在通信領(lǐng)域中，帶寬就是一切。對(duì)于無線多媒體、瞬時(shí)數(shù)據(jù)、高語(yǔ)音質(zhì)量和其它一些關(guān)鍵服務(wù)，帶寬是至關(guān)重要的。但帶寬屬于有限資源，我們需要使用先進(jìn)的基于幅度和相位的調(diào)制格式，以將最多的信息擠壓到給定的頻帶中。微波頻率合成器是實(shí)現(xiàn)高帶寬效率最為關(guān)鍵的部件之一，現(xiàn)代合成器利用了各種現(xiàn)有的數(shù)字技術(shù)，以達(dá)到最現(xiàn)代的通信系統(tǒng)所要求的噪聲、穩(wěn)定性和分辨率標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)然，從微小的系統(tǒng)級(jí)芯片( SoC)器件和緊湊的模塊到粗糙的軍用級(jí)架式安裝系統(tǒng)和臺(tái)式(bench-top)儀器，頻率合成器有多種不同的形狀和尺寸。現(xiàn)有的頻率合成器技術(shù)幾乎就像其封裝型號(hào)一樣各不相同，包括模擬技術(shù)、數(shù)字技術(shù)或兩者的結(jié)合(后者更為常見)。傳統(tǒng)上，頻率合成器依賴于鎖相環(huán)( PLL)架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)把可調(diào)振蕩器(如壓控振蕩器或YIG調(diào)諧振蕩器)的相位鎖定在具有固有高穩(wěn)定性的參考源(如OCXO，恒溫晶體振蕩器)的相位。
早期為無線便攜設(shè)備設(shè)計(jì)的大多數(shù)SoC合成器設(shè)計(jì)都依賴PLL架構(gòu)，通過單一的RF或IF合成器來提供無線接收器或發(fā)射器所需要的本振(LO)頻率。最近，富士通微電子美國(guó)公司(www.fujitsu.com)等領(lǐng)先的PLL芯片供應(yīng)商已經(jīng)在一塊單芯片上組合了多個(gè)PLL電路，比如，該公司的MB15U30SP是一種串行輸入式PLL合成器，帶有2.5GHz和510MHz預(yù)定標(biāo)器(prescaler)，能夠產(chǎn)生達(dá)到這些最高頻率的輸出信號(hào)。這種雙PLL可以節(jié)省出一塊IC的電路板空間，非常適于要求采用RF和IF信號(hào)作為本振的移動(dòng)通訊應(yīng)用。
類似地，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司面向數(shù)字蜂窩應(yīng)用提供LMX2364雙頻率合成器，它基于分?jǐn)?shù)N和整數(shù)N綜合兩種可選的頻率合成技術(shù)。這款I(lǐng)C將2.6GHz分?jǐn)?shù)N合成器和小功率850MHz整數(shù)N合成器組合在一起，分?jǐn)?shù)N合成器技術(shù)也是美國(guó)模擬器件公司(ADI)生產(chǎn)的ADF4154型IC的基礎(chǔ)。這種單頻率合成器把整數(shù)和分?jǐn)?shù)寄存器相結(jié)合來產(chǎn)生高分辨率和低噪聲的輸出信號(hào)，頻率范圍為0.5-4.0GHz。
ADI也是增長(zhǎng)最快的頻率合成技術(shù)之一——直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)的供應(yīng)商。DDS技術(shù)把數(shù)字指令存儲(chǔ)在頻率和相位累加器(accumulator)中，并通過高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)把數(shù)字指令轉(zhuǎn)換成CW(連續(xù)波)和調(diào)制波。基于奈奎斯特定理(采樣頻率至少是信號(hào)頻率的二倍，以使數(shù)字代碼可靠地表達(dá)原始信號(hào))，按照經(jīng)驗(yàn)保守地來說，直接數(shù)字合成器可以以時(shí)鐘頻率40%左右的頻率可靠地產(chǎn)生輸出信號(hào)。
例如，ADI的AD9858是一種帶有積分式10位DAC的完全的直接數(shù)字合成器。其工作頻率高達(dá)1GSps，因此可輸出400MHz或更高的頻率。使用32位的頻率調(diào)諧字(FTW)，該合成器的頻率分辨率可達(dá)1Hz以下。其板上DAC的相位噪聲低于-130 dBc/Hz(載波偏移1kHz處)。頻率調(diào)諧和控制字按照8位并行或串行格式加載到AD9858。實(shí)際上，AD9858工作頻率可達(dá)到2GHz，因?yàn)樗跁r(shí)鐘輸入端口包含有一個(gè)除2電路。
DDS技術(shù)先驅(qū)之一Sciteq電子公司目前是Meret光學(xué)系統(tǒng)公司的一部分。Meret光學(xué)公司依然支持許多Sciteq DDS產(chǎn)品，其中包括時(shí)鐘頻率最高達(dá)500MHz的基于鎵鍺的ADS-63x。這一模塊的尺寸為5×7×1.125英寸，可以提供內(nèi)部時(shí)鐘或依靠外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。依靠其32位頻率字和230MHz的高帶寬，這款DDS的頻率分辨率高于0.12Hz，頻率切換速度高于65ns。從100MHz載波偏移1kHz處的相位噪聲優(yōu)于–105dBc/Hz，在180MHz處的雜波水平低于–55dBc。
除了提供PLL合成器和PLL/DDS組合型器件之外，該公司還提供采用雙累加器架構(gòu)、可產(chǎn)生線性頻率調(diào)制波(線性FM或chirp)的DCP-1 DDS模塊。該模塊運(yùn)行頻率最高達(dá)500MHz，可產(chǎn)生頻率高達(dá)230MHz的輸出信號(hào)，尺寸為1×5×7英寸。這個(gè)緊湊的模塊包含電源、參考源、時(shí)鐘發(fā)生器、輸出濾波器、控制接口和冷卻扇，適用于電子戰(zhàn)(EW)、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭、壓縮型接收器(compressive receiver)和合成孔徑雷達(dá)(SAR)等應(yīng)用，另外，該公司還提供外殼高度為5.25英寸的架裝型產(chǎn)品。
ITT Microwave公司提供的WaveCor系列模塊化頻率合成器也是基于DDS技術(shù)的產(chǎn)品。同Meret Optical公司相比，ITT Microwave公司是從斯坦福電信公司獲得了DDS技術(shù)。ITT公司的STEL-2375B是一種DDS chirp合成器，其最高時(shí)鐘頻率為1GHz，輸出頻率范圍為從直流到400 MHz。其32位的頻率分辨率也使頻率步長(zhǎng)精細(xì)到0.23Hz，其高精度DAC的雜波水平低于–50 dBc。這個(gè)模塊型合成器的尺寸僅為2.33×1.14×0.21英寸。
Synergy Microwave公司提供的運(yùn)行頻率為1900 MHz到4100MHz、頻率步長(zhǎng)為1MHz的FSW190410-100表面安裝單元，是封裝尺寸最小的頻率合成器之一，封裝尺寸只有0.940×0.940×0.300英寸。這種輸出功率為+3dBm、雜波水平為–70 dBc的微型合成器可以在10ms(典型值)之內(nèi)穩(wěn)定到一個(gè)新的頻率。從載波偏離1 kHz和100 kHz處的相位噪聲分別為–85dBc/Hz和–110dBc/Hz。
dBm公司提供的FSS系列寬帶模塊式頻率合成器的頻率覆蓋范圍為6到18GHz。這種緊湊型單元的輸出功率為+13dBm，標(biāo)準(zhǔn)頻率分辨率為1MHz，雜波成分為–50dBc。偏離載波100Hz和100kHz處的相位噪聲分別為–65dBc/Hz和–90dBc/Hz。這種模塊式合成器的尺寸為8.75×4.76×4.75英寸，使用14位二進(jìn)制控制碼，切換時(shí)間不高于200 ?s。
盡管前面提到的許多產(chǎn)品利用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高分辨率和高切換速度，但從更早以前開始人們就在使用直接模擬技術(shù)來產(chǎn)生開關(guān)速度極高、干凈且穩(wěn)定的輸出信號(hào)。這類合成器的最著名的供應(yīng)商之一——Aeroflex公司向自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)、電子戰(zhàn)(EW)模擬器、雷達(dá)和雷達(dá)橫截面(RCS)測(cè)量等眾多應(yīng)用領(lǐng)域提供FS5000直接模擬頻率合成器。這些頻率合成器頻段范圍從300MHz到26.5GHz，通過對(duì)參考源進(jìn)行乘法和除法運(yùn)算來產(chǎn)生一組頻率，并通過開關(guān)和濾波器從中選出期望的輸出。由于所有輸出頻率一直處于“開”狀態(tài)，只需進(jìn)行選擇就可以獲得期望的信號(hào)，因而調(diào)整時(shí)間極短。盡管該方法使用的元件數(shù)量多，但它可以獲得相對(duì)高的頻譜純度(依賴于參考源的品質(zhì))以及最快的開關(guān)速度。
例如，在該產(chǎn)品的頻率范圍內(nèi)，F(xiàn)S5000的頻率切換時(shí)間可達(dá)200ns甚至更短，輸出功率為+10dBm，通過并行BCD或GPIB控制實(shí)現(xiàn)頻率切換。這種合成器使用架裝式機(jī)箱，標(biāo)準(zhǔn)頻率分辨率為1MHz，并提供更高的備選分辨率。
Herley-CTI公司的DS系列寬帶直接頻率合成器的覆蓋范圍為10MHz到20.48GHz，頻率切換時(shí)間為30ns到1?s，其頻率分辨率達(dá)1Hz，而10GHz載波偏移10kHz處的相位噪聲為–120 dBc/Hz。對(duì)于要求較小帶寬的應(yīng)用，該公司也提供DSX系列的直接頻率合成器，頻率范圍為0.5 到18.0 GHz的25%。
該公司還為軍事和商業(yè)應(yīng)用提供VSS系列微型頻率合成器。這些緊湊型合成器的頻率范圍為500MHz 到14GHz的5 %-17 %，從900MHz載波偏移10kHz和100kHz處的相位噪聲分別為–115dBc/Hz和–137dBc/Hz。該產(chǎn)品尺寸只有2.25×2.64×0.5英寸。
MITEQ公司的SLS系列快速調(diào)諧合成器的調(diào)諧范圍為1到15GHz的二分之一倍頻程。這種基于PLL的合成器僅需500 ?s 就可對(duì)新的頻率實(shí)現(xiàn)相位鎖定，帶內(nèi)雜波性能達(dá)–70dBc。頻率步長(zhǎng)的范圍為200kHz到10MHz(依賴于頻率)，最小輸出功率為+10dBm。
Micro Lambda無線公司盡管以其低噪聲YIG振蕩器而著稱，但它也提供基于YIG技術(shù)的頻率合成器。例如，MLSE系列的寬帶合成器有三個(gè)型號(hào)，分別覆蓋2到20GHz、1到22GHz和2到22GHz，頻率分辨率均為1Hz。這些產(chǎn)品的輸出功率高達(dá)+20dBm，全頻的切換時(shí)間達(dá)31ms或更短，跳躍100MHz頻寬的切換時(shí)間為10ms。雜波成分為-60dBc，而從10GHz載波偏移100Hz和100kHz處的相位噪聲分別為–78dBc/Hz和–117dBc/Hz。MLSE合成器的尺寸為7×5×2。
該公司還開發(fā)了基于永磁YIG調(diào)諧振蕩器(PMYTO)的MLSL系列微型頻率合成器。該MLSL系列頻率范圍為2到12GHz，調(diào)諧步長(zhǎng)為2GHz，封裝尺寸為2.5×2.5×1.0英寸。從載波偏移10kHz時(shí)的相位噪聲典型值為–98 dBc/Hz，雜波水平低至-70dBc。該系列合成器耗能低于6W，切換速度為100ms。
Wide Band Systems公司最知名的產(chǎn)品或許是瞬時(shí)測(cè)頻(IFM)接收器和數(shù)字鑒頻器(DFD)，它也提供一種運(yùn)行在2.25到18.0GHz范圍內(nèi)的寬帶、快速調(diào)諧合成器。這種頻率合成器采用雙體架裝機(jī)箱或緊湊型6×6×1英寸模塊，輸出功率為+13dBm，最大雜波水平為-60dBc。從載波偏移1kHz和100 kHz處的相位噪聲典型值分別為–75dBc/Hz和–95dBc/Hz。開關(guān)速度典型值為3?s。標(biāo)準(zhǔn)頻率分辨率為1MHz，不過還可以提供最高分辨率為5 kHz的產(chǎn)品。
Anritsu公司提供的MG3690B系列間接頻率合成器是功率最大的合成器之一，其標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的輸出功率為+17dBm(最高頻率為20GHz)，并提供輸出功率為+23dBm(最高頻率為20GHz)的非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。這些合成器從0.1Hz到65GHz有多種不同的帶寬型號(hào)，可以在大約5ms時(shí)間內(nèi)跳過1GHz的頻段。如果與該公司的63850-xx系列的限帶波導(dǎo)(waveguide)乘法器相結(jié)合，頻率范圍可以擴(kuò)展到325GHz。
Elcom技術(shù)公司生產(chǎn)的UFS-18直接模擬合成器也是一個(gè)超寬帶頻率合成器，其開關(guān)速度為200ns，頻率范圍為3
