利用通過從單一參考標準得到的頻率的加、減、乘、除來產(chǎn)生頻率的方法稱為“頻率合成技術”，所產(chǎn)生的每一頻率的精度均等于參考標準的精度，并用百分數(shù)表示。頻率合成方法通常有三種：間接合成、直接合成和直接數(shù)字合成（DDS）。

• 間接合成

1、頻率控制

鎖相環(huán)（PPL）常用來提高頻率穩(wěn)定度并使微波信號源的相位噪聲達到最佳。通過鎖相到一個穩(wěn)定的參考源-------通常是在較低頻率上的溫度控制晶體振蕩器（TCXO），可以將后者的長期穩(wěn)定度轉移到微波振蕩器上。

●利用諧波混頻器的鎖相環(huán)

上圖中，10GHz輸出信號的一部分連接到由100MHz  TCXO激勵的諧波混頻器或取樣器。100MHz  TCXO的第100次諧波與輸出信號混頻，在混頻器的中頻（IF）端口產(chǎn)生與兩個輸入信號之間的相位差成正比的直流電壓，這個電壓經(jīng)低通濾波再饋至積分放大器，然后再去驅動使環(huán)路閉合的調諧變?nèi)荻O管。

對于這種方法進行兩類觀察：首先，信號源只能提供為TCXO頻率的精確倍數(shù)的輸出頻率，即頻率分辨率等于參考頻率；其次，信號源的相位噪聲等于參考源的相位噪聲乘以在環(huán)路帶寬內(nèi)的輸出頻率與參考頻率之比的平方。

●利用分頻器的鎖相環(huán)

上圖中，輸出頻率被向下分頻到參考頻率并加到鑒相器上，其效果在步長和輸出端的噪聲方面與利用諧波混頻器的鎖相環(huán)中的電路相似（忽略來自分頻器的任何可能的過量噪聲貢獻），但檢相這時是在較低頻率上完成。

因此，存在著減小步長（參考頻率）與最低相位噪聲（要求高的參考頻率）之間的折衷，克服這個限制通常采用多環(huán)路結構。其中，精細頻率分辨率是由工作在中頻的另一個壓控振蕩器（VCO）實現(xiàn)的。

●用來獲得精細頻率控制的多環(huán)路結構

由于輸出頻率被向下變換到中頻，故頻率分辨率得到了保證。輸入頻率壓控振蕩器的總頻率范圍必須大到足以填充取樣取樣驅動器特定諧波之間的范圍。由于通常都希望將輸入頻率范圍限制到遠低于取樣驅動頻率，故取樣驅動頻率也可以改變，只不過僅僅針對此處所要求的相當少量的離散頻率而已。

●具有分數(shù)n的鎖相環(huán)

此方法能夠產(chǎn)生小步長而不存在采用大分頻比方案中所固有的噪聲性能下降。第一分頻器是“雙比率分頻器”，這意味著分頻比可以在兩個相鄰的整數(shù)p和p+1之間通過控制線不斷改變。因此，分頻比對M個周期可能是p+1，而對N-M個周期則是p。此后，每隔N個周期重復這一過程。結果是輸出頻率可以參考頻率的分數(shù)的恒定不變倍數(shù)改變，因此稱之為“n分頻技術”。

雙比率分頻器從p+1處開始并以這個值繼續(xù)下去，直到在頻率控制單元數(shù)出M個脈沖（即來自壓控振蕩器的M（p+1）個周期之后）。然后，控制單元將分頻數(shù)改變到p，來自壓控振蕩器的（N-M）p個更多的周期之后，重復這一過程，最終形成p與p+1之間的分數(shù)形式分頻數(shù)（等于p+M/N）。雖然這個方法解決了迫使參考頻率下降到足夠低的值，用以提供所需的步長而沒有過度的相位噪聲惡化問題，但卻在等于頻率分辨率整倍數(shù)的偏移頻率處的主輸出信號周圍引入寄生信號。這種情況可以通過適當選擇環(huán)路帶寬以及采用相位誤差校正線路進行控制。

2、間接合成技術

“間接合成”一詞通常應用于將輸出頻率的樣本與從參考標準得到的頻率作比較并反饋以形成鎖相環(huán)的方法。輸出頻率樣本可以以頻率相除或相乘的方式進行轉換，以便同從參考標準得到的適宜參考頻率（利用類似方法）進行比較（通常在鑒相器中完成）。合成器可能包含若干個獨立的鎖相環(huán)或合成器。

• 直接合成

常稱為“直接合成”的一組方法涉及由一個公共參考同時產(chǎn)生多個頻率，然后對多個頻率進行選擇并集合成不同的組合，在輸出端形成所需的頻率。

上圖是利用混頻器、倍頻器、濾波器和開關以1MHz增量產(chǎn)生1～9MHz和1～99MHz范圍信號的“非常粗糙”的直接合成器例子。

通過這個實例，直接合成法的一些有缺點便一目了然。由于能同時接入所產(chǎn)生的頻率而無需等待環(huán)路鎖定，所以直接合成法本身就具有高速頻率轉換的能力。開關速度和產(chǎn)生有關命令來驅動開關所需的時間最終決定了頻率轉換時間。直接合成法的的另一個優(yōu)點是存在“相位存儲”，亦即若合成器從一個頻率轉換到另一個頻率，然后再返回到原來的頻率，則相位將仍然與沒有轉換時的相位一樣，但是如果包含了從輸入端轉接到分頻器，便不能保證這一結果。

從系統(tǒng)設計的觀點來看，多個混頻器意味著將產(chǎn)生許多寄生信號（既有諧波信號又有非諧波信號），需要在設計中加以考慮。需要仔細選擇頻率，且需要提供適當濾波，以減少輸出端的寄生信號數(shù)目和降低寄生信號的電平。通常，直接合成器由于包含更多的元件數(shù)、需要更多的濾波以及有隔離要求，故其體積往往比間接合成器的體積更大。

• 直接數(shù)字合成（DDS）

直接數(shù)字合成這一方法克服了前兩種合成法的若干缺點，在一些應用場合，鎖相環(huán)完全可以被有效的取代。

           下圖示出了直接數(shù)字合成（也稱“數(shù)控振蕩器”或NCO）的方塊圖。

N位數(shù)字累加器用于將相位的增量添加到每個時鐘周期內(nèi)的存儲信息上。M位查尋只讀存儲器（ROM）提供被累加相位的正弦數(shù)據(jù)。然后，這些數(shù)據(jù)驅動數(shù)-模轉換器（DAC），產(chǎn)生一系列類似于正弦波的步長。經(jīng)低通濾波（LPF）之后，高次諧波、混疊信號和其它無用寄生信號輸出被衰減，顯露出相當純凈的正弦波。賴奎斯特判據(jù)要求比最高輸出頻率大1倍的取樣速率（時鐘頻率）。

           由于累加器具有360°的相位參數(shù)，故該過程可以反復進行，并產(chǎn)生連續(xù)變化的正弦波。可以借助下面的“相位圓”具體說明這一過程。

在相位圓圖中，總共360°的相位被分為2^N個相等的增量，供在累加器中相加。360°/2^N代表最低工作頻率以及最小頻率增量（步長）。通過最小增量乘以包含在頻率控制字符中的整數(shù)P（對步長進行程控），可以有效地生成更高的頻率。因此，可以得到的頻率分辨率Fres為：

Fres=Fclk/2^N

式中Fclk是時鐘頻率，N是累加器中的位數(shù)。例如對于50MHz的時鐘頻率和24位的累加器，可以向18MHz以上的輸出頻率提供約3Hz的步長。應當指出，若要求產(chǎn)生具有十進制分辨率的頻率，則要求等于2的冪次（二進制）時鐘頻率。

除精細頻率分辨率外，直接數(shù)字合成還能縮短具有連續(xù)相位的頻率轉換間隔，因為原則上這只能由改變已在累加器中相加的相位增量步長來實現(xiàn)。數(shù)字電路中的流水線型延遲是對速度的主要限制。頻率調制可以由改變控制字符來完成，而相位調制則可以由改變對查尋ROM提供的數(shù)字相位字符來完成。

影響直接數(shù)字合成在高頻上使用的主要因素是寄生信號特性。寄生特性取決于若干因素，包括DAC的切換瞬變響應、DAC的非線性、鎖存器的非理想同步以及沿數(shù)字路徑的耦合效應。CMOS、砷化鎵NCOs和DAC的不斷發(fā)展、完善，促進了直接數(shù)字合成取代PPL和直接合成器，邁向越來越高的頻率。