数模混合及射频集成电路设计硕士需要的基础知识

射频微带定向耦合器的设计实现了解和熟悉射频电路的基础知识；了解微波网络的相关知识；熟悉两端口网络的S参数、Z 参数等；学习传输线的相关理论知识；掌握微带线定向耦合器的理论和设计方法；学习使用仿真设计软件ADS进行分布式低通滤波器的设计；学习使用PCB印刷电路板进行实际射频电路的制作工艺；学习矢量网络分析仪的使用方法，对设计好的电路进行实际测试及调制。

设计指标：中心频率：2.4GHz，耦合度：15dB，采用1/4波长单级定向耦合器形式。

采用FR4介质板，相对介电常数：εr=4.3，厚度h=2.0 mm。

一种提高RFID系统中耦合器定向性的方法作者：邢自健，黄登山，张萌，王伶来源：21IC-应用发布时间：2011-08-25 10:09 评论：0条阅读：47次发给好友0引言RFID系统在全球的应用已经越来越广泛，被誉为21世纪将会快速发展的新型技术。

RFID系统可以应用于多个频段，不同频段有着不同的特点，UHF频段的RFID系统读取速度较快，识别距离较远，近年来得到了很快的发展。

本文将重点讨论在UHF频段中，RFID 系统中微带定向耦合器设计的改进方案。

在很多RFID系统中，有一些微波多端口器件，放置于reader天线和信号处理模块中间，用以分离输出的reader信号和tag散射的信号，比如环形器，定向耦合器等等。

环形器体积较大，又需要铁氧体材料，制作成本较高，而微带型的定向耦合器通常体积比较小，又很容易加工，因此在这些系统中得到了广泛的应用。

微带耦合器一般是用一段长度为1／4波长的微带耦合线构成，在平行的两段导带两端分别加上两个端口，构成定向耦合器的四端口网络。

但是，因为微带线传输的模式不是严格的TEM波，有少量的纵向场分量，造成了奇偶模式传输相速度不平衡，直接导致了微带耦合器的定向性降低。

如公式(1)所示：在这个公式中，i=e，o。

从上式可以看出，奇偶模相速度是不一样的，这不但会影响到微带耦合器的耦合性能和定向性能，还会使得频带变窄。

第一部分射频基本概念第一章常用概念一、特性阻抗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。

对于TEM波传输线，特征阻抗又等于单位长度分布电抗与导纳之比。

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：z1二、驻波系数驻波系数式衡量负载匹配程度的一个指标，它在数值上等于：由反射系数的定义我们知道，反射系数的取值范围是0~1，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1.5。

三、信号的峰值功率解释：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尖峰的瞬态功率。

通常概率取为0.1%。

四、功率的dB表示射频信号的功率常用dBm、dBW表示，它与mW、W的换算关系如下：dBm=10logmWdBW=10logW例如信号功率为x W，利用dBm表示时其大小为五、噪声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（各类点频干扰不是算噪声）。

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。

六、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，而实际的单音总有一定的频谱宽度，如下页所示。

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：七、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：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：Pno 表示输出噪声功率，Pni 表示输入噪声功率，G 为单元增益。

复 习 提 纲第一章 引言1.通信系统的一般模型。

2.模拟通信系统模型。

3.为什么需要调制？（调制的原因）4.什么是模拟通信和数字通信系统？5.数字通信系统模型。

6.RF IC 所涉及的相关学科和技术有哪些？7.RF IC 设计应具备的知识面有哪些？8.RF IC 的设计流程图。

第二章 射频与微波基础知识1.什么是传输线？2.有关名词解释（见上）3.真空中电磁波速度、波长与频率之间的关系式。

4.典型传输线有哪些？5.无损耗传输线模型。

6.在无反射波情况下，传输线上任一点的输入阻抗。

7.无限长传输线特征阻抗是多少？8.反射系数的定义及表达式。

9.如何灵活地求S Z 、IN Z 、OUT Z 、L Z 以及S Γ、IN Γ、OUT Γ、L Γ。

10.在Smith 圆图上观察，对于串、并联LC 时的Z 沿电阻圆、电导圆的变化规律。

11.二端口网络模型，P122 12.S 参数模型，S 参数物理意义。

13.连接输入输出匹配网络的二端口网络，写出S Γ、IN Γ、OUT Γ、L Γ，用阻抗表示。

14.四种不同功率的定义，P27. 15.三种功率增益的定义。

16.Γ与Z 的关系以及Z 与Γ的关系。

17.Smith 圆图的识别。

18.串并联支路的阻抗匹配，P35.19.波长与传输线阻抗的关系（是否可阻抗变换）。

20.L 形匹配网络（P39-48的例题） 21.习题。

第三章 无源元件1.趋肤效应2.趋肤深度3.趋肤深度与趋肤效应的关系4.电阻分类、等效电路、阻抗绝对值与频率的关系5.电容、等效电路、阻抗绝对值与频率的关系6.电感、等效电路、阻抗绝对值与频率的关系 7、作业题第四章噪声及有源器件1.噪声模型2.噪声分类及定义3.相关名词解释（见上）4.长沟道MOS管噪声模型5.沟道噪声包括哪些？6.噪声带宽定义7.按比例缩小的恒电场规则8.按比例缩小对模拟电路的影响9.晶体管等效输入噪声源10.双极型晶体管的等效噪声模型以及求2v、2n i的方法n11.MOSFET等效输入噪声模型，并用等效电路来解释2v、2n i的n计算方法。

射频电路设计基础1、数字电路模块和模拟电路模块之间的干扰如果模拟电路射频和数字电路单独工作，可能各自工作良好。

但是，一旦将二者放在同一块电路板上，使用同一个电源一起工作，整个系统很可能就不稳定。

这主要是因为数字信号频繁地在地和正电源>3 V之间摆动，而且周期特别短，常常是纳秒级的。

由于较大的振幅和较短的切换时间。

使得这些数字信号包含大量且独立于切换频率的高频成分。

在模拟部分，从无线调谐回路传到无线设备接收部分的信号一般小于lμV。

因此数字信号与射频信号之间的差别会达到120 dB。

显然.如果不能使数字信号与射频信号很好地分离。

微弱的射频信号可能遭到破坏,这样一来，无线设备工作性能就会恶化，甚至完全不能工作。

2、供电电源的噪声干扰射频电路对于电源噪声相当敏感,尤其是对毛刺电压和其他高频谐波。

微控制器会在每个内部时钟周期内短时间突然吸人大部分电流,这是由于现代微控制器都采用CMOS工艺制造。

因此。

假设一个微控制器以lMHz的内部时钟频率运行，它将以此频率从电源提取电流。

如果不采取合适的电源去耦.的地方必将引起电源线上的电压毛刺。

如果这些电压毛刺到达电路RF部分的电源引脚,严重时可能导致工作失效。

3、不合理的地线如果RF电路的地线处理不当,可能产生一些奇怪的现象。

对于数字电路设计,即使没有地线层,大多数数字电路功能也表现良好。

而在RF频段，即使一根很短的地线也会如电感器一样作用。

粗略地计算,每毫米长度的电感量约为l nH,433 MHz时10 toni PCB线路的感抗约27Ω。

如果不采用地线层，大多数地线将会较长，电路将无法具有设计的特性。

4、天线对其他模拟电路部分的辐射干扰在PCB电路设计中，板上通常还有其他模拟电路。

例如，许多电路上都有模，数转换ADC或数/模转换器DAC。

射频发送器的天线发出的高频信号可能会到达ADC的模拟淙攵恕R蛭魏蔚缏废呗范伎赡苋缣煜咭谎⒊龌蚪邮誖F信号。

如果ADC输入端的处理不合理，RF 信号可能在ADC输入的ESD二极管内自激。

射频电路的基础知识介绍描述射频布局和天线调谐需要了解射频特定的概念，并且需要比传统电路布局更多的关注。

本节介绍 RF 设计、传输线路和特性阻抗的基础知识。

需要理解以下概念和术语来设计有效的 RF 布局。

▪传输线▪特性阻抗▪回波损耗▪介入损耗▪阻抗匹配影响射频设计与模拟设计相关的关键因素是射频电路的阻抗。

在低频时，负载阻抗在距离负载走线不同距离处测量时保持不变。

对于大多数应用，也不依赖于迹线宽度或其均匀性。

因此，迹线仅表示为低频节点。

但在高频时，RF 电路的阻抗（Z）会在距负载不同距离处测量时发生变化。

这种变化还取决于所使用的基底和射频迹线的尺寸。

因此，迹线也成为 RF 原理图中的设计元素。

传输线是通过定义的路径传输电磁能量的媒介。

同轴电缆，波导以及 RF 引脚和天线之间的 RF 走线都是传输线。

大多数射频迹线是诸如微带线和共面波导之类的传输线。

传输的关键特性是它的特征阻抗（Z0），它是通过无损传输线传播的波的电压和电流的振幅比。

对于频率为2.45 GHz 的应用，例如BLE，50Ω特性阻抗广泛用于射频迹线。

传输线路的等效模型即使 Z0 是一个实数，它也不是 RF 走线的电阻。

理想的传输由于其特性阻抗不消耗能量或具有任何损耗。

传输线的等效模型如上图所示。

它是表示传输线分布式串联电感与分布式并联电容之比的属性。

其中 L 和 C 分别是沿传输线任意长度的分布电感和分布电容。

特性阻抗（Z0）取决于 PCB 材料，基底厚度，迹线宽度，迹线厚度以及 RF 迹线和接地填充物之间的间隙。

这些参数在传统的布局和设计中经常被忽略，但它们在射频设计中扮演着重要的角色。

阻抗测量设置的表示上图描述了测量 RF 电路阻抗的典型测量设置。

射频走线上给定点的阻抗与走线的特征阻抗，与负载的距离和负载阻抗有关;计算方式如下面的等式：其中 Z 是在距离负载的距离为 l 处测得的阻抗，ZL是在负载（l = 0）处测得的阻抗，Z0是传输线的特性阻抗，β是相位常数。

射频基本知识及参数1.信号、载频与信道1)信号(signal)•也就是信息，如声、光、电、图象等，移动通信中主要是电信号•按频率可分基带信号和频带信号•移动通信中主要分模拟信号和数字信号常见的模拟系统——TACS›E-TACS、AMPS数字系统——GSM、、DCS›CDMA2)载频/载波(carrier)由于基带信号频率低，不能进行远距离传输，所以需要将其调制到高频信号上，形成高频调制波，这种高频信号即载频(或载波)；3)信道(channel)①在模拟系统中，载频与信道是相同的，一个载频即一个信道；②而数字系统中，载频与信道不同，GSM的一个载频有8个信道，而IS-95系统的CDMA的一个载频有64个信道。

2.电磁波的分类3.射频参数介绍3. 1.dBm、dBw、dBv/dB、dBc>dBi、dBd以上前的单位表示绝对值，后面的为相对值1)dBm是相对于ImW基准的绝对电平dBm=101g(Pmw∕lmW)OdBm——ImW2)dBw是相对于IW基准的绝对电平dBw=101g(Pw∕lW)OdBw——IW3)dBv是相对于IV基准的绝对电平dBv=201g(Pv∕lV)OdBv——IV4)dB是表示两个绝对值之间的差值IOdBm-5dBm=5dB5)dBc是特指某个绝对值与载频(Carrier)之间的差值6)dBi用于天线增益，表示某种天线相对点源天线的增益7)dBd也是用于天线增益，表示某种天线相对偶极振子天线的增益3.2.工作频带BW及带内波动(ripple)1)通常对于设备来说，工作频带一般是指-3dB带宽(BW∙3dB),如下图，即比最大增益小3dB的两点之间的频率宽度，也常见BW-6odB等；而对于器件，可能会是BWidB;2)带内波动是指规定频带内最大增益与最小增益之间的差值3.3.IdB压缩点(Ri)IdB压缩点是指增益下降IdB时，设备的输出功率，表示设备的线性范3.4.噪声系数（Nf）噪声系数是指噪声的恶化程度，定义为输出信噪比与输入信噪比的差值，可以以以下方法计算：Nt-Pno-Pni-GPno输出噪声电平Pni输入噪声电平G设备增益3.5.阻抗匹配、回波损耗（returnloss）和驻波比（VSWR）D信号通过介质传输时有三种状态：①无反射状态一一称为行波，完全匹配②全反射状态一一称为驻波，完全不匹配③行驻波状态一一不完全匹配2）通常的信号传输都是行驻波状态，具有以下参数：①反射系数P=反射波Vr/入射波Vi②驻波比VSWR=（1+P）/（I-P）③回波损耗returnloss=201gP3.6.三阶互调（ImPC）和三阶截获点（Ip3）多个载波进入设备后，由于放大器的非线性，将产生互调干扰，一般我们用两载波状况进行分析：假定两载波的频率为fl和f2,Ai为互调产物总和（工程上一般取所有互调产物的最强点），Ai=∑mfl+nf2（式中m、n为正数），则互调产物定义为ImPC=Ai-AfI （或Af2,取较小者）；在各类互调中三阶互调对系统的影响最大，其次是五阶互调，三阶互调图示如下：从图中可以看出，两个载波会产生两个三阶互调产物，而且这四个频率是等距的；而三阶截获点Ip3是用于表示设备的线性能力，三阶截获点越大，设备的线性范围越大；根据上图，三阶截获点的计算公式为：Ip3=Po+∣Impc ∣∕23.7.隔离度(isolation)隔离度是指设备的信号泄漏到其它不希望到达的端口的信号强度与原信号强度的差值；隔离度不好，将对设备或系统产生恶劣影响，如对于空间直放站，收发天线隔离度不够，直放站会产生自激；对于多频室内分布系统(尤其是有CDMA 与GSM 合路的)，系统隔离度不够，会影响网络质量，更严重的会阻塞基站，无法通话。

6500字分享射频设计工程师需要掌握哪些技能？什么是射频芯片进入5G时代，射频芯片成了行业热议焦点。

传统来说，一部可支持打电话、发短信、网络服务、APP应用的手机，一般包含五个部分部分：射频部分、基带部分、电源管理、外设、软件。

射频部分：一般是信息发送和接收的部分；基带部分：一般是信息处理的部分；电源管理：一般是节电的部分，由于手机是能源有限的设备，所以电源管理十分重要；外设：一般包括LCD，键盘，机壳等；软件：一般包括系统、驱动、中间件、应用。

在手机终端中，最重要的核心就是射频芯片和基带芯片。

射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大；基带芯片负责信号处理和协议处理。

那么射频芯片和基带芯片是什么关系？射频（Radio Frenquency）和基带（Base Band）皆来自英文直译。

其中射频最早的应用就是Radio——无线广播（FM/AM），迄今为止这仍是射频技术乃至无线电领域最经典的应用。

基带则是band中心点在0Hz的信号，所以基带就是最基础的信号。

有人也把基带叫做“未调制信号”，曾经这个概念是对的，例如AM为调制信号（无需调制，接收后即可通过发声元器件读取内容）。

但对于现代通信领域而言，基带信号通常都是指经过数字调制的，频谱中心点在0Hz的信号。

而且没有明确的概念表明基带必须是模拟或者数字的，这完全看具体的实现机制。

言归正传，基带芯片可以认为是包括调制解调器，但不止于调制解调器，还包括信道编解码、信源编解码，以及一些信令处理。

而射频芯片，则可看作是最简单的基带调制信号的上变频和下变频。

所谓调制，就是把需要传输的信号，通过一定的规则调制到载波上面然后通过无线收发器（RF Transceiver）发送出去的工程，解调就是相反的过程。

岗位介绍射频工程师是从事终端产品硬件射频部分设计开发，并对产品的实现过程进行跟踪确认的专业人员。

工作内容为负责射频相关设计方案的可行性分析和实施；制定和建立开发流程，完成相应产品相关文档（如原理图、PCB板和BOM表和测试分析报告等）的拟制及评审；射频器件的新供应商、新元器件的评估；和结构生产等部门密切协作，保证整个产品的相关目标按期实现；项目量产后支持和维护生产线，解决与射频部分相关的问题；为其他部门提供所需要的射频技术支持。