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(guò)程。本文主要介紹頻率合成原理與特點(diǎn)，首先介紹了頻率合成的分類(lèi)，其次介紹了頻率合成的特點(diǎn)，最后我們以直接數(shù)字頻率合成來(lái)介紹原理，具體的跟隨小編一起來(lái)了解一下。

頻率合成的分類(lèi)

1、直接頻率合成

用混頻器、倍頻器和分頻器實(shí)現(xiàn)頻率間的加、減、乘、除來(lái)產(chǎn)生新頻率，并靠濾波器選擇使信號(hào)純凈。圖1是直接合成式頻率合成器的原理圖，用插入除10的分頻器來(lái)獲得十進(jìn)位。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都在1位時(shí)，頻率合成器輸出頻率為

頻率合成 當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、S2都在10位時(shí)，頻率合成器輸出頻率為

由此可知，頻率合成器的輸出頻段為0～9.9fr。fR是參考源頻率，n1、n2、m根據(jù)電路實(shí)現(xiàn)的可能和有利情況來(lái)選擇。直接合成的分辨率高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，頻段寬，相位噪聲小，但設(shè)備大而且復(fù) 雜，成本高。全數(shù)字化的直接合成利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，其分辨率高，轉(zhuǎn)換速度可小到 1納秒，但最高頻率僅為參考源頻率的四分之一，而且還與所采用器件的轉(zhuǎn)換速度有關(guān)。

2、間接頻率合成

用鎖相環(huán)迫使壓控振蕩器 （VCO）的頻率鎖定在高穩(wěn)定的參考頻率上，從而獲得多個(gè)穩(wěn)定頻率，故又稱(chēng)鎖相式頻率合成。圖2是數(shù)字鎖相式頻率合成器的基本形式，它由壓控振蕩器、鑒相器、可變分頻器和環(huán)路濾波器組成。壓控振蕩器的輸出信號(hào)經(jīng)可變分頻器分頻后在鑒相器內(nèi)與參考信號(hào)比相。當(dāng)壓控振蕩器發(fā)生頻率漂移時(shí)，鑒相器輸出的控制電壓也隨之變化，從而使壓控振蕩器頻率始終鎖定在N倍的參考頻率上。鎖定條件為因得從上式可以看出，改變可變分頻器的分頻比n，便可改變頻率合成器的輸出頻率。在實(shí)用中為了提高分辨率，間接式頻率合成器常采用多個(gè)鎖相環(huán)的形式。間接頻率合成器的體積小、成本低、相位噪聲較小，但分辨率不甚高，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，通常大于1毫秒。在通信和測(cè)量設(shè)備中，主要采用這種類(lèi)型的合成技術(shù)。兩種頻率合成方案，均只采用一個(gè)參考頻率源，故可選用頻率標(biāo)準(zhǔn)作參考源，從而使頻率合成器獲得極高的頻率穩(wěn)定度。

頻率合成的特點(diǎn)

直接合成法的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻移寬、相位噪聲小，但設(shè)備大而復(fù)雜、成本高。全數(shù)字化的直接合成器利用了現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)，其分辨率高，頻率轉(zhuǎn)換速度可達(dá)1ns（10-9s），但最高頻率只有參考源頻率的1/4，且與所采用的器件的轉(zhuǎn)換速度有關(guān)。 ［4］

間接頻率合成是指輸出信號(hào)不是直接來(lái)自晶體振蕩器，而是由一個(gè)壓控振蕩器（VCO） 的可變頻率被鎖相環(huán)鎖定在高穩(wěn)定的參考頻率上，而獲得多個(gè)穩(wěn)定頻率。間接合成法有脈沖控制鎖相環(huán)法和數(shù)字環(huán)法，前者的主要特點(diǎn)是晶體振蕩器的輸出經(jīng)脈沖形成器后得到一串重復(fù)頻率為fR的窄脈沖，再用這樣的窄脈沖通過(guò)鎖相環(huán)來(lái)控制壓控振蕩器，后者的主要特點(diǎn)是在鎖相環(huán)中用了一個(gè)數(shù)字式可變分頻器。

壓控振蕩器的輸出信號(hào)一路經(jīng)可變分頻器分頻后在鑒相器內(nèi)與參考信號(hào)比相，當(dāng)壓控振蕩器發(fā)生頻率漂移時(shí)，鑒相器輸出的控制電壓隨之變化，從而將壓控振蕩器的頻率始終鎖定在某個(gè)值上，鎖定條件為fo/N=fR，則fo=NfR。

間接頻率合成器的特點(diǎn)是體積小、成本低、相位噪聲小，但分辨率不甚高，頻率轉(zhuǎn)移時(shí)間長(zhǎng) （一般》1ms）。在實(shí)際電路中為了提高分辨率，往往采用多個(gè)鎖相環(huán)。間接頻率合成器在通信和測(cè)量等電子設(shè)備中應(yīng)用較多。

直接數(shù)字頻率合成原理

工作過(guò)程為：

1、將存于數(shù)表中的數(shù)字波形，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A，形成模擬量波形。

2、兩種方法可以改變輸出信號(hào)的頻率：

（1）改變查表尋址的時(shí)鐘CLOCK的頻率， 可以改變輸出波形的頻率。

（2）改變尋址的步長(zhǎng)來(lái)改變輸出信號(hào)的頻率.DDS即采用此法。 步長(zhǎng)即為對(duì)數(shù)字波形查表的相位增量。由累加器對(duì)相位增量進(jìn)行累加， 累加器的值作為查表地址。

3、D/A輸出的階梯形波形，經(jīng)低通（帶通）濾波，成為質(zhì)量符合需要的模擬波形。

頻率合成的優(yōu)缺點(diǎn)

頻率合成的優(yōu)點(diǎn)

（1）精確性

（2）相對(duì)帶寬寬

（3）頻率分辨率高

（4）快速切換的能力

（5）輸出任意波形的能力

（6）體積小功耗低，便于集成

頻率合成的缺點(diǎn)

（1）工作頻帶的限制

（2）雜波抑制性能較差

（3）相位噪聲性能低

頻率合成如何實(shí)現(xiàn)

1、采用高性能DDS單片電路的解決方案

2、采用分立IC電路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，一般有CPU，RAM，ROM，D/A，CPLD，模擬濾波器等組成

3、CPLD，FPGA實(shí)現(xiàn)