锁相环(PLL)作为一个相位比较的反馈系统已在电子学和通讯领域中获得广泛的应用.而电荷泵式锁相环由于在设计中采用了电荷泵(CP)与鉴相鉴频器(PFD),使其具有低功耗、高速、低抖动和低成本等特点,而被广泛地应用于现代通信领域及射频领域中.因此,现在的数字调谐芯片就集成了电荷泵式锁相环,使其接收的信号频率和电视台发送频率保持严格的一致.而作为锁相环关键部件的鉴相鉴频器及电荷泵的设计也就成为现代通信领域及射频领域的研究热点.该文首先介绍了鉴相鉴频器及电荷泵的工作原理及分类,并详细讨论了它们的性能指标及设计中所要考虑的问题.基于PLL环路系统的设计要求,该文提出了鉴相鉴频器及电荷泵的指标要求及其整体框架图,按设计框架图主要包括四个部分:鉴相鉴频器(PFD)、电荷泵(CP)、PFD偏置电压(PFD_bias)产生电路及电荷泵参考电流(CP_Iref)产生电路.在普通型边沿触发PFD结构的基础上,该文提出一种基于SCL(Source Coupled FET Logic)结构的高精度全差分型PFD的设计,该电路具有功耗低,速度快,结构简单的优点.同时,鉴于PFD复位电路的延迟性能直接影响到PFD的各项性能指标,该文就基于MOS管器件参数为标准的BSIM3V3 model模型,对PFD的复位电路作延迟性能的估算;在保证良好的鉴相范围和最大工作频率的前提下,改善其鉴相精度,该PFD的鉴相精度提高到50ps.另外,该文基于普通型电荷泵电路提出了带有大摆幅电流镜(充放电电流源)的全差分型电荷泵的设计,该电荷泵具有静态功耗低,速度快,线性好,电流匹配性能好等特点.在此电荷泵的优化设计中还增加了跨导放大器(Gm)电路,跨导放大器的增加不仅可以使电荷共享问题最小化,而且通过该跨导放大器的正反馈作用来减小电流失配.通过仿真分析和计算,该电荷泵的电流失配量和普通型电荷泵相比从>10﹪减小到<2﹪.并且该文还基于模拟集成电路版图设计的要点并根据PFD及CP电路性能特点优化了版图设计.最后基于Chartered 0.25umRFCMOS工艺库完成了PFD和CP各项性能指标的前后仿真验证及其计算分析,同时对芯片完成了功能的测试验证.