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本文面向TD-LTE-Advanced通信标准，以射频前端中的频率综合器为研究对象，阐明其中压控振荡器、小数分频器以及自动频率校准三个模块的设计。压控振荡器为频率综合器提供频率输出，直接决定了频率综合器的调谐范围和带外相位噪声。小数分频器是频率综合器能提供多个高精度频率信号的关键和前提。自动频率校准模块为压控振荡器选择合适的工作频带，它的性能影响着频率综合器锁定时电荷泵的匹配度以及环路的锁定时间。
本文首先介绍了TD-LTE-Advanced通信标准以及频率综合器的系统指标要求，并分析给出了各个模块的设计指标。针对压控振荡器调谐范围和相位噪声相互制约的矛盾，设计采用了多VCO单片集成结构，其中每个VCO都引入了开关电容阵列，实现宽频段调节。在此基础上，本文详细描述了压控振荡器电路参数的优化过程，着重介绍了最优电感的选择方法。针对小数分频器，设计采用高速二分频器、可编程分频器以及sigma-delta调制器实现小数分频功能。其中高速二分频器采用源级耦合结构，可编程分频器通过2/3分频器级联的方式实现。仿真结果表明，高速二分频器的工作带宽为3～7GHz，可编程分频器可以实现44～70范围内连续整数分频比。针对自动频率校准存在的时序竞争隐患，本文在基于计数校准方法的基础上，将所有模块都设计在参考时钟的控制下，有效的避免了时序竞争，同时通过对电路时序的改进，引入异步计数器进行计数，降低整体功耗的同时避免了由时钟偏移引入的计数错误。仿真结果表明，自动频率校准锁定时间小于13.8μs。
上述模块已经加入频率综合器系统中进行级联仿真，仿真结果表明上述模块功能正常，可以满足系统的指标要求。所有模块已经通过TSMC0.13μm CMOS工艺加工流片，其中压控振荡器已进行在片和键合测试。测试结果表明压控振荡器输出调谐范围覆盖3.58GHz～5.34GHz，核心电路工作电流3.6mA，当输出频率为4.75GHz时，相位噪声为-110dBc/Hz@1MHz。