射频集成电路设计基础讲义：功率/增益/噪声/非线性

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• 在射频和微波系统中，由于反射的普遍存在和理想开路、短路难以获得,低频电路中常用的电压和电流测量变得很不现实，因此功率的测量得到了广泛的应用
, K  C2 o0 i# N. i$ p( I• 传统的射频和微波电路使用分立元件和传输线构建，电路的输入输出通常需要匹配到一个系统阻抗(75或50Ω)
- m8 G  w" k& i' X• 由于这两个原因，电路的性能指标，如增益、噪声、非线性等，都可以很方便地通过功率来表示，尽管这种表示方法在集成电路设计中有可能产生误导和混淆(例如电压增益和功率增益的区别)，它仍然得到了广泛的认同和使用，既因为传统的延续性，也因为射频电路作为一个模块时，以上两个原因仍然存在
• 增益、噪声和非线性是描述射频电路最常用的指标，有必要在涉及电路之前作一介绍

功率和增益
7 B. _- B6 o# o• 功率的表示: mW和dBm
– 为了计算的方便，通信和微波工程中信号的功率或强度基本上对数形式来表示， dBm是信号功率相对于1 mW的对数值：
$ l( i* U2 z9 k; H  z1 I% U( A* h
- ?: r- p* c/ R- [– 如果使用统一的负载，功率与幅度是一一对应的，在50 Ω的系统中


. K. ?0 m  B/ R& h. w6 n& Z• 低频信号的电压增益和功率增益容易造成混淆，而高频电路设计中功率增益的不同定义更加容易混淆，应引起足够的重视。不同功率的定义如下：
6 Q" q. `. P7 A( n1 X– PL: 负载所获得的功率
5 c7 K$ ~) W7 Q0 v% |2 P( S– PIN: 电路(图中的Network)的输入功率
– PAVS: 信号源所能提供的最大功率
+ Q, E# D  ^1 ]. [2 o– PAVN: 电路所能提供的最大功率
1 o& T: b; C8 ~* W( o; w
4 {. I8 D; g! k- T
噪声和噪声系数
& E: y, m) K! H4 a• 噪声通常指一种随机过程，用概率密度函数(PDF)和功率谱密度(PSD)来描述
• 电路中常见的噪声源
– 电阻的热噪声(Thermal Noise)，由导体中电子的不规则热运动造成，电路模型为一个串联的电压源或并联的电流源
– 散弹噪声(Shot Noise)，载流子经过PN结时产生，由并联的电流源表示， q为电子电荷 1.6×10^−19 Q

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