什么是频率合成?

什么是频率合成?

[拼音]：pinlü hecheng

[外文]：frequency synthesis

用一个或数个高频率稳定度的参考频率源，产生多个与参考频率稳定度相同或接近的新频率的技术。频率合成技术不但能提高通信频率和通信设备的稳定度、准确度，而且还能满足通信自动化对频率可控和存储的要求，以及抗干扰对快速跳频的要求。

早期的频率合成是用多晶体直接合成，以后发展成用一个高稳定参考源来合成多个频率。20世纪50年代出现了间接频率合成技术。但在使用频段上，直到50年代中期仍局限于短波范围。60年代中期，带有可变分频的数字锁相式频率合成器问世。60年代后期，全晶体管化的微波频率合成技术已应用于通信设备。随着大规模集成电路的发展，新的全数字化的频率合成技术得以实现。80年代频率合成技术进入毫米波范围。频率合成技术广泛用于通信、导航、雷达和测量等设备中。测量设备采用频率合成技术能提高测量精度，并易于与微处理机相结合，实现测量的自动化。

用频率合成技术制成的信号源称为频率合成器。频率合成分为直接频率合成和间接频率合成。

直接频率合成

用混频器、倍频器和分频器实现频率间的加、减、乘、除来产生新频率，并靠滤波器选择使信号纯净。图1是直接合成式频率合成器的原理图，用插入除10的分频器来获得十进位。当开关S1、S2都在1位时，频率合成器输出频率为

当开关S1、S2都在10位时，频率合成器输出频率为

由此可知，频率合成器的输出频段为0～9.9fr，分辨率为


式中


。fR是参考源频率，n1、n2、m根据电路实现的可能和有利情况来选择。直接合成的分辨率高，转换时间短，频段宽，相位噪声小，但设备大而且复杂，成本高。全数字化的直接合成利用计算机技术，其分辨率高，转换速度可小到 1纳秒，但最高频率仅为参考源频率的四分之一，而且还与所采用器件的转换速度有关。

间接频率合成

用锁相环迫使压控振荡器 (VCO)的频率锁定在高稳定的参考频率上，从而获得多个稳定频率，故又称锁相式频率合成。图2是数字锁相式频率合成器的基本形式，它由压控振荡器、鉴相器、可变分频器和环路滤波器组成。压控振荡器的输出信号经可变分频器分频后在鉴相器内与参考信号比相。当压控振荡器发生频率漂移时，鉴相器输出的控制电压也随之变化，从而使压控振荡器频率始终锁定在N倍的参考频率上。锁定条件为

因得


从上式可以看出，改变可变分频器的分频比n，便可改变频率合成器的输出频率。在实用中为了提高分辨率，间接式频率合成器常采用多个锁相环的形式。间接频率合成器的体积小、成本低、相位噪声较小，但分辨率不甚高，频率转换时间较长，通常大于1毫秒。在通信和测量设备中，主要采用这种类型的合成技术。

图1、图2中的两种频率合成方案，均只采用一个参考频率源，故可选用频率标准作参考源，从而使频率合成器获得极高的频率稳定度。

参考书目

V.马纳西威治著，郑绳楦等译：《频率合成器──理论与设计》， 机械工业出版社，北京，1982。(V.Manassewitsch，Frequency Synthesizers，Theory and Design，2nd ed.，John Wiley，New York，1980.)