频率源,即频率合成器,是电子系统的心脏,是决定电子系统性能的重要设备。随着电子系统的不断发展与进步,现代通信、卫星、雷达、导航等电子领域对频率源提出了愈来愈高的要求。本文基于60GHz通信系统科研项目的需求,需要在数字基带信号处理系统中为模拟数字转换电路(ADC)提供高质量的采样时钟,即频率源。即主要设计一个3.52GHz低抖动的频率源,以便满足整个通信系统的要求,同时这种设计方法对于通信系统的收发机中的本振源设计也提供了很好的参考。首先介绍频率合成技术及发展历史、频率源的主要技术指标、抖动基本知识、国内外研究现状。其次介绍锁相环的概念、基本工作原理,详细介绍锁相环的组成模块包括:参考源、鉴相器、环路滤波器(无源环路滤波器和由运放构成的有源环路滤波器)和压控振荡器(VCO),具体分析各个模块的噪声贡献。然后给出系统指标,着重分析指标的转换,并且推导出抖动、相噪、频率之间的关系和频率加倍、抖动不变的结论。根据系统指标要求推导出满足系统设计需要的相噪模板,进而进行器件选型和确定最佳环路带宽,并提出由三极管代替传统的运放构成的结构简单、附加噪声小的有源环路滤波器。然后介绍具体方案,包括原理图的仿真设计、PCB版图设计,最后对电路加工调试,最终实现小于100fs的抖动要求。又重点研究锁相环中的VCO设计与实现,以620MHz低相噪VCO模块设计为主题。简要介绍VCO基本理论和传统的线性化设计方法,详细分析了更接近实际物理过程的新型非线性法的设计原理包括:相对驱动电平与导通角的引入、噪声与导通角的关系,导通角与反馈电容C2的关系。分别在传统输出结构和改进输出结构下进行具体设计与实现,对应的实测相噪指标分别为?111.47 dBc/Hz@10KHz,?108.19 dBc/Hz@10KHz。首次提出两个有源电路补偿单个谐振的低相噪VCO(双核心VCO)设计的基本原理,进行改进输出结构与传统输出结构下的双核心低相噪VCO具体设计、仿真和对比单核心实际测试结果,最后验证方法的有效性。在传统输出结构和改进输出结构下的双核心VCO实测相噪指标分别为?115.47 dBc/Hz@10KHz,?111.82dBc/Hz@10KHz。