射频接收系统的设计与仿真
1 前言 (2)
2 工程概况 (2)
3 正文 (2)
3.1零中频接收系统结构性能和特点 (3)
3.2基于ADS2009对零中频接收系统设计与仿真 (3)
3.3超外差接收系统结构性能和特点 (12)
3.4基于ADS2009对超外差接收系统设计与仿真 (13)
4 有关说明 (16)
5 心得体会 (18)
6 致谢 (18)
7 参考文献 (19)
射频是一种频谱介于75kHz-3000GHz之间的电波，当频谱范围介于20Hz-20kHz之间时，这种低频信号难以直接用天线发射，而是要利用无线电技术先经过转换，调制达到一定的高频范围，才可以借助无线电电波传播。射频技术实质是一种借助电磁波来传播信号的无线电技术。
无线电技术应用最早从18世纪下半段开始，随着应用领域的扩大，世界已经对频谱进行了多次分段波传播。当前，被广泛采用的频谱分段方式是由电气和电子工程师学会所规定的。随着科学技术的不断发展，射频所含频率也不断提高。到目前为止，经过两个多世纪的发展，射频技术也已经在众多领域的到应用。特别是高频电路的应用。其中在通信领域，射频识别是进步最快的重要方面。
工程概况
近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，对超外差结构和零中频结构进行设计与仿真。
正文
下面设计一个接收机系统，使用行为级的功能模块实现收信机的系统级仿真。
3.1零中频接收系统结构性能和特点
3.1.1 零中频接收系统结构性能
通过上面的介绍可知零中频接收机的本振与接收信号的载波频率相同，因此它的结构如图3.1
图3-1（零中频接收机结构框图）
3.1.2零中频接收系统特点
零中频(Zero IF)或直接变换(Direct-Conversion)接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，正成为射频接收机中极具竞争力的一种结构。由于零中频接收机不需要片外高Q值带通滤波器，可以实现单片集成，而受到广泛的重视。其结构较超外差接收机简单许多。接收到的射频信号经滤波器和低噪声放大器放大后，与互为正交的两路本振信号混频，分别产生同相和正交两路基带信号。由于本振信号频率与射频信号频率相同，因此混频后直接产生基带信号，而信道选择和增益调整在基带上进行，由芯片上的低通滤波器和可变增益放大器完成。
零中频接收机最吸引人之处在于下变频过程中不需经过中频，且镜像频率即是射频信号本身，不存在镜像频率干扰，原超外差结构中的镜像抑制滤波器及中频滤波器均可省略。这样一方面取消了外部元件，有利于系统的单片集成，降低成本。另一方面系统所需的电路模块及外部节点数减少，降低了接收机所需的功耗并减少射频信号受外部干扰的机会。
设计一个零
3.2基于ADS2009对零中频接收系统设计与仿真
3.2.1搭建射频前端电路与接收机频带选择性仿真
图3-2（频带选择性仿真电路）
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
1.0
3.0
-100-80-60-40-20
0-120
20freq, GHz
d B (S (2,1))
m1
m2
m1
freq=dB(S(2,1))=20.000Max
2.140GHz m2
ind Delta=dep Delta=-25.583Delta Mode ON
-7.000E7
图3-3（射频器前端带宽仿真曲线）
m1
m2
2.05
2.10
2.15
2.20
2.25
2.00
2.30
-200-4020
freq, GHz
d B (S (2,1))
m1
m2
freq=dB(S(2,1))=19.915
2.170GHz ind Delta=dep Delta=0.012Delta Mode ON
-6.000E7
图3-4（修改坐标后的仿真曲线）
M2表示接收机射频前端的接收带宽为6MHz ，与WCDMA 系统对移动终端下行链路的要求
是吻合的，而且通带内的波动不超过0。125dB 。
3.2.2 完整接收机电路的搭建及接收机信道选择性仿真
图3-5（完整接收机原理图）
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.10
2.18
-40-200204060
80-60
100freq, GHz
d B (S (2,1))
m3
m1m3
ind Delta=dep Delta=
freq=dB(S(2,1))=95.984
2.139GHz
图3-6（信道选择性仿真曲线）
2.136
2.137
2.138
2.139
2.140
2.141
2.142
2.143
2.135
2.144
95.2595.5095.7596.0096.2596.50
96.7595.00
97.00freq, GHz
d B (S (2,1))
m3
m1
m3
ind Delta=dep Delta=
freq=dB(S(2,1))=95.984
2.138GHz
图3-7（调整坐标后的仿真曲线）
由图3-6可知，中心频率2.14GHz处的增益为95.99db，为系统的最大增益，领道抑制达到了32.76db，优于设计目标。由图3-7可知，频带带宽为3MHz，一般接收的信息都集中在离中心频率2MHz的范围内，因此不会导致受到的信号产生比较大的失真，通带内的波动不大于0.15dB。
3.2.3 接收机系统预算增益仿真
通过该仿真可以看到系统总增益在系统各个部分中的分配情况。预算增益仿真真的在谐波平衡分析以及交流分析中都可以进行，但如果在交流仿真中进行的话，混频器不能是晶体管级的。因为这里进行的是行为级仿真，混频器的非线性性特征是已知的，所以用交流来分析。
图3-8（预算路径设置）
图3-9（高亮显示的预算增益路径）
图3-10（修改Y 轴表达式）
BPF2.t2AMP1.t2PWR1.t2MIX 1.t2
LPF1.t2AMP4.t2PORT1.t1Term5.t1
020406080-20
100Component
B u d G a i n 1[0]
图3-11（增益预算仿真曲线）
3.2.4 接收机下变频分析
通过该仿真可以得到接收机的频域响应特性，并清楚地看到接收机是如何将射频信号的频谱搬移到零频的。这里使用谐波平衡仿真。
图3-12（下变频仿真电路）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-500-400-300-200
-100-600
0freq, GHz
d B (V i n )
m1
m1
freq=dB(Vin)=-50.002
2.140GHz
图3-13（Vin 参数仿真曲线）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-350-300-250-200-150-100
-50-400
0freq, GHz
d B (V o u t _i )
m2m2
freq=dB(Vout_i)=-26.949
0.0000Hz
图3-13（Vin-i 参数仿真曲线）
从仿真结果图可以看到接收机将射频输入信号的频谱从2.14GHz的载频搬移到零中频。
3.3超外差接收系统结构性能和特点
3.3.1超外差接收系统结构性能
外差式接收机结构与零中频接收机基本相同，区别在于输出信号不再是零频率的基带信号，而是中频信号，这里选择中频为318MHz，相应的本振频率改为1822MHz。仍通过下变频部分将信号分为I/Q两路，混频器后面不再是基带处理而是中频处理，采用切比雪夫滤波器进行信道选择。为简单起见，中频放大设置和零中频方案保持一致。
图3-14 （超外差接收机结构框图）
3.1.2超外差接收系统特点
超外差(Super Heterodyne)体系结构自1917年由Armstrong发明以来，已被广泛采用。图1为超外差接收机结构框图。在此结构中，由天线接收的射频信号先经过射频带通滤波器(RF BPF)、低噪声放大器(LNA)和镜像干扰抑制滤波器(IR Filter)后，进行第一次下变频，产生固定频率的中频(IF)信号。然后，中频信号经过中频带通滤波器(IF BPF)将邻近的频道信号去除，再进行第二次下变频得到所需的基带信号。低噪声放大器(LNA)前的射频带通滤波器衰减了带外信号和镜像干扰。第一次下变频之前的镜像干扰抑制滤波器用来抑制镜像干扰，将其衰减到可接受的水平。使用可调的本地振荡器(LO1)，全部频谱被下变频到一个固定的中频。下变频后的中频带通滤波器用来选择信道，称为信道选择滤波器。此滤波器在确定接收机的选择性和灵敏度方面起着非常重要的作用。第二下变频是正交的，以产生同相(I)和正交(Q)两路基带信号。
超外差体系结构被认为是最可靠的接收机拓扑结构，因为通过适当地选择中频和滤波器可以获得极佳的选择性和灵敏度。由于有多个变频级，直流偏差和本振泄漏问题不会影响接收机的性能。但镜像干扰抑制滤波器和信道选择滤波器均为高Q值带通滤波器，它们只能在片外实现，从而增大了接收机的成本和尺寸。目前，要利用集成电路制造工艺将这两个滤波器与其它射频电路一起集成在一块芯片上存在很大的困难。因此，超外差接收机的单片集成因受到工艺技术方面的限制而难以实现。
3.4基于ADS2009对超外差接收系统设计与仿真
3.2.1搭建射频前端电路与接收机频带选择性仿真
图3-14 （外差式接收机电路）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
-300
-200
-100
-400
freq, GHz d B m (V o u t _i )
m1
m1
freq=dBm(Vout_i)=-12.000
318.0MHz
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-45
-40-35-30-25-20
-50
-15noisefreq, KHz
V o u t _i .p n m x , d B c
图3-15（中频I 通道仿真曲线）
下面分析本振输出功率对接收机的影响，其电路原理图与零差式接收机结构基本相
同。
图3-16（本振输出功率影响电路图）
-25
-20
-15
-10
-5
5
-30
10
21.999913621.999913721.999913821.9999139
21.999914021.9999135
21.9999141LO_pwr
d b m _o u t
m1
m1
LO_pwr=dbm_out=22.000
0.000
图3-17（仿真曲线）
-25
-20
-15
-10
-5
5
-30
10
61.999913661.999913761.999913861.9999139
61.999914061.9999135
61.9999141LO_pwr
I F _g a i n
m2
m2
LO_pwr=IF_gain=62.000Peak
0.000
图3-18（IF-gain 仿真曲线）
LO_pwr
-30.000
-29.000
-28.000
-27.000
-26.000
-25.000
-24.000
-23.000
-22.000
-21.000
-20.000
-19.000
-18.000
-17.000
-16.000
-15.000
-14.000
-13.000
-12.000
-11.000
-10.000
-9.000
-8.000
-7.000
-6.000
-5.000
-4.000
-3.000
-2.000
-1.000IF_gain
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
62.000
图3-19（整机增益数据）
从图中可以看出仿真结果与输出功率是一致，必须有足够的本振功率输出才能使增益达到稳定的最大数值
有关说明
本振泄漏(LO Leakage)
零中频结构的本振频率与信号频率相同，如果混频器的本振口与射频口之间的隔离性能不好，本振信号就很容易从混频器的射频口输出，再通过低噪声放大器泄漏到天线，辐射到空间，形成对邻道的干扰，图3给出了本振泄漏示意图。本振泄漏在超外差式接收机中不容易发生，因为本振频率和信号频率相差很大，一般本振频率都落在前级滤波器的频带以外。
偶次失真(Even-Order Distortion)
典型的射频接收机仅对奇次互调的影响较为敏感。在零中频结构中，偶次互调失真同样会给接收机带来问题。如图4所示，假设在所需信道的附近存在两个很强的干扰信号，LNA
存在偶次失真，其特性为y(t)=a1x(t)+a2x2(t)。若x(t)=A1cosw1t+A2cosw2t，则y(t)中包含a2A1A2cos(w1-w2)t项，这表明两个高频干扰经过含有偶次失真的LNA将产生一个低频干扰信号。若混频器是理想的，此信号与本振信号coswLOt混频后，将被搬移到高频，对接收机没有影响。然而实际的混频器并非理想， RF口与IF口的隔离有限，干扰信号将由混频器的RF口直通进入IF口，对基带信号造成干扰。
偶次失真的另一种表现形式是，射频信号的二次谐波与本振输出的二次谐波混频后，被下变频到基带上，与基带信号重叠，造成干扰，变换过程如图5所示。
这里我们仅考虑了LNA的偶次失真。在实际中，混频器RF端口会遇到同样问题，应引起足够的重视。因为加在混频器RF端口上的信号是经LNA放大后的射频信号，该端口是射频通路中信号幅度最强的地方，所以混频器的偶次非线性会在输出端产生严重的失真。
偶次失真的解决方法是在低噪放和混频器中使用全差分结构以抵消偶次失真。
直流偏差(DC Offset)
直流偏差是零中频方案特有的一种干扰，它是由自混频(Self-Mixing)引起的。泄漏的本振信号可以分别从低噪放的输出端、滤波器的输出端及天线端反射回来，或泄漏的信号由天线接收下来，进入混频器的射频口。它和本振口进入的本振信号相混频，差拍频率为零，即为直流，如图6(a)所示。同样，进入低噪放的强干扰信号也会由于混频器的各端口隔离性能不好而漏入本振口，反过来和射频口来的强干扰相混频，差频为直流，如图6(b)所示。
这些直流信号将叠加在基带信号上，并对基带信号构成干扰，被称为直流偏差。直流偏差往往比射频前端的噪声还要大，使信噪比变差，同时大的直流偏差可能使混频器后的各级放大器饱和，无法放大有用信号。
经过上述分析，我们可以来估算自混频引起的直流偏差。假设在图6(a)中，由天线至X 点的总增益约为100 dB，本振信号的峰峰值为0.63 V(在50 Ω中为0 dBm)，在耦合到A
点时信号被衰减了60 dB。如果低噪放和混频器的总增益为30 dB，则混频器输出端将产生大约7 mV的直流偏差。而在这一点上的有用信号电平可以小到30 μVrms。因此，如果直流偏差被剩余的70 dB增益直接放大，放大器将进入饱和状态，失去对有用信号的放大功能。
当自混频随时间发生变化时，直流偏差问题将变得十分复杂。这种情况可在下面的条件下发生：当泄漏到天线的本振信号经天线发射出去后又从运动的物体反射回来被天线接收，通过低噪放进入混频器，经混频产生的直流偏差将是时变的。
由上述讨论可知，如何消除直流偏差是设计零中频接收机时要重点考虑的内容。
交流耦合(AC Coupling)
将下变频后的基带信号用电容隔直流的方法耦合到基带放大器，以此消除直流偏差的干扰。对于直流附近集中了比较大能量的基带信号，这种方法会增加误码率，不宜采用。因此减少直流偏差干扰的有效方法是将欲发射的基带信号进行适当的编码并选择合适的调制方式，以减少基带信号在直流附近的能量。此时可以用交流耦合的方法来消除直流偏差而不损失直流能量。缺点是要用到大电容，增大了芯片的面积。
谐波混频(Harmonic Mixing)
谐波混频器的工作原理如图7所示。本振信号频率选为射频信号频率的一半，混频器使用本振信号的二次谐波与输入射频信号进行混频。由本振泄漏引起的自混频将产生一个与本振信号同频率的交流信号，但不产生直流分量，从而有效地抑制了直流偏差。
心得体会
初次接触ADS软件来设计和仿真低噪声放大器，在设计运用过程中不仅了解了软件的基本用法，对射频电路的知识有了些深入的认识。以前没有自己全面动手设计一样电路，射频电路设计与仿真，整体上是大学三年的专业的一个综合，以前的基础知识必须扎实，不然每一个元件的性质和功能不懂的话，去理解电路是很难的。所以，在设计过程中我又捡起了以前逐渐淡忘的书本知识，书多读几遍自有新意。我以前不懂的地方现在看来并没有那么难，显得有点游刃有余。学习很有劲很开心，特别有成就感。没有以前那种厌烦了。这次课程设计我肯定有很大地方做的不好，或者没有完全理清楚原理，但我学到了很多。过程中是有收获的。同样在设计时也遇到了很多问题，细心查阅资料询问同学，最终得到了解决。总的来说，这次课程设计很有意义，为我以后的学习打下了一个好基础。
致谢
再此感谢指导老师，老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及诲人不倦的师者风范是我们学习的楷模，老师们的高深精湛的造诣与严谨的治学精神，将永远激励着我。
通过这次课程设计，加强了我们的操作与动手能力，提高了独立思考的能力。但这次课程设计由于本人能力有限，在设计中难免会出现错误，恳请老师们多多指教，我诚恳接受你们的批评与指正
参考文献
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[3] 王欢,王志功,王蓉,徐建,樊祥宁. 用于315/433MHz超再生接收机的射频前端关键技术[J]. 电路与系统学报. 2012(03)
[4] 郭春生,常风华. CDMA直放站可变频射频前端的设计[J]. 电子器件. 2011(04)
[5] 熊斯,黄煜梅,洪志良. 应用于GSM/EDGE零中频接收机的CMOS射频前端[J]. 固体电子学研究与进展. 2011(03)
[6] 李业华,洪韬,薛明华,刘林. 小卫星通信系统射频前端设计[J]. 现代电子技术. 2011(11)
[7] 郭俊杰,杨新民. 多射频前端卫星接收机实验平台研究[J]. 大众科技. 2011(05)
[8] 陆冬妹. 无线网络宽带数字中频接收机射频前端研究[J]. 煤炭技术. 2011(05)
[9] 汪飞,王春华,何海珍. 一种新型超高频射频识别射频前端电路设计[J]. 微电子学与计算机. 2011(01)
[10] 陈俊,余之喜. 基于GP2010的移动GPS射频前端设计[J]. 现代电子技术. 2011(01)
[11] 冯新宇寇晓静 ADS射频电路设计与仿真入门及应用实例微波集成电路，北京：电子工业出版社，2010
[12] 徐兴福 ADS射频电路设计与仿真实例. 北京：电子工业出版社，2009
[13] 陈琦。微波滤波器综合技术北京电子科技大学，2007
射频接收系统的设计与仿真
1 前言 (2) 2 工程概况 (2) 3 正文 (2) 3.1零中频接收系统结构性能和特点 (3) 3.2基于ADS2009对零中频接收系统设计与仿真 (3) 3.3超外差接收系统结构性能和特点 (12) 3.4基于ADS2009对超外差接收系统设计与仿真 (13) 4 有关说明 (16) 5 心得体会 (18) 6 致谢 (18) 7 参考文献 (19)
射频是一种频谱介于75kHz-3000GHz之间的电波，当频谱范围介于20Hz-20kHz之间时，这种低频信号难以直接用天线发射，而是要利用无线电技术先经过转换，调制达到一定的高频范围，才可以借助无线电电波传播。射频技术实质是一种借助电磁波来传播信号的无线电技术。 无线电技术应用最早从18世纪下半段开始，随着应用领域的扩大，世界已经对频谱进行了多次分段波传播。当前，被广泛采用的频谱分段方式是由电气和电子工程师学会所规定的。随着科学技术的不断发展，射频所含频率也不断提高。到目前为止，经过两个多世纪的发展，射频技术也已经在众多领域的到应用。特别是高频电路的应用。其中在通信领域，射频识别是进步最快的重要方面。 工程概况 近年来随着无线通信技术的飞速发展，无线通信系统产品越来越普及，成为当今人类信息社会发展的重要组成部分。射频接收机位于无线通信系统的最前端，其结构和性能直接影响着整个通信系统。优化设计结构和选择合适的制造工艺，以提高系统的性能价格比，是射频工程师追求的方向。由于零中频接收机具有体积小、成本低和易于单片集成的特点，已成为射频接收机中极具竞争力的一种结构，在无线通信领域中受到广泛的关注。本文在介绍超外差结构和零中频结构性能和特点的基础上，对超外差结构和零中频结构进行设计与仿真。 正文 下面设计一个接收机系统，使用行为级的功能模块实现收信机的系统级仿真。
最详细解读射频芯片
最详细解读射频芯片 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？ 1. 射频芯片和基带芯片的关系 先讲一下历史，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，则可看做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让后通过无线收发器（RF Transceiver）发送出去的工程，解调就是相反的过程。 2.工作原理与电路分析 射频简称RF射频就是射频电流，是一种高频交流变化电磁波，为是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围在300KHz～300GHz之间。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频（大于10K）；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。射频技术在无线通信领域中被广泛使用，有线电视系统就是采用射频传输方式。
实验三：射频前端发射接收机
实验三射频前端发射/接收机 1、实验设置的意义 由电子元器件可以构成各种功能电路，由这些功能电路按照一定的原理和要求又可以组成各类电子设备，各类电子设备按照入网要求和组成方案可组成网络或系统。元器件与电路、电路与设备以及设备与系统之间的关系是局部与整体的关系。 射频通信系统一般由发送装置、接收装置和传输媒质组成。发送装置包括换能器、发送机和发送天线三部分。其中发送机将电信号变换为足够强度的高频电振荡，发送天线则将高频电振荡变换为电磁波，向传输媒质辐射。本实验就是为了在压控振荡器实验和射频调制器实验的基础上，从整体角度了解和掌握射频发送机的原理和性能，巩固和加深对理论知识的理解，培养系统实验和测试技能 2、实验目的 2.1、了解射频发送/接收机的基本组成； 2.2、利用频谱仪测量射频发送/接收机的主要技术指标。 2.3、测量射频接收机前端的灵敏度。 3、实验原理 3.1、射频发射机原理 射频通信设备一般包括收发信机、天线设备(含馈线)、输入输出设备(如话筒、耳机等)、供电设备(如直流稳压电源)等等。其中主要组成部分是收发信机，因而射频通信设备的技术指标通常指的就是射频收/发信机的技术指标。 一般来说，收信机与发信机在体制上是相同的，如在频段划分、调制解调方式等要求相应一致，否则便不能达到通信的目的。在某些情况下，也允许收发信机存在某些不相对应的差异，如收信机的频率范围可以宽于发信机等。 射频发送设备的功能是将所要发送的信息(又称基带信号)经调制，将频谱搬移到射频上，再经过高频放大到额定功率后，馈送到天线发送到空间去。
射频发送机模块由VCO和功率放大器组成，它的模块方框图如图3－1所示。其功能是将所要发送的信息（又称基带信号）经过调制后，将频谱搬移到射频上，再经过高频放大，达到额定功率之后，馈送到天线，发送到空间去。 发送机的主要技术指标有工作种类、调制方式、频率范围、频率稳定度及准确度、输出功率、效率、杂散辐射等。下面对相关技术指标予以简介:发送机的工作种类指电话、电报，模拟、数字等。调制方式主要分调幅、调频和脉冲（数字）调制等。发射机的工作频率是指发射机的射频载波频率。发射机的频率准确度与频率稳定度也是相对于射频载波而言的。频率准确度是指实际工作频率对于标称工作频率的准确程度。频率准确度越高、建立通信就越快，以至于不寻找对方就可实现通信，提高通信的快速性。频率稳定度是指各种外界因素的影响下发射机频率稳定的程度。如果频率稳定度很高，建立通信后接收机不需要因频率变化而进行微调，从而提高了通信的可靠性。射频通信的有效距离及通信的可靠性均与发射天线的辐射功率有密切的关系。因而发射机必须保证输出足够大的功率。发射机的总效率是指发射机传送到天线馈线上的功率与整机输入功率的比值。在大功率发射机中，提高效率可以减小电源消耗，具有较大的经济意义。发射机的带外辐射统称为杂散辐射，如果发射机设计不当或使用不当，会使杂散辐射电平过高，干扰其他通信链路。当发射机使用宽带天线且带宽覆盖这些杂散频率时，干扰会更严重。为了尽量避免发生这种干扰，有关的规程和标准对发射机的杂散辐射都给出了一定的限制 3.2、射频接收机原理 射频接收机前端是射频接收机的关键部分，这里对此进行简单介绍。 (a)、最简单的射频前端结构 接收机前端电路有几种不同的结构。图3-2给出了一种最简单的形式。这种结构无射频放大器，在带通滤波器之后，只有混频器和本机振荡器。带通滤波器的输入来自天线，其
2.4GHZ射频前端设计
2.4GHz ISM射频前端模块的设计及应用 2.4GHz工业科学医疗设备(ISM)是全世界公开通用使用的无线频段，蓝牙( Bluetooth)、 Wi-Fi、ZigBee等短距离无线数据通信均工作在2.4GHz ISM频段。 针对2.4GHz ISM频段无线应用，锐迪科微电子公司推出了RDA T212射频前端模块。T212芯片集成了功率放大器( PA)、低噪声放大器( LNA)、天线开关(Antenna Switch)和功率检测器(Power Detector)，并特别增加PA带通及LNA带通的省电功能，内部还针对天线端做了 ESD保护设计。T212芯片采用标准的 QFN 3×3mm2超小型封装，输入和输出已集成隔直电容和匹配电路，外围元件仅需少量滤波电容，极大地简化了PCB设计。 高集成度、超小尺寸并提供省电功能的T212射频前端模块，在手机蓝牙以及802.11.b/g扩展应用中大有可为。同时，T212芯片还具有优异的线性度，支持Bluetooth 2.0的高速率应用。 T212模块的性能 T212射频前端模块内集成的功率放大器采用先进的砷化镓异质结双极晶体管( GaAs HBT)工艺制造，低噪声放大器和天线开关采用增强型高电子迁移率场效应晶体管( E-PHEMT)工艺制造。尽管没有采用差分PA的形式，但是T212依然为客户提供了差分输入管脚，从而使客户不需要再关心差分转单端的设计。 T212集成的功率放大器是一款高线性高效率PA，在2.4GHz~2.5GHz频段内有20dB增益，线性输出功率为18dBm时的三阶交调IM3小于-30dBc。PA的静态工作电流可低至10mA，饱和输出功率可达23dBm，功率附加效率高达45%，这么高的效率有助于延长供电时间。
射频电路设计与仿真思路分析
射频电路设计与仿真思路分析 发表时间：2020-03-25T06:34:04.616Z 来源：《防护工程》2019年21期作者：曾鸣 [导读] ADS电子设计自动化主要有频域电路仿真、时域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等. 南宁富桂精密工业有限公司广西南宁 530000 摘要：当前通信技术不断发展，通信设备使用的频率也逐渐提高，射频以及微波电路等被广泛的使用在通信等系统中，高频电路设计在工业领域得到了广泛的关注和重视。新型的半导体器件使高速数字系统和高频模拟系统不断扩张。本文就射频电路设计与仿真进行分析和研究。 关键词：射频电路设计；仿真；思路分析 ADS是当前世界上比较流行的一种微波射频电路、通信系统、RFIC 设计软件，是由美国 Agilent 公司推出的，是微波电路与通信系统的一种仿真软件。这种软件具有丰富的仿真手段，能够实现时域和频域、数字和模拟、线性和非线性等多种仿真功能，科学对设计结果进行分析，促进电路设计频率的提升，是一种比较优秀的微波射频电路，也是当前射频工程人员必备的一种软件。 1 射频电路与ADC分析 1.1 射频电路 射频电路就是一种具有超高频率的无线电波，工作频率比较高的线路，人们一般称作“高频电路”、“微波电路”等。在工程上，一般指的是工作频段的波长为10m-1mm之间的电路，或者是频率为30MHz-300MHz的电路。 当频率不断升高达到射频频段时，一般使用欧姆定律、电压电流或者是基尔霍夫定律对DC和低频电路进行分析，但是已经不够精确。还需要注重分布参数的影响。如果使用电磁场理论方法，虽然能够对全波、分布参数等影响进行分析，但是很难接触到VCO、混频器或者是高频放大器等实用内容。因此射频电路的设计已经成为当前信息技术发展的重要技术。 1.2 ADS ADS电子设计自动化主要有频域电路仿真、时域电路仿真、三维电磁仿真、通信系统仿真以及数字信号处理仿真设计等，被应用通信以及航天中，是当前研究最多的射频电路仿真软件。 2 ADS电子设计自动化的仿真设计方法 ADS软件能够使电路设计者进行模拟、射频微波等电路和通信系统设计，仿真方法主要有时域仿真、频域仿真、系统以及电磁仿真等。 2.1 高频SPICE分析和卷积分析 高频SPICE分析能够对线性以及非线性电路的瞬态效应进行分析，在SPICE仿真器中，对于不能直接使用频域分析模型，比如说微带线带状线等，就可以使用高频SPICE仿真器，仿真过程中，如果高于高频SPICE仿真器，频域分析模型会被拉式变换，然后进入到瞬态分析，并不需要使用者转化。这种高频SPICE不仅能够对低频电路进行瞬态分析，还能够对高频电路的瞬态响应进行分析。此外，还能够进行瞬态噪声的分析，对电路的瞬态噪声进行仿真。卷积分析法是以 SPICE 高频仿真器为基础的一种高级的时域分析的方法，通过卷积分析法能够更加科学的使用时域分析法对频率元件的进行分析。 2.2 线性分析方法 线性分析是一种频域电路仿真分析法，可以对线性、非线性的射频微波电路进行分析，进行线性分析时，软件先对电路中的元件计算需要的线性参数，如电路阻抗、稳定系数、反射系数、噪声以及S、Z、Y参数等，进而对电路进行分析和仿真。 2.3 谐波平衡分析 这种分析方法是对频域、稳定性好，大型号的电路进行分析的仿真方法，能够对多频输入信号的非线性电路进行分析，明确非线性电路的响应，比如谐波失真、噪声等。相比于时域的SPICE 仿真分析反复，这种谐波平衡分析在分析非线性电路时能够提供更加有效并且快速的方法。 SPICE瞬态响应分析、线性S参数分析在分析多频输入信号非线性电路仿真中还存在着一定的不足，而谐波平衡分析方法的出现很好的弥补了这一不足，在当前的高频通信系统中，有很多混频电路结构，谐波平衡分析方法的使用次数也就逐渐增加，重要性也日渐凸显。并
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真
2.4GHz收发系统射频前端的ADS设计与仿真 0 引言 近年来，随着无线通信业务的迅速发展，通信频段已经越来越拥挤。 1985 年美国联邦通信委员会(FCC)授权普通用户可以使用902MHz，2．4GHz 和5．8GHz 三个“工业、科技、医学”(ISM)频段。ISM 频段为无线通信设备提 供了无需申请在低发射功率下就能直接使用的产品频段，极大地推动了无线通 信产业的发展。虽然目前无线数字通信技术已经相当成熟，但射频设计仍然是 移动通信设计的瓶颈。射频电路的设计主要围绕着低成本、低功耗、高集成度、 高工作频率和轻重量等要求而进行。ISM 频段的射频电路的研究对未来无线通 信的发展具有重大的意义。国内外许多文献都对此作了研究，文献[2]中介绍了 在无线高速数据通信环境下，2．4GHz 发射机的设计。文献[3]介绍了一种低功 耗的CMOS 集成发射机的设计。 ADS(AdvancedDesignSystem)软件是Agilent 公司在HPEESOF 系列EDA 软件基础上发展完善的大型综合设计软件。它功能强大能够提供各种射频微波 电路的仿真和优化设计广泛应用于通信航天等领域。本文主要介绍了如何使用ADS 设计收发系统的射频前端，并在ADS 的模拟和数字设计环境下进行一些 仿真。 l 发射端的建模与仿真 由于设计是建立在实验室中已有的中频调制和解调的硬件基础上的，因 此发射端和接收端不考虑信号的调制和解调过程。实验室中的中频调制模块可 以输出大概8～10dBm 的40MHz 已调中频信号，经过分析选择，该发射端的 各个模块均参考MAXlM 公司的集成模块的参数而设计。本地振荡器采用的是MAX2700。MAX2700 是压控振荡器，通过设计合适的外围电路可以使它输出
射频电路及高速数字电路仿真
微波系统的设计越来越复杂对电路的指标要求越来越高，电路的功能越来越多电路的尺寸要求越做越小而设计周期却越来越短传统的设计方法已经不能满足系统设计的需要。使用微波EDA 软件工具进行微波元器件与微波系统的设计已经成为微波电路设计的必然趋势。随着单片集成电路技术的不断发展GaAs 硅为基础的微波毫米波单片集成电路MIMIC 和超高速单片集成电路VHSIC 都面临着一个崭新的发展阶段，电路的设计与工艺研制日益复杂化，如何进一步提高电路性能降低成本缩短电路的研制周期已经成为电路设计的一个焦点，而E DA 技术是设计的关键EDA 技术的范畴包括电子工程设计师进行产品开发的全过程以及电子产品生产过程中期望由计算机提供的各种辅助功能。一方面EDA 技术可为系统级电路级和物理实现级三个层次上的辅助设计过程； 1.基于矩量法仿真的微波EDA 仿真软件 （1）Agilent ADS(Advanced Design System) Agilent ADS(Advanced Design System)软件是在HP EESOF系列EDA软件基础上发展完善起来的大型综合设计软件。是美国安捷伦公司开发的大型综合设计软件是为系统和电路从电路元件的仿真模式识别的提取新的仿真技术提供了高性能的仿真特性。 它允许工程师定义频率范围材料特性参数的数量和根据用户的需要自动产生关键的无源器件模式，该软件范围涵盖了小至元器件大到系统级的设计和分析，尤其是其强大的仿真设计手段可在时域或频域内实现对数字或模拟线性或非线性电路的综合仿真分析与优化并可对设计结果进行成品率分析与优化。从而大大提高了复杂电路的设计效率使之成为设计人员的有效工具。 （2）Sonnet 仿真软件 Sonnet 是一种基于矩量法的电磁仿真软件提供面向3D 平面高频电路设计系统以及在微波毫米波领域和电磁兼容/电磁干扰设计的EDA 工具。SonnetTM 应用于平面高频电磁场分析频率从1MHz 到几千GHz ，主要的应用有微带匹配网络微带电路微带滤波器带状线电路带状线滤波器过孔层的连接或接地偶合线分析PCB 板电路分析PCB 板干扰分析桥式螺线电感器平面高温超导电路。分析毫米波集成电路，MMIC设计和分析混合匹配的电路分析，H DI LTCC 转换单层或多层传输线的精确分析多层的平面的电路分析单层或多层的平面天线分析平面天线阵分析平面偶合孔的分析等。 （3）IE3D 仿真软件 IE3D 是一个基于矩量法的电磁场仿真工具。可以解决多层介质环境下的三维金属结构的电
集成电路设计基础复习
1、解释基本概念：集成电路，集成度，特征尺寸 参考答案： A、集成电路（IC：integrated circuit）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集成块。 B、集成度是指在每个芯片中包含的元器件的数目。 C、特征尺寸是代表工艺光刻条件所能达到的最小栅长（L）尺寸。 2、写出下列英文缩写的全称：IC，MOS，VLSI，SOC，DRC，ERC，LVS，LPE 参考答案： IC：integrated circuit；MOS：metal oxide semiconductor；VLSI：very large scale integration；SOC：system on chip；DRC：design rule check；ERC：electrical rule check；LVS：layout versus schematic；LPE：layout parameter extraction 3、试述集成电路的几种主要分类方法 参考答案： 集成电路的分类方法大致有五种：器件结构类型、集成规模、使用的基片材料、电路功能以及应用领域。根据器件的结构类型，通常将其分为双极集成电路、MOS集成电路和Bi-MOS 集成电路。按集成规模可分为：小规模集成电路、中规模集成电路、大规模集成电路、超大规模集成电路、特大规模集成电路和巨大规模集成电路。按基片结构形式，可分为单片集成电路和混合集成电路两大类。按电路的功能将其分为数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集成电路。按应用领域划分，集成电路又可分为标准通用集成电路和专用集成电路。 4、试述“自顶向下”集成电路设计步骤。 参考答案： “自顶向下”的设计步骤中，设计者首先需要进行行为设计以确定芯片的功能；其次进行结构设计；接着是把各子单元转换成逻辑图或电路图；最后将电路图转换成版图，并经各种验证后以标准版图数据格式输出。 5、比较标准单元法和门阵列法的差异。 参考答案：
GPS接收机射频前端电路原理与设计
GPS接收机射频前端电路原理与设计 摘要：在天线单元设计中采用了高频、低噪声放大器，以减弱天线热噪声及前面几级单元电路对接收机性能的影响；基于超外差式电路结构、镜频抑制和信道选择原理，选用GP2010芯片实现了射频单元的三级变频方案，并介绍了高稳定度本振荡信号的合成和采样量化器的工作原理，得到了导航电文相关提取所需要的二进制数字中频卫星信号。 关键词：GPS接收机灵敏度超外差锁相环频率合成 利用GPS卫星实现导航定位时，用户接收机的主要任务是提取卫星信号中的伪随机噪声码和数据码，以进一步解算得到接收机载体的位置、速度和时间（PVT）等导航信息。因此，GPS接收机是至关重要的用户设备。目前实际应用的GPS接收机电路一般由天线单元、射频单元、通信单元和解算单元等四部分组成，如图1所示。本文在分析GPS卫星信号组成的基础上，给出了射频前端GP2010的原理及应用。 1 GPS卫星信号的组成
GPS卫星信号采用典型的码分多址（CDMA）调制技术进行合成（如图2所示），其完整信号主要包括载波、伪随机码和数据码等三种分量。信号载波处于L波段，两载波的中心频率分别记作L1和L2。卫星信号参考时钟频率f0为10.23MHz，信号载波L1的中心频率为f0的154倍频，即： fL1=154×f0=1575.42MHz (1) 其波长λ1=19.03cm；信号载波L2的中心频率为f0的120倍频，即： fL2=120×f0=1227.60MHz (2) 其波长λ2=24.42cm。两载波的频率差为347.82MHz，大约是L2的 28.3%，这样选择载波频率便于测得或消除导航信号从GPS卫星传播至接收机时由于电离层效应而引起的传播延迟误差。伪随机噪声码（PRN）即测距码主要有精测距码（P码）和粗测距码（C/A码）两种。其中P 码的码率为10.23MHz、C/A码的码率为1.023MHz。数据码是GPS卫星以二进制形式发送给用户接收机的导航定位数据，又叫导航电文或D 码，它主要包括卫星历、卫星钟校正、电离层延迟校正、工作状态信息、C/A码转换到捕获P码的信息和全部卫星的概略星历；总电文由1500位组成，分为5个子帧，每个子帧在6s内发射10个字，每个字30位，共计300位，因此数据码的波特率为50bps。
宽带微波接收机的射频前端设计探讨
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/0d9737418.html, 宽带微波接收机的射频前端设计探讨 作者：刘瑶潘威 来源：《科学与信息化》2018年第13期 摘要随着微波技术的发展，微波接收机已经被广泛应用于通信、雷达等多个领域。由于信道上受到外界因素干扰较多，为了保证微波接收机的性能，接收机需要有较高的线性度、灵敏度、动态范围和选择性，这些性能的实现与射频前端息息相关。本文将在分析射频前端设计对宽度微波接收机作用的基础上，对几种常见的射频前端结构进行阐述，然后就影响射频前端性能的几种因素进行分析，探讨应该如何合理设计射频前端。 关键词宽带微波接收机；射频前端；低噪声；动态范围 1 射频前端对微波接收机的重要意义 现代电子技术的发展，使得接收机的种类越来越多，性能也得到了各方面的完善，功能更加复杂和通用化。目前接收机正朝着体积小、重量轻和功耗小，性能更加优越的方向发展，要求微波接收机具有宽频带、大动态范围、高灵敏度和低噪声。基于上述影响微波接收机信噪比、影响信号处理的因素分析，必须要对接收机重要组成部分射频前端进行优化设计，从而可对接收机性能起到保障作用。射频前端主要实现抗烧毁、信号预选、增益控制、幅度均衡等几方面功能，噪声系数、滤波器选择、幅度均衡以及输入1dB压缩点等都会对接收机前端性能产生重要影响。 2 射频前端的几种构成形式 2.1 常用接收机射频前端结构 在微波接收机接收有用信号的过程中，会受到高电平干扰信号的影响，从而影响信噪比，对信号处理产生不利作用。为了保证信噪比，微波接收机应该具有高选择性、高线性和低噪声的特点。 对来自天线下来的信号，首先会使用限幅器对信号进行限幅处理，保护后级的放大器不被大信号烧毁；再使用带通滤波器进行信号预选，最后使用低噪声放大器对信号进行一级放大，放大后的信号进入下一级进行处理。 在这个过程中，限幅器保护后级链路不受大功率信号的损坏，带通滤波器隔离带外信号，低噪声放大器在尽可能减少对噪声恶化的情况下补偿增益，该结构的作用是可以通过带通滤波器使互调失真降到最低，削弱失真响应，同时具有成本较低、结构简单的优点。 2.2 采用YIG统调预选滤波器的结构
射频电路设计与仿真论文
射频电路设计与仿真 一：摘要 ADS是美国Agilent公司推出的微波电路和通信系统的仿真软件，是当今世界最流行的微波射频电路，通信系统，RFIC 设计软件，也是国内高校，科研院所和大型IT公司使用最多的软件之一。ADS 的强大，仿真手段丰富，可实现包括时域与频域，数字与模拟，线性与非线性，噪声等多种仿真功能，并可对设计结果进行成品率分析与优化，提高复杂电路的设计效率，是优秀的微波射频电路，系统信号链路的设计工具，是射频工程师必备的工具软件之一。 二:正文 1：ADS软件可以对电路进行模拟，完成射频，微博电路及通信系统的设计，主要包括以下几种分析和仿真方法。 1)高频SPICE分析和卷积分析，高频SPICE分析方法提供如 SPICE仿真器般的瞬态分析，可分析线性或非线性电路的 瞬时效应。 2)线性分析线性分析是频域电路仿真分析方法，可以对线性 或非线性的射频与微波电路做线性分析。 3)谐波平衡分析谐波平衡分析提供频域，稳态，大信号的 电路分析仿真方法。可以用于分析具有多频输入信号的非 线性电路得到非线性电路，得到非线性的电路响应，如噪 声，功率压缩点，谐波失真等。 4)电路包络分析电路包络分析包含时域与频域的分析方
法，使用在包含调频信号的电路或通信系统中。 5)射频系统分析射频系统分析方法给用户提供模拟评估系 统特性，其中系统的电路模型出可以使用行为级模型外， 还可以使用元件电路模型进行响应印证。 6)托勒密分析托勒密分析方法可以同时仿真包括数字信 号，模拟和高频信号的混合模拟系统。ADS分别提供了数 字元件模型及模拟高频元件模型在设计中直接使用。 7)电磁仿真分析 ADS 软件提供了3D平面电磁仿真分析功能 ---Momentum,可以用于仿真微带线，带状线，共面波导等 原件的电磁特性，天线的辐射特性，已经PCB上的寄生， 柔和效应。 2：ADS仿真器的介绍 ADS集成多种仿真软件的优点，仿真手段丰富，功能强大，很快就成为全球内业界流行的EDA设计工具。下面介绍ADS在射频，模拟电路设计中常用的仿真器及其功能。 1）直流仿真直流仿真是所有仿真的基础，它可执行电路的拖扑检查，以及直流工作点的扫描和分析。 2）交流仿真交流仿真能获取小信号传输参数，如电压增益，电流增益，线性噪声电压和电流。 3）S参数仿真微波器件在小信号工作时，被认为工作在线性状态，是一个线性网络：在大信号工作时，被认为工作 在非线性状态，是一个非线性网络。
ISO15693非接触式IC卡射频前端电路的设计
１前言 ＩＳＯ１５６９３标准协议是国际上规定的用于非接 触式ＩＣ卡的一种高频通信协议。该标准协议的非接触式ＩＣ卡的读写距离长达１００ｃｍ，比同是高频通信 协议的ＩＳＯ１４４４３规定的１０ｃｍ读写距离更大，应用范围也会更加广泛。ＩＳＯ１５６９３标准协议规定：读卡器到卡所发送的信号为采用脉冲位置编码的１０％ ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式的频率都为 １３．５６ＭＨｚ的载波。 卡片解调电路的任务是把两种深秦燕青，葛元庆 （清华大学微电子学研究所，北京１０００８４） ＩＳＯ１５６９３非接触式 ＩＣ卡射频前端电路的设计 摘要：介绍了ＩＳＯ１５６９３非接触式ＩＣ卡射频前端电路，采用了一种巧妙的整流电路，提高了整流效率。同时使用了一种适用于ＩＳＯ１５６９３非接触式卡片的简单的稳压电路结构，有助于信号的解调，并且使卡片在接收到的信号为１０％ＡＳＫ和１００％ＡＳＫ两种调制模式时都能正常工作。芯片测试结果显示：电源产生电路能够产生２．２Ｖ－３．８Ｖ的直流电压，解调电路能够在２．０Ｖ－３．８Ｖ电压下可靠稳定的工作；在 ＩＳＯ１５６９３规定的最小场强０．１５Ａ／Ｍ处，整个芯片的电源电压为３．３Ｖ，且功耗小于６０μＷ。 关键词：ＩＳＯ１５６９３；非接触式ＩＣ卡；整流电路；电源产生电路；解调电路 ＤｅｓｉｇｎｏｆａＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｏｆｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｆｏｒＩＳＯ１５６９３ ＱＩＮＹａｎ－ｑｉｎｇ，ＧＥＹｕａｎ－ｑｉｎｇ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＲＦｆｒｏｎｔ－ｅｎｄｃｉｒｃｕｉｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓｃｏｍｐｌｙｉｎｇｗｉｔｈＩＳＯ１５６９３．Ａｎｏｖｅｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ａｓｉｍｐｌｅｌｉｍｉｔｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｉｎｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ，ａｎｄｉｔｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ．Ｔｈｉｓｌｉｍｉｔｅｒｃａｎａｌｓｏｈｅｌｐｔｈｅａｂｏｖｅｃａｒｄｓｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙｗｈｅｎｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａｌｉｓ１０％ＡＳＫｏｒ１００％ＡＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅ．Ｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｇｅｎ－ｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａＤＣｓｕｐｐｌｙｖｏｌｔａｇｅｆｒｏｍ２．２Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｃａｎｗｏｒｋｐｒｏｐｅｒｌｙａｎｄｓｔｅａｄｉｌｙｆｒｏｍ２．０Ｖｔｏ３．８Ｖ．Ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ６０ｕＷａｔ３．３Ｖ，ｗｈｅｎｔｈｅｗｈｏｌｅｃｈｉｐｗｏｒｋｓａｔｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｏｐｅｒａｔｉｎｇｆｉｅｌｄ０．１５Ａ／Ｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎＩＳＯ１５６９３． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＳＯ１５６９３；ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓＩＣｃａｒｄｓ；ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ；ｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔＥＥＡＣＣ：１２０５；１２５０
射频电路和射频集成电路线路设计
射频电路和射频集成电路线路设计(9天) 培训时间为9天 课程特色 1）本讲座总结了讲演者20多年的工作,报告包括 o设计技术和技巧的经验， o获得的美国专利， o实际工程设计的例子， o讲演者的理论演译。 o 【主办单位】中国电子标准协会 【协办单位】智通培训资讯网 【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司 o 2）本讲座分为三个部分： A. 第一部分讨论和強调在射频电路设计中的设计技术和技巧, 着重论述设计中关鍵性 的技术和技巧,譬如,阻抗匹配,射频接地, 单端线路和差分线路之間的主要差別,射频集成电路设计中的难题……可以把它归类为橫向论述. 到目前为止，这种着重于设计技巧的論述是前所未有的，也是很独特的。讲演者认为，作为一位合格的射频电路设计的设计者，不论是工程师，还是教授，应当掌握这一部分所论述的基本的设计技术和技巧，包括： ?阻抗匹配； ?接地； ?射频集成电路设计； ?测试 ?画制版图； ? 6 Sigma 设计。 B. 第二部分: 描述射频系统的基本参数和系统设计的基本原理。
C. 第三部分: 提供个别射频线路设计的基本知识。这一部份和现有的有关射频电路和 射频集成电路设计的书中的论述相似, 其內容是讨论一个个射频方块,譬如,低噪声放大器,混频器,功率放大器,壓控振蕩器,頻率综合器……可以把它归类为纵向论述，其中的大多数内容来自本讲座的讲演者的设计 ?在十几年前就已经找到了最佳的低噪声放大器的设计方法但不曾经发表过。在低噪声放大器的设计中可以同时达到最大的增益和最小的噪 声； ?获得了可调谐濾波器的美国专利； ?本讲座的讲演者所建立的用单端线路的设计方法来进行差分对线路的设计大大简化了设计并缩短了线路仿真的时间； ?获得了双线巴伦的美国专利。 学习目标在本讲座结束之后，学员可以了解到 o比照数码电路，射頻电路设计的主要差別是什麼? o什么是射频设计中的基本概念? o在射频电路设计中如何做好窄带的阻抗匹配？ o在射频电路设计中如何做好宽带的阻抗匹配？ o在射频线路板上如何做好射频接地的工作? o为什么在射频和射频集成电路设计中有从单端至双差分的趋势? o为什么在射频电路设计中容许误差分析如此重要? o什么是射频和射频集成电路设计中的主要难题？射频和射频集成电路设计师如何克服这些障碍?
24GHz射频前端频率合成器设计
第48卷第1期（总第187期） 2019年3月 火控雷达技术 Fire Control Ｒadar Technology Vol.48No.1（Series 187） Mar.2019 收稿日期：2018-10-24作者简介：饶睿楠（1977－），男，高级工程师。研究方向为频率综合器及微波电路技术。 24GHz 射频前端频率合成器设计 饶睿楠 王 栋 余铁军 唐 尧 （西安电子工程研究所西安710100） 摘要：随着微波射频集成电路集成度越来越高， 24GHz 频段的高集成雷达收发芯片逐渐大规模使用。其中英飞凌科技公司的24GHz 锗硅工艺高集成单片雷达解决方案就是其中具有代表性的一种，被大量应用在液位或物料检测、照明控制、汽车防撞、安防系统。FMCW 为此种应用最多采用的信号调制方式。本文采用锁相环频率合成方案，产生系统所需的FMCW 调制信号。关键词：24GHz 射频前端；FMCW ；频率综合器BGT24AT2ADF4159中图分类号：TN95文献标志码：A 文章编号：1008－8652（2019）01－066－04 引用格式：饶睿楠，王栋，余铁军，唐尧．24GHz 射频前端频率合成器设计［ J ］．火控雷达技术，2019，48（1）：66－69． DOI ：10．19472/j．cnki．1008－8652．2019．01．014 Design of a Frequency Synthesizer for 24GHz ＲF Front Ends Ｒao Ｒuinan ，Wang Dong ，Yu Tiejun ，Tang Yao （Xi'an Electronic Engineering Ｒesearch Institute ，Xi'an 710100） Abstract ：With the increasing integration of microwave and radio-frequency integrated circuits ，highly integrated radar transceiver chips in 24GHz band have gradually found large-scale applications．Among those chips ，Infineon's 24GHz SiGe monolithic radar solution is a typical one．It has found wide applications in liquid （or material ）detec-tion ，lighting control ，automotive collision avoidance ，and security systems．FMCW is the most widely used signal modulation method in these applications．This paper uses PLL frequency synthesis scheme to generate FMCW mod-ulation signals required by the system． Keywords ：24GHz ＲF front end ；FMCW ；frequency synthesizer ；BGT24AT2；ADF4159 0引言 24GHz 频段雷达大量用于液位检测、照明控制、汽车防撞、安防等领域。近年来由于微波集成电路的高速发展，单芯片电路集成度越来越高，出现了一大批高集成、多功能的射频微波集成电路，以前需要几片或十几片芯片的电路被集成在一片集成电路之中。英飞凌公司推出的基于锗硅工艺的高集成单片雷达解决方案就是其中对具代表性的产品之一。FMCW 信号调制方式被广泛的应用于此类产品。本文采用英飞凌公司BGT24AT2单片信号源芯片与ADI 公司ADF4159锁相环芯片构成24GHz 射频前端频率合成器部分，产生了24GHz 24．2GHz FM-CW 发射信号。 1BGT24AT2锗硅24GHz MMIC 信号源芯片基本指标 BGT24AT2是一款低噪声24GHz ISM 波段多功能信号源。内部集成24GHzVCO 和分频器。3路独立的ＲF 输出可分别输出+10dBm 的信号，通过SPI 可对输出信号功率进行控制。发射信号的快速脉冲和相位反向可通过单独的输入引脚或通用的SPI 控制接口进行控制。片内集成输出功率及温度传感器，可对芯片工作情况进行监控。芯片工作的环境温度为－40? 125?，满足汽车级环境应用要求。封装为32脚VQFN 封装，单3．3V 电源供电，节省了大量板上空间。其原理框图如图1所示。
实验一 射频前端发射和接收器
实验一射频前端发射和接收器 一、实验目的： 1、了解射频前端发射器和接收器的基本结构与主要设计参数。 2、利用实验模组的实际测量了解射频前端发射器和接收器的基本特性。 二、预习内容： 1、预习放大器、滤波器、混频器、功率放大器的原理的理论知识。 2、预习放大器、滤波器、混频器、功率放大器的设计的原理的理论知识。 3、熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的 理论知识。 4、熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的 设计的理论知识。 三、实验设备： 四、理论分析： 基本结构与设计参数说明： 在无线通讯中，射频发射器担任着重要的角色。无论是话音还是数据信号要利用电磁波传送到远端，必须使用射频前端发射器。如图1－1(a)所示，它大抵可分成九个部分。 1．中频放大器(IF Amplifier) 2．中频滤波器(IF Bnadpass Filter) 3．上变频频混频器(Up-Mixer; Up Converter) 4．射频滤波器(RFBandpass Filter) 5．射频驱动放大器(RF Driver Amplifier) 6．射频功率放大器(RF Power Amplifier) 7．载波振荡器(Carrier Oscillator; Local Oscillator) 8．载波滤波器(LO BPF) 9．发射天线(Antenna) 其中放大器的基本原理与设计方法可参考主题六，而滤波器的基本原理与设
计方法已可参考主题五的说明。至于振荡器的部分，可于主题八与与主题九获得一些参考。 天线部分则可由主题十得到概念。 所以，在此单元中将就上变频器部分的基本原理做一说明。并介绍发射器的几个重要设计参数。 图1-1(a)基本射频前端发射器结构图 图1-1(b)单变频结构射频前端接收器 如图1-1(b)可见，射频前端接收器可分为天线(Antenna)、射频低噪声放大器(RF Low Noise Amplifier ， LNA)、下变频器(Down-Mixer ， Down Converter)、中频滤波器(Intermidate Frequency Bandpass Filter ， IF BPF)、本地振荡器 (Local Oscillator ， LO)。其工作原理是将发射端所发射的射频信号由天线接收后，经LNA 将功率放大，再送入下变频器与LO 混频后由中频滤波器将设计所要的部分(Baseband Processing Unit 、BPU)解调(Demodulation)出所需要的信号(Message Signals). 这类只经一个混频器上变频(或下变频)的电路构造称为单变频结构(Single Conversion configuration)。而在实际应用中也有双变频结构(Dual Conversion Configuration)，甚至多变频结构(Multi-conversion Configuration)，使用的时机视系统指标而定。因为BPU 的处理频率有所限制(一般在500MHz 以下)，所以需要利用变频器(Mixer)及频道振荡器(Channel Oscillator)将射频信号由射频前端接收器下变频为中频段(Intermidate Frequency Band 、IF)信号后再送入BPU ，或是将BPU 送出的IF 信号用射频前端发射器上变频至射频段(Radio Frequency Band 、RF)信号经放大后再发射。 本单元以单变频结构来说明一个射频前端接收器的各设计参数. Signal From Unit BPU
集成电路设计基础 课后答案
班级：通信二班姓名：赵庆超学号：20071201297 7，版图设计中整体布局有哪些注意事项？ 答：1版图设计最基本满足版图设计准则，以提高电路的匹配性能，抗干扰性能和高频工作性能。 2 整体力求层次化设计，即按功能将版图划分为若干子单元，每个子单元又可能包含若干子单元，从最小的子单元进行设计，这些子单元又被调用完成较大单元的设计，这种方法大大减少了设计和修改的工作量，且结构严谨，层次清晰。 3 图形应尽量简洁，避免不必要的多边形，对连接在一起的同一层应尽量合并，这不仅可减小版图的数据存储量，而且版图一模了然。 4 在构思版图结构时，除要考虑版图所占的面积，输入和输出的合理分布，较小不必要的寄生效应外，还应力求版图与电路原理框图保持一致（必要时修改框图画法），并力求版图美观大方。 8，版图设计中元件布局布线方面有哪些注意事项？ 答：1 各不同布线层的性能各不相同，晶体管等效电阻应大大高于布线电阻。高速电路，电荷的分配效应会引起很多问题。 2 随器件尺寸的减小，线宽和线间距也在减小，多层布线层之间的介质层也在变薄，这将大大增加布线电阻和分布电阻。 3 电源线和地线应尽可能的避免用扩散区和多晶硅布线，特别是通过
较大电流的那部分电源线和地线。因此集成电路的版图设计电源线和地线多采用梳状布线，避免交叉，或者用多层金属工艺，提高设计布线的灵活性。 4 禁止在一条铝布线的长信号霞平行走过另一条用多晶硅或者扩散区布线的长信号线。因为长距离平行布线的两条信号线之间存在着较大的分布电容，一条信号线会在另一条信号线上产生较大的噪声，使电路不能正常工作。、 5 压点离开芯片内部图形的距离不应少于20um，以避免芯片键和时，因应力而造成电路损坏。
05射频前端下变频器
实验五 微波下变频器的测试实验 一、实验目的 1．了解射频前端接收器的基本电路结构与主要设计参数的计算. 2．用实验模块的实际测量得以了解射频前端接收器的基本特性. 二、预习内容 1． 熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的理论知识。 2． 熟悉带通滤波器、变频器、信号发生器、低噪声放大器、中频放大器的设计的理 论知识。 三、实验设备 四、理论分析 如图6-1所示，射频前端接收器可分为天线(Antenna)、射频低噪声放大器(RF Low Noise BPU ANTENNA 图6-1单变频结构射频前端接收器基本电路结构
Amplifier , LNA)、下变频器(Down-Mixer , Down Converter)、中频滤波器(Intermidate Frequency Bandpass Filter , IF BPF)、本地振荡器 (Local Oscillator , LO)。其工作原理是将发射端所发射的射频信号由天线接收后,经LNA 将功率放大，再送入下变频器与LO 混频后由中频滤波器输出到 基带处理单元(Baseband Processing Unit 、BPU)解调(Demodulation)出所需要的信号(Message Signals). 这类只经一个混频器上变频(或下变频)的电路构造称为单变频结构(Single Conversion configuration)。而在实际应用中也有双变频结构(Dual Conversion Configuration)，甚至多变频结构(Multi-conversion Configuration)，使用的场合视系统指标而定。因为BPU 的处理频率有所限制(一般在500MHz 以下)，所以需要利用变频器(Mixer)及频道振荡器(Channel Oscillator)将射频信号由射频前端接收器下变频为中频段(Intermidate Frequency Band 、IF)信号后再送入BPU ，或是将BPU 送出的IF 信号用射频前端发射器上变频至射频段(Radio Frequency Band 、RF)信号经放大后再发射。 射频前端接收器有如下设计参数. (一) 天线 (Antenna) (二) 射频接收滤波器 (RF_ BPF1) (三) 射频低噪声放大器 (LNA) (四) 射频混频滤波器 (RF_BPF2) (五) 下变频器 (Down Mixer) (六) 带通滤波器 (Filter) (七) 本地振荡嚣 (Local Oscillator) (八) 中频放大器 (IF Amplifier) 主要设计参数: (一) 接收灵敏度(Receiver Sensitivity) s d w T Z SNR B T k F S ?????=)( (式6-1) 其中 S —— 接收灵敏度 K —— 1.38*10-23(Joul/°K),波尔兹曼常数(B oltzmann’s Constant ) T —— 绝对温度(°K)= 273.15+T(°C) B W —— 系统的等效噪声频宽 SNR d —— 在检波器输入端,系统要求的信噪比 (Signal-to-noise Ratio) Zs —— 系统阻抗(System Impedance) F T —— 总等效输入噪声因子(Noise Factor) 而上述中,总等效输入噪声因子(Noise Factor)则是由三大部分组成. (1) F in1,由接收器各单级的增益与噪声指数(Noise Figure)造成., (2) F in2,由镜频噪声(Image Noise)造成. (3) F in3,由宽带的本地振荡调制噪声(Wideband LO AM Noise)造成. 其计算公式如(式6-2) (式6-3) (式6-4)及(式6-5)所列. 321in in in T F F F F ++= (式6-2)