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无线收发系统的主要模块包括收发链路以及频率综合器(frequency synthesizer, FS),尤其是频率综合器(频综)是影响无线收发系统的信号质量的重要因素,为其提供本地振荡信号。压控振荡器(voltage controlled oscillator, VCO)和预二分频器在基于锁相环的频综中工作频率最高,性能的好坏是频综能够稳定工作的关键和前提。本文首先详述了频综在通信系统的功能以及指标,在介绍锁相环(phase-locked loop, PLL)式频综的工作原理、噪声模型以及线性化模型的基础上,确定了频综结构,并根据最大相位裕量法以及综合考虑噪声杂散等指标,进行环路参数设计。然后,详述了VCO的种类和性能指标,确定了电感电容压控振荡器(LC voltage controlled oscillator, LC-VCO)的结构和各模块电路级参数,并且详述了预二分频器的类型并确定了结构,进行理论性分析和设计参数,给出了仿真以及测试结果。最后,对频综其他电路(鉴频鉴相器／电荷泵、分频器)行为级建模,并对附加电路(自动增益控制、串行外设接口、时序控制模块)编写Verilog代码并对整个PLL数模混合仿真,给出了仿真结果。本文采用的是TSMC0.13μmCMOS工艺,设计了一个全N型金属-氧化物-半导体(N metal oxide semiconductor, NMOS)的LC-VCO以及基于电流模式逻辑(current mode logic, CML)锁存器的预二分频器,对其设计并且流片测试。同时,本文完成了整数PLL的数模混合仿真。在片测试结果表明,1.2V电源电压下,LC-VCO的输出频率为12.4-15.2GHz,在15.2GHz频率下相位噪声为-119.74dBc/Hz@1MHz,输出功率为0.66dBm,核心电路功耗为11.88mA,核心面积为0.56×0.84 mm2；预二分频器的自激频率为17GHz,频率范围为11-21GHz,电流5.12mA,核心面积约30x25um2；数模混合电路中,串行外设接口(serial peripheral interface, SPI)的工作时间是3.2us,自动频率校准(automatic frequency control, AFC)工作6 us左右,选择好调谐曲线后,锁相环工作14us左右,因此,经过24us,得到期望的频率16GHz,此时调谐电压幅度为0.7325V,波动约0.9mV。