最新的模块化频率合成器技术

频率合成器广泛应用在射频/微波领域，以及工业、汽车和医疗系统中从集成电路到机架子系统的每个设计层次中。由于射频/微波频率合成器涉及的领域非常广，本文重点讨论模块化、系统级频率合成器的最新技术与产品。

频率合成器可简单地按照模拟或数字电路类型来分类，也可以按照直接或间接频率合成器的类型进行分类。通过将调谐振荡器如压控振荡器(VCO)，与晶体振荡器等更稳定的频率源进行比较，模拟间接合成器可稳定调谐振荡器的相位。模拟直接合成器通过混频、倍频和分频产生所有可能的输出信号，然后对特定的理想输出信号进行转换和滤波。

与需要进行可变振荡器调谐的间接模拟合成器相比，直接模拟合成器的输出总是“打开”的，并且通过设定PIN二极管的速度就可以选中特定的信号。直接数字合成器(DDS)主要采用数模转换器(DAC)，将模拟信号的数字表示转换为理想的数字输出。在快速的开关频率下频率和幅度之间的间隔有可能非常小，具体大小与DDS中DAC的位分辨率以及相位与频率累加器的位分辨率有关。尽管采用DDS的频率源改善了杂散性能，但基于通过采用锁相环(PLL)直接产生和控制信号的模拟合成器仍可能是射频/微波频率合成器的最广泛形式。

频率合成器的关键参数根据一些依赖于应用的性能指标来定义。对于某些合成器，相位噪声和杂散性能可能最重要，但对于其它合成器，调谐分辨率和转换速度可能最重要。每种合成器模型都具有多个不同的关键性能参数，其中价格、复杂性以及可靠性等是用来选择合成器的其它重要因素。

例如，与商业通讯要求频率合成器覆盖指定频率不同的是，军事应用要求频率合成器具有很宽的频率带宽。Wide Band Systems的频率合成器名义上是用于开发要求高速频率调谐和宽频率覆盖的电子战(EW)应用。这些模块化合成器(图1)的DC功耗小于18W，并在2至18GHz频率下具有优于3?s的转换速度。这些频率合成器对自动测试设备(ATE)应用也很理想，它们采用14b偏移二进制控制字进行调谐。尽管在定制设计中可以获得其它调谐分辨率，但标准模型调谐是以1MHz为步长。典型的单边带(SSB)相位噪声在偏移载波10kHz处为-103dBc/Hz，在偏移载波100kHz处为-107dBc/Hz，在偏移载波1MHz处为-121dBc/Hz。

基于内部恒温控制式晶体振荡(OCXO)的频率参考，频率精度是5PPM，然而可以通过连接到适当的外部参考源来达到更高精度。大小为6.5×6.25×1.050英寸的频率合成器，在温度和频率之上提供了具有±1.5 dB平坦度的+10 dBm输出功率，它的最大杂散噪声是-50dBc，最大谐波噪声-20dBc。

Herley CTI公司是一家历史悠久的频率合成器供应商，除了宽带合成器系列外，该公司还提供针对特定应用的BBS系列产品。例如，BBS-600型号工作在4,400至6,000MHz，非常适用于C波段卫星通讯系统，该系列的其它合成器工作频率范围从9至2,200 MHz以及18至4,400 MHz(通过倍频)。它们的相位噪声在1GHz载波偏移100Hz处一般为-87至-91dBc/Hz。该合成器与本地振荡器(LO)一样，非常适用于广泛的通讯系统应用。

Advanced Control Components公司、Dbm公司等许多其它频率合成器供应商也为很多应用提供标准和定制的产品型号。Synergy Microwave公司的3,150至5,550MHz的FSFS315555-500表面贴频率合成器(图3)是最小的频率合成器之一，仅有1.25×1.00X 0.3英寸，但相位噪声在900MHz载波偏移1kHz处为-92.5dBc/Hz，在5.8GHz载波偏移1kHz处为-83.5dBc/Hz。它以5MHz为步长进行调谐，典型杂散噪声为-75dBc，开关速度为50微秒或者更小。

Aeroflex公司具有FS2000和FS5000系列的高性能频率合成器。例如，FS2000系列包括工作频率为1MHz至18.4GHz，开关速度为亚微秒级的型号。FS5000系列工作频率为0.3至26.5GHz，具有1MHz标准分辨率以及200ns开关速度。该系列在平坦度为±2dB的频率下提供+10dBm输出功耗。除这些机架安装型器件外，该公司还提供覆盖1.5至3.0GHz频率、具有1Hz分辨率的3010 PXI型合成器模块。该模块具有250微秒开关速度，在载波偏移20kHz处的典型相位噪声为-116dBc/Hz。Rodelco电子公司的设计和销售用于航空电子和军事应用的定制射频/微波合成器，覆盖2.8到18.4GHz频率范围。

ITT Microwave Systems公司最近推出了一款基于DDS技术的WaveCor双环合成器，它在同一个小封装内集成了两个独立的频率源(图4)。这个机架安装型双环合成器的工作频率为18GHz，具有300ns开关速度，采用分立的42b BCD接口来实现每个独立频率源1Hz的频率分辨率。它的输出功率大于+10dBm，相位噪声在9GHz载波偏移10kHz处小于-125dBc/Hz，杂散性能优于-65dBc。低频单元的分相位噪声在1.2GHz载波偏移10kHz处为-140dBc/Hz。

Teledyne Microwave公司已经开发出工作频率为0.7至40GHz(最小10%带宽)的单环合成器系列，该系列在载波偏移100kHz处的相位噪声小于-125dBc/Hz。该公司的低噪声9700系列工作频率超过12.8GHz，具有1kHz分辨率和+12dBm典型输出功率。它们的相位噪声在3.2GHz载波偏移100kHz处为-120dBc/Hz，在12.8GHz载波偏移100kHz处为-108dBc/Hz。

Micro Lambda Wireless公司的MLSE系列宽带合成器的频率覆盖2至20GHz以及1至22 GHz，输出功率从+14到+20dBm。利用该公司已经过验证的可调谐YIG振荡器技术，MLSE型号具有31ms全频带调谐速度和1Hz分辨率。它的杂散性能为-60dBc，仅消耗43W功耗。

Endwave公司提供基于YIG和VCO技术的合成器。YIG型号在单环和多环配置下的工作频率高达18GHz，调谐范围为±1GHz，在任何载波10kHz偏移处的相位噪声为-100dBc/Hz，在任何载波100kHz偏移处相位噪声为-128 dBc/Hz。该公司最近开发了一款具有6.410到7.545GHz调谐范围的用于卫星通讯应用的X波段合成器，该合成器可以进行定制以满足调谐步长为1kHz到1Hz的要求。它的相位噪声在载波100Hz偏移处为-77dBc/Hz，在1 MHz偏移处为-125dBc/Hz。

Phase Matrix公司提供仪器型(instrument-type)和板卡型(card-format)合成器，包括VXI 合成器114XA系列。它们在10 MHz至20GHz带宽下提供了1MHz分辨率，适合三个VXI插槽。它们的输出功率为+10～+13dBm，此时谐波噪声为-30dBc，杂散噪声为-60dBc，相位噪声在10GHz载波10kHz偏移处为-85dBc/Hz。