Ein Frequenzsynthesizer ist ein Gerät, das eine Wellenform mit einer Frequenz erzeugt, die durch analoge oder digitale Schaltungen bestimmt wird. Der gebräuchlichste Frequenzsynthesizer verwendet einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO), der von einer Phasenregelschleife (PLL) unter Verwendung einer stabilen Frequenzreferenz gesteuert wird. Frequenzsynthesizer werden in den meisten Telekommunikationsgeräten verwendet, die zum Senden oder Empfangen auf einem bestimmten Frequenzbereich in einem Teilband ausgelegt sind.
Der Betrieb wird ermöglicht, indem die Frequenz eines VCO so gesteuert wird, dass er direkt oder indirekt auf die Frequenzreferenz einrastet. Die Steuerung des VCO wird durch eine variable Gleichspannung (DC) erreicht, die die VCO-Frequenz kontinuierlich anpassen kann. Wenn die VCO-Frequenzausgabe zu niedrig ist, kann bei Bedarf eine Frequenzmultiplikation angewendet werden. Bei ähnlichen Anwendungen ist der digital gesteuerte Oszillator ein verbesserter VCO mit zusätzlichen Funktionen für einen breiteren Frequenzbereich und speziellen Funktionen wie schnellerer Frequenzverriegelung.
Die digitale Frequenzteilung ist der Prozess, bei dem digitale Aufwärts-Abwärts-Zähler verwendet werden, um einen Bitstrom zu erzeugen, dessen Frequenz um eine ganze Zahl gegenüber der Eingangsrate niedriger ist. Der Dual-Modulus-Prescaler verwendet zwei Teilerstufen, um die erforderliche Auflösung im Frequenzschritt im Ausgang zu erreichen. Durch Einstellen der rechten Teilerzahl kann die VCO-Ausgangsfrequenz in der Frequenz herunterskaliert und mit der Referenz verglichen werden, um die PLL-Verriegelung wiederherzustellen.
Ein einfacher Frequenzsynthesizer hat einen VCO, eine Frequenzreferenz, eine PLL, einen Vorteiler, einen Teiler und zugehörige Schaltungen. Um beispielsweise einen sinusförmigen Ausgang von 10 Megahertz (MHz) zu erzeugen, befindet sich die Steuerleitung auf einem DC-Pegel, so dass der VCO-Ausgang 10 MHz beträgt. Der VCO-Ausgang wird auch in Rechteckwellen mit digitalen Pegeln zur Frequenzteilung durch 10,000 umgewandelt, um ein 1-Kilohertz (kHz)-Sample zu erhalten, und dieses wird zusammen mit einem 1-kHz-Referenzsignal einem Phasenkomparator zugeführt. Die resultierende DC-Fehlerspannung steuert die VCO-Steuerleitung, und die PLL ist in diesem Zustand verriegelt. Bei jeder Änderung der VCO-Ausgangsfrequenz oder -phase wiederholt sich der Vorgang und die Korrektur wird an der VCO-Steuerleitung vorgenommen, bis der Ausgang wieder bei 10 MHz liegt und die PLL verriegelt ist.
Frequenzsynthesizer werden üblicherweise in Funksender- und -empfängerschaltungen verwendet. In Sendern erzeugt der Frequenzsynthesizer die Trägerfrequenz, die genau genug sein muss, um die gesetzlichen Emissionsanforderungen zu erfüllen. Bei Empfängern verwendet der Superheterodyn-Empfänger die Frequenzmischung des lokalen Oszillators (LO) und des eingehenden Hochfrequenz-(RF)-Signals, um die Zwischenfrequenz (IF) zu erhalten. Im Empfänger ist der VCO-Ausgang das Lokaloszillatorsignal. Es sollte beachtet werden, dass der Superheterodyn-Empfänger eine LO-Frequenz erfordert, die das Empfängersignal plus oder minus der gewünschten ZF sein kann.