Design and Modeling of Millimeter-wave CMOS Circuits for Wireless Transceivers pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Lai, Ivan Chee-hong/ Fujishima, Minoru

出品人:

页数:196

译者:

出版时间:2008-3

价格:$ 179.67

装帧:

isbn号码:9781402069987

丛书系列:

图书标签:

毫米波
CMOS电路
无线收发机
射频电路
电路设计
建模
模拟电路
集成电路
无线通信
微波电路

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具体描述

Design and Modeling of Millimeter-wave CMOS Circuits for Wireless Transceivers describes in detail some of the interesting developments in CMOS millimetre-wave circuit design. This includes the re-emergence of the slow-wave technique used on passive devices, the license-free 60GHz band circuit blocks and a 76GHz voltage-controlled oscillator suitable for vehicular radar applications. All circuit solutions described are suitable for digital CMOS technology. Digital CMOS technology developments driven by Moorea (TM)s law make it an inevitable solution for low cost and high volume products in the marketplace. Explosion of the consumer wireless applications further makes this subject a hot topic of the day. The book begins with a brief history of millimetre-wave research and how the silicon transistor is born. Originally meant for different purposes, the two technologies converged and found its way into advanced chip designs. The second part of the book describes the most important passive devices used in millimetre-wave CMOS circuits. Part three uses these passive devices and builds circuit blocks for the wireless transceiver. The book completes with a comprehensive list of references for further readings. Design and Modeling of Millimeter-wave CMOS Circuits for Wireless Transceivers is useful to show the analogue IC designer the issues involved in making the leap to millimetre-wave circuit designs. The graduate student and researcher can also use it as a starting point to understand the subject or proceed to innovative from the works described herein.

射频集成电路设计与应用：高频电路、系统集成与未来趋势（本书不包含《Design and Modeling of Millimeter-wave CMOS Circuits for Wireless Transceivers》中的任何内容） --- 本书导言：超越微波极限，探索现代通信的基石随着无线通信系统向更高频率、更大带宽和更低功耗方向发展，传统的射频（RF）和微波电路设计正面临前所未有的挑战。本书聚焦于集成电路（IC）技术在实现下一代高频通信系统中的关键作用，特别是那些工作在特高频（UHF）至低毫米波范围内的系统架构、器件选择和模块集成。我们旨在提供一个全面且深入的视角，涵盖从基础理论到先进设计方法的完整流程，为工程师和研究人员提供一套实用的工具箱，用以应对日益复杂的频谱环境和日益严苛的性能指标。第一部分：高频电路基础与器件物理本部分为理解现代射频和微波电路设计奠定坚实的理论基础，重点关注在器件层面影响高频性能的关键物理现象。第一章：电磁场与传输线理论在IC尺度下的应用本章深入探讨了电磁波在微米尺度传输线上的行为。内容包括：集总元件（电阻、电容、电感）在射频下的寄生效应建模，以及分布参数模型（如史密斯圆图、S参数、ABCD矩阵）在电路分析中的应用。我们将详细分析微带线、带状线和共面波导在片上布局（On-Chip Layout）中的特征阻抗控制、损耗机制（介质损耗和导体损耗）以及串扰抑制技术。此外，本章还将引入电磁场求解器（EM Solvers）在验证复杂互连结构时的必要性与局限性。第二章：半导体器件在高频下的非理想特性本章侧重于衬底技术（如SOI、SiGe HBT、GaAs pHEMT）和CMOS平台下关键有源器件的射频性能极限。对于双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET），我们将分析其关键高频参数，包括过渡频率 ($f_T$)、最大振荡频率 ($f_{max}$)、噪声系数（NF）的物理来源，以及衬底漏电和陷波效应如何影响器件的品质因数（Q值）。着重讨论如何通过工艺优化和几何结构设计来提升晶体管的截止频率和功率放大能力。第三章：噪声、线性度与功率效率的权衡高频电路设计的核心挑战在于平衡噪声性能、线性度和功耗。本章系统阐述了噪声理论，包括散粒噪声、热噪声和闪烁噪声，并介绍了噪声因子的最小化设计方法，特别是在低噪声放大器（LNA）设计中的应用。在线性度方面，我们将深入分析交调失真（IMD）和三阶截点（IP3）的产生机制，并介绍线性化技术，如反馈线性化和预失真技术。最后，对功率放大器（PA）的效率指标（如功率附加效率PAE）进行深入剖析，并对比不同偏置模式（如A类、AB类、D类）下的效率-线性度折衷。第二部分：核心射频模块的系统级设计本部分将理论知识应用于构建完整的无线收发机（Transceiver）模块，关注模块间的接口和系统性能的实现。第四章：高Q值无源元件的片上实现与优化高质量的无源元件是实现高性能射频电路的前提。本章详细讨论片上电感器（Spiral Inductors）的设计，包括电感值的精确建模、电感器的自谐振频率（SRF）优化、以及利用电感器Q值提升电路性能的方法。对于片上可变电容和可调匹配网络，本章将分析其在宽带应用中的调谐范围和失真问题。同时，也将覆盖先进的集成滤波器（如螺旋谐振腔、螺旋线滤波器）设计技术，以满足严格的带外抑制要求。第五章：低噪声放大器（LNA）与功率放大器（PA）的设计范式本章专注于无线接收机前端和发射机末端的关键放大器设计。对于LNA，我们将深入探讨噪声匹配和增益平坦度的实现，介绍Smith圆图匹配、Abbott-Gardner匹配等经典方法，并探讨宽带LNA的设计挑战。在PA设计方面，本章详细分析了推挽结构（Push-Pull）、镜像抑制混频器（I/Q Mixers）的结构，并重点介绍了高效率PA的设计，包括基于包络跟踪（ET）和包络再生（EP）技术在功耗管理中的应用。第六章：混频器、振荡器与频率合成本章讲解如何实现频率的转换和精确控制。混频器部分将分析上变频（Up-conversion）和下变频（Down-conversion）的原理，重点讨论其隔离度、噪声系数和本振泄露（LO Leakage）的抑制。在振荡器设计方面，我们将深入研究LC振荡器、环形振荡器（Ring Oscillators）的相位噪声起源及其抑制方法，并详细分析晶体振荡器（XO）和本地振荡器（LO）的抖动（Jitter）对系统误码率（BER）的影响。频率合成器（PLL）的设计，包括环路滤波器设计、电荷泵电流的优化以及如何实现快速锁定时间，是本章的重点内容。第三部分：系统集成、验证与新兴趋势本部分将视角从单个模块提升到整个系统的层面，讨论集成挑战、设计验证流程和未来发展方向。第七章：收发机架构的选择与系统级性能分析本章对比了超外差（Superheterodyne）、零中频（Zero-IF/Direct Conversion）和低中频（Low-IF）接收机的优缺点及其在不同应用场景下的适用性。我们将详细分析系统级噪声系数的级联计算、阻塞信号的抑制（Intermodulation Rejection）、以及如何通过选择合适的中间频率（IF）来规避 1/f 噪声和振荡器泄露问题。本章还涵盖了多模多频（MM/MF）系统对可重构电路设计提出的要求。第八章：片上无源器件的电磁耦合与版图（Layout）实践高频集成电路的性能极度依赖于物理布局。本章侧重于版图设计中的“艺术与科学”，讨论如何通过精细的版图技术来控制寄生耦合、串扰和电磁干扰（EMI）。内容包括：地线规划（Grounding Strategy）、匹配网络在实际版图中的形状优化、静电放电（ESD）保护电路对射频性能的影响，以及如何使用寄生提取工具（Extraction Tools）进行精确的后仿真验证。第九章：先进集成技术与未来展望本章探讨了超越传统平面CMOS工艺的集成技术，例如薄膜硅技术（UTBB FD-SOI）在低功耗射频应用中的潜力，以及异构集成（Heterogeneous Integration）如系统级封装（SiP）和3D集成在实现大规模MIMO系统和更高集成度收发机中的重要性。同时，本章也将展望软件定义无线电（SDR）对模拟前端设计带来的新挑战，以及AI/机器学习在优化高频电路设计流程中的初步应用。本书特色与目标读者：本书的特点在于其深度和广度兼备，理论推导严谨，同时注重实践中的工程权衡。它不仅包含了射频IC设计的基础公式和方法，更强调了在现代半导体工艺限制下，如何通过创新的架构和精细的版图设计来突破性能瓶颈。目标读者：电子工程、通信工程及微电子学相关专业的高年级本科生和研究生。从事射频、微波和高速电路设计、验证与测试的工程师。致力于下一代无线通信系统（如先进蜂窝网络、卫星通信、高精度雷达系统）的研发人员。