本书从硅基毫米波集成电路与系统的发展趋势及应用特点出发，设计了“基本概念、设计工具、关键器件、关键模块、芯片系统”五个重要的知识教学群，并融入华大九天国产化自主电子设计自动化（EDA）工具，实现了国产化工具设计方法从理论到实例的内容覆盖，提升读者对国产化工具的学习和使用能力。全书共11章，主要介绍毫米波技术、电路设计基本概念、EDA软件仿真教程、无源集成器件、低噪声放大器、功率放大器、频率合成器、混频器和倍频器、衰减器和移相器、采用华大九天国产EDA工具的射频/微波集成电路设计案例、接收机系统架构及设计实例等内容。
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第1章 毫米波技术概述 1
1.1 毫米波技术发展路径 1
1.1.1 初期研究 1
1.1.2 通信应用的探索 2
1.1.3 技术突破和标准化 3
1.1.4 商业化应用和推广 3
1.1.5 6G研发与国家战略布局 4
1.2 毫米波技术复杂性分析 4
1.2.1 在天线设计和阵列方面的复杂性 4
1.2.2 在射频信号传播和衰减方面的复杂性 5
1.2.3 在系统级集成和封装方面的复杂性 6
1.2.4 在非理想条件和环境影响方面的复杂性 7
1.3 毫米波硅基工艺 8
1.3.1 毫米波硅基工艺概述 8
1.3.2 硅基工艺历史发展 9
1.3.3 CMOS工艺 10
1.3.4 SiGe工艺 10
1.4 设计瓶颈 11
1.4.1 材料限制 11
1.4.2 器件限制 12
1.4.3 器件建模困难 12
1.4.4 电路设计挑战 13
1.4.5 电磁仿真挑战 13
参考文献 14
第2章 电路设计的基本概念 15
2.1 非线性影响 15
2.1.1 谐波失真 15
2.1.2 增益压缩 16
2.1.3 互调 20
2.1.4 交调 20
2.1.5 毫米波器件非线性模型及分析方法 25
2.1.6 级联系统的非线性 27
2.2 噪声 28
2.2.1 噪声的随机性 28
2.2.2 噪声功率谱 30
2.2.3 系统的传递函数对噪声PSD的影响 31
2.2.4 器件的噪声 31
2.2.5 电路中噪声的表示 36
2.3 无源阻抗匹配 39
2.3.1 阻抗概念 40
2.3.2 阻抗匹配的重要性 40
2.3.3 毫米波电路常用的阻抗匹配技术 41
2.4 本章小结 45
参考文献 46
第3章 EDA软件仿真教程 47
3.1 Cadence基础仿真教程及实例 47
3.1.1 直流仿真 47
3.1.2 S参数仿真 50
3.2 HFSS仿真 52
3.2.1 HFSS模型的建立：建立金属GND 52
3.2.2 版图文件的导入 55
3.2.3 SNP文件的导出 57
3.3 仿真实例：变压器 59
3.3.1 变压器模型的建立 59
3.3.2 端口的设置 60
3.3.3 感值、耦合系数、Q值的计算 61
3.3.4 联合仿真实例：阻抗匹配 61
3.4 华大九天仿真教程 63
3.4.1 华大九天基础仿真 63
3.4.2 华大九天S参数仿真 67
3.5 本章小结 69
参考文献 69
第4章 无源集成器件 70
4.1 电感 70
4.1.1 基本结构 70
4.1.2 寄生电容 75
4.1.3 损耗机制 76
4.1.4 电感模型 77
4.2 变压器 79
4.2.1 性能指标 79
4.2.2 基本结构 82
4.2.3 变压器模型 83
4.3 传输线 84
4.3.1 传输线的电路模型 84
4.3.2 传输线的特性 86
4.3.3 无损耗传输线 86
4.3.4 有损耗传输线 88
4.3.5 传输线的阻抗匹配 89
4.4 电容 90
4.4.1 MIM电容 91
4.4.2 MOM电容 92
4.5 实际设计案例 93
4.5.1 变压器和电感 93
4.5.2 传输线 96
4.6 本章小结 98
参考文献 98
第5章 低噪声放大器 99
5.1 低噪声放大器的设计指标 99
5.1.1 噪声系数 100
5.1.2 增益与带宽 100
5.1.3 线性度 101
5.1.4 功耗 102
5.2 低噪声放大器拓扑 102
5.2.1 电感退化结构LNA 102
5.2.2 跨导增强和“噪声抵消”结构LNA 104
5.2.3 LNA的零极点调谐技术 106
5.2.4 电流复用LNA 107
5.3 最优噪声工作点分析 108
5.3.1 输入匹配与噪声匹配 108
5.3.2 有源器件匹配 108
5.3.3 无源器件匹配 110
5.4 噪声分析和噪声抵消方法 110
5.4.1 噪声分析方法 111
5.4.2 噪声抵消方法 113
5.4.3 差分输出噪声抵消结构 114
5.5 实际设计案例 115
5.6 本章小结 116
参考文献 116
第6章 功率放大器 118
6.1 核心指标 118
6.1.1 输出功率 118
6.1.2 功率增益 118
6.1.3 效率 119
6.1.4 线性度 119
6.2 功率放大器拓扑 120
6.2.1 A类功率放大器 120
6.2.2 B类功率放大器 121
6.2.3 C类功率放大器 121
6.2.4 AB类功率放大器 122
6.3 最优输出功率工作点分析 122
6.4 输出/功率匹配与功率合成 123
6.4.1 零相位传输线功率合成技术 124
6.4.2 Wilkinson功率合成技术 124
6.4.3 基于变压器的功率合成技术 126
6.4.4 基于正交耦合器的功率合成技术 129
6.5 负载调制技术 130
6.5.1 有源负载调制原理与Doherty架构 130
6.5.2 Doherty架构在毫米波功率放大器中的应用 134
6.6 实际设计案例 137
6.7 本章小结 139
参考文献 139
第7章 频率合成器 140
7.1 频率合成器类型 140
7.1.1 查表合成器 140
7.1.2 直接合成器 141
7.1.3 锁相环合成器 141
7.1.4 直接数字频率合成器 142
7.2 锁相环 143
7.2.1 工作原理 143
7.2.2 基本指标 144
7.2.3 基本结构与分类 146
7.2.4 模块分析 150
7.3 振荡器 152
7.3.1 基本工作原理 152
7.3.2 压控振荡器的相关指标 154
7.4 分频器 156
7.4.1 双模分频器和多模分频器 156
7.4.2 预分频器 157
7.4.3 分频器电路实现 158
7.5 本章小结 159
参考文献 159
第8章 混频器和倍频器 161
8.1 混频器电路拓扑 161
8.1.1 基础与重要指标 161
8.1.2 拓扑与分类 163
8.2 混频器设计案例 168
8.2.1 基于二次谐波注入技术的28GHz上混频器设计 168
8.2.2 D波段增益增强的电流注入型下混频器设计 169
8.3 倍频器 170
8.3.1 分类 170
8.3.2 基本工作原理 171
8.3.3 性能指标 172
8.3.4 基于场效应管的倍频原理 173
8.4 倍频器设计案例 176
8.4.1 66GHz四倍频器设计 176
8.4.2 230GHz四倍频器设计 176
8.5 本章小结 178
参考文献 178
第9章 衰减器和移相器 180
9.1 衰减器电路拓扑 180
9.1.1 衰减器技术指标 180
9.1.2 衰减器常见电路结构及原理 182
9.2 衰减器设计案例 186
9.2.1 28～40GHz低幅度与相位误差衰减器 187
9.2.2 分布式衰减器 188
9.3 移相器电路拓扑 189
9.3.1 反射型移相器 190
9.3.2 开关型移相器 194
9.3.3 矢量合成型移相器 198
9.4 移相器设计案例 201
9.5 本章小结 202
参考文献 202
第10章 采用华大九天国产EDA工具的射频/微波集成电路设计案例 204
10.1 放大器S参数分析及稳定性设计 204
10.1.1 晶体管S参数分析对比 204
10.1.2 放大器稳定性分析 209
10.1.3 基于Smith圆图工具进行匹配电路设计 212
10.1.4 基于原理图创建电路symbol 215
10.2 放大器非线性与动态特性仿真分析 217
10.2.1 谐波平衡仿真分析 217
10.2.2 功率扫描仿真分析 221
10.2.3 双音仿真分析 223
10.2.4 负载牵引仿真分析 226
10.3 基于CMOS工艺的环形振荡器仿真 230
10.3.1 基于AetherMW平台创建环形振荡器电路 230
10.3.2 环形振荡器的基础仿真 233
10.3.3 环形振荡器的关键指标仿真 237
10.4 本章小结 241
参考文献 241
第11章 接收机系统架构及设计实例 242
11.1 超外差架构接收机 242
11.1.1 基本结构和工作原理 242
11.1.2 设计实例 245
11.2 零中频架构接收机 257
11.2.1 基本结构和工作原理 257
11.2.2 设计实例 259
参考文献 262
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