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本论文从短距离无线通信应用的背景出发,首先简要介绍了短距离无线通信器件的产品和市场。然后分析了适合于短距离应用的发射机架构及其性能指标,重点介绍了直接调制锁相环分频比的发射机结构及其关键性能指标,并根据日本和欧洲的标准制定发射机的性能指标。本论文详细阐述了基于∑Δ调制器的分数分频锁相环的噪声模型,并对鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器、∑Δ调制器、环路滤波器以及分频器的噪声进行分析。然后重点对环路滤波器的设计进行研究,推导了采用无源滤波器的3阶锁相环和4阶锁相环的建立时间表达式,并根据3阶锁相环的传输函数,创新的引入电容比b和极点位置比k来分析4阶锁相环系统的建立时间和闭环响应。之后对锁相环的设计流程进行了总结。一种集成∑Δ分数分频锁相环的434/868 MHz FSK/OOK射频发射机在0.35μm CMOS工艺中集成。该芯片采用直接调制锁相环的发送机结构,通过在不同分频比之间的快速切换实现FSK调制,OOK的调制则通过功率放大器的开-关实现。发射机采用了电流数字可控的压控振荡器(VCO),可编程输出的功率放大器,以及片上实现双端-单端转换的电路。分数分频锁相环采用3阶单环∑Δ调制器和3阶的片外无源滤波器。经测试表明,该发送机在50Ω负载上的最大输出功率为3.7dBm,在100kHz相邻信道上的功率抑制大于50dB。锁相环在868MHz载波频偏为3MHz处的相位噪声为-131dBc/Hz,在直流电压3V的工作条件下,发射机的电流为29.2mA,包括功率放大器和锁相环在内的发送机总面积为2mm~2。论文还设计了一种433/315MHz的OOK射频发射机,该芯片在0.25μmCMOS工艺中集成,发射机结构也采用直接调制锁相环分频比的方式。与前一种结构不同的是,这里采用PMOS电流源控制VCO的功耗,电流源的引入确保VCO工作在电流限制区,避免了功率的浪费。芯片采用动态频率控制技术辅助锁相环的快速锁定,论文实现了3dB步进的功率预放大器。测试结果表明,工作电压为2.5V的发射机在315MHz频段时的最大输出功率为7dBm,直流电流为25mA,锁相环的锁定时间达到12.5μs,在频偏1MHz处的相位噪声为-132dBc/Hz。