【導(dǎo)讀】最近某網(wǎng)友在知名網(wǎng)絡(luò)社區(qū)提問(wèn)：我是學(xué)模擬的，身邊同學(xué)都偏射頻，但是發(fā)現(xiàn)互相不太能討論問(wèn)題。之前認(rèn)為模擬應(yīng)該是射頻的基礎(chǔ)，現(xiàn)在感到甚是疑惑。做射頻IC是否需要模擬IC的基礎(chǔ)？
最近某網(wǎng)友在知名網(wǎng)絡(luò)社區(qū)提問(wèn)：我是學(xué)模擬的，身邊同學(xué)都偏射頻，但是發(fā)現(xiàn)互相不太能討論問(wèn)題。感覺(jué)模擬更偏控制，各種反饋環(huán)路，而同學(xué)他們射頻基本上是做阻抗匹配什么的。之前認(rèn)為模擬應(yīng)該是射頻的基礎(chǔ)，現(xiàn)在感到甚是疑惑，故有此問(wèn)。
目前國(guó)內(nèi)的模擬工程師大多是做射頻電路的，只有很少一部分是做傳統(tǒng)的模擬電路（例如ADC，LDO，PGA，AMP等），相信這也是眾多模擬工程師共同關(guān)心的問(wèn)題。
射頻IC一路走來(lái)
射頻IC行業(yè)在這十幾年里的變化可謂滄海桑田。上世紀(jì)九十年代末，甚至還沒(méi)有一本完整的RFIC教科書(shū)，那時(shí)候怎么做射頻電路全靠自己摸索。
那時(shí)候大哥大在中國(guó)一萬(wàn)多塊錢一個(gè)，當(dāng)時(shí)手機(jī)里的射頻電路還是用昂貴的分立器件搭的，很少有人能料到不久以后我們就可以用便宜的CMOS工藝實(shí)現(xiàn)RFIC，從而把所有的器件都集成在一顆芯片上。甚至當(dāng)時(shí)在制定2G的GSM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)都沒(méi)考慮到會(huì)有CMOS RFIC這個(gè)東西，以至于在GSM標(biāo)準(zhǔn)中相位噪聲指標(biāo)對(duì)CMOS電路來(lái)說(shuō)特別苛刻。
到了今天，雖然CMOS IC的特征尺寸已經(jīng)按照摩爾定律從當(dāng)年的500nm縮小到了今天的16nm，但是GSM收發(fā)機(jī)的相位噪聲指標(biāo)仍然需要仔細(xì)優(yōu)化才能滿足！事實(shí)上，CMOS RFIC在當(dāng)時(shí)確實(shí)面臨重重困難，例如：如何實(shí)現(xiàn)高性能的片上電感？如何用噪聲性能很差的CMOS器件實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器？如何用載流子遷移率比較差的CMOS器件實(shí)現(xiàn)高頻振蕩器？
然而，時(shí)勢(shì)造英雄，一批CMOS RFIC的先驅(qū)者做了大量漂亮的工作，解決了CMOS RFIC絕大多數(shù)的問(wèn)題。例如，Stanford的Patrick Yue（后來(lái)聯(lián)合創(chuàng)立了Atheros）和UC Berkeley的Ali Niknejad實(shí)現(xiàn)了硅基底芯片的高質(zhì)量片上電感，UCLA的Ahmad Mirzaei和Asad Abidi實(shí)現(xiàn)了寬帶CMOS片上振蕩器，Stanford的Derek Schaeffer和Thomas Lee告訴大家如何用CMOS實(shí)現(xiàn)低噪聲放大器，并且宣布隨著CMOS特征尺寸縮小放大器的噪聲系數(shù)會(huì)變好！CMOS RFIC掀起了一場(chǎng)革命，價(jià)廉物美的手機(jī)從此進(jìn)入了千家萬(wàn)戶，并推動(dòng)了半導(dǎo)體和通信業(yè)界的繁榮。
做射頻IC要學(xué)模擬IC嗎？
那么，做射頻IC是否需要模擬IC作為基礎(chǔ)？我們來(lái)看看各方網(wǎng)友如何回答。
網(wǎng)友1：
答案很明確：絕對(duì)需要！這是毋庸置疑的！
RF/Mixed Signal IC如果只想隨便做做，那什么都不用學(xué)太深。現(xiàn)在不比Abidi出道的那個(gè)年代了，那個(gè)時(shí)候沒(méi)有仿真器，沒(méi)有好的CMOS 模型，要是想設(shè)計(jì)電路，什么都得自己動(dòng)手測(cè)，動(dòng)手算。
現(xiàn)在這個(gè)時(shí)代，仿真器這么發(fā)達(dá)，TSMC的模型這么精準(zhǔn)，這么多只是想混口飯吃的設(shè)計(jì)師，這么多成熟的電路技術(shù)，國(guó)內(nèi)又有這么大的落后差距，所以嘛，隨便找份牛逼論文，照著搭一搭，調(diào)調(diào)參數(shù)，甚至懶得調(diào)，直接用仿真器掃，熟練工估計(jì)一兩個(gè)小時(shí)就能掃出很好的性能。基本功不用熟練，差不多就行了唄……
但是，這是行業(yè)中成千上萬(wàn)一般的工程師做的事，不是頂級(jí)的設(shè)計(jì)人員做的事，更不是大學(xué)里面應(yīng)該做的事。如果大家都這樣，IC這一行早就完蛋了。在IC這一行做學(xué)術(shù)，要做的是創(chuàng)新，是改進(jìn)，是設(shè)計(jì)出下一次電路。所以，你如果想做得好，外圍知識(shí)從通信到器件，都需要很清楚；而電路知識(shí)作為看家本領(lǐng)，從射頻到數(shù)字到模擬，沒(méi)有一樣不需要精通的。
具體到本題：射頻電路模塊的管子雖然少，但是不代表就簡(jiǎn)單。因?yàn)閹缀跛械募纳?yīng)都得考慮，從低頻到高頻都得計(jì)算。一個(gè)管子從三個(gè)或者四個(gè)不同的端口看過(guò)去是不是就是三個(gè)或者四個(gè)等效電路了呢？原來(lái)模擬里面不需要考量的高頻極點(diǎn)是不是都需要考慮了呢？那些做mmWave的，連一根線都得考慮分布式效應(yīng)，畫(huà)版圖必須具備扎實(shí)的模擬電路和微波。而到了系統(tǒng)級(jí)，這些年在整個(gè)接收器上玩反饋或者前饋的人還少么？要是連幾個(gè)管子的反饋都分析不清楚，系統(tǒng)級(jí)的怎么搞？有幸的是，當(dāng)時(shí)機(jī)緣巧合，碰到了Abidi教授，年少無(wú)知無(wú)畏，過(guò)去問(wèn)他老人家：
“Dear Professor, which classes do you think are of the most importance for RF IC research as an undergrad?”
老人家的回答，我估計(jì)我會(huì)記一輩子：
"All of them. Believe me, all of them."
網(wǎng)友2：
連不起來(lái)是沒(méi)學(xué)透...
網(wǎng)友3：
本質(zhì)上來(lái)說(shuō)射頻和普通的混合信號(hào)只是高頻和中低頻的仿真電路的區(qū)別，所以都是需要仿真電路的基礎(chǔ)，高頻的問(wèn)題很多，但是中頻低頻也是有很多自己的問(wèn)題，需要聚焦的知識(shí)點(diǎn)和能力各不相同。單看結(jié)果，射頻相對(duì)來(lái)說(shuō)投入同樣的精力可以產(chǎn)出更多，而對(duì)于數(shù)模轉(zhuǎn)換之類的中低頻領(lǐng)域，因?yàn)閷?shí)踐方面的限制，性價(jià)比可能會(huì)低一些。
網(wǎng)友4：
射頻自古以來(lái)就是模擬不可分割的一部分……
網(wǎng)友5：
學(xué)射頻的，改行模擬分分鐘；學(xué)模擬的改行射頻基本需要回爐。
網(wǎng)友6：
關(guān)于網(wǎng)友5的觀點(diǎn)，其實(shí)我原來(lái)也是這么認(rèn)為的，做獨(dú)立的小模塊比如LNA、Divider、VCO等，就那么些點(diǎn)兒管子，仿真ok了，并不會(huì)思考太多。但后來(lái)一接觸到如ADC、PLL之類偏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的模擬IC知識(shí)根本不夠用，而且就算是小模塊，想要進(jìn)一步改善性能也要用到模擬的知識(shí)，比如反饋技術(shù)、降噪技術(shù)等等。而且再到后來(lái)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)器件知識(shí)同樣重要，所以，個(gè)人覺(jué)得模擬IC確實(shí)是射頻的基礎(chǔ)，要學(xué)好用好。
如何學(xué)好射頻IC？
一名從業(yè)十幾年的射頻IC工程師與我們分享了如何學(xué)好射頻IC的經(jīng)驗(yàn)。
先從射頻IC需要的基礎(chǔ)知識(shí)說(shuō)起，一步一步說(shuō)明如何學(xué)好射頻IC。最基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)，電路分析基礎(chǔ)，模擬電路理論，數(shù)字電路，信號(hào)與系統(tǒng)，高頻電路基礎(chǔ)，射頻微波電路理論，無(wú)線通信原理，其中模擬電路和射頻電路需要深入學(xué)習(xí)。射頻電路的S參數(shù)、smith圓圖、阻抗匹配、噪聲系數(shù)、線性度、射頻收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)等理論知識(shí)很關(guān)鍵；無(wú)線通信原理是做射頻IC必須熟悉的系統(tǒng)方面的知識(shí)，射頻IC絕大部分是用于通信領(lǐng)域的；半導(dǎo)體工藝相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)需要學(xué)習(xí)半導(dǎo)體器件物理，半導(dǎo)體工藝流程等微電子基礎(chǔ)理論知識(shí)，射頻IC用到的晶體管、無(wú)源器件建模和工藝關(guān)系緊密，射頻IC實(shí)際設(shè)計(jì)中采用的增強(qiáng)隔離性及降低噪聲耦合的方法和工藝緊密相關(guān)。
然后是具體模擬IC設(shè)計(jì)的課程學(xué)習(xí)，這部分的學(xué)習(xí)過(guò)程可以和基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程結(jié)合起來(lái)，很多經(jīng)典IC設(shè)計(jì)教材都是從基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)始講起，一步一步進(jìn)階模擬IC設(shè)計(jì)的。這個(gè)過(guò)程推薦P.R.Gray的《模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)》，當(dāng)然最好是英文原版，這本教材的分析推導(dǎo)過(guò)程無(wú)比詳細(xì)，從基礎(chǔ)的工藝、器件模型、基本放大電路到模擬電路精髓運(yùn)算放大器每一部分都是IC設(shè)計(jì)的核心基礎(chǔ)。模擬IC課程以后就是文章開(kāi)頭問(wèn)題的題主最關(guān)心的射頻集成電路設(shè)計(jì)課程，經(jīng)典教材有拉扎維的《射頻集成電路設(shè)計(jì)》，托馬斯李的《CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)》，還有清華池保永編寫的《CMOS射頻集成電路設(shè)計(jì)》。
理論知識(shí)具備以后就是IC設(shè)計(jì)實(shí)踐了。Linux系統(tǒng)下Cadence軟件是射頻IC設(shè)計(jì)的最佳選擇，這個(gè)過(guò)程中要熟悉Linux操作系統(tǒng)，熟悉代工廠提供的工藝PDK文件，熟悉Cadence的電路原理圖設(shè)計(jì)、Spectre仿真軟件使用、Virtuso版圖設(shè)計(jì)、還有用于drc、lvs驗(yàn)證和寄生參數(shù)提取的Calibre軟件使用。
以上所述是射頻集成電路的入門過(guò)程，進(jìn)階階段最需要的是多參考別人的電路，IEEE的文獻(xiàn)，特別是JSSC的文獻(xiàn)。到了這個(gè)階段可以說(shuō)射頻IC設(shè)計(jì)基本入門了，做一些電路模塊沒(méi)問(wèn)題了，再往上就是電路性能指標(biāo)的提升，功耗面積的優(yōu)化，以及整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)方面的學(xué)習(xí)和射頻收發(fā)系統(tǒng)的集成了。高速AD、鎖相環(huán)、超外差、低中頻、零中頻、IQ調(diào)制發(fā)射……
