随着卫星通信和汽车雷达等技术的快速发展,毫米波通信技术对于军事和民用等多种领域具有广泛的应用前景。毫米波频率合成器是毫米波通信系统中的关键模块,其性能的好坏直接决定着通信质量的高低。在基于全数字锁相环的频率合成器中,数控振荡器及其分频电路是其中的核心模块,也是频率合成器能够为整个通信系统提供高质量本振信号的前提和关键。本文以宽调谐范围的毫米波数控振荡器和宽锁定范围的分频电路为研究课题,研究了电感、电容等无源器件的电磁仿真建模,重点研究了毫米波数控振荡器的宽调谐范围的电路结构、相位噪声以及毫米波分频电路的频率锁定范围和输入信号灵敏度。本文的主要工作可总结为如下几个方面。1.基于电磁理论,深入研究了电感、电容等无源器件的电磁仿真建模,使用电磁仿真软件,研究了适用于毫米波频段的高精度电感模型,并基于DiCAD(digital controlled artificial dielectric)技术,提出了具有宽调谐范围的可变电容电路模型。2.基于40nm CMOS工艺,设计了一种应用于毫米波全数字锁相环的数控振荡器,确立了基于DiCAD技术的可变电容作为数控振荡器的电容调谐方案。后仿真结果显示,在电源电压0.9V下,该数控振荡器的工作频率范围为79.28GHz-89.6GHz,调谐范围高于12.2%。通过采用片上变压器技术实现了2.6MHz的频率调谐精度。在频偏为1MHz时相位噪声最低值为-95.6dBc/Hz。版图面积为0.33mm×0.66 mm。此外,完成了对数控振荡器样片的测试,测试结果表明该数控振荡器的工作频率范围为76.61GHz-84.51GHz,在最高工作频率点1MHz频偏的相位噪声为-86.47dBc/Hz。3.基于40nm CMOS工艺,设计了一种应用于毫米波频率合成器的注入锁定分频器。通过优化注入锁定分频器的谐振网络,提高了分频器的工作频率,其LC谐振网络自由振荡频率为39.5GHz。通过研究注入锁定分频器频率锁定范围的数学模型,基于电磁仿真软件自主设计并优化了无源电感的尺寸和品质因数以扩大分频器的频率锁定范围。完成了电路的前仿真、版图设计和后仿真。通过后仿真,给出了分频器的分频范围和输入信号灵敏度。当注入信号的功率为0dBm时,分频器的分频范围为72-91GHz。核心电路芯片面积为0.12mm×0.14mm。