高頻電路的集成化與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第9章高頻電路的集成化與系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1高頻電路的集成化

9.2高頻集成電路

9.3高頻電路EDA9.4高頻電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.1高頻電路的集成化9.1.1高頻集成電路的類型集成電路是為了完成某種電子電路功能，以特定的工藝在單獨(dú)的基片上或基片內(nèi)形成并互連有關(guān)元器件，從而構(gòu)成的微型電子電路。集成電路是微電子技術(shù)的一個(gè)方面，也是它的一個(gè)發(fā)展階段，并也在按照自己的規(guī)律發(fā)展著。高頻集成電路就是集成電路技術(shù)高度發(fā)展的產(chǎn)物。近年來(lái)，隨著高頻固態(tài)器件技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，各種高頻集成電路層出不窮。但不論如何，這些高頻集成電路都可以歸納為以下幾種類型:

(1)按照頻率來(lái)劃分，有高頻集成電路、甚高頻集成電路和微波集成電路(MIC)等幾種。當(dāng)然，根據(jù)頻段的詳細(xì)劃分，高頻集成電路也可以分得更細(xì)致。對(duì)于微波集成電路，又可以分為集中參數(shù)集成電路和分布參數(shù)集成電路兩種。

(2)與普通集成電路一樣，高頻集成電路可分為單片高頻集成電路(MHIC)和混合高頻集成電路(HHIC)?；旌细哳l集成電路是將多種不同類型的集成電路(如單片電路、普通集成電路甚至分立元件等)混合而成的高頻集成電路，其集成技術(shù)簡(jiǎn)單，制作容易，因此，初期的高頻集成電路多為HHIC。單片高頻集成電路則是將所有的有源器件(如晶體三極管或場(chǎng)效應(yīng)管等)和無(wú)源元件(如電阻、電容和電感等)都沉積或生長(zhǎng)在同一塊半導(dǎo)體基片上或基片內(nèi)。單片高頻集成電路在初期主要是單元高頻集成電路(如高頻單片集成放大器、高頻單片集成混頻器、高頻單片集成振蕩器等)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，MHIC的發(fā)展十分迅速，逐漸形成了各種不同功能的高頻單片集成電路、單片集成前端甚至單片集成系統(tǒng)(包含高頻前端)。

(3)從功能或用途上來(lái)分，高頻集成電路有高頻通用集成電路和高頻專用集成電路(HFASIC)兩種。高頻通用集成電路主要有高頻集成放大器(包括寬帶放大器、功率放大器、低噪聲放大器(LNA)、對(duì)數(shù)放大器和可控增益放大器等)、高頻集成混頻器(Mixer)、高頻集成乘法器、高頻集成振蕩器、高頻開關(guān)電路、分頻與倍頻器和鎖相環(huán)與頻率合成器等，以及上述集成電路的相互組合。高頻專用集成電路是用于專門用途的高頻集成電路或系統(tǒng)，如正交調(diào)制解調(diào)器、單片調(diào)幅(AM)/調(diào)頻(FM)接收機(jī)等。實(shí)際上，通用與專用并不一定有嚴(yán)格的界限。應(yīng)當(dāng)指出，有些電路，如高頻變壓器、高頻濾波器、平衡/雙平衡混頻器等，嚴(yán)格來(lái)講不是高頻集成電路(而是高頻組件)，但不論從內(nèi)部功能上還是從外部封裝上來(lái)看，它們都與高頻集成電路有相同的特點(diǎn)，因此，也可以把它們歸入高頻集成電路之列。9.1.2高頻電路的集成化技術(shù)

1．傳統(tǒng)硅(Si)技術(shù)

1958年美國(guó)得克薩斯儀器公司(TI)和仙童公司研制成功第一批集成電路，接著在1959年發(fā)明了制造硅平面晶體管的“平面工藝”，利用半導(dǎo)體平面工藝在硅片內(nèi)制作元器件，并按電路要求在硅片表面制作互連導(dǎo)體，從而制成高密度平面化的集成電路，完善了集成電路的生產(chǎn)工藝。此后，人們利用此種硅平面技術(shù)先后制造出了大規(guī)模集成電路(LSIC)和超大規(guī)模集成電路(VLSIC)。但此時(shí)集成的固態(tài)器件基本上都是雙極型晶體管(BJT)。20世紀(jì)70年代后半期，場(chǎng)效應(yīng)管(FET)技術(shù)開始流行，在集成電路的集成工藝中,由場(chǎng)效應(yīng)管工藝取代了雙極型晶體管工藝,打破了雙極型工藝一統(tǒng)天下的局面。場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用多子導(dǎo)電的單極型晶體管，由于多子濃度受溫度、光照和核輻射等外界因素的影響較小，因此，其溫度特性比雙極型晶體管要好。也就是說(shuō)，在環(huán)境條件變化較大的場(chǎng)合，用場(chǎng)效應(yīng)管比較好。此外，金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)的輸入阻抗高，工藝簡(jiǎn)單，功耗小，封裝密度也較高，比較適合用于大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中。與雙極型晶體管相比，跨導(dǎo)小、電路增益低是場(chǎng)效應(yīng)管的主要缺陷。但不論采用雙極型工藝，還是場(chǎng)效應(yīng)管工藝，都是在硅平面上制作晶體管的“硅技術(shù)”。利用傳統(tǒng)硅技術(shù)制作的高頻集成電路，具有制作工藝簡(jiǎn)單、功耗小、成本低等特點(diǎn)，但其工作頻率受限，一般認(rèn)為在1～2GHz以上時(shí)不能適用。這主要是因?yàn)殡p極型晶體管在導(dǎo)電襯底上制作時(shí)，襯底與集電極之間的電容太大，這是MOSFET增益太低的緣故?？梢赃@樣說(shuō)，在2GHz水平，硅占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。另外，新技術(shù)的開發(fā)與運(yùn)用也會(huì)賦予傳統(tǒng)的硅技術(shù)以新的生命力。例如，一種雙多晶硅工藝的新雙極技術(shù)，可以使器件的高頻特性達(dá)到幾十吉赫茲。HP和Norel半導(dǎo)體公司聯(lián)合的硅技術(shù)雙波段功率放大器模塊，其特征頻率fＴ為25GHz。若采用渠式隔離工藝，將寄生電容減小，會(huì)把特征頻率fT提高到35GHz。

2．砷化鉀(GaAs)技術(shù)以砷化鉀材料替代硅材料形成的砷化鉀技術(shù)主要用在微波電路中。砷化鉀集成電路自1974年由HP公司首創(chuàng)以來(lái)，一直用在微波系統(tǒng)中。作為無(wú)線通信用高頻模擬集成電路的選擇,砷化鉀器件也只是近幾年的事情。砷化鉀器件的結(jié)構(gòu)主要有五種:平面型肖特基勢(shì)壘柵場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱平面型MESFET(金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管));自對(duì)準(zhǔn)型MESFET;結(jié)型柵場(chǎng)效應(yīng)管(JFET);金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET);高電子遷移率晶體管(HEMT)。在砷化鉀器件中，砷化鉀MESFET，由于其頻響、噪聲、增益、功率應(yīng)用等性能優(yōu)于其它工藝，因而在前端(低噪聲放大器(LNA)、寬帶放大、功率放大器、上/下變頻器和微波開關(guān)等)或單片微波集成電路(MMIC)等微波固態(tài)器件中占有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)，成為高頻和微波集成電路中十分重要的一種器件。砷化鉀MESFET的結(jié)構(gòu)如圖9-1所示，它是在一塊半絕緣的砷化鉀襯底上用外延法生長(zhǎng)一層N型砷化鉀層，在其兩端分別引出源極和漏極，在兩者之間引出柵極。對(duì)于砷化鉀MESFET，柵長(zhǎng)是一個(gè)決定最大工作頻率(fmax)的關(guān)鍵參數(shù)。一般情況下，最大工作頻率隨柵長(zhǎng)的縮短而提高。標(biāo)準(zhǔn)砷化鉀MESFET的柵長(zhǎng)為0.5μm，其對(duì)應(yīng)的fmax為18GHz;高性能的砷化鉀MESFET的柵長(zhǎng)為0.25μm，相應(yīng)的fmax達(dá)25GHz。圖9-1砷化鉀MESFET的結(jié)構(gòu)首次出現(xiàn)于1980年的高電子遷移率晶體管(HEMT)可以最大限度地利用砷化鉀的高電子遷移率的特性。耗盡型的HEMT場(chǎng)效應(yīng)管是在半絕緣的GaAs襯底上連續(xù)生長(zhǎng)不摻雜或輕摻雜的GaAs、摻硅的n型AlxGa1－xAs層和摻硅的n型GaAs層，在AlxGa1－xAs層內(nèi)形成耗盡層。再利用AlGaAs和GaAs電子親和力之差，在未摻雜的GaAs的表面之下形成二次電子氣層，如圖9-2所示。HEMT管的特點(diǎn)是特征頻率更高、電流增益更大、噪聲更小。假晶高電子遷移率晶體管(PHEMT)是一種與HEMT類似的異質(zhì)結(jié)器件，其工作頻率較高，且電源電壓低(小于3V)。提高M(jìn)ESFET的性能/價(jià)格比的措施之一就是采用假晶高電子遷移率晶體管工藝。GaAsMESFET和GaAsPHEMT器件一般需要雙電源(正負(fù)電源)工作，通常需要先加負(fù)電源。這是使用砷化鉀器件的一個(gè)缺點(diǎn)。圖9-2耗盡型的HEMT場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)另一種GaAs異質(zhì)結(jié)器件GaAsHBT也越來(lái)越受關(guān)注，它屬于改進(jìn)型的雙極晶體管，其發(fā)射極和基極被制作在不同材料的禁帶中，如圖9-3所示。其工作原理與普通硅結(jié)型NPN晶體管類似，但由于EB結(jié)為一阻擋空穴注入而不阻擋電子的勢(shì)壘結(jié)構(gòu)，減少了傳輸時(shí)間和少子在發(fā)射極的存儲(chǔ)，因此，其高頻性能好，頻率響應(yīng)可達(dá)3GHz甚至更高，跨導(dǎo)也很高。GaAsHBT由于采用雙極工藝，可單電源工作。此外，GaAsHBT采用縱向結(jié)構(gòu)(MESFET為單層水平結(jié)構(gòu))，作為功率放大器比MESFET更有效?？傊?，用GaAs單晶材料制作的集成電路具有高頻(可達(dá)30GHz以上)、高速、低噪聲、微功耗、寬溫區(qū)、抗輻射等很多特性，但由于其成本高、工藝復(fù)雜，在頻率不是非常高時(shí)其使用受到限制。圖9-3GaAsHBT結(jié)構(gòu)

3．硅鍺(SiGe)技術(shù)鑒于集成電路在下一代無(wú)線通信設(shè)備中的重要地位，芯片和無(wú)線通信設(shè)備廠商都十分迫切地希望集成電路，特別是射頻(RF)集成電路在性能提高的同時(shí)，能大幅度地降低成本。但由于硅技術(shù)和GaAs技術(shù)的特點(diǎn)，它們都很難實(shí)現(xiàn)。被稱為20世紀(jì)90年代新型光電子、微電子和“第二代硅”材料的硅鍺(SiGe)技術(shù)，以其特有的魅力受到半導(dǎo)體業(yè)界的高度重視，在20世紀(jì)90年代末異軍突起，在1GHz以上的射頻范圍應(yīng)用越來(lái)越廣泛。硅鍺技術(shù)結(jié)合了硅和鍺的優(yōu)點(diǎn)，綜合了硅技術(shù)和GaAs技術(shù)的特點(diǎn)。它是利用與GaAs材料特性相似的新的半導(dǎo)體材料，以傳統(tǒng)的硅(晶體管和IC)工藝制成SiGe異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的優(yōu)點(diǎn)就是可以重新構(gòu)造普通硅半導(dǎo)體材料的能帶間隙，從而改善硅晶體管的性能。在異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的基極摻入適量鍺(濃度按一定梯度變化)，就可以獲得新的半導(dǎo)體性質(zhì)，改變能帶間隙，提高晶體管的性能。由于鍺原子比硅原子大4%，采用超高真空化學(xué)氣相沉積法，可以將硅原子和鍺原子很好地結(jié)合在一起，協(xié)調(diào)工作。硅鍺技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單、低功耗、低成本、一致性好，頻率特性介于傳統(tǒng)硅器件和砷化鉀器件之間。一種典型的SiGeHBT的電特性參數(shù)示于表9-1中。9.1.3高頻集成電路的發(fā)展趨勢(shì)

20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的集成電路是電子技術(shù)發(fā)展史上的里程碑。從IC誕生之日到現(xiàn)在，在大約40年的時(shí)間里，經(jīng)歷了電路集成(CI)、功能集成(FI)、技術(shù)集成(TI)和知識(shí)集成(KI)四個(gè)階段。每個(gè)階段都有其本身的標(biāo)志和特征?，F(xiàn)在正處在技術(shù)集成(TI)和知識(shí)集成(KI)時(shí)期，但并不是現(xiàn)在所有的IC都具有這一時(shí)期的特征。也就是說(shuō)，目前的IC是各個(gè)階段、各種類型并存。下面僅就高頻IC的發(fā)展趨勢(shì)做一簡(jiǎn)單描述。

1.高集成度(更細(xì)工藝)集成電路發(fā)展的核心是集成度的提高。從電路集成開始，IC的發(fā)展基本上是按照摩爾(Moore)定律(每三年芯片集成度增加四倍，特征尺寸減小30%)進(jìn)行的，芯片的集成度由十幾萬(wàn)個(gè)晶體管到幾十萬(wàn)、幾百萬(wàn)個(gè)甚至達(dá)到上千萬(wàn)個(gè)晶體管;封裝的引線腳多達(dá)幾百個(gè),集成在一塊芯片上的功能也越來(lái)越多，甚至于集成電路的設(shè)計(jì)與制造模式也發(fā)生了很大的變化，出現(xiàn)了設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等相對(duì)獨(dú)立的“行業(yè)”，各“行”各司其職，各自發(fā)展，相得益彰。如今，包括高頻IC在內(nèi)的集成電路的發(fā)展仍然服從摩爾定律，而且，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間(10年)內(nèi)，這種發(fā)展態(tài)勢(shì)不會(huì)改變。集成度的提高依賴于工藝技術(shù)的提高和新的制造方法。21世紀(jì)的IC將沖破來(lái)自工藝技術(shù)和物理因素等方面的限制繼續(xù)高速發(fā)展，可以概括為:

1)(超)微細(xì)加工工藝超微細(xì)加工的關(guān)鍵是形成圖形的曝光方式和光刻方法。當(dāng)前主流技術(shù)仍然是光學(xué)曝光，光刻方法已從接觸式、接近式、反射投影式、步進(jìn)投影式發(fā)展到步進(jìn)掃描投影式。采用減少光源波長(zhǎng)(由436nm和365nm的汞弧燈縮短到248nm的KrF準(zhǔn)分子激光源再到193nm的ArF準(zhǔn)分子激光源)的方法可以將微細(xì)加工工藝從1μm、0.8μm發(fā)展到0.5μm、0.35μm、0.25μm，再提高到0.18μm、0.15μm甚至0.13μm的水平。采用157nm的F2準(zhǔn)分子激光光源進(jìn)一步結(jié)合離軸照明以及移相掩膜(PSM)等技術(shù)，將使光學(xué)的曝光方法擴(kuò)展到0.1μm分辨率。對(duì)于小于0.1μm的光刻將采用新的方法，如極紫外線(EUV)光學(xué)曝光法、X射線曝光法、電子投影曝光(EPL)法、離子投影曝光(IPL)法、電子束直寫光刻(EBDW)等。

2)銅互連技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)，芯片互連金屬化層采用鋁。器件與互連線的尺寸和間距不斷縮小，互連線的電阻和電容急劇增加，對(duì)于0.18μm寬43μm長(zhǎng)的鋁和二氧化硅介質(zhì)的互連延遲(大于10ps)已超過了0.18μm晶體管的柵延遲(5ps)。除了時(shí)間延遲以外，還產(chǎn)生了噪聲容限，功率耗散和電遷移等問題。因此研究導(dǎo)電性能好、抗電遷移能力強(qiáng)的金屬和低介電常數(shù)(K＜3)的絕緣介質(zhì)一直是一個(gè)重要的課題。

1997年9月IBM和Motorola相繼宣布開發(fā)成功以銅代鋁制造IC的新技術(shù)即用電鍍方法把銅沉積在硅圓片上預(yù)先腐蝕的溝槽里，然后用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)使之平坦化。并于1998年末兩公司先后生產(chǎn)出銅布線的商用高速PC芯片。Cu互連的優(yōu)點(diǎn)為電阻率較Al低40％，在保持同樣的RC時(shí)間延遲下，可以減少金屬布線的層數(shù)，而且芯片面積可縮小20%～30%，其性能和可靠性均獲得提高。Cu互連還存在一些問題，如Cu易擴(kuò)散入Si和大多數(shù)電介質(zhì)中，因此需要引入適當(dāng)?shù)淖钃鯇拥取?/p>

3)低K介電材料技術(shù)由于IC互連金屬層之間的絕緣介質(zhì)采用SiO2或氮化硅，其介電常數(shù)分別接近4和7，造成互連線間較大的電容。因此研究與硅工藝兼容的低K介質(zhì)也是重要的課題之一。

2.更大規(guī)模和單片化集成工藝的改進(jìn)和集成度的提高直接導(dǎo)致集成電路規(guī)模的擴(kuò)大。實(shí)際上，改進(jìn)集成工藝和提高集成度的目的也正是為了制作更大規(guī)模的集成電路。20世紀(jì)90年代的硅工藝技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在的深亞微米工藝，芯片的集成度已大大超過1000萬(wàn)，已經(jīng)足以將各種功能電路(A/D、D/A和RF電路等)甚至整個(gè)電子系統(tǒng)集成到單一芯片上，成為單片集成的片上系統(tǒng)(SOC，SystemOnChip)。當(dāng)前，單片化的大規(guī)模集成電路的熱點(diǎn)之一就是高頻電路或射頻電路的單片集成化。而這些集成電路在過去大多是用雙極工藝或砷化鉀工藝制作、以薄/厚膜技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在基本上可以用CMOS工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，如用0.5μm的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝可以為GPS接收機(jī)和GSM手機(jī)提供性能/價(jià)格比優(yōu)于GaAs的RF器件，工作頻率可達(dá)1.8GHz。當(dāng)然，在集成電路向單片化發(fā)展的同時(shí)，并不妨礙獨(dú)立的高頻集成電路的發(fā)展。

3.更高頻率隨著無(wú)線通信頻段向高端的擴(kuò)展，勢(shì)必也會(huì)開發(fā)出頻率更高的高頻集成電路。

4.數(shù)字化與智能化隨著數(shù)字技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的高頻信號(hào)處理電路可以用數(shù)字和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如數(shù)字上/下變頻器、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)器等。這種趨勢(shì)也表現(xiàn)在高頻集成電路中。從無(wú)線通信的角度來(lái)講，高頻集成電路數(shù)字化的趨勢(shì)將越來(lái)越向天線端靠近，這與軟件無(wú)線電的發(fā)展趨勢(shì)是一致的。所謂軟件無(wú)線電(SoftwareRadio),就是用軟件來(lái)控制無(wú)線電通信系統(tǒng)各個(gè)模塊(放大器、調(diào)制/解調(diào)器、數(shù)控振蕩器、濾波器等)的不同參數(shù)(頻率、增益、功率、帶寬、調(diào)制解調(diào)方式、阻抗等)，以實(shí)現(xiàn)不同的功能。片上系統(tǒng)或大規(guī)模的單片集成電路中通常不僅有高頻集成電路的成分，而且包含大量的其它數(shù)字型和模擬型電路，使整個(gè)集成電路的“硬件”很難區(qū)分出高頻集成電路和其它集成電路。在此片上系統(tǒng)或大規(guī)模的單片集成電路中還經(jīng)常嵌入有系統(tǒng)運(yùn)行涉及的算法、指令、驅(qū)動(dòng)模式等“軟件”，配合“硬件”中的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)器、微處理器(MPU)、各種存儲(chǔ)器(如ROM、RAM、E2ROM、FlashROM)等單元或模塊，可以實(shí)現(xiàn)智能化。高頻電路集成化存在的主要問題是，除了一般集成電路都存在的工藝、成本和功耗、體積問題之外，電感、大電容、選擇性濾波器等很難集成。對(duì)于無(wú)線通信，理想的集成化收發(fā)信機(jī)，應(yīng)該是除天線、收發(fā)和頻道開關(guān)/音量電位器、終端設(shè)備及選擇性濾波器之外，其它電路都由集成電路或單片集成電路來(lái)完成。當(dāng)然，目前要做到這一點(diǎn)還是有一定困難的。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，收發(fā)信機(jī)的完全集成化不是不能實(shí)現(xiàn)的。9.2高頻集成電路9.2.1高頻單元集成電路這里的高頻單元集成電路，指的是完成某一單一功能的高頻集成電路，如集成的高頻放大器(低噪聲放大器、寬帶高頻放大器、高頻功率放大器)、高頻集成乘法器(可用做混頻器、調(diào)制解調(diào)器等)、高頻混頻器、高頻集成振蕩器等，其功能和性能通常具有一定的通用性。這類高頻集成電路非常多，這里就不羅列了。9.2.2高頻組合集成電路高頻組合集成電路是集成了某幾個(gè)高頻單元集成電路和其它電路來(lái)完成某種特定功能的集成電路。比如MC13155是一種寬帶調(diào)頻中頻集成電路，它是為衛(wèi)星電視、寬帶數(shù)據(jù)和模擬調(diào)頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)的調(diào)頻解調(diào)器，具有很高的中頻增益(典型值為46dB功率增益)，12MHz的視頻/基帶解調(diào)器，同時(shí)具有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)功能(動(dòng)態(tài)范圍約35dB)。MC13155的內(nèi)部框圖如圖9-4所示。圖9-4MC13155的內(nèi)部框圖

AD607為一種3V低功耗的接收機(jī)中頻子系統(tǒng)芯片，它帶有自動(dòng)增益控制(AGC)的接收信號(hào)強(qiáng)度指示功能，可廣泛應(yīng)用于GSM、CDMA、TDMA和TETRA等通信系統(tǒng)的接收機(jī)、衛(wèi)星終端和便攜式通信設(shè)備中。

AD607的引腳如圖9-5所示。它提供了實(shí)現(xiàn)完整的低功耗、單變頻接收機(jī)或雙變頻接收機(jī)所需的大部分電路，其輸入頻率最大為500MHz，中頻輸入為400kHz到12MHz。內(nèi)部I/Q解調(diào)器和相應(yīng)的鎖相環(huán)路可提供載波恢復(fù)，并支持多種調(diào)制模式，包括MPSK、MQAM和AM。在中等增益時(shí)，使用3V的單電源(最小2.7V，最大5.5V)的典型電流消耗為8.5mA。圖9-5AD607的引腳圖

AD607的內(nèi)部功能框圖如圖9-6所示。它包含了一個(gè)可變?cè)鲆鎁HF混頻器和線性四級(jí)IF放大器，可提供的電壓控制增益范圍大于90dB?；祛l級(jí)后是雙解調(diào)器，各包含一個(gè)乘法器，后接一個(gè)雙極點(diǎn)2MHz的低通濾波器，由一鎖相環(huán)路驅(qū)動(dòng)，該鎖相環(huán)路同時(shí)提供同相和正交時(shí)鐘。芯片還包含有內(nèi)部的AGC檢測(cè)器，溫度穩(wěn)定增益控制系統(tǒng)用于提供準(zhǔn)確的RSSI輸出。另外，AD607芯片還具有與CMOS兼容的功耗控制偏置系統(tǒng)。圖9-6AD607的內(nèi)部功能框圖

AD607的UHF混頻器采用改進(jìn)型的Gilbert類型單元設(shè)計(jì)，可在低頻至500MHz的頻率范圍內(nèi)工作?；祛l器輸入端動(dòng)態(tài)范圍的高端由RFHI和RFLO間的最大輸入信號(hào)電平確定，而低端則由噪聲電平確定。混頻器的射頻輸入端是差分的，因此RFLO端和RFHI端在功能上是完全相同的,這些節(jié)點(diǎn)在內(nèi)部予以偏置，一般假定RFLO交流耦合到地。RF端口可建模為并聯(lián)RC電路。

I路的解調(diào)器和Q路的解調(diào)器提供了正交基帶輸出，與中頻保持相鎖定的正交VCO驅(qū)動(dòng)I和Q解調(diào)器。當(dāng)AD607的正交VCO與輸入信號(hào)保持相位鎖定時(shí)，I和Q解調(diào)器還可解調(diào)AM信號(hào)。該VCO還可與外部的拍頻振蕩器保持相位鎖定，這時(shí)解調(diào)器用作CW或SSB接收的乘積檢測(cè)器。AD607還可用于解調(diào)BPSK信號(hào)，這時(shí)外部的Costas環(huán)路用于載波恢復(fù)。

MRFIC1502是一個(gè)用于GPS接收機(jī)的下變換器，內(nèi)部不僅集成有混頻器(MIXER)，而且還集成有壓控振蕩器(VCO)、分頻器、鎖相環(huán)和環(huán)路濾波器，如圖9-7所示。MRFIC1502具有65dB的變換增益，功能強(qiáng)大，應(yīng)用方便。圖9-7MRFIC1502內(nèi)部框圖9.2.3高頻系統(tǒng)集成電路高頻系統(tǒng)集成電路就是可以完成某種系統(tǒng)功能的高頻發(fā)射機(jī)、高頻接收機(jī)和高頻收發(fā)信機(jī)集成電路。隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，以及手持式、移動(dòng)設(shè)備的大量出現(xiàn)，包含有無(wú)線收發(fā)器的高頻系統(tǒng)集成電路層出不窮。具有代表性的通用高頻系統(tǒng)集成電路主要有Nordic公司的nRF系列，ChipconAS公司的CC系列與RFMD公司的TR系列，當(dāng)然也有許多用于無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙系統(tǒng)等領(lǐng)域的專用高頻系統(tǒng)集成電路。

nRF401是一款單片無(wú)線收發(fā)芯片，它集成了高頻發(fā)射、高頻接收、PLL合成、FSK調(diào)制、FSK解調(diào)、多頻道切換等功能，具有性能優(yōu)異、外圍元件少、功耗低、使用方便等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

nRF401無(wú)線收發(fā)芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-8所示。表9-2所列為其主要電氣性能指標(biāo)。nRF401單片無(wú)線收發(fā)芯片工作頻率為國(guó)際通用的數(shù)傳頻段433MHz，由于采用了低發(fā)射功率、高接收靈敏度的設(shè)計(jì)，使用無(wú)需申請(qǐng)?jiān)S可證，開闊地的使用距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000m;采用DSS+PLL頻率合成技術(shù)，頻率穩(wěn)定性極好;具有多個(gè)頻道，可方便地切換工作頻率，特別適用于需要多信道工作的特殊場(chǎng)合;芯片外部只需接一個(gè)晶體和幾個(gè)阻容、電感元件，基本無(wú)需調(diào)試。圖9-8nRF401內(nèi)部結(jié)構(gòu)

CC2400是由ChipconAS公司推出的工作在2.4～2.5GHzISM頻段的一款單片射頻收發(fā)芯片。該芯片集成度高，需要外部元器件少，功耗低(接收時(shí)電流消耗23mA)，接收靈敏度高(－87dBm@1Mb/s，BER=10－3)，支持完整數(shù)據(jù)包處理(內(nèi)部支持?jǐn)?shù)據(jù)打包、CRC校驗(yàn)和數(shù)據(jù)編碼)，啟動(dòng)時(shí)間快，多種低功率模式，節(jié)電方便(供電電壓為1.6～2.0V)。它采用GFSK和FSK調(diào)制方式，能夠提供10kb/s、250kb/s和1Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸率。

CC2400芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9-9所示。芯片內(nèi)置有射頻功率放大器、低噪聲放大器、振蕩器、頻率合成器、90°相移器、混頻器、高斯濾波器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、數(shù)字調(diào)制器、數(shù)字解調(diào)器、控制邏輯單元和FIFO數(shù)字接口。圖9-9CC2400芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

CC2400的外圍電路可以分為時(shí)鐘提供電路，輸入輸出匹配電路和微控制器接口電路三個(gè)部分，需要極少的外圍元器件，其典型應(yīng)用電路如圖9-10所示。時(shí)鐘可以由外部有源晶振直接提供，也可以由內(nèi)部電路提供。由內(nèi)部電路提供時(shí)，一般使用16MHz±20ppm的晶體，18pF±5%的電容即可。輸入輸出匹配電路主要用來(lái)平衡芯片的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50Ω，同時(shí)L61、L62為PA及LNA提供直流偏置，而L71用來(lái)隔離TXRX-SWITCH管腳。與微控制器的接口電路分為SPI總線接口與可選的控制及數(shù)據(jù)輸入輸出接口，主要用來(lái)對(duì)CC2400控制寄存器進(jìn)行讀寫，控制芯片的收發(fā)模式及數(shù)據(jù)的輸入輸出。為了更好地理解高頻集成電路的發(fā)展過程，下面以調(diào)頻接收機(jī)的集成化發(fā)展為例來(lái)說(shuō)明。圖9-10CC2400典型應(yīng)用電路初期的調(diào)頻接收機(jī)的集成化，主要是單元電路的集成化。接收機(jī)分成低放、中放限幅及鑒頻、本振及前端電路三大部分。低放集成塊已有很多，如國(guó)內(nèi)產(chǎn)品有5G31、X73等。中放集成塊也不少，如5G3Z、X723、6520等。它們主要是供調(diào)頻廣播接收機(jī)、電視伴音中放、高質(zhì)量調(diào)頻接收機(jī)及電臺(tái)應(yīng)用。為了減少外接元件及由本振、混頻帶來(lái)的不便，通信機(jī)集成中放一般采取一次變頻方案。常用的中頻數(shù)值為10.7MHz。在集成電路中，放大部分都采用差分電路，用射極跟隨器實(shí)現(xiàn)級(jí)間直接耦合。這種放大兼有限幅功能，在限幅電平以上，輸出電壓極其平穩(wěn)。調(diào)頻廣播及電視伴音都屬寬帶調(diào)頻，其鑒頻器回路Q值要求較低。但對(duì)于窄帶調(diào)頻接收機(jī)，回路Q值應(yīng)較高，且應(yīng)有較高的標(biāo)準(zhǔn)性，并采取溫度補(bǔ)償。如能采用晶體鑒頻器或鎖相解調(diào)更好。隨著集成度的提高，常把主中放、限幅器、鑒頻器、前置低放、靜噪等電路集成在一起。還可加入AGC(自動(dòng)增益控制)、AFC(自動(dòng)頻率控制)、調(diào)諧指示等功能電路組成一個(gè)組件，這樣具有較大的通用性。在分立元件接收機(jī)中，中放的噪聲對(duì)整個(gè)接收機(jī)噪聲的影響是小的，通常無(wú)需考慮噪聲系數(shù)要求。但集成電路的噪聲一般較大，所以對(duì)前端的中放集成塊還應(yīng)有低噪聲的要求。此外由于波道數(shù)大量增加，并要求具有頻道預(yù)置、自動(dòng)切換等功能，接收機(jī)中頻率合成器也必須集成化。前端電路實(shí)現(xiàn)集成化，存在著以下問題:

(1)前端電路中LC調(diào)諧電路較多;

(2)在VHF頻段，集成化晶體管的fT及噪聲系數(shù)等特性比分立晶體管差。但隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展及各種超小型元件的出現(xiàn)，以上問題可逐步得到解決。調(diào)頻接收機(jī)部分前端電路己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集成化，如單片IC2N7254。這類電路中，混頻器采用通常的雙平衡式乘法電路(差分電路)，本振電路通常為集電極接地的考畢茲電路，在本振電路與混頻器之間有一緩沖放大器，以防止輸入信號(hào)對(duì)本振電路產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在，已經(jīng)出現(xiàn)了包括FM、AM功能在內(nèi)的集射頻、中頻、解調(diào)和低放于一體的高集成度單片集成電路，如MC3362/3等。圖9-11為MC3363組成框圖。圖9-11MC3363組成框圖9.3高頻電路EDA9.3.1EDA技術(shù)及其發(fā)展人類社會(huì)已進(jìn)入到高度發(fā)達(dá)的信息化社會(huì)，信息社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進(jìn)步?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品在性能提高、復(fù)雜度增大的同時(shí)，價(jià)格卻一直呈下降趨勢(shì)，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐也越來(lái)越快，實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)步的主要原因就是生產(chǎn)制造技術(shù)和電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。前者以微細(xì)加工技術(shù)為代表，目前已進(jìn)展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬(wàn)個(gè)晶體管;后者的核心就是EDA技術(shù)。EDA(ElectronicsDesignAutomation)即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，是指以計(jì)算機(jī)為基本工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算數(shù)學(xué)、拓?fù)溥壿媽W(xué)和智能化技術(shù)等最新成果而開發(fā)出來(lái)的電子設(shè)計(jì)軟件工具，主要進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作:IC設(shè)計(jì)，電子電路設(shè)計(jì)以及PCB設(shè)計(jì)。沒有EDA技術(shù)的支持，想要完成超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造是不可想象的。反過來(lái)，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步又必將對(duì)EDA技術(shù)提出新的要求。

EDA技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)階段:計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)階段。20世紀(jì)７０年代，隨著中小規(guī)模集成電路的開發(fā)應(yīng)用，傳統(tǒng)的手工制圖設(shè)計(jì)印刷電路板和集成電路的方法已無(wú)法滿足設(shè)計(jì)精度和效率的要求，因此，工程師們開始進(jìn)行二維平面圖形的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，主要是用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行IC版圖編輯和PCB布局布線，這就是第一代的ＥDA工具。計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)階段。到了20世紀(jì)80年代，CAD已不能適應(yīng)電子產(chǎn)品在規(guī)模和制作上的需要，這樣，就產(chǎn)生了第二代的ＥＤＡ技術(shù)——計(jì)算機(jī)輔助工程。CAE的主要功能是:原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動(dòng)布局布線，PCB后分析。與CAD相比，它除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)是以軟件工具為核心，通過這些軟件完成產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計(jì)、分析、生產(chǎn)、測(cè)試等各項(xiàng)工作。電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化(ESDA)階段。盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒有把人們從繁重的設(shè)計(jì)工作中徹底解放出來(lái)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自動(dòng)化和智能化程度還不高。各種EDA軟件界面千差萬(wàn)別，學(xué)習(xí)使用困難，并且互不兼容，直接影響到設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)間的銜接。20世紀(jì)90年代以后，隨著EDA技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，出現(xiàn)了以高級(jí)語(yǔ)言描述、系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合技術(shù)為特征的第三代EDA技術(shù)——電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。它的出現(xiàn)，極大地提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，使廣大的電子設(shè)計(jì)師開始實(shí)現(xiàn)“概念驅(qū)動(dòng)工程”的夢(mèng)想。設(shè)計(jì)師們擺脫了大量的輔助設(shè)計(jì)工作，而把精力集中于創(chuàng)造性的方案與概念構(gòu)思上，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了產(chǎn)品的研制周期。9.3.2EDA技術(shù)的特征與EDA方法現(xiàn)代EDA技術(shù)的基本特征是采用高級(jí)語(yǔ)言描述，具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力。它主要采用并行工程和“自頂向下(TopDown)”的設(shè)計(jì)方法，使開發(fā)者從一開始就要考慮到產(chǎn)品生成周期的諸多方面，包括質(zhì)量、成本、開發(fā)時(shí)間及用戶的需求等等。然后從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，并用VHDL、VerilogHDL、HDL、ABEL等硬件描述語(yǔ)言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，最后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級(jí)邏輯電路的網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。近幾年?lái)，硬件描述語(yǔ)言等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式的逐步標(biāo)準(zhǔn)化、不同設(shè)計(jì)風(fēng)格和應(yīng)用的要求導(dǎo)致各具特色的EDA工具被集成在同一個(gè)工作站上，從而使EDA框架日趨標(biāo)準(zhǔn)化。

EDA系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)(Framework)是一套配置和使用EDA軟件包的規(guī)范，目前主要的EDA系統(tǒng)都建立了框架結(jié)構(gòu)，如Cadence公司的DesignFramework，Mentor公司的FalconFramework等，這些框架結(jié)構(gòu)都遵守國(guó)際CFI組織(CADFrameworkInitiative)制定的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。Framework能將來(lái)自不同EDA廠商的工具軟件進(jìn)行優(yōu)化組合，集成在一個(gè)易于管理的統(tǒng)一的環(huán)境之下，而且還支持任務(wù)之間、設(shè)計(jì)師之間在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中實(shí)現(xiàn)信息的傳輸與共享，這是并行工程和TopDown設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。

EDA技術(shù)的基本設(shè)計(jì)方法主要包括系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、電路級(jí)設(shè)計(jì)和物理級(jí)設(shè)計(jì)。物理級(jí)設(shè)計(jì)一般由半導(dǎo)體廠家完成，對(duì)電子工程師最有意義的是系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和電路級(jí)設(shè)計(jì)。電路級(jí)設(shè)計(jì)工作從確定設(shè)計(jì)方案開始，同時(shí)要選擇能實(shí)現(xiàn)該方案的合適元器件，然后根據(jù)具體的元器件設(shè)計(jì)電路原理圖。接著進(jìn)行第一次仿真，包括數(shù)字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析、瞬態(tài)分析。系統(tǒng)在進(jìn)行仿真時(shí)，必須要有元件模型庫(kù)的支持，計(jì)算機(jī)上模擬的輸入輸出波形代替了實(shí)際電路調(diào)試中的信號(hào)源和示波器。這一次仿真主要是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在功能方面的正確性。仿真通過后，根據(jù)原理圖產(chǎn)生的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表進(jìn)行PCB板的自動(dòng)布局布線。在制作PCB板之前還可以進(jìn)行后分析，包括熱分析、噪聲及竄擾分析、電磁兼容分析、可靠性分析等，并且可以將分析后的結(jié)果參數(shù)反饋回電路圖，進(jìn)行第二次仿真，也稱為后仿真。這一次仿真主要是檢驗(yàn)PCB板在實(shí)際工作環(huán)境中的可行性。由此可見，電路級(jí)的EDA技術(shù)使電子工程師在實(shí)際的電子系統(tǒng)產(chǎn)生之前，就可以全面地了解系統(tǒng)的功能特性和物理特性，從而將開發(fā)過程中出現(xiàn)的缺陷消滅在設(shè)計(jì)階段，這不僅縮短了開發(fā)時(shí)間，也降低了開發(fā)成本。系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)是一種“概念驅(qū)動(dòng)式”設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員無(wú)須進(jìn)行電路級(jí)設(shè)計(jì)，因此可以把精力集中于創(chuàng)造性的概念構(gòu)思與方案上，一旦這些概念構(gòu)思以高層次描述的形式輸入計(jì)算機(jī)后，EDA系統(tǒng)就能以規(guī)則驅(qū)動(dòng)的方式自動(dòng)完成整個(gè)設(shè)計(jì)。這樣，新的概念得以迅速有效的成為產(chǎn)品，大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。此外，系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)只涉及系統(tǒng)的行為特性，而不涉及實(shí)現(xiàn)工藝，在廠家綜合庫(kù)的支持下，利用綜合優(yōu)化工具可以將高層次描述轉(zhuǎn)換成針對(duì)某種工藝優(yōu)化的網(wǎng)表，工藝轉(zhuǎn)化變得輕松容易。9.3.3EDA工具

EDA工具的發(fā)展經(jīng)歷了兩個(gè)大的階段:物理工具和邏輯工具。物理工具用來(lái)完成設(shè)計(jì)中的實(shí)際物理問題，如芯片布局、印刷電路板布線等等;邏輯工具是基于網(wǎng)表、布爾邏輯、傳輸時(shí)序等概念，首先由原理圖編輯器或硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入，然后利用EDA系統(tǒng)完成綜合、仿真、優(yōu)化等過程，最后生成物理工具可以接受的網(wǎng)表或VHDL、VerilogHDL的結(jié)構(gòu)化描述?，F(xiàn)在常見的EDA工具有編輯器、仿真器、檢查/分析工具、優(yōu)化/綜合工具等等。不同設(shè)計(jì)風(fēng)格和應(yīng)用要求的EDA工具通常都以EDA軟件包的形式被集成在工作站或計(jì)算機(jī)上。目前，國(guó)內(nèi)使用的EDA軟件很多，大多功能強(qiáng)大、完整，最常用的主要有:

(1)PROTEL:PROTEL是PROTEL公司在20世紀(jì)80年代末推出的EDA軟件。在電子行業(yè)的CAD軟件中。它是電子設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早就在國(guó)內(nèi)開始使用，在國(guó)內(nèi)的普及率也最高。早期的PROTEL主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用，運(yùn)行在DOS環(huán)境，對(duì)硬件的要求很低，在無(wú)硬盤286機(jī)的1MB內(nèi)存下就能運(yùn)行。但其功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制板自動(dòng)布線的布通率也低。而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL2000，是一個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)(包含印制電路板自動(dòng)布線)、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server(客戶/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu)。同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等。其多層印制線路板的自動(dòng)布線可實(shí)現(xiàn)高密度PCB的100％布通率。

(2)ORCAD:ORCAD是由ORCAD公司于20世紀(jì)80年代末推出的EDA軟件，它是世界上使用最廣的功能強(qiáng)大的EDA軟件。它集成了電原理圖繪制、印制電路板設(shè)計(jì)、數(shù)字電路仿真、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能。而且它的界面友好且直觀，元器件庫(kù)豐富，僅是電路仿真的元器件庫(kù)就有8500個(gè)，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊。

(3)PSPICE:它是較早出現(xiàn)的EDA軟件之一，1985年就由MICROSIM公司推出。它在電路仿真方面的功能很強(qiáng)，已被并入ORCAD等大型EDA軟件，在國(guó)內(nèi)使用非常普遍。整個(gè)軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵(lì)編輯、元器件庫(kù)編輯、波形圖等幾個(gè)部分組成，使用時(shí)是一個(gè)整體，但各個(gè)部分各有各的窗口。最新推出的版本為PSPICE9.1，工作于Windows95/98/NT平臺(tái)上，是功能強(qiáng)大的模擬電路和數(shù)字電路混合仿真的EDA軟件。它可以進(jìn)行各種各樣的電路仿真、激勵(lì)建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數(shù)據(jù)輸出，并可在同一個(gè)窗口內(nèi)同時(shí)顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無(wú)論對(duì)哪種器件哪些電路進(jìn)行仿真，包括IGBT、脈寬調(diào)制電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)/模轉(zhuǎn)換等，都可以得到精確的仿真結(jié)果。對(duì)于庫(kù)中沒有的元器件模塊，還可以自己編輯。

(4)EAD2000:這是一個(gè)純國(guó)產(chǎn)的EDA軟件，主要應(yīng)用于電子線路圖、印制電路板和電氣工程圖的計(jì)算機(jī)輔助自動(dòng)化設(shè)計(jì)。它具有完整的繪圖、輸出、建庫(kù)、自動(dòng)化布局布線、設(shè)計(jì)優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化等功能。

(5)MATLAB:MATLAB本是一個(gè)由美國(guó)MathWorks公司推出的用于數(shù)值計(jì)算和信號(hào)處理的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件包，但隨著版本的不斷升級(jí)，不同應(yīng)用領(lǐng)域的專用庫(kù)函數(shù)和模塊匯集起來(lái)作為工具箱添加到軟件包中，其功能越來(lái)越強(qiáng)大。利用通信系統(tǒng)工具箱等，可以進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真。

(6)Cadence:它是由Cadence公司推出的高級(jí)EDA軟件，它可以完成原理圖設(shè)計(jì)、模擬數(shù)字仿真及混合仿真、PCB板設(shè)計(jì)與制作，還可以進(jìn)行PIC，ASIC的設(shè)計(jì)仿真等。Cadence軟件具有大量的元器件庫(kù)和功能模塊，用戶界面非常友好，菜單顯示直接方便。但該軟件占據(jù)空間較大，調(diào)用時(shí)間長(zhǎng)，一般裝于工作站上，才能滿足設(shè)計(jì)者的操作需要。它使用UNIX操作系統(tǒng)，這要求操作者對(duì)UNIX系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境有足夠的了解。

(7)Eesof:這是HP(現(xiàn)為Agilent)公司推出的專門用于高頻和微波電路設(shè)計(jì)與分析的專業(yè)EDA軟件，主要包括ADS

(AdvancedDesignSystem)、MDS/RFDS(MicrowaveDesignSystem)。它收錄有較為完備的各大公司的元器件和集成電路的性能參數(shù)及封裝信息，不僅可以對(duì)高頻及微波系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)和電路級(jí)的設(shè)計(jì)與分析，而且可以進(jìn)行電路板級(jí)等仿真分析以及電磁兼容分析、熱分析、穩(wěn)定性分析和靈敏度分析等，功能強(qiáng)大。利用該公司提供的RF編譯器，還可以根據(jù)用戶自己定義的技術(shù)規(guī)范和允許采用的零部件清單，從行為級(jí)的描述開始，直接綜合RF線路。此RF編譯器自動(dòng)選擇一種線路結(jié)構(gòu)，計(jì)算元器件的數(shù)值，并和ADS結(jié)合使用，生成可以工作的線路原理圖。因此，在高頻和微波領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍。另外，還有許多小型(只有幾MB到幾十MB，最多幾百M(fèi)B)的高頻電路EDA軟件，它們一般只有單一功能或某一方面的功能，且很多為免費(fèi)軟件或費(fèi)用很低。其中有的軟件可在有關(guān)網(wǎng)站上下載，有的可以在線(online)仿真。這里列舉一些這樣的工具。

(1)AppCAD：這是Agilent公司開發(fā)的免費(fèi)Windows版程序(早期版本只能在DOS操作系統(tǒng)下工作)。它能夠幫助工程師們快速設(shè)計(jì)BJT(雙極型晶體管)、FET(場(chǎng)效應(yīng)管)和MMIC(微波單片集成電路)的偏置網(wǎng)絡(luò)、檢波器電路、微帶線、帶狀傳輸線等。它還有一個(gè)反射計(jì)算器用來(lái)為所需的輸入輸出阻抗計(jì)算電壓駐波比(VSWR)、回波損耗和失配損耗；一個(gè)噪聲計(jì)算器用來(lái)計(jì)算接收器的噪聲系數(shù)NF；用于無(wú)源元件的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算器。當(dāng)前的版本是V3.0.2，可以進(jìn)行復(fù)數(shù)匹配計(jì)算、混頻器的雜散計(jì)算和交調(diào)互調(diào)計(jì)算，并增加了可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容。

(2)RFSim99：它是由HYDesign公司開發(fā)的一個(gè)基于線性S參數(shù)的電路仿真器，也是一個(gè)免費(fèi)軟件。它有一個(gè)RF計(jì)算器，可計(jì)算頻率與波長(zhǎng)、諧振回路、熱噪聲、信號(hào)電平和回波損耗(或駐波比)；它可以對(duì)無(wú)源的空芯電感、印制板電感進(jìn)行計(jì)算，對(duì)微帶線、帶狀線、同軸電纜、扁平雙線進(jìn)行計(jì)算，對(duì)電容器、耦合線和功分器進(jìn)行計(jì)算；它可以對(duì)射頻的匹配電路、衰減電路和濾波器電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。

(3)Multisim：Multisim是加拿大IIT公司在原有EWB

(ElectronicsWorkbench)電子線路仿真軟件基礎(chǔ)上的升級(jí)軟件。它可以對(duì)模擬、數(shù)字和模擬/數(shù)字混合電路進(jìn)行仿真，用虛擬的元件搭建各種電路，用虛擬的儀表進(jìn)行各種參數(shù)和性能指標(biāo)的測(cè)試。Multisim7提供了專門用于射頻電路仿真的元件模型庫(kù)和儀表，以此搭建射頻電路并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與仿真，克服了SPICE仿真的結(jié)果與實(shí)際電路測(cè)試結(jié)果相差較大的缺點(diǎn)，提高了射頻電路仿真的準(zhǔn)確性。

(4)FilterDesign：它是由AADE公司開發(fā)的用于設(shè)計(jì)或計(jì)算集中參數(shù)濾波器的軟件，幾乎可以包含任何類型的低通、高通、帶通和帶阻濾波器，如巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、橢圓(Elliptic)、貝塞爾(Bessel)、高斯(Gaussian)和晶格(Crystalladder)濾波器等，可以計(jì)算這些濾波器的元件參數(shù)、插入損耗、回波損耗、群延遲、輸入阻抗等。

(5)MixSpur：它是由Engineer’sClub開發(fā)的低價(jià)格軟件，可以以圖形和表格的形式顯示混頻器和本振(LO)級(jí)產(chǎn)生的寄生輸出信號(hào)的頻率和幅度。這對(duì)混頻器的設(shè)計(jì)非常有用。

(6)EasyPLL：它是由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)開發(fā)的用以設(shè)計(jì)和檢查PLL電路的軟件。只需將所需的參考頻率、調(diào)諧范圍和鑒相頻率放在合適的塊內(nèi)，就可用此軟件快速而準(zhǔn)確地選出合適的VCO和PLL芯片，并可設(shè)計(jì)整個(gè)環(huán)路濾波器，輸出PLL的全部特性。利用此軟件，還可以檢查PLL的穩(wěn)定性和元器件值是否合適。還有很多關(guān)于匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的軟件，如LCMatch和ImpedanceMatchingNetworkDesigner等，以及用于有線電視工程中的個(gè)人軟件AdvanceRFtoolkit等。9.3.4高頻電路EDA高頻電路EDA與一般的電子電路EDA基本方法沒有本質(zhì)區(qū)別，可按照如圖9-12所示電路級(jí)的設(shè)計(jì)與分析步驟進(jìn)行，但要注意高頻電路的基本概念、基本參數(shù)和高頻電路的特殊性。高頻電路EDA一般用的是可以進(jìn)行模擬電路(最好是高頻或微波電路)和模數(shù)混合電路設(shè)計(jì)與仿真的EDA軟件。下面以Hp-Eesof61(SeriesIV)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)的JFET放大器，來(lái)說(shuō)明高頻電路EDA的簡(jiǎn)單工作過程。

Hp-Eesof61軟件的典型工作環(huán)境有四個(gè)主要的工作窗口:schem、test、layout和default。在schem窗口中進(jìn)行電路和系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)和優(yōu)化;在test窗口中進(jìn)行原理的仿真;在layout窗口中進(jìn)行印制板的布線、仿真和優(yōu)化工作;在default中設(shè)定環(huán)境條件。圖9-12高頻電路EDA步驟框圖圖9-13是HPEesof61的系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。在設(shè)計(jì)中一般采用頂層→底層和底層→頂層的設(shè)計(jì)方案。頂層設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)和仿真，底層設(shè)計(jì)主要完成具體電路的設(shè)計(jì)和仿真。頂層設(shè)計(jì)所涉及到的部件可以通過三種方法獲得:對(duì)于普通部件可以利用已有器件庫(kù)中的器件;對(duì)于特殊的部件可以通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析儀得到的S參數(shù)構(gòu)造部件;對(duì)于用戶設(shè)計(jì)部件可以調(diào)用用戶設(shè)計(jì)的電路器件獲得。電路設(shè)計(jì)所涉及到的器件可以通過現(xiàn)有的元件庫(kù)和測(cè)量所得到的參數(shù)模型得到。圖9-13Hp-Eesof61系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在仿真中用來(lái)測(cè)試的信號(hào)十分重要，Eesof提供了如掃頻信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)、QPSK信號(hào)等多種信號(hào)。對(duì)于特定信號(hào)可以通過從HP89440A信號(hào)矢量分析儀得到的數(shù)據(jù)編寫信號(hào)數(shù)據(jù)文件獲得。在下面所舉的例子中可以看到Eesof提供了大量的測(cè)試工具，為電路設(shè)計(jì)人員提供了強(qiáng)大的測(cè)試功能。一個(gè)兩級(jí)的JFET放大器原理圖如圖9-14所示。圖9-14JFET放大器原理圖對(duì)它進(jìn)行S參數(shù)性能分析，圖9-15為電路仿真線性測(cè)試平臺(tái)。圖9-16是這個(gè)電路的線性仿真測(cè)試結(jié)果。從圖上可以看到該放大器在85～115MHz范圍內(nèi)具有大于22dB的增益，輸入和輸出的反向損失小于-10dB。圖9-15電路仿真平臺(tái)圖9-16仿真結(jié)果9.4高頻電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求與性能指標(biāo)

1.發(fā)信機(jī)的設(shè)計(jì)要求與性能指標(biāo)發(fā)信機(jī)的主要任務(wù)是將基帶信號(hào)以各種適宜的方式進(jìn)行調(diào)制并以足夠的功率發(fā)送，而最終發(fā)射出去的是處于某一信道內(nèi)的已調(diào)高頻大功率信號(hào)（通常情況）。因此，高頻發(fā)信機(jī)的設(shè)計(jì)要求主要是：（1）選擇簡(jiǎn)單方便的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)；（2）選擇抗干擾性能好、頻帶利用率高的調(diào)制方式；（3）不失真地高效輻射大功率，并嚴(yán)格控制信道寬度和帶外輻射，防止對(duì)臨近信道產(chǎn)生干擾。發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo)有基帶信號(hào)頻譜寬度、發(fā)射機(jī)工作頻率、發(fā)射機(jī)輸出功率、發(fā)射機(jī)工作效率、發(fā)射信號(hào)頻譜純度和頻率穩(wěn)定度、雜散、諧波要求、發(fā)射機(jī)頻帶寬度、信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和發(fā)射機(jī)線性度以及駐波比等要求?，F(xiàn)代無(wú)線通信對(duì)發(fā)射機(jī)的要求側(cè)重于高頻譜純度及線性度。

2.接收機(jī)的設(shè)計(jì)要求與性能指標(biāo)在接收機(jī)中，接收天線上所感應(yīng)的信號(hào)為受到很大衰減和衰落的微弱信號(hào)，而且還可能存在多徑和眾多干擾信號(hào)。因此，對(duì)接收機(jī)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)要求主要有以下幾個(gè)方面：（1）必須具有接收微弱信號(hào)和抵抗強(qiáng)干擾信號(hào)的能力，即具有高的接收靈敏度和大的動(dòng)態(tài)范圍；（2）能從眾多的信號(hào)中選出有用信號(hào)而抑制干擾信號(hào)，并能將有用信號(hào)低噪聲放大到解調(diào)器所要求的電平值，即要有良好的選擇性和足夠的增益；（3）實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的解調(diào)。接收機(jī)中主要考慮工作頻率、接收機(jī)靈敏度、接收動(dòng)態(tài)范圍、高頻信號(hào)帶寬、中頻信號(hào)帶寬、中頻頻率、選擇性、輸出信號(hào)信噪比等性能指標(biāo)。其中，接收機(jī)靈敏度與電子噪聲和高頻帶寬有關(guān)，動(dòng)態(tài)范圍與非線性失真有關(guān)，接收機(jī)靈敏度和輸出信號(hào)信噪比都與本振信號(hào)源的頻譜純度或相位噪聲有著密切的關(guān)系。9.4.2高頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟

1.系統(tǒng)總傳輸損耗一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)鏈路損耗如圖9－17所示。其中，發(fā)送鏈路從發(fā)射機(jī)經(jīng)饋線（損耗為L(zhǎng)t）至發(fā)射天線，接收鏈路從接收天線經(jīng)饋線（損耗為L(zhǎng)r）至接收機(jī)。發(fā)送設(shè)備以一定頻率、帶寬和功率發(fā)射無(wú)線電信號(hào)（天線輻射功率為Ptt），接收設(shè)備以一定頻率、帶寬和接收靈敏度（MDS）接收無(wú)線電信號(hào)（天線接收到的功率為Pr，接收機(jī)接收到的功率為Prr），無(wú)線電信號(hào)經(jīng)過信道會(huì)產(chǎn)生衰減和衰落，并會(huì)引入噪聲與干擾。如果天線是無(wú)方向性（全向）天線，通常認(rèn)為天線增益為0dBi，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮；如果天線是方向性天線，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮天線的增益，一般假設(shè)發(fā)射和接收天線的增益分別為Gt和Gr。綜合考慮發(fā)送功率和天線增益聯(lián)合效果的參數(shù)是有效全向輻射功率EIRP（EffectiveIsotropicRadiatedPower）。圖9－17點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線通信系統(tǒng)鏈路損耗由第1章緒論中可知，無(wú)線通信系統(tǒng)的主要要求是可靠性和有效性，對(duì)模擬通信來(lái)講，分別用信噪比（SNR）和帶寬來(lái)描述；對(duì)數(shù)字通信來(lái)講，分別用誤碼率和數(shù)據(jù)速率來(lái)描述。對(duì)于確定的無(wú)線通信系統(tǒng)和鏈路，模擬通信與數(shù)字通信的可靠性和有效性指標(biāo)存在確定的關(guān)系。以模擬通信為例，在對(duì)無(wú)線通信鏈路進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，最重要的技術(shù)指標(biāo)有工作頻率f（載波頻率或頻帶的幾何中心頻率）、帶寬（注意區(qū)分信號(hào)帶寬、信道帶寬和噪聲帶寬3種不同的帶寬概念，通常信道帶寬不小于信號(hào)帶寬，在多級(jí)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中，為了估算方便，一般認(rèn)為三者相等）、傳輸距離d、發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率Pt、接收設(shè)備的輸出信噪比SNRo（解調(diào)器的輸入信噪比）和信號(hào)電平（常用功率Po表示）。

1）系統(tǒng)損耗Ls無(wú)線信道產(chǎn)生的損耗為系統(tǒng)損耗Ls，包括傳輸損耗和衰落。傳輸損耗也稱路徑損耗（Lp），包括傳播損耗（衰減）和媒質(zhì)傳輸損耗A。路徑損耗代表大尺度傳播特性，總體上表現(xiàn)為冪定律的傳播特征。（1）傳輸損耗。傳播損耗主要指自由空間傳播損耗Lbf。自由空間是一個(gè)理想的空間，在自由空間中，電波按直線傳播而不被吸收，也沒有反射、折射、繞射和散射等現(xiàn)象發(fā)生，電波的能量只因距離的增加而自然擴(kuò)散，這樣引起的衰減稱為自由空間的傳播損耗。假設(shè)輻射源的輻射功率為Pt，當(dāng)天線發(fā)射信號(hào)后，信號(hào)會(huì)向各個(gè)方向傳播，在距離發(fā)射天線半徑為d的球面上，信號(hào)強(qiáng)度密度等于發(fā)射的總信號(hào)強(qiáng)度除以球的面積，則接收功率Pr為(9-1)式中，Gt和Gr分別為從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)方向上的發(fā)射天線增益和接收天線增益；d為發(fā)射天線和接收天線之間的距離；載波波長(zhǎng)為λ=c/f，c為自由空間中的光速，f為無(wú)線載波頻率。若把 作為第一米（d＝1m）的接收信號(hào)強(qiáng)度，則式（9-1）可寫為（9－2）用分貝（dB）表示為10lgPr=10lgP0－20lgd

（9－3）對(duì)于理想的各向同性天線（Gt=Gr=1），自由空間的衰耗稱為自由空間的基本傳輸損耗Lbf，用公式表示為（9－4）或Lbf(dB)=32.45+20lgf(MHz)+20lgd(km)（9－5）考慮實(shí)際媒質(zhì)（如大氣）各向同性天線的傳輸損耗稱為基本傳輸損耗Lb。上面幾個(gè)式子表明：在自由空間中，接收信號(hào)功率與距離的平方成反比，這里的次冪2稱為距離功率斜率（DistancePowerGradient）、路徑損耗斜率或路徑損耗指數(shù)。作為距離函數(shù)的信號(hào)強(qiáng)度每10倍距離的損耗為20dB，或者每2倍頻程的損耗為6dB。需要說(shuō)明的是，前面的關(guān)系式不能用于任意小的路徑長(zhǎng)度，因?yàn)榻邮仗炀€必須位于發(fā)射天線的遠(yuǎn)場(chǎng)中。對(duì)于物理尺寸超過幾個(gè)波長(zhǎng)的天線，通用的遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)則是d≥2l2/λ，式中l(wèi)為天線主尺寸。媒質(zhì)傳輸損耗指的是傳輸媒質(zhì)及障礙物等對(duì)電磁波的吸收、反射、散射或繞射等作用而引起的衰減。（2）衰落。衰落是由陰影、多徑或移動(dòng)等引起的信號(hào)幅度的隨機(jī)變化，這種信號(hào)幅度的隨機(jī)變化可能在時(shí)間上、頻率上和空間上表現(xiàn)出來(lái)，分別稱為時(shí)間選擇性衰落、頻率選擇性衰落和空間選擇性衰落。衰落是一種不確定的損耗或衰減，影響傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。對(duì)抗衰落的方法要根據(jù)衰落產(chǎn)生的原因和特性來(lái)確定，主要從改善線路的傳播情況和提高系統(tǒng)的抗衰落能力著眼。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要盡可能地減少衰落，如選擇合適的工作頻率、部署適當(dāng)?shù)脑O(shè)備位置等；另一方面要采取系列的技術(shù)措施以提高抗衰落能力，如針對(duì)快衰落可采用合適的調(diào)制解調(diào)方式、分集接收和自適應(yīng)均衡等一種或多種措施，針對(duì)慢衰落和媒質(zhì)傳輸損耗以及設(shè)備老化與損傷通常采用適當(dāng)增加功率儲(chǔ)備或衰落裕量Fσ（fade

margin）。衰落裕量是指在一定的時(shí)間內(nèi)，為了確保通信的可靠性，鏈路預(yù)算中所需要考慮的發(fā)射功率、增益和接收機(jī)噪聲系數(shù)的安全容限。

2）系統(tǒng)總傳輸損耗從發(fā)送鏈路到接收鏈路的所有損耗稱為系統(tǒng)總傳輸損耗Lst，主要包括傳播損耗Lp和兩端收發(fā)信機(jī)至天線的饋線損耗（發(fā)射饋線損耗為L(zhǎng)t，接收饋線損耗為L(zhǎng)r）。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常將衰落裕量Fσ也計(jì)入系統(tǒng)總傳輸損耗，即Lst(dB)=Lp(dB)+Lt(dB)+Lr(dB)+Fσ(dB)(9－6)由以上分析可以看出，系統(tǒng)總傳輸損耗與工作頻率、傳輸距離、傳播方式、媒質(zhì)特性和收發(fā)天線增益等因素有關(guān)，一般為幾十至200dB左右。

2.鏈路預(yù)算與系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)要求，在確定了工作頻率、帶寬、傳輸距離和調(diào)制解調(diào)方式等系統(tǒng)指標(biāo)后，在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)之前，還必須進(jìn)行鏈路預(yù)算分析。通過分析，可以預(yù)知或計(jì)算出在特定的誤碼率或信噪比下，為了達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，接收機(jī)所需要的噪聲系數(shù)、增益和發(fā)射機(jī)的輸出功率等參數(shù)以及接收機(jī)輸出的信號(hào)強(qiáng)度和信噪比等技術(shù)指標(biāo)。鏈路預(yù)算的過程實(shí)際上是反復(fù)計(jì)算和參數(shù)調(diào)整的過程。

1）鏈路預(yù)算鏈路預(yù)算就是估算系統(tǒng)總增益能否補(bǔ)償系統(tǒng)總損耗，或者接收機(jī)接收到的信號(hào)強(qiáng)度能否超過接收機(jī)靈敏度，以達(dá)到解調(diào)器輸入端所需的信號(hào)電平Po和信噪比SNRo要求。下面介紹鏈路預(yù)算過程。（1）計(jì)算鏈路總損耗Lst。根據(jù)系統(tǒng)要求給定的通信距離d、工作頻率f和工作環(huán)境，選擇相應(yīng)的路徑損耗模型，計(jì)算相應(yīng)的傳輸損耗（簡(jiǎn)單估算時(shí)常用自由空間傳播損耗Lbf代替），在考慮收發(fā)兩端饋線損耗和衰落裕量后，按照式（9－6）計(jì)算鏈路總損耗。（2）計(jì)算系統(tǒng)總增益Gs。設(shè)接收機(jī)的總增益為GRX（dB），則系統(tǒng)總增益Gs為Gs(dB)=Gt(dB)+Gr(dB)+GRX(dB)(9－7)MDS(dBm)=－171(dBm)+10lgB(Hz)+NF(dB)(9－8)Simin(dBm)=MDS+SNRo

=－171(dBm)+10lgB(Hz)+NF(dB)+SNRo(dB)(9－9)（3）計(jì)算接收機(jī)的靈敏度MDS和Simin。按照第2章中噪聲系數(shù)與靈敏度的關(guān)系計(jì)算接收機(jī)的最小可檢測(cè)信號(hào)MDS和接收機(jī)靈敏度Simin。實(shí)際上，在不考慮解調(diào)器要求的信噪比（或要求的信噪比為0dB）時(shí)，最小可檢測(cè)信號(hào)MDS和接收機(jī)靈敏度Simin是相同的。為了使用方便，將第2章的公式重寫于此：（4）計(jì)算接收機(jī)接收到的信號(hào)功率Prr和接收機(jī)輸出功率Pout及信噪比SNR。Prr(dBm)=Pt(dBm)+Gt(dB)+Gr(dB)-Lst(dB)（9－10）在確保發(fā)射機(jī)輸出功率能克服系統(tǒng)總損耗，并提供足夠的衰落裕量，同時(shí)保證接收機(jī)具有低的噪聲系數(shù)以滿足所需的信噪比時(shí)，接收機(jī)輸出功率為Pout(dBm)=Pt(dBm)+Gs(dB)-Lst(dB)（9－11）如果已知接收天線上的信號(hào)電平為Ps，也可以按照下式計(jì)算接收機(jī)輸出功率Pout(dBm)=Ps(dBm)+Gr(dB)-Lr(dB)+GRX(dB)（9－12）根據(jù)Pout和噪聲功率可以計(jì)算出接收機(jī)輸出端的信噪比SNR為SNR(dB)=Pout(dBm)-(MDS(dBm)+Lr(dB)+GRX(dB))（9－13）接收機(jī)設(shè)計(jì)的輸出信噪比SNR與要求的信噪比SNRo之差稱為鏈路裕量M。鏈路裕量M為正值是所希望的結(jié)果，但這并不一定說(shuō)明該鏈路就不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，而是表明其出錯(cuò)的概率較低。M的正值越大，鏈路出錯(cuò)的概率越低，但付出的代價(jià)也越大。反之，M為負(fù)值并不表示該通信鏈路就一定無(wú)法通信，只是其通信出錯(cuò)的概率較高而已。綜合各種因素去推算鏈路余量的過程就是鏈路預(yù)算。（5）判斷與調(diào)整。判斷接收機(jī)輸出功率Pout是否不低于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的輸出功率Po，或者鏈路裕量M是否為正值。若滿足，則鏈路預(yù)算合理，否則需要調(diào)整發(fā)射機(jī)輸出功率Pt、Gs中的收發(fā)天線增益與接收機(jī)總增益3個(gè)參數(shù)，以及降低Lst中可降低的損耗。判斷接收機(jī)接收到的信號(hào)功率Prr是否不低于接收機(jī)最小可檢測(cè)信號(hào)MDS和接收靈敏度Simin。如果接收機(jī)接收到的信號(hào)功率Prr低于接收機(jī)最小可檢測(cè)信號(hào)MDS，則系統(tǒng)很難正常工作，需要對(duì)技術(shù)體制和系統(tǒng)參數(shù)作較大調(diào)整；如果接收機(jī)接收到的信號(hào)功率Prr大于接收機(jī)最小可檢測(cè)信號(hào)MDS而低于接收靈敏度Simin，則除了調(diào)整Pt、Gs、Lst和接收機(jī)噪聲系數(shù)NF等參數(shù)之外，也可以考慮改變對(duì)解調(diào)性能的要求或者改變調(diào)制解調(diào)方式；若如果接收機(jī)接收到的信號(hào)功率Prr大于接收機(jī)的接收靈敏度Simin，則系統(tǒng)可以正常工作，不需調(diào)整。

2）系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)就是根據(jù)系統(tǒng)要求和鏈路預(yù)算情況，確定通信鏈路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和其中各單元的系統(tǒng)指標(biāo)。首先是確定發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率Pt、收發(fā)天線的增益、收發(fā)兩端饋線的損