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近年来,随着无线通信技术的快速发展,对无线通信设备的性能提出了更高的要求,尤其是高性能的无线收发机前端。在收发机前端中,锁相环频率综合器是一个关键模块,它为无线收发系统提供本振信号,而本振信号的质量直接影响收发机的性能。因此,高性能锁相环已成为人们研究收发机前端系统的重点。本论文首先阐述了锁相环在无线通信系统中的主要作用,介绍了锁相环的理论基础、国内外研究现状以及实现方式,然后分别针对各模块电路进行理论分析,最后基于TSMC90nm CMOS工艺对电路进行设计及仿真验证。本文主要的创新工作可概括为:(1)本文设计的鉴频鉴相器采用数字逻辑电路组成,通过设计新型结构的D触发器,优化门电路,改进延时单元,使得鉴频鉴相器具有无死区、高频率、大鉴相范围等优点。经Cadence前仿真测试,仿真结果为:在1.2V供电电压下,鉴频鉴相器无鉴相死区,鉴相范围为(-1.997π,+1.997π)。(2)本文设计的电荷泵电路采用漏极开关结构,具有较快的开关速度。此电路采用自偏置共源共栅电流镜和伪共源共栅技术,使得最小输出电压减小了一个阈值电压,电流镜有了更宽的摆幅;同时采用稳压调节共源共栅技术减小开关管侧绝对电流的变化;最后引入Dummy管,消除时钟馈通和电荷注入。(3)本文设计的压控振荡器采用适合工作在较高的频率的电感电容(LC)结构。本设计通过改进威尔逊尾电流源结构降低了电流源引入的噪声;采用MOS管作可变电容,减小了电流泄漏和阻止电荷泵产生的参考杂散进入到谐振腔;通过计算得出合适的L、C值以满足设计要求;输出级采用共源极放大电路作为输出缓冲级,具有良好的隔离作用;输入级采用感性降噪方式减小相位噪声。经Cadence前仿真测试,仿真结果为:压控范围为10.7~13.4GHz,中心频率为12.04GHz,调谐范围达到22.4%,中心频率处的相位噪声为-111.9d Bc/Hz@1MHz,品质因数FoM为-188,功耗为5.04mW。(4)对本文所设计的三个电路模块根据设计要求进行版图设计,并进行后仿真验证,经Spectre仿真验证,性能均达到设计要求。