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随着半导体制程的发展，基于CMOS工艺的毫米波应用正在受到人们的广泛研究与关注。毫米波在 5G 无线通信、非接触式传感等领域有着广泛的应用场景。本文主要分析和设计了用于毫米波雷达和毫米波 5G 通信系统的频率综合器中的压控振荡器（ Voltage Controled Oscillator，VCO）和注入锁定分频器（Injection-Locked Frequency Divider，ILFD）模块。该频率综合器可以用作毫米波 5G 通信系统的本振。本文首先介绍了毫米波频率综合器的研究背景和研究现状，然后分别介绍了毫米波频率综合器中两个重要模块，VCO及ILFD的理论，设计与仿真。
本文通过对毫米波 5G 锁相环系统的设计确定了上述两个模块的性能指标，并依据指标需求完成了电路设计。对于 VCO 的设计，首先简述了其工作原理，然后针对其中的电感线圈、变容管、开关电容阵列和尾电流源分别介绍了工作原理和设计流程，并针对相位噪声这一关键指标，给出了相位噪声的理论模型和相位噪声的优化方案。本文设计的 VCO 采用NMOS 交叉耦合管和 3 Bits 开关电容，最终的设计具有较宽的调谐范围和较低的相位噪声。
ILFD作为频率综合器中的高速预二分频器，是毫米波锁相环中的另一个关键模块。本文简述了 ILFD 的基本原理和理论模型，并针对分频范围这一关键指标的优化提出了一种基于变压器结构的宽带ILFD，通过对这种宽带结构的建模、理论分析和仿真，结合对其中谐振腔电路和有源器件的理论分析与设计，实现了具有较宽的分频范围的高性能ILFD，并针对输出幅度、分频范围、相位噪声和功耗进行了仿真验证。
本文所述的设计基于 40nm CMOS 工艺，完成了设计与流片。本文最后给出了 VCO 和ILFD各自的整体版图、各项性能指标的仿真结果、频率综合器的测试方案以及本文所述VCO和ILFD的测试方案和测试结果。测试结果表明VCO的调谐范围为37.4 GHz-46.7 GHz，ILFD可在VCO调谐范围内正常分频，满足设计指标要求。
本文通过对毫米波 5G 锁相环系统的设计确定了上述两个模块的性能指标，并依据指标需求完成了电路设计。对于 VCO 的设计，首先简述了其工作原理，然后针对其中的电感线圈、变容管、开关电容阵列和尾电流源分别介绍了工作原理和设计流程，并针对相位噪声这一关键指标，给出了相位噪声的理论模型和相位噪声的优化方案。本文设计的 VCO 采用NMOS 交叉耦合管和 3 Bits 开关电容，最终的设计具有较宽的调谐范围和较低的相位噪声。
ILFD作为频率综合器中的高速预二分频器，是毫米波锁相环中的另一个关键模块。本文简述了 ILFD 的基本原理和理论模型，并针对分频范围这一关键指标的优化提出了一种基于变压器结构的宽带ILFD，通过对这种宽带结构的建模、理论分析和仿真，结合对其中谐振腔电路和有源器件的理论分析与设计，实现了具有较宽的分频范围的高性能ILFD，并针对输出幅度、分频范围、相位噪声和功耗进行了仿真验证。
本文所述的设计基于 40nm CMOS 工艺，完成了设计与流片。本文最后给出了 VCO 和ILFD各自的整体版图、各项性能指标的仿真结果、频率综合器的测试方案以及本文所述VCO和ILFD的测试方案和测试结果。测试结果表明VCO的调谐范围为37.4 GHz-46.7 GHz，ILFD可在VCO调谐范围内正常分频，满足设计指标要求。