无线通信经历了几十年的迅猛发展,通信速率从几kbps增长到了几百Mbps,可是多媒体业务和高清视频数据等对通信速率提出更高的要求。面临传统的频谱资源日益紧张的趋势,为了满足下一代无线通信的高达数Gbps传输速率的需求,60GHz毫米波通信成为下一代无线通信标准的有力候选。要实现60GHz通信系统商用,低功耗和低成本的CMOS工艺是首选方案。然而要实现60GHz射频通信系统芯片,仍有许多问题亟待解决。在国内目前毫米波芯片设计基础较为薄弱的背景下,本论文针对60GHz射频通信系统芯片中的发射机部分开展了较深入的研究,论文的主要研究内容和贡献概括如下：1) 设计并实现了多款60GHz CMOS功率放大器。针对CMOS工艺的低fmaxt,低工作电压,以及bulk工艺在毫米波段的高损耗的特点,本论文提出和应用了一系列新的电路设计技术。a)电容中和-伪差分共源放大器具有高增益,稳定,高隔离度等优点,论文给出了详细的数学证明；b)采用变压器功率合成技术提高输出功率,具有面积小,损耗低的优点；c)从匹配轨迹出发,提出了新的级间匹配方式,极大的降低了匹配网络的损耗等。利用这些技术,本论文实现了两款大功率功率放大器,其中四路功率合成三级功率放大器测试增益为24.5dB,饱和输出功率Psat超过18dBm,最大效率.PAEmax为13%;八路功率合成功率放大器测试增益为25dB,Psat达到20.6dBm,输出1dB压缩点OP1dB超过17dBm, PAEmax达到16%。针对发射机对功率放大器的要求,论文又设计了一款非对称供电的功率放大器,通过电路及版图优化,放大器克服了非对称供电对平衡性的影响。仿真结果表明放大器增益超过30dB,Psat达到19dBm,PAEmax为16%。为了解决功率放大器带宽的问题,论文设计了一款频带可调的功率放大器,利用开关电容技术对放大器匹配进行调节。仿真表明放大器能够覆盖IEEE 802.15.3c标准四个通道,带内平坦度小于1dB。为增大输出功率,放大器采用极限增大晶体管尺寸的方法,仅一路差分就实现了超过16dBm的输出功率。本论文所设计的几款功率放大器,在增益,输出功率,效率,带宽各方面达到了世界上同类功率放大器的先进水平。2)设计并实现了一款60GHz CMOS上变频器。此上变频器采用双平衡吉尔伯特结构,差分输入差分输出,同时内接本振缓冲器和射频缓冲器,降低了本振信号的驱动功率,提高了射频信号的输出线性度。由于采用变压器匹配的方法,此上变频器面积紧凑,增益平坦性也十分出色。与已发表结果相比,本论文采用变压器匹配,实现宽带高增益和低损耗,不仅覆盖了IEEE 802.15.3c标准所指定的四个通道,而且带内波动小于1.5dB,不考虑本振缓冲器的功耗,此混频器仅消耗32mmW功率,而OP1dB达到2.5dBm,转换增益达到14dB,各个方面的性能都表现优异。3) 设计并实现了60GHz全集成CMOS收发机中的发射机。从系统链路计算开始,分析了实现设定目标所需要的发射机指标：发射机采用滑动中频架构,降低了IQ正交调制器的设计难度；详细分析了影响发射机EVM的各个非理想因素,提出了各个模块电路的设计目标；介绍了发射机各个模块的设计要点；给出了发射机测试的结果。测试结果表明,本发射机能够实现最高达10.6Gb/s传输速率,最高发射功率能够达到11.52dBm,EVM测试结果完全满足IEEE标准要求的-14dB (QPSK)和-21dB (16QAM)的要求。最后给出了收发机的测试结果,结果表明此收发机系统传输速率为3.5Gbps (7Gbps)时,传输距离可以达到6m(4m),满足项目设计要求,是一款性能优异的全集成毫米波收发机系统芯片。