频率合成技术详解.
一文看懂频率合成原理与特点
一文看懂频率合成原理与特点频率合成（Frequeney Synthesis）是指以一个或数个参考频率为基准，在某一频段内，综合产生并输出多个工作频率点的过程。
本文主要介绍频率合成原理与特点，首先介绍了频率合成的分类，其次介绍了频率合成的特点，最后我们以直接数字频率合成来介绍原理，具体的跟随小编一起来了解一下。
频率合成的分类1、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频率合成当开关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。
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。
2、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。
频率合成技术
电路复杂，滤波器会使环路性能变坏，混频过程必然会
产生组合频率分量，造成输出信号的频谱纯度下降。为
此，可以采用吞脉冲频率合成器。
（3）吞脉冲频率合成器 吞脉冲频率合成器（双模前臵分频器型单环频率合成 器）：将前臵分频器用双模分频器（Two-Modulus Divider）取代，以保持频率间隔为 f i 的前提下提高输 出频率。它的组成框图如图6.8.3所示。
f 被称为频率控制字，习惯上用 K 表示。因此合成信
号的频率为
K fo N fc 2
当时钟频率 f c固定时，改变频率控制字 K ，可以改变
合成信号的频率 f o 。当 K 1 时，输出频率最低，即
f onim
1 f o N f c 2
式中 f o 为DDS的频率分辨率。 DDS与前两种频率合成器相比，其特点主要表现 在以下几个方面：
图6.8.6 直接数字式频率合成原理框图
简单工作原理： 设时钟频率为 f c ，输出频率为f o ，频率建立字FSW 用相位增量 f 表示。 若累加器的宽度为 N 位，查询表ROM的输出位数为
M ，则 2 N 就相当于 2 rad， 位中的最低有效位相当于 N
2 2N
rad,即最小的相位增量， f 对应的相位为 f 2 rad N
（4）集成频率合成器件， 图6.8.4为采用MC145152和双模分频器MC3393P 构成的吞脉冲型频率合成器电路。
图6.8.4 采用MC145152构成的吞脉冲型频率合成器
2、多环频率合成器 在不降低参考频率的情况下，提高频率分辨率的一个
方法就是采用多环频率合成的方法，常见的有双环和三 环的频率合成器。
1、单环频率合成器 1）带有前臵分频器的数字频率合成器 图6.8.1为带有前臵分频器的数字频率合成器。固 定分频器的工作频率一般高于可变分频器的工作频率。
频率合成的原理及应用视频
频率合成的原理及应用视频1. 引言频率合成是一种将多个不同频率的信号进行合成，生成新的复合频率信号的技术。
通过频率合成，我们可以生成各种各样的音频信号，用于音乐制作、音频合成、声音合成等领域。
频率合成技术的发展使得音乐产生了革命性的变化，创造了更加多样化的音乐作品。
这个视频将会介绍频率合成的原理及其在实际应用中的一些例子。
2. 频率合成的原理频率合成的原理基于振荡器和混频器的组合。
频率合成器可以根据一组输入频率和幅度信息，输出所需的特定频率的复合信号。
频率合成主要依赖于两个核心组件：•振荡器：振荡器是一种电子设备，可以产生特定频率的周期性信号。
它们可以是简单的正弦波振荡器，也可以是复杂的波形合成器。
振荡器通常由振荡电路或晶体管实现。
•混频器：混频器是一种电子设备，可以将两个或多个不同频率的信号混合在一起。
混频器可以通过调整不同频率信号之间的相对幅度，生成新的复合频率信号。
频率合成的过程大致可以分为以下几步：1.输入待合成的频率信息和幅度信息。
2.使用振荡器生成具有特定频率的信号。
3.使用混频器将多个不同频率的信号混合在一起。
4.输出生成的复合频率信号。
3. 频率合成的应用频率合成技术在许多领域中得到广泛应用，以下是一些常见的应用示例：3.1 音乐合成频率合成技术在音乐制作中扮演重要角色。
通过合成器、调音台和效果器等设备，音乐制作人可以合成各种音乐乐器的声音，如钢琴、吉他、风琴等。
频率合成使得音乐制作人可以创造出各种奇特的音乐效果，为音乐作品增添独特的风格和魅力。
3.2 语音合成频率合成技术在语音合成中也得到广泛应用。
语音合成系统可以将文本或符号转化为声音信号。
通过合成器和音频处理算法，语音合成系统可以产生具有自然听感的合成语音。
这种技术被广泛应用于语音助手、导航系统、自动电话系统等各种语音交互应用中。
3.3 音频特效频率合成技术还可以用于音频特效的生成。
通过合成器和音频效果器，音频工程师可以产生各种特殊的音频效果，如回声、混响、声相位扭曲等。
频率合成技术(王家礼)第5章
相位对时间的导数等于角频率
d (t)
dt
0
2πf0
第五章 直接数字频率合成技术
如果对信号进行采样，采样周期为TC (TC=1/fc)，则可得
离散的波形序列 vn* (tn )
，可令 1
t nTC n fC
vn*
sin2nπ，f0
fC
则
n
1，v1*
sin2π
f0 fC
n
2，vn*
sin2π
2 f0 fC
个离散的相位，它们的地址代码位为0~2N-1。累加器的基本结 构如图5-5所示，它由二进制加法器(也可为M进制)和并行数据
寄存器组成，在时钟频率fc的作用下可对输入数据K进行累加。
若累加器的字长N＝4，则最小相位间隔
δ=Δmin=2/24=2/16，那么相位累加器有16种状态，即
0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111 1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111
第五章 直接数字频率合成技术 由以上的讨论我们知道，在时间间隔一定的条件下，改变 相位增量(改变步长)，就可以改变相位变化曲线的斜率，也就 是说改变输出的频率。如果相位增量为180°，那么输出就变 成方波输出了。
第五章 直接数字频率合成技术
由时间抽样定理得知：一个频带限制0~fS以内的低通信号 x(t)，如果以fc≥2fS的抽样速率进行均匀抽样，则x(t)可以 由抽样后的信号xc(t)完全地确定(这里指xc(t)包含了x(t)的 成分，可以通过适当的理想低通滤波器不失真地恢复x(t))。 而 这最个小最的 大抽的样抽速样率时f间c=间2f隔S称称为为奈奈奎奎斯斯特特速间率隔，。而也2就1fs 是 12说TS， T在C 一
如何进行电路的频率合成和分析
如何进行电路的频率合成和分析电路的频率合成和分析是电子领域中的重要技术，它在通信、无线电、音频处理等领域有广泛的应用。
本文将介绍如何进行电路的频率合成和分析。
一、频率合成频率合成是指通过某种技术或装置，将多个频率的信号按照一定的规律组合成一个新的信号。
常见的频率合成方法有锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）两种。
1. 锁相环（PLL）锁相环是一种广泛应用于频率合成的技术，它通过反馈控制的方式将输入信号和参考信号的频率和相位同步。
锁相环通常由相位比较器、调频器（VCO）、低通滤波器和分频器组成。
相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，得到一个误差信号。
该误差信号被送入调频器，调频器根据误差信号来调整输出频率，使其与参考信号保持同步。
调频器的输出信号经过低通滤波器滤波后作为反馈信号送回相位比较器。
通过不断调整和反馈，最终实现了频率的合成。
2. 直接数字频率合成（DDS）直接数字频率合成是一种通过数字方式生成信号的方法。
它利用数字信号处理技术，将输入的数字相位信号转换为相应的模拟频率信号。
DDS一般由相位累加器、查找表和数字控制模块组成。
相位累加器是DDS的核心部件，它用于产生相位累加序列。
根据输入的相位控制信号，相位累加器不断累加，得到不同的相位值。
查找表将相位累加器输出的相位值映射到具体的幅度值，从而得到对应的模拟频率信号。
数字控制模块用于控制相位累加器的工作模式和频率分辨率。
二、频率分析频率分析是对信号频率成分进行分析和测量的过程。
常用的频率分析方法包括傅里叶变换和频谱分析仪。
1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
通过傅里叶变换，可以将复杂的信号分解为多个不同频率的正弦波成分。
傅里叶变换的结果是频谱，用于表示信号中各频率成分的幅度和相位信息。
2. 频谱分析仪频谱分析仪是一种专门用于测量和分析信号频谱的设备。
它通过将输入信号变换到中频范围，并采用滤波、增益和检波等技术，最终显示出信号在频率和幅度上的分布情况。
电路中的频率合成与分解方法
电路中的频率合成与分解方法频率合成与分解是电路中的重要技术，它们被广泛应用于通信、无线电、音频处理等领域。
本文将介绍电路中常用的频率合成与分解方法，并探讨它们的原理和应用。
一、频率合成方法1. 直接合成法直接合成法是一种简单直接的合成方法，通过将不同频率的信号输入到混频器中，混频器将这些信号混合在一起，并输出合成后的频率信号。
这种方法适用于需要合成特定频率的场合，但在频率分辨率和相位噪声方面可能存在问题。
2. 锁相环合成法锁相环合成法是一种基于反馈的频率合成方法，它通过调节相位和频率来实现输入和输出信号的同步。
锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和分频器等组成，可以实现多种频率的合成。
3. 直接数字频率合成法直接数字频率合成法是一种采用数字信号处理技术的合成方法，它通过数字相位累加器和数字控制振荡器等组件，将输入的数字信号转换为相应频率的输出信号。
这种方法具有高分辨率、灵活性强的优点，适用于需要高精度和快速切换频率的应用。
二、频率分解方法1. 滤波器分解法滤波器分解法是一种常用的频率分解方法，它利用滤波器的频率选择性，将输入信号的不同频率分离出来。
根据需要可以选择低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等不同类型的滤波器进行频率分解。
2. 频谱分析法频谱分析法是一种基于信号频谱特性的分解方法，它通过将输入信号进行傅里叶变换，将信号的时域表示转换为频域表示。
通过观察频谱图可以获得信号的频率成分，并进行频率分解。
3. 相位锁定环分解法相位锁定环分解法是一种基于相位锁定环原理的频率分解方法，它利用相位比较器和低通滤波器等组件，将输入信号的频率分解为多个相位对应的分量。
这种方法适用于需要分析信号相位信息的应用场合。
结论频率合成与分解是电路设计和信号处理中的重要技术，通过不同的方法可以实现对信号频率进行合成和分解。
直接合成法、锁相环合成法和直接数字频率合成法是常用的频率合成方法，滤波器分解法、频谱分析法和相位锁定环分解法是常用的频率分解方法。
直接数字频率合成技术(DDS)
DDS直接数字频率合成技术
2, 采用分立IC电路系统实现,一般有CPU, RAM, ROM, D/A, CPLD, 模拟滤波器等组成
3, CPLD,FPGA实现
•用QuartusII采用原理图输入来完成顶层设计。 •相位累加器调用lmp_add_sub加减法器或用HDL实现 •波形存储器（ROM）通过调用lpm_rom元件实现，其LPM_FILE 的值*.mif是一个存放波形幅值的文件。注意，利用波形幅值的奇、 偶对称特性，最多可以节省3/4的资源。 •频率控制字与频率之间的转换可以调用乘除法模块实现 •波形存储器设计主要考虑的问题是其容量的大小，这是非常可观 的。
超宽的相对宽带
超高的捷变速率（可实现跳频）
超细的分辨率
相位的连续性
输出波形灵活
可编程全数字化
杂散来源主要有：相位累加器相位舍位误差 造成的杂散；幅度量化误差（由存储器有限
字长引起）造成的杂散和DAC非理想特性造
但存在杂散大的缺点 成的杂散。
频率上限目前还只能达到数百兆
（主要是受DAC速度的限制）
DDS直接数字频率合成技术
DDS直接数字频率合成技术
设相位累加器的位宽为N, Sin表的大小为2p，累加器的 高P位用于寻址Sin表.
时钟频率为fc, 若累加器按步进M累加直至溢出，称M 为频率控制字。
高P位作为地址
ROM
······
波形数据 累加
频率控制字M
DDS直接数字频率合成技术
▪相位累加器
DDS系统的核心是相位累加器，它 由一个加法器和一个相位寄存器组成； 每来一个时钟，相位寄存器以步长增 加，相位寄存器的输出与频率控制字 (M)相加，然后输入到正弦查询表地址 上。
混频器与频率合成
混频器与频率合成混频器与频率合成是现代通信领域中使用广泛的技术，用于信号处理、通信系统、无线电广播等多个领域。
本文将介绍混频器和频率合成的基本原理、应用以及未来发展趋势。
一、混频器的原理与应用混频器是一种用于将不同频率的信号相结合的电子器件。
它通常由非线性元件构成，如二极管或场效应晶体管。
混频器的主要工作原理是通过非线性元件的非线性特性，将输入信号的多个频率组合在一起，产生新的频率分量。
混频器在通信领域中有着广泛的应用。
它可以用于频谱分析、信号调制与解调、频率转换等各种场景。
例如，在移动通信系统中，混频器用于将基带信号与射频信号结合，实现信号的放大与传输；在雷达系统中，混频器则用于将接收到的雷达脉冲信号与本地振荡器的频率进行混合，以便进行距离测量和目标识别等功能。
二、频率合成的原理与应用频率合成是指通过组合多个不同频率的信号，生成特定频率的信号。
频率合成器通常由相位锁定环路（PLL）和数字信号处理器（DSP）等多个部分组成。
相位锁定环路利用反馈控制原理，将输入的参考信号与振荡器输出的信号进行比较，根据比较结果对振荡器的频率进行调整，从而实现频率合成的目标。
频率合成器在通信领域中有着广泛的应用。
它可以用于频谱扩展、频率调制与解调、频率转换等多个方面。
例如，在无线电广播中，频率合成器用于生成不同频率的调制信号，以便多个电台互不干扰地进行广播；在移动通信系统中，频率合成器则用于将局部振荡器的频率进行调整，实现不同频段的信号转换。
三、混频器与频率合成的结合应用混频器和频率合成器常常结合使用，以满足一些特殊的应用需求。
例如，在射频前端电路中，混频器用于将接收到的信号转换到中频范围，然后通过频率合成器调整频率，最终进行信号解调和处理。
这种混频器与频率合成器的结合应用在现代通信系统中十分常见。
四、混频器与频率合成的未来发展趋势随着通信技术的不断发展，混频器和频率合成器也在不断演进。
未来的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 高频率应用：随着无线通信系统频段的不断增加，混频器和频率合成器需要支持更高的工作频率，以满足高速数据传输和大通信容量的需求。
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11.1.2 频率合成器的主要性能指标
1. 频率范围 指频率合成器输出频率最小值fomin和最大值fomax 之间的变化范围，也可用频率覆盖系数 k=fomax/fomin来表示。 2. 波道数（频道数）与波道间隔（频率间隔） 波道数——频率合成器所能提供的频率个数（点频
数）
波道间隔——两个相邻频道之间的频率差，也可称 为频率合成器的频率分辨力
PD 0.39 3.6MHz MHz 开关 A
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
图例
— PD
混频器(取减法) 鉴相器
10
10 进分频器 VCO 低通滤波器
压控振荡器 带通滤波器
这种方案的优点是： 1）与直接合成法相似，这种方法也能得到任意小的频
率间隔。
2）鉴相器的工作频率不高，频率变化范围也不太大（ 本例为300~400kHz），比较容易实现。
第十一章
频率合成技术
本章包括： 频率合成器的主要技术指标 频率直接合成法 频率间接合成法 集成频率合成器
§11.1 频率合成器的主要技术指标
11.1.1 频率合成方法 实现频率合成，有各种不同的方法， 但 基本上可以归纳为 ： 直接合成法 间接合成法（锁相环路法） 直接数字频率合成
5. 噪声性能 频率合成器的噪声性能既可用时域指标表示也可 用频域指标表示。 （1）频谱纯度 这是频域指标。理想的正弦信号的频谱只一根谱 线，实际的频谱如图11-1所示：
信号 杂波 噪声
（2）短期频率稳定度和瞬时频率稳定度 这是时域指标。 短期频率稳定度：从秒级到一天的时间间隔内的 频率不稳定性。 瞬时频率稳定度：从毫秒到秒量级的时间间隔内 的频率不稳定性， 最常用的时域指标——阿仑方差
11.2.2相干式直接合成器
这种方法常用来产生频率合成器中的辅助频率。图11-4是相干 式直接合成器的一个实例
3~3.9999MHz 输出 3~3.999 分 频 MHz 10 0.3509 MHz 滤 波 3.509 MHz 混 频 + 3.2MHz 开 关 B 3.4509 MHz D 混 频 C + 3.1MHz 开 关
脉冲控制锁相法
模拟锁相环路法
数字锁相环路法
11.3.1脉冲控制锁相法
这种方法是将参考晶振频率通过脉冲形成电路， 产生丰富的谐波，选出适当的谐波频率，来与VCO的 频率在鉴相器中进行相位比较。这种方法没有采用降 频电路，图11-6就是它的原理性方框图
晶振 fR 脉冲 形成 nfR 鉴相 (PD) fV 低通 (LPF) 压控振 (VCO) fV
§11.2 频率直接合成法
所谓频率直接合成法是将两个基准频率直接在混 频器中进行混频，以获得所需要的新频率。分为：
非相干式直接合成 相干式直接合成
频率漂移抵消法（或称外差补偿法）
11.2.1非相干式直接合成器
图11-2为这种合成方法的原理图，图中f1与f2为两个 石英晶体振荡器的频率，并可根据需要选用。
由 谐 波 发 生 器 送 来 的 频 率
3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7
3~3.99 分 频 MHz 10 0.309 MHz 滤 波
3~3.9 分 频 MHz 10 0.39 MHz 滤 波
分 频 3MHz 10
滤 波
3.09 MHz 混 频 + 2.7MHz 开 关 A
3. 波道（频率）转换时间 频率转换时间是指频率合成器从某一频率转换为 另一频率所需要的时间。它包括波道置定时间及环路 捕捉时间（当采用锁相环时）。 4. 频率长期稳定度 长期稳定是指一天以上时间范围内的频率不稳定 性，它主要是由振荡器元器件老化，环境温度、湿度 变化等因素造成的。长期稳定度取决于所使用的标准 频率源的频率稳定度。
3~3.999MHz
10
3~3.99MHz
10
3~3.9MHz
10
3MHz
0.3509 MHz
VCO 3.509 MHz
0.309 MHz
VCO 3.09 MHz
0.39 MHz
VCO 3.9 MHz PD 0.3 MHz
3.2MHz C 开关
开关
PD 0.309 2.7MHz MHz 开关 B
3）有点类似于直接合成器，但不需要直接合成法所用 的昂贵的晶体滤波器。
本法的缺点是： 1）每次循环只能分辨10个频率，在1MHz范围内辨认 到100Hz，要重复四次，电路超小型化和集成化比较复 杂。 2）与直接合成法一样，频率上限受10进分频器的限制 ，一般只能限在10 MHz以内。
3.9 MHz 混 频 + 3.6MHz 开 关
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
开 关 位 置
以上两种直接合成法的优点是：比较稳定可靠，能做到 任意小的频率增量，波道转换速度快（可小于0.5s）
它的缺点是：要采用大量的滤波器、混频器等，成本高 ，体积大。又由于混频器存在谐波成分，易产生寄生 调制，影响频率稳定度
第二混频器的输出频率为
f i 2 ( f L f ) f i1 ( f L f ) [( f L f ) f om ] f om
由此可见，输出频率fi2的准确度仅取决于标准频 率fom，而与可变振荡器的频率误差f（不稳定度）无
关。
§11.3 频率间接合成法（锁相环路法）
11.2.3频率漂移抵消法（外差补偿法）
这种频率合成法的工作原理可参阅图11-5
f01,f02 fon fi1=fL-fom 第一 混频器 fL
石英晶体 振荡器~ ~源自~第二 混频器 fLfi2=fL-fil =fom
可变 振荡器
设可变振荡器的频率误差为f，则第一混频器的输 出频率为
f i1 ( f L f ) f om
11.3.2模拟锁相环路法（间接合成制减法 降频）
模拟锁相环路法一般又分为多环式与单环式两种。 图11-7是多环式减法降频方框图示例
输出(3~3.9999MHz) 10 VCO 3.4509MHz 0.3509 MHz PD 3.1MHz D
由来 谐的 波参 发考 生频 器率 送 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7