在现代无线通信系统中,频率合成器是无线收发机中的核心模块,他性能的好坏直接影响着整个无线通信系统的通信质量。而电荷泵锁相环技术因其频率捕捉范围大、锁定时的相位误差小和低功耗、低成本等优点而被广泛应用于锁相环频率合成器中。文章首先从系统的角度分析了电荷泵锁相环频率合成器的工作原理、数学模型、瞬态特性、稳定条件以及噪声传输函数,并讨论了锁相环环路带宽的优化和选择。接着详细地介绍了电荷泵锁相环频率合成器中各组成单元模块的性能要求,并对各模块常用电路结构的特点进行了比较。最后针对应用于业余频段的无线通信装置,综合考虑功耗、成本、噪声等因素,优化设计了一款输出频率是27M的电荷泵锁相环频率合成器,并实现所有元器件在一块芯片上的集成。电路主要包括晶体振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及分频器等模块。同时,为了降低电源噪声对电路性能的影响,设计了三个LDO电源管理模块给电路供电。整个设计过程采用无锡上华公司0.5um CMOS混合信号工艺,运用cadence公司提供的Virtuoso工具进行版图设计,并对版图进行DRC、LVS检查,以及寄生参数的提取和后仿真。芯片的整体面积为850um×1000um。仿真结果显示,在电源上电以后,电源管理模块LDO在20uS以后能够建立稳定的输出电压给电路供电;晶体振荡器需要2.3mS的时间才能建立稳定的振荡;而锁相环将在这之后的45uS内锁定。