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无线传感器网络(WSN)具有分布式、自组织，无须有线基础设施支持的特点，同时能嵌入到环境中提供无时不在的信息交互。作为Ad Hoc网络和普适计算的典型应用，无线传感网吸引了越来越多研究者的关注。
本文着重于无线传感网中低电压压控振荡器(VCO)和频率综合器(FS)的研究与设计。首先比较了常见的频率综合与锁相环技术，选择整数分频电荷泵锁相环(CP-PLL)频率综合器作为设计对象。根据CP-PLL频率综合器中各模块的功能与数学模型，将整个频率综合器看做一个线性连续模型。并介绍了相应的稳定性分析和噪声分析的方法和结果。最后在充分理论准备的基础上，进行系统参数设计和行为级仿真。
在深入分析相位噪声理论的基础上，基于标准电压1.8V的0.18μm CMOS工艺，对LC VCO结构的1V低电压电感电容压控振荡器进行了优化设计，并精心选择了LC谐振腔，负阻管和尾电流源的设计参数以减小这三个噪声源对相位噪声的影响。利用开关电容阵列减小可变电容的压控增益，减轻了幅度-相位(AM-PM)噪声转换。同时采用了二次谐振滤波网络提高VCO的相位噪声性能，振荡幅度与FOM优值。VCO测试结果表明，在1V供电时，核心电流2.4mA，振荡频率覆盖4.56-5.32GHz，调谐范围15.4％，在最高频率5.32GHz处，相位噪声为-113.4dBc/Hz@1MHz，-124.5dBc/Hz@3.5MHz，FOM为-185dBc。测试结果满足IEEE802.15.4/ZigBee2.4GHz频段WSN系统指标要求。
在深入理解频率综合器中其它模块的基础上，对鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和分频器进行了适当的改进，并结合VCO，在标准电压1.8V的0.18μm CMOS工艺下设计实现了1V低电压频率综合器的电路和版图，版图面积1.42mm2，并利用SpectreVerilog混合仿真器进行了仿真验证。整个频率综合器在片测试结果表明:在1V供电时，核心电流为9.6mA，相位噪声为-121.9dBc/Hz@1MHz，-134.5dBc/Hz@3.5MHz，参考杂散为-38.7dBc，频率切换时间小于120μs，满足IEEE802.15.4/ZigBee2.4GHz频段WSN系统指标要求。
在此款频率综合器的基础上，又对加入自动频率校准单元的整个频率综合器进行了优化设计与流片实现，版图面积为1.33mm2，改进的频率综合器有待测试验证。
本论文所设计实现的低电压压控振荡器和频率综合器对2.4GHz工业、科学、医用(ISM)频段的其它无线应用设计也具有一定的参考意义。