRF111双极晶体管放大器的噪声双极晶体管放大器的噪声 与基区体电阻与基区体电阻 有关有关bbr放大器的噪声与工作点有关放大器的噪声与工作点有关 mg放大器噪声系数与信号源内阻有关放大器噪声系数与信号源内阻有关分析：分析：69（4）增益）增益增益要增益要适中适中增益小增益小可降低可降低后级对系统噪声系数的影响后级对系统噪声系数的影响增益大增益大后级易产生非线性后级易产生非线性失真失真增益增益取决于取决于mg跨导跨导 由

39、工作点决定由工作点决定负载负载LNA的的负载形式负载形式LC谐振回路谐振回路 Q值、谐振阻抗值、谐振阻抗集中参数选频滤波器集中参数选频滤波器注意阻抗匹配注意阻抗匹配70（5）自动增益控制）自动增益控制根据接收信号的强弱自动控制增益根据接收信号的强弱自动控制增益信号弱，增益大信号弱，增益大信号强，增益小，以防信号强，增益小，以防后级非线性失真后级非线性失真（6）输入阻抗匹配）输入阻抗匹配放大器与输入源的匹配放大器与输入源的匹配最大功率传输最大功率传输共轭匹配共轭匹配噪声系数最小噪声系数最小噪声匹配噪声匹配71（7 7）线性范围）线性范围衡量衡量指标指标：三阶互调截点：三阶互调截点IIP3、增益、

40、增益1dB压缩点压缩点（8）隔离度和稳定性）隔离度和稳定性引起不稳定引起不稳定的原因的原因正向正向传输传输压控电流源压控电流源m b eg v反向反向传输传输极间电容极间电容()b cCC72采用晶体管的采用晶体管的等效电路模型等效电路模型设计、分析低噪声放大器设计、分析低噪声放大器电路电路组成组成：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分：晶体管、偏置、输入匹配和负载四大部分 典型电路典型电路Q晶体管晶体管 Q偏置电阻偏置电阻 、1bR2bReR输入匹配输入匹配网络网络1T负载负载：选频回路：选频回路LC交流旁路交流旁路电容电容 、ECBC负载电阻负载电阻LR晶体管、负载部分接入晶体管、负载部分

41、接入73分析电路步骤分析电路步骤（2）画出放大器的交流通路图画出放大器的交流通路图（3）代入晶体管的小信号等效电路及参数，代入晶体管的小信号等效电路及参数，计算放大器的各项指标计算放大器的各项指标（1）分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数分析直流偏置，决定直流工作点，得出对应工作点的参数画画交流通路图交流通路图的原则：的原则：直流电源是直流电源是交流地交流地 大电容（交流旁路电容）大电容（交流旁路电容）短路短路 大电感（扼流圈大电感（扼流圈)开路开路 仅做偏置用的直流电阻仅做偏置用的直流电阻可不画可不画74Q完整电路完整电路 画交流图画交流图电源是交流地电源是交流地去掉偏置去掉偏

42、置rCm b eg vor大电容短路大电容短路代入晶体管代入晶体管 等效电路等效电路设晶体管设晶体管为单向传输为单向传输75计算增益（单向传输）计算增益（单向传输）对对线圈部分接入线圈部分接入 进行折合进行折合m b eg voroV电流源电流源 和和 接入系数接入系数mb eg Vor121213NnN12mb emb eg Vn g V212/oorrn 76m b eg voroV电流源电流源 和和 接入系数接入系数mb eg Vor121213NnN负载负载接入系数接入系数454523NnNm b eg vorLR13V245/LLRRn 12mb emb eg Vn g V212/o

43、orrn 7701LC回路谐振回路谐振，低噪放工作频率为，低噪放工作频率为0设设LC回路的空载回路的空载Q为为Q0回路回路谐振阻抗谐振阻抗/poLRRrR00PRLQ（其中（其中 ）选择回路电抗元件：选择回路电抗元件：回路谐振阻抗回路谐振阻抗78 输出电压输出电压 电压增益电压增益 低噪放回路带宽低噪放回路带宽0efBWQ其中其中()0eRQL4513oVn VRVgnRVgVebmebm1213RgnnVVAmebo134579增加稳定性增加稳定性抵消极间电容抵消极间电容 的影响的影响()b cCCNC添加添加中和电容中和电容注意反馈的注意反馈的极性极性极间电容极间电容()b cCC的反馈通

44、路的反馈通路中和电容中和电容的反馈通路的反馈通路80射频参数无线收发信机PA设计概要LNA设计概要VCXO设计概要滤波器设计概要811.晶体管或电真空器件（主要用于高频大功率）（负阻部件）2.谐振回路：决定振荡器的工作频率因为只有与回路谐振频率一致的交变电磁场才能与电子进行有效的相互作用。3.能量反馈模块（从放大器角度看）82振荡器的物理模型 振荡器的物理模型，主要由谐振网络、晶体管和输入网络这三部分组成。如下图所示：83 输出功率与效率 输出谱线纯，纯到只有一根谱线 实际输出谱：描述这个谱的参数有：频率稳定度 调频噪声和相位噪声pff0 振荡器输出的频谱84 频率稳定度是在规定的时间间隔内，

45、频率准确度变化的最大值。它有两种表示方法，即绝对频率稳定度和相对频率稳定度，通常用相对频率稳定度来表示。振荡频率的随机起伏称为瞬时频率稳定度，频率的瞬变将产生调频噪声、相位噪声和相位抖动。振荡幅度的随机起伏将引起调幅噪声。85 管子的选取，设计前必须根据自己的指标确定管子的参数，选好三极管和变容二极管；根据三极管的最佳噪音特性确定直流偏置电路的偏置电阻；确定变容二极管的VC特性，先由指标（设计的振荡器频率）确定可变电容的值，然后根据VC曲线确定二极管两端直流电压；进行谐波仿真，分析相位噪音，生成压控曲线，观察设计的振荡器的压控线性度。86 设计指标：设计一个压控振荡器，振荡频率在1.8GHz左

46、右。第一步根据振荡频率确定选用的三极管，因为是压控振荡器，所以还需要一个变容二极管；第二步需要用到ADS的直流仿真；第三步通过S参数仿真确定变容二极管的VC曲线；第四步用HB模块来进行谐波仿真，计算相位噪音。87 设计的振荡器采用HP 公司生产的AT41411 硅双极管12，变容二极管选MV1404。AT41411的主要指标有：低噪音特性：1GHz噪音系数是1.4dB，2GHz噪音系数是1.8dB；高增益：1GHz时增益为18dB，2GHz时增益为13dB；截止频率：7GHz，有足够宽的频带；1.8GHz时最佳噪音特性：Vce8V，Ic10mA；88 振荡器采用的初始电路如下图所示，图中的三极

47、管、二极管以及电阻电容等器件在ADS的器件库中均可以找到。振荡器采用的初始电路89 设计过程中要考虑的首要问题就是管子的选取，设计前必须根据自己的指标确定管子的参数，从后来的设计来看，管子选得不好是很难达到预定目标的。设计振荡器最重要的是使振荡频率满足预定的指标，而在这次的压控振荡器设计中与振荡器频率直接相关的有两个参数，一个是变容二极管的偏置电压，由变容二极管的VC曲线决定；另一个是振荡器的反馈电感。在设计过程中经过多次调整这两个参数才能使振荡频率达到1.8GHz。90 噪声分析也是振荡器设计的一个重要的方面。设计过程中必须明确要计算哪些噪声，并合理设置好噪声频率间隔。在电路中加入滤波器是为了增加频率的隔离度，但是此滤波器对于后来生成的压控曲线影响很大。不去掉滤波器而直接仿真得到的曲线并不是线性的，原因是滤波器的通带比压控的频率范围小，而去掉滤波器后生成的压控曲线的线性度很好，符合VCO的设计要求。91射频参数无线收发信机LNA设计概要PA设计概要VCXO设计概要滤波器设计概要9293949596979899100101