频率合成技术的分类

频率合成设备通常采用以下四种技术：

1.直接模拟频率合成技术

直接模拟频率合成（Direct Analog Frequency Synthesis，DAFS）技术是一种早期的频率合成技术，原理简单，易于实现。它由模拟振荡器产生参考频率源，再经谐波发生器产生一系列谐波，然后经混频、分频和滤波等处理产生大量的离散频率。根据所用参考频率的数目不同，可分为非相关合成方法和相关合成方法两种类型。

（1）非相关合成方法使用多个晶体参考频率源，所需的各种频率分量分别由这些参考源提供。

（2）相关合成方法只是用一个晶体参考频率源，所需的各种频率都由它经过分频、混频和倍频后得到，因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样。

直接模拟频率合成方法的频率转换时间短，相位噪声低，并能产生任意小的频率增量，但是由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬件设备，使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂，容易产生杂散分量。因此，直接模拟频率合成器已逐渐被锁相环频率合成器、直接数字频率合成器取代。

2.锁相环频率合成技术

在锁相环频率合成器中，输出频率系列是由压控振荡器（VCO）产生的。该频率在环路的鉴相器中，不断地与来自石英晶体振荡器的基准频率进行相位比较，并通过比较后产生的误差信号对振荡频率进行校准，使输出频率系列中的任一频率均具有与基准频率相同的频率稳定度。

锁相环频率合成器由锁相环电路、参考分频器和可变分频器构成，锁相环频率合成器原理图如图2-1所示。其中锁相环电路包括参考频率源、参考分频器、相位比较器、环路滤波器、压控振荡器和可变分频器，是构成频率合成器的核心部分。

环路输入信号是一个具有高稳定度的参考振荡信号，经R次分频后，得到频率为f_r的脉冲信号。它与压控振荡器输出经N次分频后得到频率为f_n的脉冲信号，经鉴相器进行相位比较。当环路锁定时，压控振荡器输出频率f_o=nf_r，改变分频比N，就可以改变输出频率。

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图2-1 锁相环频率合成器原理图

因为锁相环相当于窄带跟踪滤波器，所以锁相环频率合成技术能够很好选择频率和抑制杂散分量，有利于集成化，而且频率的长期和短期稳定性都很好。但是锁相环有惰性，频率分辨率和频率转换时间相互矛盾难以兼顾，频率转换时间较长，压控振荡器引起的噪声也较大。

3.直接数字频率合成技术

直接数字频率合成（DDS）技术是近年来随着数字集成电路和计算机的发展而迅速发展起来的一种新的频率合成技术。它采用数字化技术，通过控制相位的变化速度来直接产生各种频率的信号，在带宽、频率分辨率、频率转换时间、相位连续性、调制输出和集成化等方面，都远远超过传统的频率合成技术，而且DDS是全数字化结构，易于集成、功耗低、体积小、重量轻、可靠性高、易于程控、使用灵活、性价比很高，故广为采用。

DDS一般由相位累加器、波形存储器、数-模（D-A）转换器（DAC）及低通滤波器（LPF）组成，其基本原理就是将波形数据先存储起来，然后在频率控制字K的作用下，通过相位累加器从存储器中读出波形数据，最后经过D-A转换和低通滤波后输出合成频率。这种频率合成方法可以获得高精度频率和相位分辨率、快速频率转换时间和低相位噪声的频率信号，而且结构简单，集成度高。

DDS技术正朝着系统化、小型化、模块化和工程化的方向发展，性能越来越好，使用越来越方便，是目前应用最广泛的频率合成器之一。

4.混合式频率合成技术

DDS技术具有分辨率高、转换速度快、相位噪声低等优点，在无线通信中发挥着越来越重要的作用，但是由于材料和工艺问题，其输出频率始终无法和锁相环频率合成相比，并且由于是全数字结构，输出信号中具有大量的杂散分量，限制了它的应用。锁相环频率合成技术具有高频率、宽带、频谱质量好等优点，但其频率转换速度低。DDS技术则具有高速频率转换能力、高精度频率和相位分辨率，但目前尚不能做到宽带，频谱纯度也不如锁相环频率合成。

混合式频率合成技术利用这两种技术各自的优点，将两者结合起来，其基本思想是利用锁相环频率合成的高分辨率来解决锁相环频率合成中频率分辨率和频率转换时间的矛盾。

为了发挥DDS技术的长处、克服其缺点，往往把DDS技术和其他频率合成技术结合起来使用。通常是采用DDS技术与PLL技术结合（DDS＋PLL）的方案，这样既可克服DDS技术的输出信号频率的杂散和频带受限的不足，同时又可改善PLL技术的频率分辨率不高、频率转换时间较长的问题。这种组合式频率合成器的制作成本较低、结构简单，是目前高性能频率合成器的主要发展趋势。