频率合成器是从一个或多个参考频率中产生多种频率的器件，频率合成器在无线通信中有着广泛的应用。本文主要介绍采用最新技术的小数频率合成器以及其相对于整数频率合成器的优点。

锁相环基本原理

锁相环是一个负反馈环路，其输出信号与参考信号相位同步，简称PLL。锁相环主要由鉴相器（PC）、压控振荡器（VCO）和低通滤波器（LP）三部分组成，如图1所示。

鉴相器通过比较压控振荡器的输出信号和参考信号从而产生相位控制信号。相位控制信号通过低通滤波器后直接控制压控振荡器的输出。当输出信号与参考信号相位一致时，锁相环输出信号锁定参考信号，此时输出信号取得和参考信号一致的频率和相位。

整数频率合成器

如果在压控振荡器与鉴相器之间的锁相环反馈回路上置入一个由压控振荡器作为时钟驱动的分频器，那么就形成了一个整数频率合成器，如图2所示。N是分频系数，分频器每N个时钟周期产生一个上升沿信号。
如果参考信号频率用fref表示，输出信号频率用fout表示，那么输出信号频率和参考信号频率之间的关系可以表示为：

f_{out}=N f_{ref}

通过改变分频系数N，压控振荡器就可以产生不同频率的输出信号。而输出信号的频率一定是参考信号频率的整数倍，整数频率合成器的名字由此而来。需要注意的是输出信号之间的最小频率间隔等于参考信号的频率，而这一点也正是整数频率合成器的局限所在。

小数频率合成器

小数频率合成器的输出信号频率不必是参考信号频率的整数倍，而可以是参考信号频率的小数倍， 如图3所示。

如果参考电压用fref表示，输出电压用fout表示，那么输出信号和参考信号的关系可以表示为：

f_{out}=[{N}+K\overM] f_{ref}

其中，k和M为整数，k的取值范围为大于等于0并且小于M而M决定了小数频率合成器的精度。小数频率合成器输出信号的最小频率间隔即输出频率精度由参考信号频率和小数频率合成器的分辨位数决定。一个18-bit的小数频率合成器支持262144（28）级输出间隔，如果参考信号的频率为20MHz， 那么最小频率间隔则为20MHz/262144＝76.29Hz。由此可见小数频率合成器在支持较高频率的参考信号的同时可以获得很高的输出频率精度。小数频率合成器有多种实现方式，其中Delta-Sigma小数频率合成器是最成功的实现方式。

整数频率合成器和小数频率合成器的比较

整数频率合成器输出信号的最小频率间隔等于参考信号的频率。为了精确控制输出信号的频率，我们需要采用频率很低的参考信号。在频率合成器的设计中，滤波器带宽通常低于参考信号频率的十分之一。因此为了获得较高精度的输出信号频率同时防止参考信号的泄漏，我们必须使用带宽很窄的滤波器。但是滤波器的带宽越窄，频率合成器的调整时间就越长。而小数频率合成器则可以在使用高频率的参考信号的同时获得高精度的输出信号频率，放松了对滤波器带宽的限制，从而有效的解决了上述的问题。

　　　　　　图1　锁相环基本框图（略）
　　　　　　图2　小数频率合成器（略）

频率合成器的另一个重要的指标是相位噪声。在滤波器通带内，输出信号的相位噪声是参考信号的相位噪声的N倍。显而易见，在保持输出信号频率不变的情况下，提高参考信号的频率可以有效的降低输出信号的相位噪声。理论上，参考信号的频率提高一倍，输出相位噪声下降6dB。小数频率合成器支持高频率的参考信号，因此它的相位噪声指标好于整数频率合成器。当然我们也可以通过减小滤波器带宽的方式来抑制相位噪声，但是这样会延长滤波器的调整时间。

结语

小数频率合成器相对于整数频率合成器有精度高，相位噪声低，调整时间短并且参考信号泄漏小等优点。到目前为止，Delta-Sigma小数频率合成器是最成功的频率合成器实现方式，它可以同时实现上述的优点。下面列出了一些小数频率合成器的选择标准：

● 小数频率合成器是否是Delta-Sigma小数频率合成器。
● 小数频率合成器的杂散噪声以及可用频段和非可用频段的比例。
● 频率合成的精度，M的大小是否足以提供所需的频率间隔。
● 小数频率合成器的功耗。
● 小数频率合成器所支持的最高参考信号频率。