小数锁相环具有频率分辨率高、切换速度快、相位噪声低等优点,广泛应用在射频芯片中。低电压小数锁相环可以服务于极低功耗的无线通信模块。小数分频器最高工作频率受到低电源电压的限制,是实现低电压锁相环的瓶颈和关键。论文的主要工作是设计应用于GPS接收机中的低电压小数分频器。论文首先综述小数分频技术的发展现状,系统阐述小数分频的工作原理、分频器和∑△调制器的常用架构,并根据小数锁相环的系统模型,分析小数分频器相位噪声的传递过程。论文设计的低电压多模可编程分频器整体基于TSPC结构,提出了一种新型的2/3分频单元和8/9预分频电路。其中2/3分频单元采用E-TSPC结构,仅通过一个模式控制开关管实现2分频模式下电路的部分关断,在保证工作速度的同时降低功耗;8/9预分频电路通过对模式控制信号重新定时避免反馈延迟对工作速度的限制,实现最高工作频率同第一级2/3分频单元相当。论文根据∑ △调制器的优化技术,提出一种综合改进方案,采用总线分割结构,将16位输入分为高10位和低6位;其中低6位通过一阶调制器后同高10位相加,作为三阶MASH调制器的输入,该三阶MASH结构将前级的量化噪声和输出信号同时传递给后级,保证输出序列的随机性,同时减少其硬件开销。论文基于TSMC0.13μm CMOS工艺,完成了小数分频器的原理图和版图设计,并进行了数模混合仿真及测试验证。后仿结果表明在0.7V电源电压下,相位噪声优于-161dBc@1MHz,整体电路消耗电流小于0.269mA。测试结果表明小数分频器工作范围覆盖1.3GHz-1.6GHz,满足设计指标要求。