近年来,无线通讯的迅猛发展,使得无线通讯技术方面受到了越来越多研究人员的关注。锁相环频率综合器是无线收发机中用来提供本振信号的关键模块,它的性能影响着无线收发机的性能。为了满足无线收发机对于低功耗、高集成度、低成本等不断提高的性能需求,对锁相环频率综合器提出了宽频率范围、低相位噪声、低功耗等设计指标。因此,本文研究与设计重点围绕锁相环频率综合器的系统以及其中的关键模块。本文首先对于锁相环频率综合器的结构以及关键参数进行了分析,建立了S域线性时不变系统(LTI)模型,对于环路稳定性进行了分析。指出了锁相环频率综合器中的各种噪声源,并通过对于相位噪声传递函数的推导,得到了这些噪声源对于总的相位噪声的贡献。之后对1.5分频和多VCO这两种宽频实现方法进行了介绍,并对它们进行了优缺点分析。压控振荡器是实现频率输出的关键模块,因此接下来对压控振荡器进行设计:首先对传统的电感电容型振荡器的基本原理进行了介绍,并对相位噪声进行分析与推导,但是这种振荡器的相位噪声性能并不如C类VCO。在对C类VCO进行进一步的分析中发现其存在难以兼顾起振可靠性和高电流效率的问题。因此本设计中采用带有动态偏置的C类VCO来解决这一问题,并且加入了电流舵阵列来提高PVT变化下的性能稳定性。在设计完成后,对于双VCO的性能参数进行了仿真验证,并对VCO进行了整体的版图设计。之后,对于锁相环频率综合器环路中的其他模块进行设计与分析。分频器部分由预分频器和可编程分频器组成,本文对它们的工作原理进行了分析,并对电路结构进行了设计。在鉴频鉴相器的设计中,为了避免各个工艺角下鉴相死区的产生,采用了可编程延时控制模块。在电荷泵的设计中,首先介绍电荷泵的基本原理和非理想效应,并给出了常见的几种电荷泵结构,分析了它们的优点和不足。最后结合不同类型的电荷泵的优势,给出了一种优化的可编程电荷泵。在自动频率校准模块的设计中,对于工作原理及算法进行了分析与设计。最后,基于TSMC 65nm工艺,介绍了版图设计中需要注意的方面,并对电路进行了版图设计。最终得到锁相环频率综合器的版图面积为1.5mm×1.5mm。在后仿中,锁相环频率综合器的中心频率为13GHz,频率覆盖范围达到8.4～17.6 GHz,锁定时间低于25us,中心频率下的相位噪声在TT、SS、FF三种工艺角下均低于-111.1d Bc/Hz@1MHz。