Ka波段包含了5G通信毫米波频段,是当前无线电技术的重要研究方向。同时,硅基半导体技术的发展使基于CMOS工艺的毫米波集成电路成为研究热点。本文主要研究并设计了应用于CMOS毫米波宽带电荷泵锁相环系统的压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）与注入锁定分频器（Injection Locked Frequency Divider,ILFD）电路,该锁相环可以为5G通信系统提供本振信号。本文详细分析了压控振荡器与注入锁定分频器的工作机理与电路设计,然后进行版图设计,并给出了电路的后端仿真结果。压控振荡器为锁相环产生输出信号,直接限制锁相环频率范围与相位噪声。本文首先分析了振荡器的分类、工作机理与性能指标,然后基于40nm CMOS工艺设计了3bit开关电容控制的Ka波段毫米波宽带压控振荡器。在电路设计部分,首先介绍了电感、开关电容阵列、变容管设计,然后介绍了本设计采用的相位噪声优化方案。后端仿真表明,在0.9V电源电压下,该压控振荡器调谐范围26.8GHz到34.4GHz,相对带宽约25%。最低频率点在1MHz相对频率的相位噪声为-101.3d Bc/Hz。注入锁定分频器是锁相环中另一个工作在最高频率的电路模块,该结构具有工作频率高、带宽小的特点,提高其工作带宽是主要设计难点。本文建立了注入锁定分频器等效模型,并基于该模型分析了注入锁定分频器工作机理,进而分析了提高注入锁定分频器工作带宽的技术。然后建立了基于变压器的四阶谐振腔注入锁定分频器等效模型,并分析了四阶谐振腔输入阻抗。为了分析注入锁定分频器对环路相位噪声的影响,本文分析了注入锁定分频器相位噪声模型。本文基于40nm CMOS工艺设计了基于变压器的宽带注入锁定分频器。后端仿真表明,在0d Bm输入信号下,该注入锁定分频器工作频率范围为20GHz到48GHz。分析仿真结果,本设计压控振荡器与注入锁定分频器均符合设计指标要求。