随着无线通信技术的不断发展,各种无线通信设备已广泛渗入人们的日常生活和工业控制的方方面面。市场对手持设备提出的要求也从简单的功能和性能的实现转变到用户体验的提升上来,其中最重要就是电池的使用寿命,所以低功耗、高性能、低成本成为一个产品的核心竞争力所在。频率源(压控振荡器)作为射频电路的关键模块,其固有的电压到频率的转换特性,可以方便我们实现频率的调制和电压域到时间域的转换。本文分别对采用频率源的这两种应用系统的低功耗、高能效实现的关键技术进行研究,通过理论分析并给出了实际的芯片验证。Zigbee协议具有低成本、高网络容量的优点,同时其数据率和最大通信距离可以分别达到250kbps和100米,使其很适合于无线传感网络的应用需求。本文基于频率源实现闭环锁相环的两点频率调制,取代传统基于混频器上变频结构的频率调制,降低系统复杂度,也降低了电路功耗。两点调制的发射机通常需要额外校正电路来校正调制路径间的失配。本文提出了一种电容减敏的技术来降低可变电容的失配,还提出使用交叉偏置技术扩大可变电容管的线性工作范围。这样低功耗、低复杂度的系统实现,可在不采用校正电路的情况下,使两点调制的调制误差满足Zigbee系统要求。采用死区消除的鉴频鉴相器和高线性、低噪声的电荷泵来降低Sigma-Delta调制器的噪声折叠效应,并采用了电容补偿的技术来提高功率放大器的增益和稳定性。所设计电路在O18μmCMOS工艺实现并测试。伴随着CMOS工艺尺寸的缩小其电源电压也不断降低,传统高分辨率的电压域模数转换器其每一个量化台阶(电压分辨率)的电平也随之降低,带来的是噪声的影响变大,需要采用更复杂的结构来抑制噪声实现更高的分辨率。令人欣慰的是,工艺尺寸的缩小伴随着器件寄生的减小,导致器件的传输延迟时间缩小,也就是时间域的分辨率提高。我们利用频率源的电压-频率的转换特性将电压域信号转成时间域信号。频率源的电压-频率转换的非线性限制了模数转换器的SNDR性能,通常的做法是采用闭环反馈或者后台校正的方法,这增加电路的复杂度和功耗。本文提出了采用异步Sigma-Delta调制将电压信号调制到方波的占空比信息中,输出方波在电压域看只有高、低两种电平,使得频率源的电压-频率曲线必然线性。本文还提出线性电压-电流转换与线性电流-频率转换结合的办法,增加设计自由度来克服非线性的影响。所设计低功耗、高能效模数转换器在65nm CMOS工艺实现,仿真和测试验证了设计思想。