近年来，随着现代计算机以及无线通信技术的不断发展，对各种频率源有大量的需求；且对应与不同的应用，对频率范围、输出频率个数、频率的稳定度以及频谱纯度都有着不同的要求。频率合成技术是利用一个或多个高精度的参考频率源产生一个或多个所需要频率的技术；目前，由于锁相环频率合成器易于实现、容易集成等优点，它已广泛应用于当代发展最快的高尖端信息产业，成为现代电子系统必不可的关键电路模块之一。本文对锁相环频率合成器的理论、模型、设计和实现进行了深入的研究。建立了电荷泵锁相环的线性模型，为环路参数的确定提供了依据；同时建立了相位噪声模型，并分析了环路中的非线性效应，对电路设计时降低噪声具有指导意义。在具体电路设计中，通过采用了粗调和微调信号，设计了能工作在过个频段的环形压控振荡器；针对鉴频鉴相器的鉴相死区以及电荷泵中的时钟馈通、电荷共享等非线性因素进行了讨论，并对电路结构进行了改进；研究了双模可编程器的系统结构设计，设计能工作在高频率下的可编程分频器。本文基于0.25m CMOS工艺，从行为级设计、电路设计到版图设计，完成了一种能工作900MHz、1800MHz、2400MHz三个频段内的锁相环频率合成器。供电电压为2.5V时，利用Hspice仿真工具仿真结果显示，频率合成器锁定时间小于60μs，功耗仅为8.9~23.2mW。