射頻微電子——深入理解射頻電路原理、器件與設計(原書第2版·中文導讀版)

"畢查德·拉紮維(Behzad Razavi)，加利福尼亞大學洛杉磯分校教授、IEEE傑出講師、IEEE會士，主要研究方向為無線通信、高速數據收發機、頻率合成器、鎖相環、時鐘恢復電路及數據轉換器。其代表性著作包括《射頻微電子》《模擬CMOS集成電路設計》《光通信集成電路設計》《微電子基礎》。先後於1994年獲得國際固態電路會議（ISSCC）**論文獎、歐洲固態電路會議**論文獎，1998年獲得IEEE定制集成電路會議（CICC）**論文獎，2001年獲得麥格勞-希爾年度**新書獎，2006年獲得洛克希德·馬丁卓越教學獎，2007年獲得加利福尼亞大學洛杉磯分校教員參議院教學獎。他還被評為ISSCC 50年**影響力十大作者之一，並於2012年獲得IEEE唐納德·佩德森獎，2014年獲得美國工程教育學會PSW教學獎，2017年獲得IEEE CAS John Choma教育獎等。王誌功，東南大學教授、博士生導師，東南大學射頻與光電集成電路研究所名譽所長，國務院政府特殊津貼專家，國家傑出青年科學基金獲得者，中國電子學會會士和中國通信學會會士。先後獲得“全國僑界十傑”“全國五一勞動獎章”“全國師德標兵”“中國僑聯特聘專家”“江蘇省僑聯特聘專家”“留學回國人員成就獎”“寶鋼優秀教師特等獎”“北京市教學成果一等獎”“2022年高等教育（本科）國家級教學成果一等獎”等榮譽。先後受聘擔任復旦大學、華中科技大學等30多所中國大學，以及加拿大卡爾頓大學、澳大利亞伊迪斯科文大學兼職或客座教授。迄今已在國內外核心期刊和重要會議上發表學術論文800余篇，SCI、EI收錄500余篇；出版專著4部、譯著6部、教材13部；獲得中國、德國等國際各類授權專利100余項。"

Contents目錄

Chapter 1

INTRODUCTION TO RF AND WIRELESS 

TECHNOLOGY

1.1A Wireless World

1.2RF Design Is Challenging

1.3The Big Picture

Chapter 2

BASIC CONCEPTS IN RF DESIGN

2.1General Considerations

2.1.1Units in RF Design

2.1.2Time Variance

2.1.3Nonlinearity

2.2Effects of Nonlinearity

2.2.1Harmonic Distortion

2.2.2Gain Compression

2.2.3Cross Modulation

2.2.4Intermodulation

2.2.5Cascaded Nonlinear Stages

2.2.6AM/PM Conversion

2.3Noise

2.3.1Noise as a Random Process

2.3.2Noise Spectrum

2.3.3Effect of Transfer Function on Noise

2.3.4Device Noise

2.3.5Representation of Noise in Circuits

2.4Sensitivity and Dynamic Range

2.4.1Sensitivity

2.4.2Dynamic Range

2.5Passive Impedance Transformation

2.5.1Quality Factor

2.5.2SeriestoParallel Conversion

2.5.3Basic Matching Networks

2.5.4Loss in Matching Networks

2.6Scattering Parameters

2.7Analysis of Nonlinear Dynamic Systems

2.8Volterra Series

Chapter 3

COMMUNICATION CONCEPTS

3.1General Considerations

3.2Analog Modulation

3.2.1Amplitude Modulation

3.2.2Phase and Frequency Modulation

3.3Digital Modulation

3.3.1Intersymbol Interference

3.3.2Signal Constellations

3.3.3Quadrature Modulation

3.3.4GMSK and GFSK Modulation

3.3.5Quadrature Amplitude Modulation

3.3.6Orthogonal Frequency Division Multiplexing

3.4Spectral Regrowth

3.5Mobile RF Communications

3.6Multiple Access Techniques

3.6.1Time and Frequency Division Duplexing

3.6.2FrequencyDivision Multiple Access

3.6.3TimeDivision Multiple Access

3.6.4CodeDivision Multiple Access

3.7Wireless Standards

3.7.1GSM

3.7.2IS95 CDMA

3.7.3Wideband CDMA

3.7.4Bluetooth

3.7.5IEEE802.11a/b/g

3.8Appendix I: Differential Phase Shift Keying

Chapter 4

TRANSCEIVER ARCHITECTURES

4.1General Considerations

4.2Receiver Architectures

4.2.1Basic Heterodyne Receivers

4.2.2Modern Heterodyne Receivers

4.2.3DirectConversion Receivers

4.2.4ImageReject Receivers

4.2.5LowIF Receivers

4.3Transmitter Architectures

4.3.1General Considerations

4.3.2DirectConversion Transmitters

4.3.3Modern DirectConversion Transmitters

4.3.4Heterodyne Transmitters

4.3.5Other TX Architectures

4.4OOK Transceivers

Chapter 5

LOWNOISE AMPLIFIERS

5.1General Considerations

5.2Problem of Input Matching

5.3LNA Topologies

5.3.1CommonSource Stage with Inductive Load

5.3.2CommonSource Stage with Resistive Feedback

5.3.3CommonGate Stage

5.3.4Cascode CS Stage with Inductive Degeneration

5.3.5Variants of CommonGate LNA

5.3.6NoiseCancelling LNAs

5.3.7ReactanceCancelling LNAs

5.4Gain Switching

5.5Band Switching

5.6HighIP2 LNAs

5.6.1Differential LNAs

5.6.2Other Methods of IP2 Improvement

5.7Nonlinearity Calculations

5.7.1Degenerated CS Stage

5.7.2Undegenerated CS Stage

5.7.3Differential and QuasiDifferential Pairs

5.7.4Degenerated Differential Pair

Chapter 6

MIXERS

6.1General Considerations

6.1.1Performance Parameters

6.1.2Mixer Noise Figures

6.1.3SingleBalanced and DoubleBalanced Mixers

6.2Passive Downconversion Mixers

6.2.1Gain

6.2.2LO SelfMixing

6.2.3Noise

6.2.4Input Impedance

6.2.5CurrentDriven Passive Mixers

6.3Active Downconversion Mixers

6.3.1Conversion Gain

6.3.2Noise in Active Mixers

6.3.3Linearity

6.4Improved Mixer Topologies

6.4.1Active Mixers with CurrentSource Helpers

6.4.2Active Mixers with Enhanced Transconductance

6.4.3Active Mixers with High IP2

6.4.4Active Mixers with Low Flicker Noise

6.5Upconversion Mixers

6.5.1Performance Requirements

6.5.2Upconversion Mixer Topologies

Chapter 7

PASSIVE DEVICES

7.1General Considerations

7.2Inductors

7.2.1Basic Structure

7.2.2Inductor Geometries

7.2.3Inductance Equations

7.2.4Parasitic Capacitances

7.2.5Loss Mechanisms

7.2.6Inductor Modeling

7.2.7Alternative Inductor Structures

7.3Transformers

7.3.1Transformer Structures

7.3.2Effect of Coupling Capacitance

7.3.3Transformer Modeling

7.4Transmission Lines

7.5Varactors

7.6Constant Capacitors

7.6.1MOS Capacitors

7.6.2MetalPlate Capacitors

Chapter 8

OSCILLATORS

8.1Performance Parameters

8.2Basic Principles

8.2.1Feedback View of Oscillators

8.2.2OnePort View of Oscillators

8.3CrossCoupled Oscillator

8.4ThreePoint Oscillators

8.5VoltageControlled Oscillators

8.5.1Tuning Range Limitations

8.5.2Effect of Varactor Q

8.6LC VCOs with Wide Tuning Range

8.6.1VCOs with Continuous Tuning

8.6.2Amplitude Variation with Frequency Tuning

8.6.3Discrete Tuning

8.7Phase Noise

8.7.1Basic Concepts

8.7.2Effect of Phase Noise

8.7.3Analysis of Phase Noise: Approach Ⅰ

8.7.4Analysis of Phase Noise: Approach Ⅱ

8.7.5Noise of Bias Current Source

8.7.6Figures of Merit of VCOs

8.8Design Procedure

8.9LO Interface

8.10Mathematical Model of VCOs

8.11Quadrature Oscillators

8.11.1Basic Concepts

8.11.2Properties of Coupled Oscillators

8.11.3Improved Quadrature Oscillators

8.12Appendix I: Simulation of Quadrature Oscillators

Chapter 9

PHASELOCKED LOOPS

9.1Basic Concepts

9.2TypeⅠ PLLs

9.2.1Alignment of a VCO’s Phase

9.2.2Simple PLL

9.2.3Analysis of Simple PLL

9.2.4Loop Dynamics

9.2.5Frequency Multiplication

9.2.6Drawbacks of Simple PLL

9.3TypeⅡ PLLs

9.3.1Phase/Frequency Detectors

9.3.2Charge Pumps

9.3.3ChargePump PLLs

9.3.4Transient Response

9.3.5Limitations of ContinuousTime Approximation

9.3.6FrequencyMultiplying CPPLL

9.3.7HigherOrder Loops

9.4PFD/CP Nonidealities

9.4.1Up and Down Skew and Width Mismatch

9.4.2Voltage Compliance

9.4.3Charge Injection and Clock Feedthrough

9.4.4Random Mismatch between Up and Down Currents

9.4.5ChannelLength Modulation

9.4.6Circuit Techniques

9.5Phase Noise in PLLs

9.5.1VCO Phase Noise

9.5.2Reference Phase Noise

9.6Loop Bandwidth

9.7Design Procedure

9.8Appendix Ⅰ: Phase Margin of TypeⅡ PLLs

Chapter 10

INTEGERN FREQUENCY SYNTHESIZERS

10.1General Considerations

10.2Basic IntegerN Synthesizer

10.3Settling Behavior

10.4Spur Reduction Techniques

10.5PLLBased Modulation

10.5.1InLoop Modulation

10.5.2Modulation by Offset PLLs

10.6Divider Design

10.6.1Pulse Swallow Divider

10.6.2DualModulus Dividers

10.6.3Choice of Prescaler Modulus

10.6.4Divider Logic Styles

10.6.5Miller Divider

10.6.6InjectionLocked Dividers

10.6.7Divider Delay and Phase Noise

Chapter 11

FRACTIONALN SYNTHESIZERS

11.1Basic Concepts

11.2Randomization and Noise Shaping

11.2.1Modulus Randomization

11.2.2Basic Noise Shaping

11.2.3HigherOrder Noise Shaping

11.2.4Problem of OutofBand Noise

11.2.5Effect of Charge Pump Mismatch

11.3Quantization Noise Reduction Techniques

11.3.1DAC Feedforward

11.3.2Fractional Divider

11.3.3Reference Doubling

11.3.4Multiphase Frequency Division

11.4Appendix I: Spectrum of Quantization Noise

Chapter 12

POWER AMPLIFIERS

12.1General Considerations

12.1.1Effect of High Currents

12.1.2Efficiency

12.1.3Linearity

12.1.4SingleEnded and Differential PAs

12.2Classification of Power Amplifiers

12.2.1Class A Power Amplifiers

12.2.2Class B Power Amplifiers

12.2.3Class C Power Amplifiers

12.3HighEfficiency Power Amplifiers

12.3.1Class A Stage with Harmonic Enhancement

12.3.2Class E Stage

12.3.3Class F Power Amplifiers

12.4Cascode Output Stages

12.5LargeSignal Impedance Matching

12.6Basic Linearization Techniques

12.6.1Feedforward

12.6.2Cartesian Feedback

12.6.3Predistortion

12.6.4Envelope Feedback

12.7Polar Modulation

12.7.1Basic Idea

12.7.2Polar Modulation Issues

12.7.3Improved Polar Modulation

12.8Outphasing

12.8.1Basic Idea

12.8.2Outphasing Issues

12.9Doherty Power Amplifier

12.10Design Examples

12.10.1Cascode PA Examples

12.10.2PositiveFeedback PAs

12.10.3PAs with Power Combining

12.10.4Polar Modulation PAs

12.10.5Outphasing PA Example

Chapter 13

TRANSCEIVER DESIGN EXAMPLE

13.1SystemLevel Considerations

13.1.1Receiver

13.1.2Transmitter

13.1.3Frequency Synthesizer

13.1.4Frequency Planning

13.2Receiver Design

13.2.1LNA Design

13.2.2Mixer Design

13.2.3AGC

13.3TX Design

13.3.1PA Design

13.3.2Upconverter

13.4Synthesizer Design

13.4.1VCO Design

13.4.2Divider Design

13.4.3Loop Design

第1章

射頻與無線技術簡介

1.1無線世界

1.2射頻設計的挑戰

1.3總覽

第2章

射頻設計的基本概念

2.1概述

2.1.1射頻設計中的單位

2.1.2時變性

2.1.3非線性

2.2非線性效應

2.2.1諧波失真

2.2.2增益壓縮

2.2.3交叉調制

2.2.4互調

2.2.5級聯非線性級

2.2.6AM/PM轉換

2.3噪聲

2.3.1噪聲作為隨機過程

2.3.2噪聲頻譜

2.3.3傳遞函數對噪聲的影響

2.3.4器件噪聲

2.3.5電路中噪聲的表示

2.4靈敏度和動態範圍

2.4.1靈敏度

2.4.2動態範圍

2.5無源阻抗變換

2.5.1品質因數

2.5.2串並轉換

2.5.3基本匹配網絡

2.5.4匹配網絡中的損耗

2.6散射參數

2.7非線性動態系統分析

2.8沃爾泰拉級數

第3章

通信理論基礎

3.1概述

3.2模擬調制

3.2.1幅度調制

3.2.2相位調制和頻率調制

3.3數字調制

3.3.1符號間幹擾

3.3.2信號星座

3.3.3正交調制

3.3.4GMSK和GFSK調制

3.3.5正交幅度調制

3.3.6正交頻分復用

3.4頻譜再生

3.5移動射頻通信

3.6多址接入技術

3.6.1時頻分雙工

3.6.2頻分多址

3.6.3時分多址

3.6.4碼分多址

3.7無線標準

3.7.1全球移動通信系統

3.7.2IS95碼分多址

3.7.3寬帶CDMA

3.7.4藍牙

3.7.5IEEE802.11a/b/g

3.8附錄： 差動相移鍵控(電子資源)

第4章

收發機架構

4.1概述

4.2接收機架構

4.2.1基本外差接收機

4.2.2現代外差接收機

4.2.3直接轉換接收機

4.2.4圖像抑制接收機

4.2.5低中頻接收機

4.3發射機架構

4.3.1概述

4.3.2直接轉換發射機

4.3.3現代直接轉換發射機

4.3.4外差發射機

4.3.5其他發射機架構

4.4OOK收發機

第5章

低噪聲放大器

5.1概述

5.2輸入匹配問題

5.3LNA拓撲結構

5.3.1帶電感負載的共源極放大級

5.3.2帶電阻反饋的共源極放大級

5.3.3共柵極

5.3.4含電感退化的共源共柵放大級

5.3.5共柵LNA的衍生結構

5.3.6噪聲抵消LNA

5.3.7電抗抵消LNA

5.4增益切換

5.5頻帶切換

5.6高IP2 LNA

5.6.1差分LNA

5.6.2IP2改進的其他方法

5.7非線性計算

5.7.1退行性CS階段

5.7.2未生成的CS階段

5.7.3差分和準差分對

5.7.4退化差分對

第6章

混頻器

6.1概述

6.1.1性能參數

6.1.2混頻器噪聲系數

6.1.3單平衡和雙平衡混頻器

6.2無源下變頻混頻器

6.2.1增益

6.2.2LO自混合

6.2.3噪聲

6.2.4輸入阻抗

6.2.5電流驅動無源混頻器

6.3有源下變頻混頻器

6.3.1轉換增益

6.3.2有源混頻器中的噪聲

6.3.3線性

6.4改進的混頻器

6.4.1帶電流源輔助器的有源混頻器

6.4.2具有增強跨導的有源混頻器

6.4.3高IP2有源混頻器

6.4.4低閃爍噪聲有源混頻器

6.5上變頻混頻器

6.5.1性能要求

6.5.2上變頻混頻器拓撲結構

第7章

無源器件

7.1概述

7.2電感器

7.2.1基本結構

7.2.2電感器幾何形狀

7.2.3電感方程

7.2.4寄生電容

7.2.5損耗機制

7.2.6電感器建模

7.2.7替代電感器結構

7.3變壓器

7.3.1變壓器結構

7.3.2耦合電容的影響

7.3.3變壓器建模

7.4傳輸線

7.5變容器

7.6恒流電容器

7.6.1MOS電容器

7.6.2金屬板電容器

第8章

振蕩器

8.1性能參數

8.2基本原理

8.2.1振蕩器反饋視角

8.2.2振蕩器的單端口視角

8.3交叉耦合振蕩器

8.4三點式振蕩器

8.5壓控振蕩器

8.5.1調諧範圍限制

8.5.2變容二極管Q的影響

8.6寬調諧範圍LC VCO

8.6.1帶連續調諧的VCO

8.6.2頻率調諧時的振幅變化

8.6.3離散調諧

8.7相位噪聲

8.7.1基本概念

8.7.2相位噪聲的影響

8.7.3相位噪聲分析： 方法Ⅰ

8.7.4相位噪聲分析： 方法Ⅱ

8.7.5偏置電流源的噪聲

8.7.6VCO品質因數

8.8設計流程

8.9LO接口

8.10VCO的數學模型

8.11正交振蕩器

8.11.1基本概念

8.11.2耦合振蕩器的特性

8.11.3改進的正交振蕩器

8.12附錄： 正交振蕩器的仿真(電子資源)

第9章

鎖相環

9.1基本概念

9.2Ⅰ型PLL

9.2.1VCO相位對齊

9.2.2簡單PLL

9.2.3簡單PLL分析

9.2.4環路動態特性

9.2.5倍頻

9.2.6簡單PLL的缺點

9.3Ⅱ型PLL

9.3.1相位/頻率檢測器

9.3.2電荷泵

9.3.3電荷泵PLL

9.3.4瞬態響應

9.3.5連續時間近似的局限性

9.3.6倍頻CPPLL

9.3.7高階循環

9.4PFD/CP非理想特性

9.4.1上下偏斜和寬度不匹配

9.4.2電壓合規性

9.4.3電荷註入和時鐘饋通

9.4.4上下電流之間的隨機失配

9.4.5信道長度調制

9.4.6電路技術

9.5PLL中的相位噪聲

9.5.1VCO相位噪聲

9.5.2參考相位噪聲

9.6環路帶寬

9.7設計流程

9.8附錄： Ⅱ型PLL的相位裕度(電子資源)

第10章

整數N頻率合成器

10.1概述

10.2基本整數N合成器

10.3穩定特性

10.4雜散抑制技術

10.5基於PLL的調制

10.5.1環路內調制

10.5.2偏移PLL調制

10.6分頻器設計

10.6.1吞脈沖分頻器

10.6.2雙模分頻器

10.6.3預分頻器模數的選擇

10.6.4分頻器邏輯樣式

10.6.5米勒分頻器

10.6.6註入鎖定分頻器

10.6.7分頻器延遲和相位噪聲

第11章

分數N頻率合成器

11.1基本概念

11.2隨機化與噪聲整形

11.2.1模數隨機化

11.2.2基本噪聲整形

11.2.3高階噪聲整形

11.2.4帶外噪聲問題

11.2.5電荷泵失配的影響

11.3量化噪聲抑制

11.3.1DAC前饋

11.3.2分數分頻器

11.3.3參考倍增

11.3.4多相分頻

11.4附錄： 量化噪聲頻譜(電子資源)

第12章

功率放大器

12.1概述

12.1.1大電流的影響

12.1.2效率

12.1.3線性

12.1.4單端和差分功率放大器

12.2功率放大器的分類

12.2.1A類功率放大器

12.2.2B類功率放大器

12.2.3C類功率放大器

12.3高效功率放大器

12.3.1帶諧波增強的A類功率放大器

12.3.2E類功率放大器

12.3.3F類功率放大器

12.4共源共柵輸出級

12.5大信號阻抗匹配

12.6基本線性化技術

12.6.1前饋

12.6.2笛卡兒反饋

12.6.3預失真

12.6.4包絡反饋

12.7極化調制

12.7.1基本思想

12.7.2極化調制問題

12.7.3改進的極化調制

12.8異相

12.8.1基本思想

12.8.2延期問題

12.9Doherty功率放大器

12.10設計示例

12.10.1共源共柵功率放大器實例

12.10.2正反饋功率放大器

12.10.3帶功率合成的功率放大器

12.10.4極化調制功率放大器

12.10.5異相功率放大器實例

第13章

收發機設計實例

13.1系統級技術指標

13.1.1接收機

13.1.2發射機

13.1.3頻率合成器

13.1.4頻率規劃

13.2接收機設計

13.2.1LNA設計

13.2.2混頻器設計

13.2.3AGC

13.3發射機設計

13.3.1功率放大器設計

13.3.2上變頻器

13.4合成器設計

13.4.1壓控振蕩器設計

13.4.2分頻器設計

13.4.3環路設計