名师风采：CMOS电路先驱Asad Abidi

说起Asad Abidi，从事模拟电路行业的朋友们一定不会感到陌生，无论在工作中还是在学习中一定都读过他的论文。在UCLA，Abidi教授也是电子工程系电路方向的一面旗帜，在CMOS电路领域做出了许多杰出而深刻的工作。我在UCLA求学期间也有幸聆听过Abidi教授的课程，在这里向大家介绍一下Abidi教授。

生平

Abidi教授出生于巴基斯坦，1976年本科毕业于英国帝国理工学院，并于1981年在美国加州大学伯克利分校电子工程系获得博士学位，师从电路大师Robert Meyer。在从加州大学伯克利分校毕业后，他在当时如日中天的贝尔实验室从事基于MOS器件的高速集成电路设计。之后，在1985年Abidi加入了加州大学洛杉矶分校（UCLA）电子工程系，目前的头衔是“杰出首席教授（Distinguished Chancellor’s Professor）”。Abidi教授于1996年获IEEE Fellow荣誉，并于2007年凭借在MOS器件射频电路领域的杰出贡献成为美国工程院院士。

研究经历

Abidi研究的特点，主要可以总结为对于集成电路产业方向的清晰认识，以及对于电路器件深刻物理内涵的探索。

在今天，绝大多数集成电路都是基于CMOS实现，而在80年代时人们对于MOS器件仍然持怀疑态度，尤其是基于MOS器件的高速电路人们甚至觉得是天方夜谭。当时Abidi在贝尔实验室的课题是基于MOS器件的用于超高速（Gb/s）数据通讯链路放大器，后来被应用在了光通讯收发机中。就在大家对MOS器件用于高速电路深感怀疑时，Abidi却坚定地认为随着集成电路中MOS器件尺寸根据摩尔定律不断缩小，其性能也会快速上升，因此从长远的角度来看MOS电路的潜力甚至比当时主宰高速电路领域的III-V器件还要大。

上世纪的CMOS集成电路

应该说，在上世纪80年代就有如此预见性的眼光的人在电路业界几乎是屈指可数的。斯坦福大学教授，同时也是CMOS射频电路先驱者和权威之一的Thomas Lee教授曾在一次采访中评论道，“我在1980年代做的研究就是RF CMOS，当时根本没有其他人对这个课题感兴趣。Abidi教授是我当时遇到的第一个志同道合的人，他不仅对CMOS电路感兴趣，而且坚信RF CMOS就是未来的方向。尽管当时大多数人不看好RF CMOS，但是他仍然坚定地沿着这条路走了下去，最后证明CMOS器件不仅可以实现射频电路，而且在许多情况下是实现射频电路最好的器件。”

Abidi组于1996年发表在JSSC上的CMOS 900MHz接收机射频前端

随着CMOS器件截止频率不断上升，CMOS射频电路不仅成为了现实而且成为了主流。Abidi教授也因此当选美国国家工程院院士，这在美国是对于工程学科研究者的最高荣誉之一。

Abidi教授的探索并没有止步于CMOS RF。

在CMOS RF逐渐成为现实后，Abidi深刻地意识到未来的射频系统必然是数字电路完成大部分信号处理，而模拟／射频电路的部分会越来越少。这个趋势发展到极致，就是Mitola于1991年提出的软件无线电（software-defined radio，SDR）。在SDR的概念中，整个射频系统（包括射频前端）都是高度可编程，从而可以由数字电路控制实现在不同射频标准间的转换。

在SDR电路实现方面，Abidi教授是领军人物之一，发表了诸多高质量的研究论文。到了今天，SDR已经离现实越来越近：Broadcom于去年的ISSCC发表了以4GHz采样频率工作的高精度ADC，可以实现2GHz以下频谱的直接信号采样；TI和ADI也都发布了用于SDR的平台。就在此时，Abidi教授的研究兴趣已经更进一步走向了认知无线电（cognitive radio，CR）。CR需要探知频谱的利用情况，从而实时地改变射频系统的载波频率，以达到高效率利用频谱资源的目的。

SDR解决了射频系统快速重配置的问题，可谓是CR的基础。而在未来，随着频谱资源变得越来越紧张，认知无线电可望成为射频系统的关键技术。

Abidi教授除了对研究方向的选择极具预见性之外，在研究中对于电路器件的物理见解也非常深刻。Abidi教授最喜爱的课题之一，就是振荡器和噪声，以及振荡器的噪声。

在80年代，Abidi尚在UCB求学时就在JSSC上发表了关于弛张振荡器（relaxation oscillator）噪声的论文，并且随后又发表了众多关于相位噪声的论文，这些论文自成一派，与Hajimiri的ISF相位噪声理论互为补充。在上世纪末和本世纪初，Abidi带领学生发表了不少关于注入锁定振荡器的论文，而在2010年后又发表了不少关于噪声抵消接收机的论文（例如经典的《A blocker-tolerant, noise-cancelling receiver suitable for wideband wireless applications》），可见振荡器和噪声是Abidi教授的最爱。

为什么偏爱振荡器和噪声呢？我猜想振荡器对应物理学中波的概念，是最深刻也最美的物理概念之一，从几百年前就为人所研究，例如注入锁定现象可以追溯到17世纪物理学家惠更斯，当时他就发现放置在同一面墙上的钟摆会逐渐互相同步。而噪声则对应着人们最难以把握却也是最重要的随机性现象，它的背后是深刻的热力学第二定律（熵增原理）。对电子器件背后的物理规律的深刻把握正是Abidi教授治学的最大特色。

对于振荡器和噪声的研究是Abidi最有兴趣的研究课题

趣闻八卦

目前，在大学里，往往教授的中心在科研上，对于上课许多教授只追求完成基本的教学任务。Abidi教授对于教书育人方面却是非常热衷的，在完成常规的课程外，往往还会时不时开设额外的长达一个学期的讨论班（seminar）课程，例如关于电路噪声和非线性，关于电路的调试技巧等等，把一些教科书上找不到的经验教给学生们。同时，Abdi教授治学严谨，在UCLA的电子工程系非常出名。目前美国大学GPA“通货膨胀”现象严重，在80年代前，美国大学平均成绩中A的平均比例大约在20%-30%左右，而到了2013年，A的比例已经到达了50%左右。

Abidi教授对于这种现象非常不满，认为这是对于严肃高等教育的一种严重伤害。Abidi教授的课程给分非常明确，无法到达他标准的学生就不会给高分，所以出现过一门课排名前15%成绩却只有B-的情况。但是，对于成绩达标的同学，Abidi教授也不吝于给A。选Abidi教授课程的学生往往都是真心热爱课程内容并愿意接受挑战的人。

Abidi教授上课的内容也往往与一般相似的课程有所不同。大多数学生在听课后第一反应都是，“上课讲的是啥？”，之后课后需要很多时间去消化。例如，在模拟电路课程中，Abidi教授会讲解MOSFET的EKV模型，而通常模拟电路课程中只会讲比较简单的平方律模型。在讲解反馈系统时，会使用Middlebrook模型，也会仔细讲解根轨迹图。这些看似对学生过于复杂，而需要许多时间消化的内容，其实是经过Abidi教授精心挑选最后才讲授给学生的内容，在学生真正掌握后往往对未来电路领域的发展受益无穷。上课时，也会有一些让人回味无穷的话，例如”理解电容只需要一小时，理解电感却需要一生的时间”。对了，你没猜错，Abidi教授最喜爱的无源器件就是电感。

最后还有一个关于博士资格考试的八卦。在UCLA，所有的博士学生必须在前两年通过博士资格考试，考试的形式是由各个教授组织的面试。Abidi教授的面试是出了名的严格，一般电路基础不够扎实的学生都不敢选Abidi的考试。我有一个朋友就被分配到由Abidi教授面试，一开始回答还算不错，后来Abidi让他画一个小信号分析图，结果他在画压控电流源（应该是菱形）的时候画成了恒流源（圆形），让Abidi很不满意，于是问他说，“你的电路课谁上的？怎么连这么基础的符号都没画对？难道你没有选我上的模拟电路课程吗？”我的朋友回答道，“我有在UCLA上模拟电路课，不过是Razavi上的。”Abidi教授摇了摇头，说“好吧那我就可以理解了。”于是也让我的朋友通过了考试，我的朋友考完后大呼好险。

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