【導(dǎo)讀】最近某網(wǎng)友在知名網(wǎng)絡(luò)社區(qū)提問：我是學(xué)模擬的，身邊同學(xué)都偏射頻，但是發(fā)現(xiàn)互相不太能討論問題。之前認為模擬應(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：我是學(xué)模擬的，身邊同學(xué)都偏射頻，但是發(fā)現(xiàn)互相不太能討論問題。感覺模擬更偏控制，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。
目前國內(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)心的問題。
射頻IC一路走來
射頻IC行業(yè)在這十幾年里的變化可謂滄海桑田。上世紀九十年代末，甚至還沒有一本完整的RFIC教科書，那時候怎么做射頻電路全靠自己摸索。
那時候大哥大在中國一萬多塊錢一個，當(dāng)時手機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)時在制定2G的GSM標(biāo)準時都沒考慮到會有CMOS RFIC這個東西，以至于在GSM標(biāo)準中相位噪聲指標(biāo)對CMOS電路來說特別苛刻。
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)機的相位噪聲指標(biāo)仍然需要仔細優(yōu)化才能滿足！事實上，CMOS RFIC在當(dāng)時確實面臨重重困難，例如：如何實現(xiàn)高性能的片上電感？如何用噪聲性能很差的CMOS器件實現(xiàn)低噪聲放大器？如何用載流子遷移率比較差的CMOS器件實現(xiàn)高頻振蕩器？
然而，時勢造英雄，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)的問題。例如，Stanford的Patrick Yue（后來聯(lián)合創(chuàng)立了Atheros）和UC Berkeley的Ali Niknejad實現(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)會變好！CMOS RFIC掀起了一場革命，價廉物美的手機從此進入了千家萬戶，并推動了半導(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)？我們來看看各方網(wǎng)友如何回答。
網(wǎng)友1：
答案很明確：絕對需要！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?，F(xiàn)在不比Abidi出道的那個年代了，那個時候沒有仿真器，沒有好的CMOS 模型，要是想設(shè)計電路，什么都得自己動手測，動手算。
現(xiàn)在這個時代，仿真器這么發(fā)達，TSMC的模型這么精準，這么多只是想混口飯吃的設(shè)計師，這么多成熟的電路技術(shù)，國內(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，熟練工估計一兩個小時就能掃出很好的性能?；竟Σ挥檬炀殻畈欢嗑托辛藛h……
但是，這是行業(yè)中成千上萬一般的工程師做的事，不是頂級的設(shè)計人員做的事，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，是設(shè)計出下一次電路。所以，你如果想做得好，外圍知識從通信到器件，都需要很清楚；而電路知識作為看家本領(lǐng)，從射頻到數(shù)字到模擬，沒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，但是不代表就簡單。因為幾乎所有的寄生效應(yīng)都得考慮，從低頻到高頻都得計算。一個管子從三個或者四個不同的端口看過去是不是就是三個或者四個等效電路了呢？原來模擬里面不需要考量的高頻極點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)，畫版圖必須具備扎實的模擬電路和微波。而到了系統(tǒng)級，這些年在整個接收器上玩反饋或者前饋的人還少么？要是連幾個管子的反饋都分析不清楚，系統(tǒng)級的怎么搞？有幸的是，當(dāng)時機緣巧合，碰到了Abidi教授，年少無知無畏，過去問他老人家：
“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，我估計我會記一輩子：
"All of them. Believe me, all of them."
網(wǎng)友2：
連不起來是沒學(xué)透...
網(wǎng)友3：
本質(zhì)上來說射頻和普通的混合信號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)，高頻的問題很多，但是中頻低頻也是有很多自己的問題，需要聚焦的知識點和能力各不相同。單看結(jié)果，射頻相對來說投入同樣的精力可以產(chǎn)出更多，而對于數(shù)模轉(zhuǎn)換之類的中低頻領(lǐng)域，因為實踐方面的限制，性價比可能會低一些。
網(wǎng)友4：
射頻自古以來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，其實我原來也是這么認為的，做獨立的小模塊比如LNA、Divider、VCO等，就那么些點兒管子，仿真ok了，并不會思考太多。但后來一接觸到如ADC、PLL之類偏系統(tǒng)的設(shè)計時，就會發(fā)現(xiàn)自己的模擬IC知識根本不夠用，而且就算是小模塊，想要進一步改善性能也要用到模擬的知識，比如反饋技術(shù)、降噪技術(shù)等等。而且再到后來，你會發(fā)現(xiàn)器件知識同樣重要，所以，個人覺得模擬IC確實是射頻的基礎(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。
先從射頻IC需要的基礎(chǔ)知識說起，一步一步說明如何學(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，信號與系統(tǒng)，高頻電路基礎(chǔ)，射頻微波電路理論，無線通信原理，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)機結(jié)構(gòu)等理論知識很關(guān)鍵；無線通信原理是做射頻IC必須熟悉的系統(tǒng)方面的知識，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，射頻IC用到的晶體管、無源器件建模和工藝關(guān)系緊密，射頻IC實際設(shè)計中采用的增強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)計的課程學(xué)習(xí)，這部分的學(xué)習(xí)過程可以和基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)過程結(jié)合起來，很多經(jīng)典IC設(shè)計教材都是從基礎(chǔ)知識開始講起，一步一步進階模擬IC設(shè)計的。這個過程推薦P.R.Gray的《模擬集成電路分析與設(shè)計》，當(dāng)然最好是英文原版，這本教材的分析推導(dǎo)過程無比詳細，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算放大器每一部分都是IC設(shè)計的核心基礎(chǔ)。模擬IC課程以后就是文章開頭問題的題主最關(guān)心的射頻集成電路設(shè)計課程，經(jīng)典教材有拉扎維的《射頻集成電路設(shè)計》，托馬斯李的《CMOS射頻集成電路設(shè)計》，還有清華池保永編寫的《CMOS射頻集成電路設(shè)計》。
理論知識具備以后就是IC設(shè)計實踐了。Linux系統(tǒng)下Cadence軟件是射頻IC設(shè)計的最佳選擇，這個過程中要熟悉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、Spectre仿真軟件使用、Virtuso版圖設(shè)計、還有用于drc、lvs驗證和寄生參數(shù)提取的Calibre軟件使用。
以上所述是射頻集成電路的入門過程，進階階段最需要的是多參考別人的電路，IEEE的文獻，特別是JSSC的文獻。到了這個階段可以說射頻IC設(shè)計基本入門了，做一些電路模塊沒問題了，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……
