北郵李秀萍射頻講義第一講

1、8/14/20221微波RF器件與電路設(shè)計(jì)（一）辦公室：明光樓816, Tel: 62282900Email: 18/14/20222Outline簡(jiǎn)介及科研情況研究生期間學(xué)習(xí)建議什么是微波器件與電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)什么，如何設(shè)計(jì)本課程參考書2什么是微波器件與電路設(shè)計(jì)8/14/2022338/14/20224無線通信歷史總結(jié) 19001910192019301940195019601970198019902000電話廣播無線電雷達(dá)衛(wèi)星通信衛(wèi)星遙感手機(jī)DBS商用GPSAuto&Highway個(gè)人通信系統(tǒng)衛(wèi)星個(gè)人通信系統(tǒng)單位芯片上集成的晶體管數(shù)量將每年翻一番全面發(fā)展廣泛應(yīng)用固體器件、固體集成電路和固體平面

2、電路,小型化2年1965：30;1978：650001989：140萬 ;25MHz (i486)2002：5500萬; 3.06GHz48/14/20225常用微波頻段命名頻段（GHz）C波段4-8X波段8-12.4Ku波段12.4-18K波段18-26.558/14/20226常用毫米波頻段 命名頻段（GHz）Q波段3350U波段4060V波段5075E波段6090W波段75110D波段110170G波段140220Y波段22032568/14/20227微波射頻器件及其發(fā)展無源器件有源器件7定義和區(qū)別無源電路可單獨(dú)使用，以提供射頻短路、開路、耦合、濾波、阻抗變換以及功率的合成、分配等功能

3、有源電路無源電路與有關(guān)的半導(dǎo)體器件、電真空器件組成按功能分為：振蕩器、放大器、混頻器、倍頻器以及各種微波控制電路按有源器件類型分為:微波二極管器件電路，微波三極管器件電路，以及微波電真空器件電路。有源和無源電路是否有半導(dǎo)體器件或電真空器件有源和無源器件等效電路模型是否有源8/14/2022888/14/20229無源器件無源器件的定義無源器件的種類無源器件的進(jìn)展典型無源器件介紹濾波器耦合器電容電感98/14/202210無源器件及其ECM108/14/202211無源器件及其ECM118/14/202212二極管及其ECMPN結(jié)PN128/14/202213MOSFET及其ECM138/14/

4、202214無源器件Two parts are given: I.The stub filterII.The capacitive-gap-coupled transmission line filter Notes: first step no capacitive loading are considered in part I Part IIPart I148/14/202215The Stub Filter158/14/202216Momentum Results168/14/202217無源器件的進(jìn)展178/14/202218無源器件發(fā)展趨勢(shì)模塊化IC、無源器件在全部電子器件及零部件

5、的生產(chǎn)總成本中:46.1%和9.3%總安裝成本中:12.7%和55.1% （by iSuppli）低溫共燒陶瓷技術(shù)（LTCC technologyLow temperature co-fired ceramic technolgoy）LTCC技術(shù)采用的多層制造工藝以及三維模擬技術(shù)、材料技術(shù)，并將濾波器以及平衡/非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器(BALUN)等電路嵌入內(nèi)藏式的LTCC基板大容量的電容和電感并沒有被集成到基板上高成本薄膜技術(shù)、硅片半導(dǎo)體、多層電路板技術(shù) 188/14/202219198/14/202220無源器件發(fā)展趨勢(shì)小型化占設(shè)備總體PC板面積的比例60%,70%,80%無源器件的小型化工作相對(duì)

6、滯后整體化優(yōu)點(diǎn)提高系統(tǒng)的可靠性縮短導(dǎo)電通路降低寄生效應(yīng)降低成本減小器件尺寸。 208/14/202221無源器件發(fā)展趨勢(shì)缺點(diǎn)系統(tǒng)的封裝設(shè)計(jì)封裝時(shí)在射頻條件下引入的寄生電感、寄生電容會(huì)引起信號(hào)串?dāng)_、延遲等等。在較高頻率，模塊的所有內(nèi)部互聯(lián)（Interconnection）被看作無源器件。封裝效應(yīng)的特征提取已是一個(gè)重要的課題。MEMSMEMS工藝加工的無源元件的可集成性218/14/202222無源器件發(fā)展趨勢(shì)系統(tǒng)級(jí)封裝（System in a Package，即SiP）優(yōu)點(diǎn)寄生效應(yīng)小、損耗小集成度高SiP可使信號(hào)在封裝體內(nèi)直接傳輸，這樣可縮短系統(tǒng)內(nèi)元件間的連線距離，降低系統(tǒng)的寄生效應(yīng)，改善了互連

7、的電學(xué)性能?？s短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間降低成本228/14/202223可以將CPU，DRAM，F(xiàn)LASH等根椐客戶需成集成在一塊小、輕、薄的芯片內(nèi)，有利于減小或消除高速電路所帶來的噪音和EMI的困擾238/14/202224無源器件發(fā)展趨勢(shì)無源器件的建模電路與系統(tǒng)仿真效率Time-to-market and cost pressures仿真軟件特征值提取以及建模結(jié)合微波測(cè)量和電磁場(chǎng)分析方法HFSS24設(shè)計(jì)軟件ADSSchematicMomentumHFSSCSTCadance8/14/20222525參考書射頻與微波工程實(shí)踐導(dǎo)論李秀萍等譯著微波射頻測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)李秀萍等編著射頻與微波電子學(xué)拉德馬內(nèi)斯微波

8、技術(shù)基礎(chǔ)閆瑞卿等編，北京理工大學(xué)出版社8/14/202226268/14/202227集成電路及其發(fā)展278/14/202228集成電路及其發(fā)展集成電路定義集成電路的歷史集成電路的分類集成電路設(shè)計(jì)過程典型應(yīng)用RFIDMEMS288/14/202229集成電路定義集成電路是指通過一系列特定的加工工藝，將晶體管、二極管等有源器件和電阻、電容、電感等無源器件，按照一定的電路互連，“集成”在一塊半導(dǎo)體晶片（如硅或砷化鎵）上，封裝在一個(gè)外殼內(nèi)，執(zhí)行特定電路或系統(tǒng)功能的一種器件。 298/14/202230集成電路歷史Jack -KilbyRobort Noyce 我的工作可能引入了看待電路部件的一種新角

9、度，并開創(chuàng)了一個(gè)新領(lǐng)域，自此以后的多數(shù)成果和我的工作并無直接聯(lián)系308/14/202231集成電路的分類318/14/202232集成電路設(shè)計(jì)過程示意圖328/14/202233集成系統(tǒng)（IS: Integrated System）發(fā)展:（SOC: System On Chip）。處理機(jī)制模型算法、軟件（特別是芯片上的操作系統(tǒng)-嵌入式的操作系統(tǒng)）芯片結(jié)構(gòu)各層次電路直至器件的設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來，設(shè)計(jì)自頂向下（Top-Down）。與由IC組成的系統(tǒng)相比，SOC在同樣的工藝技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)更高性能的系統(tǒng)指標(biāo)。 集成電路的發(fā)展（三）33SIP與SoC的關(guān)系：目的:就是要提高集成度，把系統(tǒng)直接做在一個(gè)芯片里

10、;把幾個(gè)裸片包在一個(gè)封裝里。系統(tǒng)級(jí)芯片具有性能高、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但其開發(fā)測(cè)試成本都很高，而且越復(fù)雜成品率越低，同時(shí)上市時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)批量的要求大。系統(tǒng)級(jí)封裝則相反，它的適用性很強(qiáng)，可將不同工藝不同功能(數(shù)字、模擬、存儲(chǔ)器等)芯片放在一起，成本與上市時(shí)間都優(yōu)于前者，而且不論批量大小，但它在性能上卻要稍遜一籌。8/14/202234348/14/202235RFID(Radio Frequency Identification)358/14/202236368/14/202237MEMS （微電子機(jī)械系統(tǒng) ）CharacteristicsSize (from millimeters to

11、 micrometers)Based on IC fabrication techniques and materials of microelectronicsBatch fabrication, low costRepresent all energy transform and transmissionGravity and inertia are not important, atomic forces and surface dominateMerger of IC world and Mechanical World, an integrated smart system378/14/202238MEMS （微電子機(jī)械系統(tǒng) ）ClassificationSensorActuatorMicroelementMicroOptoMechanical devicesMicroOptoElectroMechanical devicesRF MEMS devices388/14/202239Micromachined transmission