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在无线通信系统中，频率合成器广泛用于本振信号的产生，对信号进行调制解调和上下变频。频率合成器的性能对无线通信系统有着至关重要的影响，其中，包括频率合成器输出频率的稳定度和精度、输出频率的调节步长、输出信号的相位噪声和杂散、环路的锁定时间等。本论文详细论述了频率合成器的几种实现方式、频率合成器的体系结构、性能参数和各阶电荷泵锁相环的环路分析方法，对各模块噪声的影响进行了细致的分析。在此理论基础上，设计了一个应用于Zigbee无线收发系统中的868MHz/902~928MHz的电荷泵锁相环频率合成器。在该频率合成器中，电荷泵使用高摆幅共栅共源结构，在保证高输出阻抗的同时得到较高的输出摆幅；压控振荡器使用LC振荡器，可以在高输出频率下获得低的相位噪声，另外，通过引入4组二进制权重的开关电容阵列，提高了振荡器的输出频率范围，同时又保持了低的Kvco；可编程分频器使用吞咽脉冲（Pulse-Swallow）结构，电流模逻辑（CML）结构的预分频器大大提高了可编程分频器的最高工作频率；环路滤波器使用3阶无源RC滤波器，降低了由滤波器本身引入的噪声，同时进一步抑制了环路高频段的噪声和杂散。本论文电路在GSMC0.18μm CMOS工艺下实现，电路设计和仿真在CadenceSpectre/SpectreRF平台下完成，并借助于MATLAB/Simulink进行系统级仿真和验证，版图利用Cadence Virtusoo工具完成，总芯片面积为1.4mm×1.2mm（包含PAD）。电路电源电压为1.8V，环路带宽约为100kHz，相位裕度为51°，输出频率范围为830MHz~1.125GHz，可以正交输出，频率调节步长为2MHz，锁定时间小于50μs，杂散约-60dBc，相位噪声为-120dBc/Hz@1MHz频率偏移处。频率合成器满足Zigbee收发机系统要求。