在锁相环(phase-locked loops,PLLs)型频率合成器中,分频功能是由预分频器和数字吞咽计数器共同完成。预分频器作为PLLs中工作于最高频率的单元,其电路优化对系统性能的提升有着重大意义。其中,注入锁定分频器(injection-locked frequency divider,ILFD)以其结构简单、工作频率高、噪声低、功耗低等优异特性,已逐渐成为高频应用下的研究热点。但其非线性和频率变换等特性决定,注入锁定模型都过于复杂,无法直接有效地指导ILFD电路的优化设计;由于对环路品质因数、带宽等参数的不同要求,设计中很难同时兼顾ILFD锁定范围、功耗和分频比等关键性能指标。本文首先对注入锁定现象的本质进行了全新分析及推导。基于此,深入探究注入锁定分频器电路的工作原理。结合现有的理论模型和电路拓扑架构,全面分析其结构特点,掌握各参数之间的相互作用机制。其次,依据理论研究成果,本文以扩大锁定范围、实现低功耗和大分频比为目标,采用直接注入LC-ILFD基本结构,加入电流复用、衬底偏置、双端注入及谐波增强单元,设计出符合要求的注入锁定分频器。最后,采用Chartered 0.18μm 2P5M RF CMOS工艺完成2次MPW流片,经过对各次加工完成芯片的测试,进一步验证了设计和理论。结果表明,本文中所设计的3款注入锁定分频器在兼顾功耗的同时,均能实现多模数分频功能,且每种分频模式下都有较宽的锁定范围。