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分数锁相环型频率合成器的输出频率可以是输入参考信号频率的分数倍，解决了整数锁相环型频率合成器中频率分辨率与建立时间、相位噪声、参考杂散之间的矛盾，能更好的满足现代通信系统的要求，因此得到广泛应用。另外，随着移动终端的多模多频化，要求射频收发机中的频率合成器输出信号具有很宽的频率范围，能同时应用于多个频段、多个标准。因此，研究宽带分数频率合成器具有十分重要的意义，本文着重于2.4GHz频段宽带低功耗分数锁相环型频率合成器的研究与设计。
本文根据2.4GHz无线频段的应用情况，确立了兼顾相位噪声性能的低功耗、宽调谐范围的频率合成器为研究重点。在综述了△∑分数锁相环型频率合成器研究现状的基础上重点开展了如下工作:1)宽带分数频率合成器系统设计与验证:采用双LC压控振荡器切换的方式覆盖1.8GHz～3.0GHz的调谐范围，采用20比特MASH1-1-1调制器实现38Hz的频率分辨率，采用可编程电荷泵补偿压控振荡器调谐增益和分频比的变化;分析了锁相环型频率合成器环路参数的设计方法。2）设计了一个调谐范围覆盖1.8GHz～3.0GHz的宽带LC压控振荡器;提出了一种抑制闪烁噪声上变频为相位噪声的LC压控振荡器结构，在LC压控振荡器的交叉耦合管漏极插入电阻，降低了交叉耦合管对谐振回路Q值的影响，从而降低了交叉耦合管中闪烁噪声上变频为相位噪声的增益，并且插入的电阻不受偏置电流和阈值电压的约束，也不会影响压控振荡器的振荡幅度和相位噪声，仿真结果验证了该结构的可行性，基于提出的VCO结构，设计了抑制闪烁噪声上变频的宽带VCO电路。3）分析了常用的△∑调制器结构，并设计了一种高速的20比特MASH1-1-1调制器;提出了一种电流可控的高速2/3分频电路结构，通过在传统2/3分频器的尾电流和负载端引入开关及其它一些辅助电路，实现了高速、电流可控的2/3分频功能;基于提出的2/3分频电路结构，提出了一种基于2/3分频单元的低功耗多模分频器结构，通过动态控制多模分频器中2/3分频单元的电流，大大降低了多模分频器的功耗;基于提出的2/3分频电路结构和低功耗多模分频器结构，设计了一种11级2/3分频单元级联的多模分频器，此分频器可节省功耗39％以上，验证了所提出2/3分频电路结构和分频器结构的可行性;进一步设计了应用于宽带分数锁相环型频率合成器的6级2/3分频单元级联宽分频比范围多模分频器，该分频器通过扩展分频比范围，使得分频比范围覆盖32～127，此分频器可节省功耗30％以上。4）基于CSM（Chartered）0.18μmRFCMOS工艺，实现了一款中心频率为2.4GHz、调谐范围为1.2GHz的低功耗分数锁相环型频率合成器。
实现的锁相环型频率合成器面积为1.2mm×1.3mm，测试结果表明:1.8V电源电压下，频率合成器功耗为9.2mW，输出频率范围为1.78GHz～3.05GHz，相位噪声低于-85dBc/Hz@100kHz与-115dBc/Hz@3MHz;参考频率为40MHz，参考杂散小于-51dBc，频率分辨率为38Hz;结果表明达到了设计要求。