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定义
射频（RF）电路设计是一门专注于设计在射频范围内操作 的电路的学科。
射频（RF）代表电磁波的振荡频率。频率的单位是赫兹（Hz），等于每秒的振荡周期数（1/s）。射频的频率范围可高达300 GHz，也可低至30 KHz。
射频（RF）的应用包括：
- 广播，例如AM/FM广播
- 无线通信，例如5G、手机、WiFi、蓝牙
- 射频（RF）遥控器，例如车库门开启器、无人机、汽车钥匙扣
- 遥感，例如气象雷达或监视雷达
- 卫星导航，例如：GPS、全球导航卫星系统（GNSS）、GLONASS、北斗
- 成像技术，例如机场人体扫描仪安全 ，卫星图像（合成孔径雷达）
射频波还有其他名称，例如微波（如“微波炉”中的微波）或毫米波（mm波）。 微波通常指波长（λ）在1厘米至10厘米之间的无线电波，对应的频率（f）为3 GHz至30 GHz。毫米波通常指波长（λ）在1毫米至10毫米之间的无线电波，对应的频率（f）为300 GHz至30 GHz。 波长（λ）与频率（f）之间的关系可表示为 λ=c/f，其中 λ 以米为单位，c 是光速（3×10^8 m/s），f 以赫兹（Hz）为单位，即 1/秒。
射频电路类型
射频电路可能包含几种不同类型的元件，每种元件都具有特定的功能。
- 低误报 放大器（LNA）：放大 来自远处的微弱信号。LNA决定了无线电接收机的灵敏度。
- 功率放大器（PA）：将 无线电信号放大 至高功率以供发射。PA决定了发射机的覆盖范围。
- 本振（LO）：产生 一个稳定的频率基准，该基准与射频（RF）信号混合，用于在基带 与载波频率之间进行频率转换，从而实现上变频和下变频。
- 混频器：将 两个信号进行混频 。在发射机中，混频器充当“上变频器”，将低频模拟信号与本振（LO）信号进行混频，从而产生射频（RF）信号。在接收机中，混频器充当“下变频器”，将射频（RF）信号与本振（LO）信号进行混频，从而产生低频模拟信号。
- 滤波器：将信号能量限制在特定频率带宽内。其作用是防止不同的无线电信号相互干扰，并降低接收机输入端的误报 。
- 开关：控制 信号流路径。
- 收发器：由发射机和接收机组成。
- 天线：用于发射 和接收射频信号。
- 阻抗匹配：使源阻抗与负载阻抗相匹配，以最大限度地减少信号反射或最大限度地提高功率传输。
- 调制器：它 根据指定的信号调制技术，将基带 的模拟信号与中间频率或载波频率信号进行组合。
- 解调器： 在接收端对信号进行解调 。它从调制后的载波中提取出原始的信息载波信号。
如何设计射频电路？
RFIC设计通常采用自上而下的设计和实现流程，随后进行自下而上的验证流程。这种总体方法存在多种变体。以下是基本步骤：
- 制定该设计的高级规格说明。它将实现哪些功能？关键规格有哪些，例如低噪声放大器（LNA）的增益和误报 值、功率放大器（PA）的输出功率、本振（LO）相位误报 以及混频器的转换增益。
- 使用晶体管、电感器和电容器等元件创建器件级电路描述。此步骤通常会调用代工厂 PDK中预定义器件库中的内容。
- 使用电路仿真 验证设计是否满足所有规格要求。在此步骤中，将对制造过程和运行变异性进行建模，以确保设备设计在面对这些不确定性时仍能保持稳健性。
- 通过组装所有组件的预定义布局，实现设计的物理布局。必须遵循布局 规则，以确保可制造性。
- 随后从布局中提取等效电路。此时，设计描述中已包含寄生参数 效应，并重新对设计进行仿真，以确保在添加了这些新的效应 后，设计仍能按预期工作。
现代RFIC的设计与验证
这些传统的射频电路设计和验证方法已无法满足现代射频集成电路（RFIC）的设计标准。 随着设计人员力求将模拟、数字和射频功能整合到大型系统级芯片（SoC）中，且工作频率持续提高，使用预表征器件库和其他传统方法设计射频集成电路变得越来越困难。此外，高频下的电磁相互作用会导致寄生参数 效应，例如信号反射、串扰、基底 漏电 以及电磁干扰（EMI），这些效应会降低电路性能，因此应在设计周期中尽早加以考虑。
射频电路、模拟电路与数字电路的对比
射频（RF）电路是一种特殊类型的模拟电路，工作在非常高的频率下，适用于无线传输。射频电路的一个显著特点是使用电感元件，将谐振电路的工作频率调谐到特定的无线电载波频率附近。射频设计与低频模拟设计之间的主要区别在于对电路所进行的分析类型。
在射频设计中，稳态工作是首要考虑因素。电路的行为通常在频域中进行建模，重点关注信号保真度、误报 、失真和干扰。在对射频载波上的调制信号进行建模时，采用混合时频域分析最为高效。 时域侧重于信号的动态变化，而频域则侧重于射频载波及其谐波和互调产物。无论是制造过程还是设计所导致的射频电路变异性，都必须进行建模并加以补偿。
在模拟设计中，电路激励被视为随时间连续变化的信号。在无线通信领域（环境 ），模拟设计通常指“低频”或“基带”电路，与“射频（RF）”电路相对。在有线通信领域（环境 ），模拟设计通常指模拟前端或高速模拟收发器电路。 模拟电路的行为在时域和频域中均需建模，重点关注所得波形的保真度/精度、一致性以及性能。无论是制造还是设计引起的电路变异性，都必须进行建模并加以补偿。
数字设计将电路激励视为随时间变化的、由离散逻辑“1”和逻辑“0”组成的序列。逻辑“1”通常由集成电路（IC）的供电电压表示，而逻辑“0”则由该电压的缺失（即零伏）表示。 数字电路中的器件必须在大部分时间内处于逻辑“1”或逻辑“0”状态。如果处理这些信号的电路对这些逻辑电平的响应保持一致，数字设计就能顺利运行。模拟设计负责确保这些特性。这使得能够使用组合逻辑和时序模型来分析电路行为，只需考虑两种电压（“1”和“0”），从而大大简化了设计和验证过程。
要在无线电系统中将射频电路、模拟电路和数字电路整合在一起，信号处理器（模数转换器 ，ADC ）在模拟电路与数字电路之间起到桥 的作用。混频器在模拟电路与射频电路之间起到桥 的作用。天线在射频电路与空气之间起到interface的作用。
射频电路设计与 新思科技
新思科技 定制设计平台是一套集成的设计与验证工具套件，具备完整的射频开发 流程。它促进了设计与布局之间的协作，便于传达设计意图并实现射频设计收敛，如下图所示。
新思科技 定制设计平台工具包括：
- 新思科技 Custom Compiler™ 设计环境。 提供设计输入 、仿真管理与分析，以及自定义布局编辑功能。
- 新思科技 PrimeSim™SPICE 电路仿真器。 这是一款多核/多机 仿真器，非常适合对大型、复杂的射频电路进行仿真。PrimeSimSPICE 解决方案内置了S参数、谐波平衡和牛顿法仿真引擎。模型文件可以是HSPICE格式，也可以是第三方网表 格式。更快的运行速度和更大的电路处理能力有助于缩短设计周期。
- 新思科技 IC Validator™物理验证 解决方案。 一款全面且高性能的物理验证 签核解决方案，可为所有工艺节点的客户提升生产力 。
- 新思科技 StarRC™ 寄生参数 参数提取 解决方案。 IC布局的黄金标准标准 寄生参数 参数提取 。对于RF IC布局，通常将Ansys 和Keysight的电磁分析工具与StarRC参数提取 结合使用，以提供用于签核仿真的布局提取视图网表 。
- 新思科技 PrimeWave 设计环境。 这是一个用于仿真设置和分析的全面且灵活的环境，同时也是面向模拟、射频和混合信号集成电路的图形化波形观测仪 及仿真后处理工具。
- 新思科技 PrimeSim 可靠性分析。 这是一款综合解决方案，整合了经生产验证且获得代工厂 认证的可靠性分析技术，涵盖电迁移/红外辐射（infrared radiation) 的电压跌落分析、高西格玛分析Monte Carlo 、MOS老化分析、模拟故障 仿真以及电路检查（电气规则检查 ），从而实现全生命周期的可靠性验证。
电磁设计验证，使用Ansys
对于射频集成电路（RFIC），针对硅工艺优化的电磁仿真工作流与定制设计平台相辅相成。借助新思科技 的VeloceRF电感 器件布局合成与建模工具，设计人员能够快速、准确地完成射频元件的合成与建模。Ansys 专用于芯片内设计的RaptorX硅优化电磁求解器，可对布局中的无源元件和布线 进行建模，以辅助布局规划决策。设计人员将IC数据库导入Ansys HFSS高频电磁仿真 软件，通过内置高频仿真接口的Ansys RaptorH硅优化电磁 求解器进行系统级仿真，从而实现全芯片、封装和印刷电路板（PCB）的电磁仿真。 在签核阶段，新思科技 的Exalto硅优化电磁建模软件通过为射频电路中电磁关键部分添加电磁模型，增强了纯RC仿真结果，并进行反向标注以实现快速的布局后仿真。
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