随着全球范围内无线通信市场的爆炸性增长,频率合成器作为射频集成电路前端中最重要的模块之一,其工作频率已经扩展到数GHz,同时还需满足射频系统中频道切换的要求。在这种情况下,频率合成器中高速多模前置预分频器设计难度很高,成为了系统速度与功耗优化的瓶颈。相位切换技术被广泛应用于预分频器设计,但已有的方法存在时序不收敛,电路不稳定且只能提供两个分频比等缺点。本文深入分析了已有的相位切换方法,随后在前人工作的基础上,提出了一种新的相位切换方法。新的方法利用了非平衡相位切换方法以增加切换窗口长度,同时巧妙的在高速数据选择器之后加入差分的二分频器,并采用延时90的分频信号作为控制电路的驱动时钟,使得控制信号落入正确的切换窗口内,达到了时序的完全收敛。加入差分的二分频器,还可以有效解决向前切换时信号摆幅不足可能带来的时序错误。最后,通过改变控制逻辑,实现了一个时序收敛,电路稳定且可提供三个连续分频比的相位切换型预分频器。为验证该方法的正确性,本文采用SMIC 0.18um RF CMOS工艺实现了一个15/16/17三模分频相位切换型预分频器。电路包括多个模块,其中大量采用了CML,TSPC等高速电路结构,并对每个模块的速度与功耗进行了精心的优化。仿真结果显示,电路最高工作频率可达8.0GHz,同时最大功耗小于6mW,相比已有设计有着较大的优势。