射频接口和射频电路的特性

线性电路进行线性仿真，致使小讯号分析能够延伸应用到频率电路上，或者需要周期性频率讯号的电路上（此周期性的频率讯号可以让电路正常地工作），例如：混波器、交换式滤波器、取样器、和振荡器（由于振荡器是自行计时运转，所以频率讯号是振荡器的输出。信息讯号通常是不需要的讯号，譬如噪声）。若是如此，就会产生周期性变化的线性函数，而且，它的确能代表频率转换的效果。

所有传统的小讯号分析，都可以像这样被延伸应用。尤其，当噪声分析能够解释噪声折迭（noise folding）和"循环平稳噪声（cyclostationary noise）"的来源时，将可使射频电路的设计工作变得容易许多。若应用到振荡器，它也可以解释振荡器的"相位噪声（phase noise）"现象。下面简单解释一下"循环平稳"的意义：

循环平稳（cyclostationary；CS）讯号（或噪声）是非平稳讯号中的一个重要成员，或者说，它是一种特殊的非平稳讯号。其特性会随着时间呈现周期性或多周期性的变化（各周期并不相关，所以无法化约）。例如：在机械设备中，广泛存在着循环平稳讯号，特别是在滚动轴承…等复杂的旋转机械中，组件由于故障而产生周期性的脉冲力，使观测到的振动讯号明显地包含了周期性的成份。同理，在射频电路中，也会出现类似的现象，所以称呼这种讯号为"循环平稳噪声"。

*  线性的被动组件

在射频电路中，被动组件（例如：传输线、螺旋型电感、焊线封装）和基板，通常在电路特性中扮演着重要的角色。但是，由于这些组件的"天性"，常常很难将它们包含在仿真软件中。

一般而言，被动组件是线性的，可以利用分析式或S参数表，在频域以"相量（phasor）"建立模型。这可以大幅简化分布式组件（例如：传输线）模型之建立工作。大型的分布式结构，譬如：封装、螺旋型电感和基板，通常藉由一些通讯端口与电路的其它部份连接，因此，它们的行为可以轻易地用一个具有N端口的巨型模型（macromodel）来表示，此模型具有N2个转换函数。这些转换函数取代了许多个描述大系统的方程式，它们以高斯消去法来描述这些结构，仅留下与通讯端口讯号有关的方程式。在前处理阶段，就对每一个频率进行相当耗时耗成本的消去步骤。若N很小，这样得到的模型在频域仿真软件中被执行和评估，其结果是很有效率的。不过，通常这只对传输线和螺旋型电感有效，对封装和基板比较无效。

时域仿真软件可以用来对一阶常微分方程式（first-order ordinary differential equation）求解。但分布式组件（例如：传输线）是用偏微分方程式来表示的，所以，分布式组件很难使用时域仿真软件来评估。通常，我们会利用离散的数学方法将偏微分方程式转换成一组一阶常微分方程式。不过，这种方法会受限于频宽的大小。

另一种替代方案是对在频域中得到的分散组件，求出它的脉冲响应（impulse response），并使用回旋（convolution）法，求出此组件在电路中的响应。使用这种方法来评估损失性（lossy）或分散性（dispersive）的传输线模型或S参数表，其成本通常会比较高，而且容易出错。封装、基板和螺旋型电感可以使用大型的"集总网络（lumped network）"来建立模型。不过，这些系统可能会因为太过庞大，而无法有效地结合到时域仿真软件里面，因此必须采取某种消去的措施。

*  半导体模型

射频仿真软件所使用的半导体模型，必须能准确地将组件的高频和小讯号特性建立在模型里面，如此才可以准确地预测射频电路的行为。过去，双载子接面晶体管（BJT）常被应用在高频模拟电路中，它们的模型也适合射频电路。不过，从微米制程盛行开始，制造射频电路就改以标准的CMOS制程为主。但是，现有的MOS模型并不适合射频应用电路。尤其，在逻辑闸和基板中的分布式电阻并没有纳入模型中，这会影响到驱动点的阻抗和转换函数，甚至造成噪声。

此外，闪烁噪声（flicker noise）也没有纳入模型中；它是振荡器相位杂音的主要来源；对CMOS振荡器尤其重要，因为MOS组件会产生大量的闪烁噪声。

结语

EDA工具逐渐使射频电路的设计工作制式化和简单化，但是，射频工程师仍然需要了解基本的射频工程知识。这就好像现代的画家或摄影师最好仍然懂得素描的技巧一样，当遇到问题或情景时，能够从基本原理中找到灵感和答案，而不是只会操作计算机，根本就忘记了要如何"心算"。

本文不只介绍一般的射频模拟电路，还提到射频芯片的特性。因为目前国内大多数的硬件工程师和芯片设计业者，仍只重视传统的射频模拟电路，缺乏射频全芯片设计的完整认识，所以，常遇到许多技术问题而无法立即克服。