∑△小数频率合成器是射频集成电路中的关键模块之一。近年来射频通讯技术迅速发展，对电路性能的指标要求更加趋于严格。∑△小数频率合成器在噪声和带宽两方面的设计矛盾因此而变得更加突出。本文的主要工作之一即是为同时实现∑△小数频率合成器在低噪声和宽带两方面的设计需求而展开理论和实验的研究。另外，近年来对宽频带、多频带压控振荡器(VCO)的研究在理论和电路结构上都还缺乏探索性的研究，本文以此为目标对新型宽频带、多频带VCO也进行了设计和模拟研究。 针对∑△小数频率合成器在低噪声和宽带两者之间的设计矛盾，本文从低噪声VCO的的设计和∑△调制器噪声补偿两方面进行了研究。 在低噪声VCO的设计方面，系统分析了电路中的噪声源及其对相位噪声的贡献，较全面的给出了影响相位噪声的各个关键因素，提出了从电路结构的选取、LC谐振回路的设计以及辅助电路设计三个方面进行低噪声VCO设计的一般性原则，并且以低噪声设计为目标，兼顾电路的功耗，设计流片制作了2.4GHz频段的VCO。电路的测试结果表明，该VCO实现了约300MHz的调频范围(2.2045GHz～2.492GHz)，所测得的相位噪声在100kHz频偏处和1MHz频偏处分别达到了-100.9dBC/Hz和-120.5dBC/Hz。电路工作在3.3V电源电压下，核心电路的电流为4mA。该VCO的设计结果基本达到低噪声和低功耗的设计需求，所设计的VCO与近年来IEEE所收录的VCO文献结果达到了相当的水平。 在∑△调制器噪声补偿方面，本文进行了∑△小数频率合成器在频域和时域的对比噪声建模和快速行为级仿真。分别建立了∑△小数频率合成器在频域和时域的噪声模型和行为级仿真系统。为简化计算，同时能对整个系统的噪声性能进行准确的仿真，在行为级仿真中仅考虑了电荷泵，压控振荡器以及∑△调制器三个主要的噪声源。对频域和时域的行为级仿真结果进行了对比分析。结果表明，噪声性能能够很好的相互吻合，从而验证了行为级仿真系统的准确性。另外，所建立的时域行为级仿真系统具有极高的计算效率，该系统的计算速度比常规时域行为级仿真系统(例如VerilogA)提高了2000倍以上。 运用上述行为级仿真系统，对∑△调制器的噪声补偿进行了模拟验证。创新性的提出了在PFD延迟时段通过电荷泵电流补偿来抵消∑△调制器整形噪声的方案。由于PFD延迟时段的脉冲自然存在于PFD电路中，因此可以方便的采集到该脉冲信号来控制补偿电流的开启，需要实现的电路结构十分简单。同时，PFD的延迟时间在几个ns左右，相应补偿电流的量级和量化精度都在比较合适的范围内。此外，对由工艺和温度的波动所引起的补偿误差进行了定量的分析，创新性的提出了用可变延迟PFD电路来对补偿效果进行校正的方案。其中定量给出了PFD延迟时间需要覆盖的范围。所设计的PFD电路对延迟时间的控制精度达到0.1ns左右，能进行精确的延迟时间控制。在模拟验证过程中，通过模拟来确定了最佳补偿效果所对应的PFD延迟时间。为了减小补偿电流量化所造成的噪声尖峰，还对频率合成器的系统参数进行了设计优化。模拟结果表明，通过电荷泵的电流补偿，频率合成器中∑△调制器引入的噪声可以得到有效的减小，最佳的补偿效果达到16dB。除了对可变延迟PFD电路的设计，还对该补偿方案的另一个难点：补偿电流源的实现进行了设计和测试验证。流片实验结果表明，补偿电流源的测试和模拟结果十分接近，所设计的补偿电流源达到16uA的量化精度，电流可以从16uA～112uA调节。补偿电流源具有较高的输出阻抗和输出信号幅度，最小电流支路之间的匹配情况良好。 针对宽频带、多频带VCO的研究现状，本文还对新型的宽频带、多频带VCO进行了设计和模拟研究。以窄带VCO理论为基础，定量和定性的分析了宽频带、多频带VCO设计中所面临的特定问题，导出了引起这些特定问题的两个本质原因，即LC谐振回路的等效并联电导随频率发生显著变化以及变容管引起总电容的相对变化量在各频段明显不同；针对这两个本质原因，分别创新性的提出了新型的电路结构，即可变“负阻”电路和增益线性化电路。对这两个电路的模拟结果表明：可变“负阻”电路在器件尺寸和偏置电流两方面提供了有效改变“负阻”的灵活性，能针对各频段分别对VCO的设计进行优化。另外，所提出的增益线性化电路也能有效的减小各频段之间VCO增益的差异，实现了对VCO增益的线性化。对于相位噪声的模拟结果也表明，由信号幅度和增益波动所造成的相位噪声起伏能得到有效的减小。