Un sintetizzatore di frequenza è un dispositivo che produce una forma d’onda a una frequenza determinata da circuiti analogici o digitali. Il sintetizzatore di frequenza più comune utilizza un oscillatore controllato in tensione (VCO), che è controllato da un anello ad aggancio di fase (PLL) utilizzando un riferimento di frequenza stabile. I sintetizzatori di frequenza sono utilizzati nella maggior parte delle apparecchiature di telecomunicazione progettate per trasmettere o ricevere su un determinato intervallo di frequenze in una sottobanda.
L’operazione è resa possibile pilotando la frequenza di un VCO per agganciarsi direttamente o indirettamente al riferimento di frequenza. Lo sterzo del VCO è ottenuto da una tensione in corrente continua (DC) variabile che è in grado di regolare continuamente la frequenza del VCO. Se l’uscita di frequenza del VCO è troppo bassa, è possibile applicare la moltiplicazione di frequenza secondo necessità. In applicazioni simili, l’oscillatore a controllo digitale è un VCO migliorato con funzionalità aggiuntive per una gamma più ampia di frequenze e caratteristiche speciali come il blocco della frequenza più veloce.
La divisione di frequenza digitale è il processo di utilizzo di contatori digitali up-down per produrre un flusso di bit con frequenza inferiore di un numero intero alla velocità di ingresso. Il prescaler a doppio modulo utilizza due stadi divisori per ottenere la risoluzione necessaria nel passo di frequenza in uscita. Impostando la giusta cifra del divisore, la frequenza di uscita del VCO può essere ridotta in frequenza e confrontata con il riferimento per ristabilire il blocco PLL.
Un semplice sintetizzatore di frequenza avrà un VCO, un riferimento di frequenza, un PLL, prescaler, divisore e circuiti associati. Ad esempio, per generare un’uscita sinusoidale a 10 megahertz (MHz), la linea di guida è a un livello CC in modo che l’uscita VCO sia 10 MHz. L’uscita VCO viene anche convertita in onde quadre a livelli digitali per la divisione di frequenza per 10,000 per ottenere un campione di 1 kilohertz (kHz), e questo sarà inviato a un comparatore di fase insieme a un segnale di riferimento da 1 kHz. La tensione di errore CC risultante controlla la linea di governo del VCO e il PLL è bloccato in questa condizione. Con qualsiasi modifica della frequenza o della fase di uscita del VCO, il processo si ripete e la correzione viene eseguita sulla linea di governo del VCO fino a quando l’uscita non torna a 10 MHz e il PLL è bloccato.
I sintetizzatori di frequenza sono comunemente usati nei circuiti di trasmissione e ricezione radio. Nei trasmettitori, il sintetizzatore di frequenza produce la frequenza portante che deve essere sufficientemente accurata da soddisfare i requisiti legali sulle emissioni. Per i ricevitori, il ricevitore supereterodina utilizza la miscelazione di frequenza dell’oscillatore locale (LO) e il segnale a radiofrequenza in ingresso (RF) per ottenere la frequenza intermedia (IF). Nel ricevitore, l’uscita VCO è il segnale dell’oscillatore locale. Va notato che il ricevitore supereterodina richiede una frequenza LO che può essere il segnale del ricevitore più o meno l’IF desiderato.