这本被誉为射频集成电路设计指南的著作全面深入地介绍了设计吉赫兹（GHz）CMOS射频集成电路的细节。本书首先简要介绍了无线电发展史和无线系统原理；在回顾集成电路元件特性、MOS器件物理和模型、RLC串并联和其他振荡网络及分布式系统特点的基础上，介绍了史密斯圆图、S参数和带宽估计技术；着重说明了现代高频宽带放大器的设计方法，详细讨论了关键的射频电路模块，包括低噪声放大器（LNA）、基准电压源、混频器、射频功率放大器、振荡器和频率综合器。书中对于射频集成电路中存在的各类噪声及噪声特性（包括振荡电路中的相位噪声）进行了深入的探讨。本书最后考察了收发器的总体结构并展望了射频电路未来发展的前景。书中给出了许多非常实用的电路图和其他插图，并附有许多具有启发性的习题。
Thomas H．Lee于1990年获得美国麻省理工学院电机工程系博士学位，现为斯坦福大学电气工程系副教授。此外，他还是IEEE固态电路协会和IEEE微波理论与技术协会的杰出讲演者。他在国际会议上赢得过四次“最佳论文”奖，并赢得Packard基金会(Packard Foundation Fellowship)的研究基金。Thomas H．Lee教授发表过100余篇学术论文并拥有30项美国专利。他还和其他人共同创办了几家公司，其中包括Matrix Semiconductor。
余志平，清华大学教授、博士生导师。1967 年毕业于清华大学无线电电子学系，1980、1985年分别获得美国斯坦福 大学电机工程系硕士、博士学位。现为 IEEE 高级会员。
目 录
第1章 无线电发展历史的间断回顾 1
1.1 引言 1
1.2 麦克斯韦和赫兹 1
1.3 真空管发明前的电子学 2
1.4 真空管的诞生 6
1.5 Armstrong和再生放大器/检波器/振荡器 9
1.6 其他无线电电路 11
1.6.1 调谐与中和式调谐射频接收器 11
1.6.2 返回式电路 12
1.7 Armstrong和超再生电路 13
1.8 Oleg Losev和第一个固态电路放大器 14
1.9 结束语 15
1.10 附录A：真空管基础 16
1.11 附录B：究竟是谁发明了无线电 24
第2章 无线通信原理概述 31
2.1 无线系统简史 31
2.1.1 新生代时期 32
2.1.2 移动电话服务的首次出现 34
2.1.3 第一代蜂窝电话系统 36
2.1.4 第二代蜂窝电话系统 37
2.1.5 第三代（3G）蜂窝电话系统 40
2.2 非蜂窝无线通信的应用 40
2.2.1 IEEE 802.11（WiFi） 40
2.2.2 蓝牙 42
2.2.3 无线个人局域网（WPAN） 42
2.2.4 超宽带（UWB） 43
2.3 香农定理、调制及其他主题 43
2.3.1 幅值调制（AM） 47
2.3.2 DSB-SC（SC-AM）与SSB 49
2.3.3 角度调制：FM和PM 53
2.3.4 数字调制 56
2.4 传播 59
2.5 结论 64
2.6 附录：其他无线系统的特性 64
第3章 无源RLC网络 67
3.1 引言 67
3.2 并联RLC谐振回路 67
3.2.1 Q值 68
3.2.2 谐振时的支路电流 69
3.2.3 带宽与Q值 69
3.2.4 铃振与Q值 70
3.3 串联RLC网络 70
3.4 其他谐振RLC网络 71
3.5 作为阻抗变换器的RLC网络 72
3.5.1 最大功率传输理论 72
3.5.2 L形匹配 72
3.5.3 ? 形匹配 74
3.5.4 T形匹配 75
3.5.5 作为阻抗匹配网络的抽头电容谐振器 76
3.5.6 抽头电感匹配 78
3.5.7 双抽头谐振器 79
3.6 实例 80
3.6.1 L形匹配求解 81
3.6.2 ? 形匹配求解 81
3.6.3 抽头电容匹配求解 82
3.6.4 抽头电感匹配求解 82
习题 83
第4章 无源集成电路元件的特性 88
4.1 引言 88
4.2 射频情况下的互连线：趋肤效应 88
4.3 电阻 92
4.4 电容 94
4.5 电感 104
4.5.1 螺旋电感 104
4.5.2 键合线电感 111
4.5.3 其他电感公式 112
4.6 变压器 114
4.6.1 单片变压器的实现方法 116
4.6.2 平面变压器的解析模型 118
4.7 高频时的互连选择 120
4.8 小结 123
4.9 附录：电容方程总结 123
习题 124
第5章 MOS器件物理特性回顾 127
5.1 引言 127
5.2 MOS简史 127
5.3 场效应管：一个小故事 128
5.4 MOSFET物理特性：长沟道近似 128
5.4.1 线性区（三极管区）的漏极电流 130
5.4.2 饱和区的漏极电流 131
5.4.3 沟道长度调制 131
5.4.4 动态元件 132
5.4.5 高频品质因子 134
5.4.6 长沟道限制内的工艺尺寸等比例缩小规律 136
5.5 弱反型区（亚阈值区）的工作情况 136
5.5.1 基础知识 137
5.5.2 亚阈值模型公式 138
5.5.3 亚阈值模型小结 139
5.6 短沟道情况下的MOS器件物理特性 139
5.6.1 速度饱和对晶体管动态特性的影响 141
5.6.2 阈值电压的降低 141
5.6.3 衬底电流 142
5.6.4 栅极电流 142
5.7 其他效应 142
5.7.1 背栅偏置 142
5.7.2 温度的变化 143
5.7.3 垂直电场方向上的迁移率降低 144
5.8 小结 144
5.9 附录A：0.5 ?m Level-3 SPICE模型 144
5.10 附录B：Level-3 SPICE模型 145
5.11 附录C：Level-1 MOS模型 149
5.12 附录D：一些非常粗略的尺寸缩小规律 150
习题 151
第6章 分布参数系统 154
6.1 引言 154
6.2 集总和分布参数范畴之间的联系 156
6.3 重复结构的策动点阻抗 156
6.4 关于传输线的更详细讨论 157
6.4.1 有损传输线的集总参数模型 158
6.4.2 有损传输线的特征阻抗 158
6.4.3 传播常数 158
6.4.4 ? 与传输线参数的关系 159
6.5 有限长传输线的特性 162
6.5.1 终端匹配的传输线 162
6.5.2 终端接上任意负载阻抗的传输线 162
6.6 传输线公式小结 164
6.7 人工传输线 164
6.7.1 集总参数传输线的截止频率 165
6.7.2 终止集总参数传输线 165
6.7.3 m参数半段网络 166
6.8 小结 166
习题 167
第7章 史密斯圆图和S参数 169
7.1 引言 169
7.2 史密斯圆图 169
7.3 S参数 172
7.4 附录A：关于单位的一些说明 174
7.5 附录B：为什么采用50 ?（或75 ?） 175
习题 177
第8章 带宽估算方法 179
8.1 引言 179
8.2 开路时间常数方法 179
8.2.1 观察与解释 181
8.2.2 开路时间常数的精度 181
8.2.3 其他重要考虑 182
8.2.4 一些有用的公式 183
8.2.5 其他公式 184
8.2.6 设计实例 189
8.2.7 开路时间常数方法小结 195
8.3 短路时间常数方法 196
8.3.1 引言 196
8.3.2 背景材料 196
8.3.3 观察与解释 197
8.3.4 短路时间常数的精度 197
8.3.5 其他重要考虑 198
8.3.6 小结与结论 199
8.4 补充读物 199
8.5 上升时间、延时及带宽 200
8.5.1 引言 200
8.5.2 级联系统的延时 200
8.5.3 级联系统的上升时间 201
8.5.4 上升时间相加规则的一个（简单）应用 203
8.5.5 带宽-上升时间之间的关系 203
8.5.6 开路时间常数、上升时间相加及带宽缩小 204
8.6 小结 205
习题 205
第9章 高频放大器设计 208
9.1 引言 208
9.2 利用零点增大带宽 208
9.2.1 并联补偿放大器 208
9.2.2 并联补偿：设计实例 212
9.2.3 更多的有关利用零点增大带宽的方法 213
9.2.4 二端口网络带宽增大电路 215
9.3 并联-串联放大器 217
9.4 采用fT倍频器增大带宽 222
9.5 调谐放大器 223
9.5.1 引言 223
9.5.2 带单个调谐负载的共源放大器 224
9.5.3 调谐放大器的详细分析 225
9.6 中和与单向化 226
9.7 级联放大器 229
9.7.1 带宽缩小 229
9.7.2 每一级的最优增益 230
9.7.3 超再生放大器 232
9.7.4 一点存疑 233
9.7.5 分布式放大器 234
9.8 调幅-调相（AM-PM）的转换 235
9.9 小结 236
习题 237
第10章 基准电压和偏置电路 241
10.1 引言 241
10.2 二极管特性回顾 241
10.3 CMOS工艺中的二极管和双极型晶体管 242
10.4 独立于电源电压的偏置电路 243
10.5 带隙基准电压 244
10.5.1 经典的带隙基准电压 245
10.5.2 CMOS工艺的带隙基准电压 249
10.6 恒gm偏置 250
10.7 小结 252
习题 252
第11章 噪声 257
11.1 引言 257
11.2 热噪声 257
11.3 散粒噪声 263
11.4 闪烁噪声 264
11.4.1 电阻闪烁噪声 265
11.4.2 MOSFET闪烁噪声 265
11.4.3 pn结闪烁噪声 266
11.5 爆米噪声 266
11.6 经典的二端口网络噪声理论 267
11.6.1 噪声因子 267
11.6.2 最优的噪声源导纳 269
11.6.3 经典噪声优化方法的局限 270
11.6.4 噪声系数与噪声温度 270
11.7 噪声计算实例 271
11.8 一个方便的匡算规则 272
11.9 典型的噪声性能 273
11.10 附录：各种噪声模型 274
习题 275
第12章 低噪声放大器设计 279
12.1 引言 279
12.2 MOSFET二端口网络噪声参数的推导 279
12.3 LNA的拓扑结构：功率匹配与噪声匹配 286
12.4 功耗约束噪声优化 291
12.5 设计实例 294
12.5.1 单端LNA 294
12.5.2 差分LNA 297
12.6 线性度与大信号性能 299
12.6.1 估计IP3的几种方法 301
12.6.2 短沟道MOSFET LNA的线性度 303
12.7 无乱真信号的动态范围 304
12.8 小结 306
习题 307
第13章 混频器 310
13.1 引言 310
13.2 混频器基础 310
13.2.1 变换增益 311
13.2.2 噪声系数：单边带（SSB）与双边带（DSB） 311
13.2.3 线性度和隔离 312
13.2.4 杂散信号（SPUR） 313
13.3 作为线性混频器的非线性系统 315
13.4 基于乘法器的混频器 319
13.4.1 单平衡混频器 319
13.4.2 有源双平衡混频器 321
13.4.3 电位混频器 327
13.4.4 无源双平衡混频器 328
13.5 亚采样混频器 331
13.6 附录：二极管环形混频器 332
习题 334
第14章 反馈系统 337
14.1 引言 337
14.2 现代反馈理论简史 337
14.2.1 Armstrong和再生放大器 337
14.2.2 Harold Black和前馈放大器 338
14.2.3 负反馈放大器 339
14.3 一个令人费解的问题 340
14.4 负反馈系统灵敏度的降低 341
14.5 反馈系统的稳定性 344
14.6 衡量稳定性的增益与相位裕量 344
14.7 根轨迹技术 346
14.7.1 正反馈系统的根轨迹规则 350
14.7.2 A(s)的零点 350
14.8 稳定性准则小结 351
14.9 反馈系统建模 351
14.9.1 反馈系统建模的困难 351
14.9.2 切入点确定与环路传输计算 353
14.10 反馈系统的误差 353
14.11 一阶和二阶系统的频域与时域特性 356
14.11.1 一阶低通系统的公式 356
14.11.2 二阶低通系统的公式 358
14.12 实用的匡算规则 359
14.13 根轨迹实例和补偿 359
14.13.1 实例：极点和零点为纯实数且始终保持为实数 360
14.13.2 实例：变为复数的两个极点 360
14.13.3 实例：两个极点和一个零点 361
14.13.4 实例：趋向于不稳定的系统 361
14.13.5 实例：L(s)中有复数极点的根轨迹 362
14.13.6 实例：L(s)中零点在右半平面的根轨迹 362
14.13.7 实例：条件稳定系统 364
14.14 根轨迹技术小结 364
14.15 补偿 365
14.16 通过降低增益获得补偿 365
14.17 滞后补偿 367
14.18 超前补偿 369
14.19 慢滚降补偿 371
14.20 补偿问题小结 372
习题 372
第15章 RF功率放大器 377
15.1 引言 377
15.2 一般考虑 377
15.3 A类、AB类、B类和C类放大器 377
15.3.1 A类放大器 378
15.3.2 B类放大器 380
15.3.3 C类放大器 382
15.3.4 AB类放大器 384
15.4 D类放大器 385
15.5 E类放大器 386
15.6 F类放大器 388
15.6.1 反F类（F?1）放大器 390
15.6.2 另一种形式的F类放大器拓扑结构 391
15.7 功率放大器的调制 392
15.7.1 A类、AB类、B类、C类、E类及F类放大器的调制 392
15.7.2 线性化技术 394
15.7.3 效率提升技术 404
15.7.4 脉宽调制 406
15.7.5 其他技术 406
15.7.6 性能指标 410
15.8 功率放大器特性小结 413
15.9 RF功率放大器的几个设计实例 414
15.9.1 A类放大器设计实例 414
15.9.2 AB类、B类和C类放大器设计实例 417
15.9.3 E类放大器设计实例 417
15.10 其他设计考虑 419
15.10.1 附加功率效率 419
15.10.2 功率放大器的不稳定性 419
15.10.3 击穿现象 419
15.10.4 热失控 421
15.10.5 大信号的阻抗匹配 421
15.10.6 功率放大器的负载拉特性 422
15.10.7 负载拉等值线实例 423
15.11 设计小结 425
习题 425
第16章 锁相环 428
16.1 引言 428
16.2 PLL简史 428
16.3 几种线性化的PLL模型 432
16.3.1 一阶PLL 433
16.3.2 二阶PLL 434
16.4 PLL的一些噪声特性 437
16.4.1 VCO扰动的抑制 437
16.4.2 输入端噪声的抑制 438
16.5 鉴相器 439
16.5.1 作为鉴相器的模拟乘法器 439
16.5.2 作为鉴相器的换向乘法器 440
16.5.3 作为鉴相器的异或门 441
16.6 序列鉴相器 443
16.6.1 作为鉴相器的SR触发器 443
16.6.2 具有增宽输入范围的序列鉴相器 444
16.6.3 鉴相器与鉴频器的比较 445
16.6.4 其他类型的序列鉴相器 446
16.7 环路滤波器和电荷泵 450
16.7.1 环路滤波器 450
16.7.2 压控振荡器 455
16.8 PLL设计实例 456
16.8.1 4046 CMOS PLL的特性 456
16.8.2 一些设计实例 458
16.9 小结 462
习题 462
第17章 振荡器与频率合成器 466
17.1 引言 466
17.2 纯线性振荡器存在的问题 466
17.3 描述函数 467
17.3.1 描述函数的简单实例 468
17.3.2 MOS与双极型晶体管的描述函数 469
17.3.3 实例1：函数产生器 471
17.3.4 实例2：Colpitts振荡器 474
17.4 谐振器 482
17.5 调谐振荡器实例 485
17.5.1 基本LC反馈振荡器 485
17.5.2 晶体振荡器的混合形式 487
17.5.3 其他振荡器结构 489
17.6 负阻振荡器 490
17.7 频率合成 493
17.7.1 分频器延时 493
17.7.2 带有静态模数的频率合成器 495
17.7.3 带有抖动模数的频率合成器 496
17.7.4 组合式频率合成器 498
17.7.5 直接数字频率合成器 499
17.8 小结 500
习题 501
第18章 相位噪声 504
18.1 引言 504
18.2 一般性考虑 506
18.3 详细讨论：相位噪声 508
18.4 线性度与时变在相位噪声中的作用 510
18.5 电路实例 518
18.5.1 LC振荡器 518
18.5.2 环形振荡器 522
18.6 幅值响应 525
18.7 小结 527
18.8 附录：有关模拟的说明 527
习题 527
第19章 系统结构 531
19.1 引言 531
19.2 动态范围 531
19.2.1 级联系统的噪声系数 531
19.2.2 级联系统的线性度 532
19.2.3 一次变频接收器 534
19.2.4 上变频 535
19.2.5 双变频 536
19.2.6 镜像抑制接收器 536
19.2.7 直接变频 544
19.3 亚采样 546
19.4 发射器系统结构 546
19.5 振荡器的稳定性 548
19.6 芯片设计实例 548
19.6.1 GPS接收器 548
19.6.2 无线局域网实例 561
19.6.3 IEEE 802.11a直接变频无线局域网收发器 577
19.7 小结 585
习题 585
第20章 射频电路历史回顾 587
20.1 引言 587
20.2 Armstrong的成就 587
20.2.1 栅漏调幅信号解调器 587
20.2.2 再生式放大器和检波器 588
20.2.3 振荡器与混频器 589
20.2.4 超再生式放大器 589
20.3 “All American”五管超外差收音机 590
20.4 Regency TR-1晶体管收音机 592
20.5 三管玩具民用波段对讲机 593
20.5.1 接收模式 594
20.5.2 发送模式 594
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