小数锁相环因具备大带宽、快速锁定、高分辨率及低相位噪声等优点可用作直接调制频率合成器，在完成载波合成的同时，不经上混频直接实现基带数据的调制功能。基于小数锁相环的FSK直接调制可获得比传统正交调制更为优异的性能，对于RF发射机的实现具有重要的研究价值。　　论文的目标是完成应用于FSK直接调制的小数锁相环的设计。论文综述了无上混频直接调制技术的研究现状与发展方向，阐述了小数锁相环型FSK直接调制频率合成器的架构和工作原理，并重点分析了环路补偿和自动校准技术;论文基于闭环∑△调制方案，完成了应用于FSK直接调制的小数锁相环的系统设计并确立了相应的性能指标要求;对于∑△调制器的设计，利用Matlab/Simulink进行功能验证后确立了基本的三阶结构，并在W.Rhee三阶单环前馈的基础上设计了一种新型三阶单环混合反馈结构，该结构在改善量化噪声整形效果的同时也降低了对环路中其他模块的线性度要求;此外在传统相位切换式结构的基础上完成多模可编程分频器的设计，实现了步长为1，分频模量为56～255的连续分频，该分频器去除了传统结构中独立的相位切换控制电路和模式控制信号，改由计数器直接控制相位切换，精简电路的同时有效地降低了分频器的整体功耗。　　论文基于SMIC0.18μm CMOS工艺，在1.8 V电源电压下完成了应用于FSK直接调制的小数锁相环的原理图及版图设计，并进行了后仿真验证与芯片测试。后仿真结果表明环路锁定时间小于50μs，输出频段覆盖387 MHz～464 MHz;而测试数据表明小数锁相环的输出频率分辨率为400 Hz，全频段输出相位噪声低于-110 dBc/Hz@1 MHz。