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秒懂低功率射频合成器设计

2019-07-25 10:13:00

提起加利福尼亚大学洛杉矶分校电气工程系教授Behzad Razavi，每个模拟／射频／混合信号电路的同行一定都久闻大名。Razavi教授的课本《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》以及《RF Microelectronics》成为了一代中国半导体人的模拟／射频电路入门教材，其清晰的电路分析思路和高超的讲解技巧令读者印象深刻。

7月15日-16日，由工业和信息化部人才交流中心、南京市江北新区管理委员会主办，IC智慧谷承办，南京江北新区产业技术研创园、南京软件园、南京集成电路产业服务中心、南京江北新区人力资源服务产业园协办的第90期国际名家讲堂在南京江北新区举办。讲堂邀请到加利福尼亚大学洛杉矶分校电气工程系教授Behzad Razavi讲授低功率射频合成器的设计。

本次讲堂吸引了来自中国电子科技集团第二十四、三十八、五十四、五十八研究所，北京智芯微电子，深圳中兴微电子，成都华微电子，广东大普通信，江苏微远芯微，东南大学，中国科学技术大学，电子科技大学，西安交通大学，长沙理工大学等多家企业、高校及科研院所的80余位相关代表慕名而来。

江北新区的企业更是近水楼台先得月，来自中科芯南京、南京中胜微电子、南京凯鼎电子、南京矽邦半导体、南京芯视元电子、南京启纬智芯微电子、南京泰顶集成电路、南京灵动集成电路等12家企业40余名代表热情参与其中，并表示本次课受益匪浅。IC智慧谷作为集成电路产业人才培养的主阵地，着力培育“芯”人才和“芯”动能，助力江北新区优势产业发展。

芯干宝贝

在第一天的授课中，拉扎维老师主要对电感电容型压控振荡器的设计以及它的相位噪声进行了细致的讲解。除了介绍各种不同结构的LC压控振荡器，还分享了许多在设计过程中积攒的经验，例如公式(1)，在学习电路原理时，并没有要求将振荡器的增益设定在某一个值，但是在拉扎维老师几十年的电路设计经验下，他总结出了一些经验公式，在这些经验的帮助下，设计出的电路将具有更良好的性能。

(1)

在讲述完原理部分后，拉扎维老师还举了一些例子来帮助学员理解和记忆，如图2就是在讲述完LC压控振荡器后，所给出的一个设计范例，并且做出了它的输出波形和相位噪声谱，方便了学员的学习。

图2LC压控振荡器设计范例

第二天，教授主要对整数锁相环和分数锁相环的原理进行了细致的讲解，并对设计中的主要问题进行说明，专业知识的讲解也都是通过电路的基本原理来阐述，详细的分析了锁相环中各个模块的噪声机制。最后拉扎维老师介绍了几种最前沿的锁相环结构，为从事锁相环研究的工作者提供了参考方向。

名芯风采

Razavi教授于1985年在沙里夫理工大学的电气工程系获得理学学士学位，并分别于1988年和1992年在斯坦福大学电气工程系获得理学硕士和博士学位。他曾在AT&T贝尔实验室工作，随后又受聘于Hewlett-Packard实验室。1996年9月，他成为加利福尼亚大学洛杉矶分校的电气工程系副教授，随后晋升为教授。目前他从事的研究包括无线收发、频率合成，高速数据通信及数据转换的锁相和时钟恢复。他出版了150多篇论文和七本书，并获得了他的研究、教学和作者的众多奖项。Razavi教授被评为国际固态电路会议（ISSCC）50年以来排名前10位的作者之一。他是IEEE著名讲师、特别会员。

理论工程齐头并进

在20世纪末，随着CMOS RF电路的兴起，Razavi也开始做这方面的工作，并且在频率综合器（包括振荡器以及锁相环）、接收机和发射机链路架构以及电路模块都做出了卓越的贡献。这些贡献既包括工程方面的，也包括理论方面的。工程方面，Razavi以及他的学生们提出了许多新电路结构以提升电路性能，他们在锁相环电路中实现了接近于参考频率一半的锁相环带宽，突破了之前的Gardner Limit （即锁相环频率应小于参考频率的十分之一）。在理论方面，Razavi在相位噪声这个迷人又令人困惑的问题上也做出了许多贡献，包括上世纪末发表于JSSC上的论文（“A Study of Phase Noise in CMOS Oscillators," JSSC 1996），该论文给相位噪声一种简单易懂的解释。Razavi还在JSSC（2014年）以及TCAS I（2013年）上发表关于相位噪声的论文，可见Razavi是对于理论和工程实现都非常重视的教授。

无线有线畅通无阻

总结Razavi的工作，可以说是涵盖整个通讯电路领域。在无线通讯领域，他的工作（发射机前端、接收机前端、频率综合器、ADC）包括了几乎所有的射频前端、模拟基带以及频率生成模块。另一方面，在有线（Wireline）通讯方面也做出了卓越的贡献，使Wireline电路的能量效率往前迈了一大步。正因为这些贡献，Razavi教授于2003年当选IEEE Fellow，并于2017年当选美国国家工程学院院士。

留白教学引人深思

除了学术做得好之外Razavi教授在教学上也有自己独特的一套方法。Razavi的讲义往往在重要的部分有大段的空白，意味着你不能指望回家光看讲义，而必须带着讲义去上课听他当场讲课才能把这些空白的地方补上，可见Razavi在备课的时候不只是照本宣科而是充分考虑了学生的心理并保证教学效果。

知其然知其所以然

Razavi上课的最大特点可以说是能够在最短时间内让学生入门课程所涉及的领域。在课程大纲上，首先Razavi会从系统的角度进行讲解，让学生们充分明白为什么要学这些电路，这些电路又能用在哪些地方，而不是单纯推导一些公式让学生去背。

同时，Razavi会精心裁剪课时，保证每一堂课的内容都是重点要点，对于一些技术细节则会选择性地略过。所以上Razavi的课通常学生们都不会觉得云里雾里。

最后，Razavi上课会有许多工程实践性内容，从一开始讲到电路就会在课后习题中布置电路仿真相关的作业，而且课程最后一定会有一个重要的实践项目（如LNA+mixer设计），学生在经过这样的训练后去找工作就会轻松很多。这一点也值得中国的大学借鉴，毕竟在电路这样的工程领域，让学生们尽早多接触工程实现细节是非常重要的。

芯人芯声

石立志

中国电子科技集团公司第五十四研究所

非常有幸主办方能请到大名鼎鼎的拉扎维教授，给我们讲解低功耗的锁相环设计技术，学习的第一本关于集成电路的书籍就是拉扎维教授的黄皮书，学习了很多模拟集成电路方面的基础知识，至今每次看起来还是很有收获，本次讲解的锁相环无论整数还是收获很多，感谢教授的分享。

Leo

广东大普通信技术有限公司

拉扎维老师的课件简单明了，讲课非常精彩，讲课时发音清晰。专业知识的讲解也都是通过电路的基本原理来阐述。课件中很多细节都是一般市面上教材中没有的。拉扎维老师在模拟锁相环领域是业内公认权威，推理非常清晰，把工程中的实际和学术讲座娓娓道来。本人从事锁相环方向芯片研究10多年，为锁相环芯片国产化做过些贡献。咨询了拉老师工程中困惑7，8年的基础问题，很开心。感谢拉扎维老师的讲授，也感谢主办方为组织这次讲堂所做的工作！

刘法恩

深圳市中兴微电子技术有限公司

很幸运能够现场聆听拉扎维教授关于锁相环电路相关知识的培训课程。我从事锁相环电路设计有超过9年的时间，积累了一定的相关设计经验，但是在相关理论上还是有不少欠缺，知其然不知其所以然。通过参加这次培训，聆听拉扎维教授深入浅出的理论分析，让我产生了很多豁然开朗的共鸣点，为之前的设计经验找到了理论依托，在此基础上后续的电路设计中应该会更近一步。再次感谢工信部为组织这次课程做出的努力，也感谢拉扎维教授的辛苦授课。

付家翰

中国科学技术大学

第一天主要讲解的内容是LC VCO以及以及其相关特性等，第二天主要讲解PLL的其他内容。参加本次第90期的低功耗射频合成器的设计给我的感受是razavi教授讲的真的很好，在经历过两天的洗礼，感觉到收获满满。感谢本期的主办方以及策划者们，也感谢razavi教授。

曹军

西安交通大学

很荣幸能参加这次名家讲堂，并得到集成电路领域的大神拉扎维老师的指导。所有集成电路设计人员开始学习时，都能在《模拟CMOS集成电路设计》这本书上看到拉扎维老师的名字，我也神往已久，能参加这次名家讲堂并得到拉扎维老师的教导，我感到非常荣幸，并且本人刚好从事锁相环方面的研究，很契合这一次的授课题目，亦是非常的幸运。拉扎维老师的讲课非常精彩，讲课时发音清晰，并且在关键地方会用很慢的语速来强调重点，获得了许多设计中的tips非常有帮助。拉扎维老师在模拟电路领域的知识之深度让我无比钦佩，并且他将许多设计中的经验分享给了我们这些后辈，让我们能踩在巨人的肩膀上前行，我认为在这样的高水平课堂中，哪怕是掌握了一个很小的以前没注意的知识点，在后面的工作中也可能产生巨大的收益！这一次的南京之行受益匪浅，因此在此我想要感谢拉扎维老师的细心讲授，同时也要感谢组织了这次讲堂默默做了许多工作的工信部的同志。

洪啸宇

电子科技大学成都学院

首先，非常感谢主办方提供的机会，让我得以聆听业界超级大牛的讲座。另外，格外感谢Razavi教授耐心而专业的答疑。对于一个正在入门PLL设计的学生而言，这样的机会是极其宝贵的。更难得的是拉扎维教授编排的资料难度适中，对我这个本科生而言，虽然依然有少量的不明白之处，但总体上而言依然非常有启发性。对PLL环路从头到尾的透彻推导是非常宝贵的。我个人认为，对有志于微纳电子的学生而言，即使是本科生，只要有机会参与这样的讲座依然应当参加。不用怕听不懂，做好笔记，回去便带着课程中听到的内容着手开始设计，有依然不懂的部分自己继续补课。

合成器混合信号定都