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随着频率综合器、无线通信技术及射频收发机的飞速发展,人们对其中最核心的高性能低功耗锁相环的需求不断增长,因此人们不断地探索低功耗、低杂散、低噪声的锁相环设计。本文设计和实现了一个2.1GHz的不含分频器的低功耗、低杂散、低噪声锁相环。该锁相环采用了一种新的基于时间窗鉴相(Aperture-Phase-Detector, APD)和相位到模拟电压转换(Phase-to-Analog Converter, PAC)的方法,产生一个正比于参考时钟REF和VCO(Volatege-Controlled-Oscillator)相位差的模拟电压信号,然后用这一模拟电压信号去控制电荷泵(Charge Pump, CP)的电流幅度。锁定时的CP充、放电电流脉宽相等且幅度相等并接近于0,因此有效地降低了锁相环的杂散和CP的功耗。其次,与传统锁相环相比,在同样CP偏置电流时,本文提出的CP可以极大地提高其反馈增益,因此有效地降低了CP的噪声贡献,实现了低带内相位噪声。再次,由于APD可以直接对REF和VCO进行鉴相而不需要分频器,因此环路在锁定之后,分频器可以关断以消除其功耗和噪声贡献。另外,本文提出了可调的环路增益设计方法去减小锁相环的积分相位噪声。该锁相环采用了TSMC0.13μm1.2-V CMOS工艺设计并实现,功耗为3mW,芯片的核心面积为0.48mm x0.86mm。测试得到的参考时钟杂散为-80dBc/-74dBc,100kHz频偏处的带内相位噪声为-103dBc/Hz。另外,近些年来,随着CMOS工艺技术的进步,器件特征尺寸不断减小,特征频率(fT)不断提高,高速无线通信的毫米波应用已经成为可能。作为收发机中最关键的模块,振荡器的性能至关重要。然而,在毫米波频段,无源器件的衬底和金属互联损耗恶化了传统电感电容谐振腔的品质因数,因此进一步恶化了振荡器的相位噪声。超材料作为一种新兴材料,近些年来引起了人们的极大关注,与传统的电感电容谐振腔相比,其独特的电磁特性可以极大地提高谐振腔的品质因数。在这种研究背景下,本文设计了基于开口环谐振腔(Split-Ring-Resonator, SRR)差分超材料传输线的毫米波振荡器,该差分超材料传输线增强了SRR与传输线之间的电磁能量耦合,提高了SRR差分传输线谐振腔的品质因数,进而降低了振荡器的相位噪声。该毫米波振荡器采用STM65nm RF-CMOS工艺设计并实现,芯片核心面积为0.38mm×0.32mm,在1V的电源电压下,功耗为2.7mW,测试得到的振荡器的振荡频率为76GHz,在10MHz频偏处的相位噪声为-108.8dBc/Hz,优值(Figure-of-Merit, FOM)为-182.1dBc/Hz。