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频率是通信中信息的载体，频率合成技术是现代通信中的关键技术。对于新兴的跳频通信、高速变参数雷达、电子对抗系统、任意波形发生器等应用场合，要求频率具有高速跳变特性。直接数字频率合成技术是实现这些应用目标的主要技术途径。利用现代微电子技术研发高性能、多功能的直接数字频率合成器，将为快速发展的现代通信提供核心部件。 本文结合实验室多年积累的高性能数模混合集成电路研究基础，开展高性能直接数字频率合成器的研究。论文围绕新型多通道数据流结构的高性能直接数字频率合成器的实现，着重分析了系统结构与性能关系，研究了单元电路模块实现方式，结合数模混合电路芯片制作流程，进行系统芯片的版图设计及流片后芯片的测试分析。主要研究成果与创新性贡献如下： 1、通过对单通道数据流直接数字频率合成器性能缺陷的分析，提出了多通道数据流系统设计思路和相应算法，突破了单通道数据流存储器访问速度的瓶颈，有效削弱噪声对系统性能的影响，大幅提升直接数字频率合成器的工作频率和改善合成后的信号频谱性能。 2、针对传统电流型数模转换器电流源阵列存在一致性的问题，提出了一种随机游走结构电流源矩阵版图架构，提高了数模转换器的精度，同时提高了直接数字频率合成器的动态性能，流片测试验证表明，在10位DAC架构下，系统合成正弦信号SFDR近端可达到54dB，远端可达到75dB。 3、采用优化的多通道数字流结构，基于电子系统前沿应用背景的相关要求，研发了32bits相位精度、10bits输出精度、1.2GHz工作频率的直接数字频率合成芯片，芯片面积0.22mm2，3.3V单电源供电条件下，功耗为400mW。其工作频率较早前提出的基于分段非线性数模转换器机构的直接数字频率合成机制提高了40％，经测试，该工作取得了频谱纯度54dBc的理想结果，芯片完全具有自主知识产权。