本书详细分析了LNA、混频器、差分对、巴仑、调谐滤波器、VCO和功率放大器等各种独立射频模块的设计过程，以工程设计的角度重点讨论了射频电路设计中阻抗匹配、接地及电流耦合、数字电路与射频电路的差异、电压功率传输、宽带阻抗匹配、窄带阻抗匹配、RFIC及SoC、产品的可制造性等基本设计技术与方案；最后介绍了射频电路系统分析中的系统增益、噪声系数、非线性现象等主要参数。     读者对象：本书基于工程实例，全面讲解了射频电路设计的各个方面，可供从事无线通信系统设计、射频电路和系统设计工作的大学高年级学生、研究生和工程技术人员参考。

中 文 版 序 回顾人类社会的历史，人的智慧随着岁月加速增长，20世纪人类文明的辉煌成就大大超越过以前19个世纪的总和。无线电通信（Radio Communication）无疑是人类智慧最耀眼的结晶之一。 射频（Radio Frequency）是指在无线电通信中所使用的电磁波频率，包括高频（High Frequency）、甚高频（Very High Frequency）、超高频（Ultra High Frequency）和更高频率的频段。随着无线电通信技术的进步，目前射频频段已扩展至几十甚至几百吉赫，与微波、毫米波等频段连接起来了。 在无线电通信系统中，射频电路是紧接着天线直至解调器或调制器的部分，而数字和模拟电路是从解调器或调制器算起远离天线的部分。射频电路的任务是执行信号功率的传输或运作，而数字电路的任务是执行信号状态（0或1）的传输或运作。由于电路执行的任务不同，这两种电路设计的方法也就有很大的差别，尽管它们的电磁场都服从麦克斯韦方程组，但它们的电路都服从欧姆定律。 在上世纪50年代，电子产品已从真空电路的设计过渡到半导体的设计，到了60年代，数字电路设计率先进入大规模集成电路时代。相对而言，射频电路设计技术比较缓慢，在上世纪90年代，射频集成电路（Radio Frequency Integrated Circuit）才开始出现在实际的产品中。 在我国，数字电路设计技术也比较成熟，在上世纪70年代，我国就已能设计和生产大规模数字集成电路。但是，由于片面强调数字技术，我国的射频电路设计技术起步较晚，与先进国家相比有较大差距，很多射频集成电路芯片依赖于进口。在我国不少公司或研究部门，开发电子产品的瓶颈往往是不过关的射频电路设计技术。 目前有很多关于射频电路设计的著作，其中大多数侧重于射频电路工作原理的描述。实际上，对于一个射频电路设计工程师来说，理解和熟悉射频电路工作原理只算是刚刚入了电路设计的门，更重要的是掌握射频电路设计的基本设计技术或技巧。由于有这样的认识和出自于这样的动机，我所著的RF Circuit Design一书于2009年由美国的John Wiley ＆ Sons公司出版了。这本书总结了我从事射频电路的工程设计二十多年来成功的经验和失败的教训。第一部分介绍单个射频模块的设计；第二部分探讨射频电路设计的基本设计技术和技巧，是本书最独特的内容即，区别于其他射频电路设计参考书的部分；第三部分描述射频电路的主要参数及系统分析的方法。在这本书出版前后几年，我曾在中国大陆、台湾地区、香港及新加坡等地举办过50多次有关射频电路设计的讲座，最受欢迎的就是射频电路设计技术和技巧部分。 遗憾的是，由于本书英文版的价格因素，能够受益的中国读者毕竟有限。现在，在电子工业出版社的推动下，电子科技大学的鲍景富博士和他领导的团队将这本书译成了中文版，为中国读者在射频电路设计领域的快速提高做出了贡献。当前我国正处于“十二五”高速发展时期，射频电路设计是通信行业的一项重要的核心技术。本书中文版的问世正赶上好时机。感谢鲍景富老师和他的团队的努力！感谢电子工业出版社的大力支持！ 正如我在本书前言中所说，我再次申明，由于本书的主要内容是本人的工程设计经验总结和理论演释，难免带有偏见和不妥之处，盼读者指正。我的邮箱是chihsili@yahoo.com.cn。 李缉熙（Richard Chi-Hsi Li） 2011年于厦门译 者 序 多年前我在海外工作，有个在射频领域工作了三十余年的老专家对我说：从事射频技术工作，三年入门，六年上手。现在，我自己从事射频领域工作已二十多年，每年培养数名射频方向的硕士研究生，对此语深有体会。 射频电路是现代无线通信技术的基础，涉及从电路模块到系统设计的各个方面。现有的多数书籍都着重于射频电路设计的理论分析，缺少将设计理论与工程实践结合得较好的参考书。美籍华人科学家李缉熙博士从事射频电路设计三十多年，具有深厚的理论基础和丰富的实践经验，曾在中国大陆、台湾地区、香港及新加坡等地举办过五十多次有关射频电路设计的讲座，在行业内享有盛誉。本书是李缉熙博士多年工程设计经验的结晶，他长期在摩托罗拉公司的射频部工作，具有很强的工程背景，书中各章节内容也倾向工程的具体电路设计，所以译者确定中译本书名时特意添加了“工程”两字，定名为《射频电路工程设计》。 全书共分18章，从三个方面阐述射频电路设计：单个射频模块，设计技术与技巧，射频系统分析。第一部分包括第1章至第7章，包括LNA、混频器、差分对、巴仑、调谐滤波器、VCO和功率放大器设计。第二部分包括第8章至第17章，详细分析了射频电路共同的基本设计技术与技巧，包括阻抗匹配、射频接地、RFIC及SoC、产品的可制造性等四个方面。最后一部分介绍了射频系统分析的基本参数和方法。本书所涉及的问题和解决方案来自于作者长期的工作经验，很有参考价值，是从事射频电路设计的工程师的必备参考书，也可以作为射频电路设计科技人员的培训教材。 全书主要由电子科技大学的鲍景富老师、唐宗熙老师和张彪老师翻译完成，鲍景富还负责进行全书的校对和统稿。在翻译过程中得到了许多博士、硕士研究生的协助，其中包括吴韵秋、赵世巍、冯华、蒋涛、何稀、蔡元存、陈磊、赵楠、吴毅威、夏青、牟鹏飞、吴穹、张良钿、刘文强、伍文昌、马韬、史荣涛、涂程等，在此表示衷心的感谢。在翻译此书时我们与作者李缉熙博士互动，对书中的一些射频中英文词语的翻译，李博士提了很多建设性的意见，并欣然为中文版作序，在此向李博士深表谢意！同时感谢成都九洲迪飞科技有限责任公司张文生总经理和徐克兴总工程师对翻译和出版本书的大力支持。 由于译者水平有限，书中难免存在错误，恳请读者批评指正。 译者 鲍景富等2011年4月于成都 前 言 作者已经从事射频电路设计二十余年， 为了和读者们分享作者在射频电路设计中的成功和失败经验， 成了编写这本书的动机， 我想此书对射频电路设计工程师来讲肯定会有帮助的， 全书分为三部分， 如下图所示。 射频电路设计的三个方面描述第一部分：单一个射频模块（第1~7章） 市场上有很多关于射频电路设计的书， 这些书通常是强调独立模块的工作原理的纵向安排。这些独立的模块包括低噪声放大器、混频器、滤波器、压控振荡器、功率放大器等。 如上图所示， 作者遵循这种纵向的模式：● 低噪声放大器（第1章） ● 混频器（第2章） ● 差分对（第3章） ● 巴仑（第4章） ● 可调滤波器（第5章） ● 压控振荡器（第6章） ● 功率放大器（第7章）在书中， 作者给出了实际工程设计的例子， 而不是仅仅强调工作原理。这些例子中大多数都是作者自己曾经设计过的。 在第1章中， 给出了一种新的设计方法。在20世纪90年代， 作者发现在低噪声放大器设计中， 可以同时得到最大增益和最小噪声系数的方法。这一原理在作者的很多工程项目的设计产品上已经应用过了；然而在以前， 这些正确的结论却没有公诸于众。这些年来， 作者在讲座时着重介绍了这些结论， 并且因此收到了来自于听众令人鼓舞的回应。 在第4章中， 详尽介绍了变压器巴仑和LC巴仑。在过去的几年中， 作者每次都使用转换比为1︰2的专用变压器巴仑来进行电路仿真。在这种专用变压器巴仑中， 作者发现了一种有利条件， 即在电路仿真中， 单端结构电路可以代替差分结构电路。在实验室测试中， 作者更倾向于使用LC巴仑， 因为它简洁、易用并且可靠。1992年作者形成了一些设计公式， 尽管还没有论文在会议或出版物中发表或公布， 但这些公式却已经在实际的工程设计中应用了很多年。 第5章的内容来自于作者的美国专利摘要。只要构成可调滤波器的主要耦合元件是电感而不是电容， 或者是电感与电容的组合， 那么可调滤波器的带宽就可以在整个希望的频率范围内保持不变。另外， 通过一个小电容可以产生深度镜频抑制到“零”， 这也说明了：尽管在50年前这种可调滤波器就已经由工程师设计出来了， 但我们仍旧可以借助于这种简单的方案， 在很大程度上改良各独立模块的性能。 第二部分：设计技术和方案（第8~17章） 如上图所示,横向描述的章节包括四部分：阻抗匹配（第8章至第13章）， 接地与电流耦合（第14章和第15章）， 射频集成电路与片上系统（第16章）， 产品可制造性的6σ设计方法（第17章）。 根据作者对于射频电路的设计经验， 相对于射频模块或者射频集成电路芯片的6σ设计方法来说， 对理解射频电路模块的工作原理会更加容易。因此， 熟悉下面这四种基本的技术和方案是必不可少的， 包括阻抗匹配、接地、射频集成电路与片上系统及6σ设计方法。这些对于一名合格的射频电路设计人员是基本的要求和必备的条件。 为什么阻抗匹配技术如此重要？这是因为● 射频电路模块的主要任务是功率的传输或处理， 而数字电路模块的主要任务是状态的传输或处理。 ● 功率的传输和处理是与阻抗匹配直接相关的。优化功率传输和处理的充要条件是射频模块间输入与输出阻抗的共轭匹配。 ● 因此， 对几乎所有的射频模块都要做阻抗匹配。仅有的例外是： ○ 振荡器或压控振荡器的输出端；与压控振荡器相连的缓冲器的输入端。 ○ 射频调制解调器的数字中频输入端与输出端。当今， 超宽带系统的阻抗匹配是一项具有挑战性的任务， 这同样也是射频电路设计技术的核心。这也就是作者为什么要花费全书三分之一的篇幅来介绍这一主题的原因。作者在阻抗匹配方面的研究成果是把史密斯圆图划分为四个区域， 这样做就可以根据一组公式直接设计由两个元件构建的阻抗匹配网络。第4章是作者近期对超宽带系统研究工作内容的总结， 其讨论内容是宽带情况下的阻抗匹配。作者认为这种设计宽带阻抗匹配的方法论是独特的， 而且先前也从未发表过。 为什么接地如此重要？这是因为● 在射频的频率范围内， 具有良好电导率的金属表面往往不是等电位的。 ● 在射频的频率范围内， 一条优质射频电缆两端的接地点在大多数情况下不是等电位的。 ● 在大多数情况下， 与地参考面耦合的返回路径电流是可以忽略或者降低其重要性的。 ● 对今天的RFIC设计者来说， 获得交流时具有近似短路特性的“零”电容已经成为瓶颈。为什么射频集成电路与片上系统如此重要？这是因为● 与采用分立元件设计的射频模块相比， 射频集成电路具有成本低、体积小和可靠性高的优点。 ● 电路设计的下一步将要涉及片上系统的设计， 然而却还要克服许多困难。为什么6σ设计方法如此重要？这是因为● 大批量生产线制造出来的产品的生命力依赖于6σ设计方法或者100的合格率。 ● 实验室中电路样品的设计方法不同于大批量生产线上产品的6σ设计方法。要使电路样品设计达到与6σ设计同样的目标， 还有很长一段路要走。 ● 使用6σ设计方法这一标准来衡量一名射频电路设计人员是否合格， 是必要的和合适的。 第三部分：射频系统分析（第18章） 如上图所示， 本书的第三部分给出了射频电路系统分析的基本参数和必要的理论背景， 这部分内容可以帮助读者掌控独立射频电路模块的设计。 本书的大部分内容只是对作者设计工作的一个总结， 因此可能会不够完美， 有所偏颇。如果能收到读者的意见， 作者将不胜感激。作者的电子邮件地址是chihsili@yahoo.com.cn。 下列书籍和文章， 作者感受到在工程设计时是非常有帮助的： Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 4thed., John Wiley ＆ Sons, Inc., 2001; Thomas H. Lee, The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits, Cambridge University Press, 1998; Donald R.J. White, Electrical Filters, Synthesis, Design and Applications, Don White Consultants, Inc., 1980; Barrie Gilbert, “ The Multi-tanh Principle: A Tutorial Overview, ” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol. 33, No.1, January 1998, pp. 2-17; and H. A. Haus et al., “ Representation of Noise in Linear Two Ports, ” Proceedings of the IRE , Vol. 48, January 1960, pp. 69-74. 最后， 由衷地感谢我可爱的儿子Bruno Sie Li， 他审校了我的英文， 并且设计了这本书的封面。 Richard Chi-Hsi Li（李缉熙）2008年3月于美国得克萨斯州沃思堡

第一部分 单个射频模块 第1章 低噪声放大器 1.1 引言 1.2 单端单管低噪声放大器 1.3 单端级联低噪声放大器 1.4 带自动增益控制(AGC)性能的低噪声放大器 参考文献 第2章 混频器 2.1 引言 2.2 无源混频器 2.3 有源混频器 2.4 设计方案 附录 参考文献 第3章 差分对 3.1 为什么需要差分对 3.2 可以用一个电容来隔离直流偏置吗 3.3 差分对电路的基本原理 3.4 CMRR(共模抑制比) 附录 参考文献 第4章 射频巴仑 4.1 引言 4.2 变压器巴仑 4.3 LC巴仑 4.4 微带线巴仑 4.5 混合巴仑 附录 参考文献 第5章 调谐滤波器 5.1 通信系统中的调谐滤波器 5.2 两个谐振回路间的耦合 5.3 电路描述 5.4 第二耦合的效果 5.5 性能 参考文献 第6章 压控振荡器 6.1 “三点”式振荡器 6.2 其他单端振荡器 6.3 压控振荡器与锁相环 6.4 单端VCO的设计实例 6.5 差分VCO与四相制VCO 参考文献 第7章 功率放大器 7.1 功率放大器的分类 7.2 单端型功率放大器设计 7.3 单端型功率放大器集成电路设计 7.4 推挽式功率放大器设计 7.5 带温度补偿的功率放大器 7.6 带输出功率控制的功率放大器 7.7 线性功率放大器 参考文献 第二部分 设计技术和技巧 第8章 射频电路设计和数字电路设计的不同方法 8.1 数模两类电路的分歧 8.2 通信系统中射频电路模块和数字电路模块的差别 8.3 结论 8.4 高速数字电路设计的注意点 参考文献 第9章 电压与功率传输 9.1 电压从源传输到负载 9.2 功率从源传输到负载 9.3 阻抗共轭匹配 9.4 阻抗匹配的附加作用 附录 参考文献 第10章 窄带阻抗匹配 10.1 引言 10.2 借助于调整回波损耗进行阻抗匹配 10.3 由单个元件构成的阻抗匹配网络 10.4 两个元件构成的阻抗匹配网络 10.5 由三个元件构成的阻抗匹配网络 10.6 当Zs或ZL不为50 Ω时的阻抗匹配 10.7 阻抗匹配网络中的元件 附录 参考文献 第11章 宽带阻抗匹配 11.1 史密斯原图上的窄带和宽带回波损耗 11.2 插入一个元件构成的臂或分支引起的阻抗变化 11.3 插入由两个元件构成的臂或分支引起的阻抗变化 11.4 UMB系统IQ调制器设计中的阻抗匹配 11.5 宽带阻抗匹配网络的讨论 参考文献 第12章 器件的阻抗和增益 12.1 引言 12.2 密勒效应 12.3 双极晶体管的小信号模型 12.4 CE(共射)结构的双极晶体管 12.5 CB(共基)结构的双极晶体管 12.6 CC(共集)结构的双极晶体管 12.7 MOSFET晶体管的小信号模型 12.8 双极晶体管和MOSFET晶体管的相似点 12.9 CS(共源)结构的MOSFET晶体管 12.10 CG(共栅)结构的MOSFET晶体管 12.11 CD(共漏)结构的MOSFET晶体管 12.12 不同结构双极晶体管和MOSFET晶体管的比较 参考文献 第13章 阻抗测量 13.1 引言 13.2 标量电压测量与矢量电压测量 13.3 采用网络分析仪直接测量阻抗 13.4 用网络分析仪进行阻抗测量的另一种方法 13.5 借助环形器进行阻抗测量 附录 参考文献 第14章 接地 14.1 接地的含义 14.2 隐藏在原理图中可能的接地问题 14.3 不良或不合适的接地举例 14.4 “零”电容 14.5 1/4波长微带线 附录 参考文献 第15章 接地面的等势性和电流耦合 15.1 接地面的等势性 15.2 前向和反向电流耦合 15.3 具有多层金属层的PCB或IC芯片 附录 参考文献 第16章 射频集成电路(RFIC)与片上系统(SoC) 16.1 干扰和隔离 16.2 使用金属盒屏蔽射频模块 16.3 发展射频集成电路的强烈需求 16.4 沿着集成电路衬底传输的干扰信号 16.5 抑制来自外部空间的干扰的方法 16.6 在射频模块和RFIC设计中应遵循的共同接地规则 16.7 射频集成电路设计中遇到的瓶颈 16.8 片上系统的前景 16.9 下一个是什么 附录 参考文献 第17章 产品设计的可制造性 17.1 引言 17.2 6σ设计的含义 17.3 逼近6σ设计 17.4 蒙特卡洛分析 附录 参考文献 第三部分 射频系统分析 第18章 射频电路设计中的主要参量与系统分析 18.1 引言 18.2 功率增益 18.3 噪声 18.4 非线性 18.5 其他参量 18.6 射频系统分析示例 附录 参考文献