頻率合成的基本概念
頻率合成(Frequeney Synthesis)是指以一個(gè)或數(shù)個(gè)參考頻率為基準(zhǔn)，在某一頻段內(nèi)，綜合產(chǎn)生并輸出多個(gè)工作頻率點(diǎn)的過程。基于這個(gè)原理制成的頻率源稱為頻率合成器(Frequeney Synthesizer)。頻率合成器按頻率綜合方法可分為直接合成式(Direct Synthesizer)和間接合成式(IndirectSynthesizer)；從輸出信號(hào)間的相位關(guān)系可分為相干源和非相干源。

間接式頻率合成器（IS）的概念與原理
間接式頻率合成器有模擬和數(shù)字兩種，分別為模擬間接式頻率合器和數(shù)字間接式頻率合成器。

1. 模擬間接式頻率合成

模擬間接式頻率合成具有多種技術(shù)途徑，分述如下：

a.注入鎖相振蕩源

將一個(gè)外來基準(zhǔn)信號(hào)源注入到被鎖振蕩器時(shí)，被鎖振蕩器所產(chǎn)生振蕩的相位和外來基準(zhǔn)信號(hào)的相位之差保持恒定，稱為注入鎖相，它由五部分組成：1. 400MHz晶振倍頻參考源。包括一級(jí)100MHz晶體振蕩器，一級(jí)放大器，一級(jí)四倍器倍頻器；2. 400MHz被鎖振蕩器；3. 400MHz四端環(huán)行器；4. 400MHz十倍頻器。5. 400MHz鎖定指示與失鎖告警電路。

注入鎖相是在400MHz振蕩器上實(shí)現(xiàn)的。晶振倍頻給出400MHz 30mW的注入功率。相位鎖定時(shí)，振蕩器輸出600mW功，經(jīng)十倍頻器，得到4GHz30mW的微波功率輸出。

注入鎖相的原理是這樣的：當(dāng)頻率為ωi參考源信號(hào)經(jīng)環(huán)行器Ⅰ的1，2端注入到被鎖振蕩器時(shí)，調(diào)節(jié)振蕩器的自由振蕩頻率ω0，使ω０趨近于ωi,從而使起始頻差減小，當(dāng)(鎖定帶寬)時(shí)，則振蕩器的相位立即被參考源鎖定。相位鎖定后，振蕩器的頻率，這時(shí)振蕩器具有和晶振級(jí)一樣高的頻穩(wěn)度，并輸出功率，經(jīng)由環(huán)行器Ⅰ的2臂至環(huán)行器Ⅱ及十倍頻器，得到高頻率穩(wěn)定度的微波功率輸出。

注入鎖相振蕩源，實(shí)質(zhì)上是用頻率穩(wěn)定度高的小功率晶振倍頻參考源去穩(wěn)定高頻大功率振蕩器的頻率。注入鎖相的方案在很大程度上受到直接頻率合成方案的影響，噪聲抑制性能差及不能可靠入鎖是其缺點(diǎn)。

b. 模擬環(huán)路鎖相源

如一4GHz模擬鎖相環(huán)振蕩源。該振蕩源在400MHz構(gòu)成鎖相環(huán)路，環(huán)路包含400MHz鑒相器，無源比例積分濾波器和400MHz壓控振蕩器。

400MHz壓控振蕩器輸出400mW功率。經(jīng)十倍頻后得到4GHz 30mW輸出。

c. 取樣鎖相振蕩源

取樣鎖相振蕩源是模擬間接頻率合成的一種。如一6GHz取樣鎖相振蕩源其工作原理為：由100MHz晶振來的正弦信號(hào)，經(jīng)脈沖形成電路，變成重復(fù)頻率為100MHz的窄脈沖。100MHz窄脈沖作為參考信號(hào)，和1GHz的壓控振蕩器信號(hào)一起加到取樣鑒相器，取樣鑒相器輸出的誤差電壓控制壓控振蕩器的輸出頻率，當(dāng)壓控振蕩器的頻率為100MHz的整數(shù)倍（這里為10倍）時(shí)，取樣鑒相器輸出直流誤差電壓，環(huán)路趨于穩(wěn)定，達(dá)到相位鎖定狀態(tài)，壓控振蕩器輸出和晶振參考源一樣穩(wěn)定的1GHz信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)六倍頻后輸出6GHz頻率。比較器、積分器及直放構(gòu)成擴(kuò)捕電路。

2. 鎖頻環(huán)頻率合成器

鎖頻環(huán)（FLL）提供了另一種間接頻率合成方法。與PLL不同，F(xiàn)LL頻率穩(wěn)定度取決于鑒頻器中的無源色散元件如諧振子或延遲線的相位穩(wěn)定度。VCO的一部分輸出加到鑒頻器的輸入端，VCO輸出頻率的變化被轉(zhuǎn)換為電壓的變化，該電壓經(jīng)放大、濾波送到VCO的壓控端，從而使VCO的頻率變化減小。FLL帶內(nèi)相噪取決于VCO的相噪、開環(huán)增益及環(huán)路部件的附加相噪。同模擬PLL類似，F(xiàn)LL的頻率切換也是靠VCO的粗調(diào)電壓使頻率落入相位的捕捉帶內(nèi)來實(shí)現(xiàn)。

3. 數(shù)字鎖相頻率合成器

數(shù)字鎖相頻率合成器是以數(shù)字鎖相環(huán)為基礎(chǔ)構(gòu)成的鎖相頻率合成器。應(yīng)用數(shù)字鑒相器和可編程數(shù)字分頻器是數(shù)字鎖相頻率合成器有別于模擬鎖相頻率合成器的主要特征。其中VCO頻率鎖相到參考源的諧波頻率上，諧波次數(shù)等于數(shù)字分頻器的分頻比。

利用可編程分頻器，使被合成的頻率都有合適的分頻比，可得到頻率間隔相等的頻率。除了鑒相是在參考頻率及VCO的分諧波頻率下完成外，這一鎖相環(huán)的工作原理與模擬環(huán)路鎖相振蕩源的工作原理類似。用數(shù)字指令改變分頻比以完成頻率切換。具有鑒頻功能的數(shù)字鑒相器輸出與頻率有關(guān)的誤差電壓經(jīng)放大、濾波，使VCO的頻率達(dá)到鎖定。有些情況下，為了縮短頻率切換時(shí)間，需要外加輔助擴(kuò)捕電路。