秒懂低功率射頻合成器設(shè)計(jì)

提起加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校電氣工程系教授Behzad Razavi，每個(gè)模擬／射頻／混合信號電路的同行一定都久聞大名。Razavi教授的課本《Design of Analog CMOS Integrated Circuits》以及《RF Microelectronics》成為了一代中國半導(dǎo)體人的模擬／射頻電路入門教材，其清晰的電路分析思路和高超的講解技巧令讀者印象深刻。

7月15日-16日，由工業(yè)和信息化部人才交流中心、南京市江北新區(qū)管理委員會主辦，IC智慧谷承辦，南京江北新區(qū)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研創(chuàng)園、南京軟件園、南京集成電路產(chǎn)業(yè)服務(wù)中心、南京江北新區(qū)人力資源服務(wù)產(chǎn)業(yè)園協(xié)辦的第90期國際名家講堂在南京江北新區(qū)舉辦。講堂邀請到加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校電氣工程系教授Behzad Razavi講授低功率射頻合成器的設(shè)計(jì)。

本次講堂吸引了來自中國電子科技集團(tuán)第二十四、三十八、五十四、五十八研究所，北京智芯微電子，深圳中興微電子，成都華微電子，廣東大普通信，江蘇微遠(yuǎn)芯微，東南大學(xué)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，電子科技大學(xué)，西安交通大學(xué)，長沙理工大學(xué)等多家企業(yè)、高校及科研院所的80余位相關(guān)代表慕名而來。

江北新區(qū)的企業(yè)更是近水樓臺先得月，來自中科芯南京、南京中勝微電子、南京凱鼎電子、南京矽邦半導(dǎo)體、南京芯視元電子、南京啟緯智芯微電子、南京泰頂集成電路、南京靈動集成電路等12家企業(yè)40余名代表熱情參與其中，并表示本次課受益匪淺。IC智慧谷作為集成電路產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的主陣地，著力培育“芯”人才和“芯”動能，助力江北新區(qū)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

芯干寶貝

在第一天的授課中，拉扎維老師主要對電感電容型壓控振蕩器的設(shè)計(jì)以及它的相位噪聲進(jìn)行了細(xì)致的講解。除了介紹各種不同結(jié)構(gòu)的LC壓控振蕩器，還分享了許多在設(shè)計(jì)過程中積攢的經(jīng)驗(yàn)，例如公式(1)，在學(xué)習(xí)電路原理時(shí)，并沒有要求將振蕩器的增益設(shè)定在某一個(gè)值，但是在拉扎維老師幾十年的電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)下，他總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，在這些經(jīng)驗(yàn)的幫助下，設(shè)計(jì)出的電路將具有更良好的性能。

(1)

在講述完原理部分后，拉扎維老師還舉了一些例子來幫助學(xué)員理解和記憶，如圖2就是在講述完LC壓控振蕩器后，所給出的一個(gè)設(shè)計(jì)范例，并且做出了它的輸出波形和相位噪聲譜，方便了學(xué)員的學(xué)習(xí)。

圖2LC壓控振蕩器設(shè)計(jì)范例

第二天，教授主要對整數(shù)鎖相環(huán)和分?jǐn)?shù)鎖相環(huán)的原理進(jìn)行了細(xì)致的講解，并對設(shè)計(jì)中的主要問題進(jìn)行說明，專業(yè)知識的講解也都是通過電路的基本原理來闡述，詳細(xì)的分析了鎖相環(huán)中各個(gè)模塊的噪聲機(jī)制。最后拉扎維老師介紹了幾種最前沿的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，為從事鎖相環(huán)研究的工作者提供了參考方向。

名芯風(fēng)采

Razavi教授于1985年在沙里夫理工大學(xué)的電氣工程系獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位，并分別于1988年和1992年在斯坦福大學(xué)電氣工程系獲得理學(xué)碩士和博士學(xué)位。他曾在AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，隨后又受聘于Hewlett-Packard實(shí)驗(yàn)室。1996年9月，他成為加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校的電氣工程系副教授，隨后晉升為教授。目前他從事的研究包括無線收發(fā)、頻率合成，高速數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的鎖相和時(shí)鐘恢復(fù)。他出版了150多篇論文和七本書，并獲得了他的研究、教學(xué)和作者的眾多獎項(xiàng)。Razavi教授被評為國際固態(tài)電路會議（ISSCC）50年以來排名前10位的作者之一。他是IEEE著名講師、特別會員。

理論工程齊頭并進(jìn)

在20世紀(jì)末，隨著CMOS RF電路的興起，Razavi也開始做這方面的工作，并且在頻率綜合器（包括振蕩器以及鎖相環(huán)）、接收機(jī)和發(fā)射機(jī)鏈路架構(gòu)以及電路模塊都做出了卓越的貢獻(xiàn)。這些貢獻(xiàn)既包括工程方面的，也包括理論方面的。工程方面，Razavi以及他的學(xué)生們提出了許多新電路結(jié)構(gòu)以提升電路性能，他們在鎖相環(huán)電路中實(shí)現(xiàn)了接近于參考頻率一半的鎖相環(huán)帶寬，突破了之前的Gardner Limit （即鎖相環(huán)頻率應(yīng)小于參考頻率的十分之一）。在理論方面，Razavi在相位噪聲這個(gè)迷人又令人困惑的問題上也做出了許多貢獻(xiàn)，包括上世紀(jì)末發(fā)表于JSSC上的論文（“A Study of Phase Noise in CMOS Oscillators," JSSC 1996），該論文給相位噪聲一種簡單易懂的解釋。Razavi還在JSSC（2014年）以及TCAS I（2013年）上發(fā)表關(guān)于相位噪聲的論文，可見Razavi是對于理論和工程實(shí)現(xiàn)都非常重視的教授。

無線有線暢通無阻

總結(jié)Razavi的工作，可以說是涵蓋整個(gè)通訊電路領(lǐng)域。在無線通訊領(lǐng)域，他的工作（發(fā)射機(jī)前端、接收機(jī)前端、頻率綜合器、ADC）包括了幾乎所有的射頻前端、模擬基帶以及頻率生成模塊。另一方面，在有線（Wireline）通訊方面也做出了卓越的貢獻(xiàn)，使Wireline電路的能量效率往前邁了一大步。正因?yàn)檫@些貢獻(xiàn)，Razavi教授于2003年當(dāng)選IEEE Fellow，并于2017年當(dāng)選美國國家工程學(xué)院院士。

留白教學(xué)引人深思

除了學(xué)術(shù)做得好之外Razavi教授在教學(xué)上也有自己獨(dú)特的一套方法。Razavi的講義往往在重要的部分有大段的空白，意味著你不能指望回家光看講義，而必須帶著講義去上課聽他當(dāng)場講課才能把這些空白的地方補(bǔ)上，可見Razavi在備課的時(shí)候不只是照本宣科而是充分考慮了學(xué)生的心理并保證教學(xué)效果。

知其然知其所以然

Razavi上課的最大特點(diǎn)可以說是能夠在最短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生入門課程所涉及的領(lǐng)域。在課程大綱上，首先Razavi會從系統(tǒng)的角度進(jìn)行講解，讓學(xué)生們充分明白為什么要學(xué)這些電路，這些電路又能用在哪些地方，而不是單純推導(dǎo)一些公式讓學(xué)生去背。

同時(shí)，Razavi會精心裁剪課時(shí)，保證每一堂課的內(nèi)容都是重點(diǎn)要點(diǎn)，對于一些技術(shù)細(xì)節(jié)則會選擇性地略過。所以上Razavi的課通常學(xué)生們都不會覺得云里霧里。

最后，Razavi上課會有許多工程實(shí)踐性內(nèi)容，從一開始講到電路就會在課后習(xí)題中布置電路仿真相關(guān)的作業(yè)，而且課程最后一定會有一個(gè)重要的實(shí)踐項(xiàng)目（如LNA+mixer設(shè)計(jì)），學(xué)生在經(jīng)過這樣的訓(xùn)練后去找工作就會輕松很多。這一點(diǎn)也值得中國的大學(xué)借鑒，畢竟在電路這樣的工程領(lǐng)域，讓學(xué)生們盡早多接觸工程實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)是非常重要的。

芯人芯聲

石立志

中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所

非常有幸主辦方能請到大名鼎鼎的拉扎維教授，給我們講解低功耗的鎖相環(huán)設(shè)計(jì)技術(shù)，學(xué)習(xí)的第一本關(guān)于集成電路的書籍就是拉扎維教授的黃皮書，學(xué)習(xí)了很多模擬集成電路方面的基礎(chǔ)知識，至今每次看起來還是很有收獲，本次講解的鎖相環(huán)無論整數(shù)還是收獲很多，感謝教授的分享。

Leo

廣東大普通信技術(shù)有限公司

拉扎維老師的課件簡單明了，講課非常精彩，講課時(shí)發(fā)音清晰。專業(yè)知識的講解也都是通過電路的基本原理來闡述。課件中很多細(xì)節(jié)都是一般市面上教材中沒有的。拉扎維老師在模擬鎖相環(huán)領(lǐng)域是業(yè)內(nèi)公認(rèn)權(quán)威，推理非常清晰，把工程中的實(shí)際和學(xué)術(shù)講座娓娓道來。本人從事鎖相環(huán)方向芯片研究10多年，為鎖相環(huán)芯片國產(chǎn)化做過些貢獻(xiàn)。咨詢了拉老師工程中困惑7，8年的基礎(chǔ)問題，很開心。感謝拉扎維老師的講授，也感謝主辦方為組織這次講堂所做的工作！

劉法恩

深圳市中興微電子技術(shù)有限公司

很幸運(yùn)能夠現(xiàn)場聆聽拉扎維教授關(guān)于鎖相環(huán)電路相關(guān)知識的培訓(xùn)課程。我從事鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)有超過9年的時(shí)間，積累了一定的相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，但是在相關(guān)理論上還是有不少欠缺，知其然不知其所以然。通過參加這次培訓(xùn)，聆聽拉扎維教授深入淺出的理論分析，讓我產(chǎn)生了很多豁然開朗的共鳴點(diǎn)，為之前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)找到了理論依托，在此基礎(chǔ)上后續(xù)的電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該會更近一步。再次感謝工信部為組織這次課程做出的努力，也感謝拉扎維教授的辛苦授課。

付家翰

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

第一天主要講解的內(nèi)容是LC VCO以及以及其相關(guān)特性等，第二天主要講解PLL的其他內(nèi)容。參加本次第90期的低功耗射頻合成器的設(shè)計(jì)給我的感受是razavi教授講的真的很好，在經(jīng)歷過兩天的洗禮，感覺到收獲滿滿。感謝本期的主辦方以及策劃者們，也感謝razavi教授。

曹軍

西安交通大學(xué)

很榮幸能參加這次名家講堂，并得到集成電路領(lǐng)域的大神拉扎維老師的指導(dǎo)。所有集成電路設(shè)計(jì)人員開始學(xué)習(xí)時(shí)，都能在《模擬CMOS集成電路設(shè)計(jì)》這本書上看到拉扎維老師的名字，我也神往已久，能參加這次名家講堂并得到拉扎維老師的教導(dǎo)，我感到非常榮幸，并且本人剛好從事鎖相環(huán)方面的研究，很契合這一次的授課題目，亦是非常的幸運(yùn)。拉扎維老師的講課非常精彩，講課時(shí)發(fā)音清晰，并且在關(guān)鍵地方會用很慢的語速來強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)，獲得了許多設(shè)計(jì)中的tips非常有幫助。拉扎維老師在模擬電路領(lǐng)域的知識之深度讓我無比欽佩，并且他將許多設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)分享給了我們這些后輩，讓我們能踩在巨人的肩膀上前行，我認(rèn)為在這樣的高水平課堂中，哪怕是掌握了一個(gè)很小的以前沒注意的知識點(diǎn)，在后面的工作中也可能產(chǎn)生巨大的收益！這一次的南京之行受益匪淺，因此在此我想要感謝拉扎維老師的細(xì)心講授，同時(shí)也要感謝組織了這次講堂默默做了許多工作的工信部的同志。

洪嘯宇

電子科技大學(xué)成都學(xué)院

首先，非常感謝主辦方提供的機(jī)會，讓我得以聆聽業(yè)界超級大牛的講座。另外，格外感謝Razavi教授耐心而專業(yè)的答疑。對于一個(gè)正在入門PLL設(shè)計(jì)的學(xué)生而言，這樣的機(jī)會是極其寶貴的。更難得的是拉扎維教授編排的資料難度適中，對我這個(gè)本科生而言，雖然依然有少量的不明白之處，但總體上而言依然非常有啟發(fā)性。對PLL環(huán)路從頭到尾的透徹推導(dǎo)是非常寶貴的。我個(gè)人認(rèn)為，對有志于微納電子的學(xué)生而言，即使是本科生，只要有機(jī)會參與這樣的講座依然應(yīng)當(dāng)參加。不用怕聽不懂，做好筆記，回去便帶著課程中聽到的內(nèi)容著手開始設(shè)計(jì)，有依然不懂的部分自己繼續(xù)補(bǔ)課。