随着物联网技术的飞速发展,作为节点的射频通信芯片也从之前的单协议通信模式逐渐转变成多协议通信模式,以保证整个网络的兼容性及稳定性。而频率合成器作为射频前端芯片重要的组成模块,主要对接收到的射频信号进行下变频至模拟基带或者对基带发射信号进行上变频至射频信号,必须在兼容多协议的同时保持良好的性能,这就对频率合成器的设计提出了很高的要求。本文从系统结构、环路模型、核心电路以及测试分析这几个主要方面设计并分析了45M~2.5GHz电荷泵型宽带频率合成器。首先介绍了多协议通信芯片的研究意义及宽带频率合成器的研究现状,分析比较了现有的几种主要的宽带频率合成器设计方案。其次,本文研究分析了频率合成器的主要指标,包括相位噪声、杂散及锁定时间对整体收发机性能的影响,对比了几种不同的频率合成器设计方案,分析面积和功耗、性能之后,给出了该论文中采用的单压控振荡器的频率合成器结构。然后对频率合成器进行了建模分析及设计,包括环路参数的模型、环路滤波器的理论计算。在对环路进行了理论分析之后,重点设计及分析了环路中的几个重要模块。其中着重对比了不同形状电感的性能,基于圆形结构优化了一种新型的双环电感,利用此电感设计的压控振荡器相位噪声性能可提高2~3d B,同时设计了频率合成器中其余关键模块如鉴频鉴相器、电荷泵以及可编程多模分频器等电路,并采用TSMC 0.18 1P6M工艺,对设计的宽带压控振荡器及频率合成器进行了电路设计和流片验证。最后对压控振荡器和频率合成器进行了测试,测试结果表明,压控振荡器输出频率2.24~4.95GHz,频偏1MHz时相位噪声在全频率范围内小于-124.2dBc/Hz,最小相位噪声-130.8dBc/Hz,归一化相位噪声FoM(Figure of Merit)为-172.8~-178.2dBc/Hz。频率合成器实际输出频率45M~2.47GHz,1MHz频偏时全频段相位噪声小于-117.9dBc/Hz,参考杂散小于-65dBc,有效面积仅为1.03mm2。