随着基于位置定位的服务爆炸式增长,有效的提高定位精度的方法之一是采用多频多星座的卫星接收机,多数应用在低功耗的移动设备。频率合成器作为射频接收机的重要组成部分,一直以来都是研究机构和公司的研究热点。因此深入研究并设计符合要求的频率合成器,在较低功耗和较低的噪声的情况下,支持接收多频段,高质量的信号是一项非常有意义的工作。考虑到导航卫星工作的频点和环路带宽的选择,本文选择锁相型小数频率合成器。对子模块数学模型进行分析,建立系统的线性模型,引入噪声以后可以得到系统的相位噪声模型,并且可推导出各个模块的传输特性,用以指导电路设计和总的相位噪声拟合。针对导航卫星接收机的特点,进行小数频率合成器指标的规划并选择合适的子模块方案以实现这些指标。包括选择电感电容负阻结构的双模压控振荡器以较低的功耗和较低压控增益实现宽频率输出范围和低相位噪声;选择双模预分频器、吞脉冲计数器和MASH1-1-1的组合来实现高速宽分频的小数分频器;选择鉴频鉴相器和改进型漏端开关可编程电荷泵结构来实现灵敏的相位和频率检测,并当改变分频比和压控增益时,维持稳定的环路带宽;选择闭环方式的自动频带选择电路,在低压控增益和高参考频率的情况下,实现选择出合理频带的功能;选择三阶无源低通滤波器,并对环路稳定性进行验证。在确定了具体子电路的指标和电路结构后,本文采用65nmCMOS工艺设计实现了双模宽带压控振荡器、小数分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、自动频带选择电路和环路滤波器,经过仿真验证,基本完成了设计指标。压控振荡器包含正交二分频电路的输出分为上下两个频段,分为32个频带覆盖1.1GHz～1.65GHz,压控增益分为22MHz/V和35MHz/V,且频带相互覆盖20%到30%。小数分频器的分频比范围为32～127。可编程电荷泵电流也是符合设计要求的。本文将面向导航卫星接收机的小数频率合成器应用于北斗三代卫星信号B1C(1575.42MHz)。参考频率26MHz,则小数分频器的整数输入为60,MASH1-1-1的输入为621886(2’b10010111110100111110)。经过联合仿真,环路带宽为100K,相位裕度60度,包括精调时间和自动频带选择的时间共30us,功耗在6mW左右。仿真得到各个模块的相位噪声或噪声功率谱密度,在MATLAB中拟合得到小数频率合成器的总相位噪声,相位噪声结果为带内相位噪声-96dBc,带外相位噪声-120dBc@1MHz。