好的，锁相频率合成器主要可以分为以下几种类型，它们各有特点和优势：

1. 整数N分频锁相频率合成器

• 工作原理： 这是最基本、最经典的锁相环频率合成器。输出频率是通过对压控振荡器的输出信号进行整数倍分频（分频比为 N），然后与固定参考频率进行鉴相比较来实现锁定的。
• 特点：
  • 结构简单： 只需要一个分频器，环路滤波器，鉴相器/鉴频鉴相器，VCO等基本PLL模块。
  • 频率分辨率有限： 输出频率步进等于参考频率。要提高分辨率，只能降低参考频率，但这会显著降低锁相环路的捕获时间和锁定速度（环路带宽与参考频率相关）。
  • 相位噪声较好： 由于不存在分数分频带来的杂散问题，通常具有较好的近端（离载波近）相位噪声性能。参考源噪声和VCO噪声是主要贡献者。
  • 存在整数边界杂散： 输出频率只能是参考频率的整数倍。
• 优势：
  • 设计简单，成本低。
  • 良好的近端相位噪声性能（当参考频率足够高且环路设计优化时）。
  • 结构稳定可靠，杂散问题易于控制。
• 劣势：
  • 频率分辨率和频率切换速度之间存在矛盾。需要高分辨率时，必须忍受很慢的锁定速度。
  • 为实现较宽频率范围或特定离散频率点，有时需要复杂度不低的程序分频器。

2. 小数N分频锁相频率合成器

• 工作原理： 为了解决整数N合成器的分辨率问题，小数N合成器允许分频比在一定时间内取不同的整数值（通常是相邻的两个整数 N 和 N+1），通过动态调整分频比并在不同分频比状态下花费的时间比例不同，实现平均分频比为 N.F (小数，例如 N.5)。
  • 核心： 需要Σ-Δ调制器来动态控制分频器分频比的瞬时值（在N和N+1之间高速切换），并将相位误差量化噪声整形到高频。
  • 补偿机制： 分频比的高速切换会产生周期性的相位误差（分数毛刺）。这部分高频相位误差需要被环路滤波器有效滤除，同时不影响平均VCO控制电压所设定的中心频率。
• 特点：
  • 高频率分辨率： 频率步进可以非常小（例如kHz，甚至Hz量级），不再受限于参考频率本身。步进与参考频率解耦。
  • 高速频率切换： 可以在保持较高参考频率的同时获得微小频率步进，因此环路带宽能做得较宽，从而获得更快的频率切换和锁定速度。
  • 存在分数杂散： 由于分频比的切换，会在输出频谱中产生分数次杂散，主要来源于未被环路滤波器滤除的Σ-Δ量化噪声低频成分（低频噪声折叠或残余）或周期性切换模式。设计良好的Σ-Δ调制器和优化的环路滤波器是关键。
  • 相位噪声： 近端相位噪声性能可能略逊于设计优化的整数N合成器（主要受Σ-Δ调制器引入的低频量化噪声折叠影响），但中远端（离载波较远）噪声由于环路带宽较宽，对VCO的牵引作用更好，可能更优。
• 优势：
  • 显著优势： 同时实现了高频率分辨率和快速频率切换/锁定时间（因为参考频率不需要为了高分辨率而降低）。
  • 能灵活产生靠近参考频率倍频点的频率。
  • 是现代高性能通信系统的主流选择（如手机基带、WiFi、蓝牙等）。
• 劣势：
  • 设计复杂度高（需要Σ-Δ调制器）。
  • 需要精心设计环路滤波器和Σ-Δ调制器以抑制分数杂散。
  • 近端相位噪声性能优化挑战较大。

3. 双环或多环锁相频率合成器

• 工作原理： 利用两个或多个锁相环相互配合，结合混频（加/减）、倍频、分频等操作，扩展频率范围、提高分辨率或改善特定性能。
  • 常见结构：
    • 环外加混频器： 将第一个PLL（主环）的输出与另一个辅助固定频率源（可以是第二个简单PLL，也可以是温补晶振TCXO等）进行混频（相加或相减），然后再送入第二个PLL（从环）。从环负责对混频后的信号进行锁相。这可以扩展频率范围或提供偏移量。
    • 环内加混频器： 在PLL环路内部引入混频器。主环的VCO输出与混频后的信号进行比较，环路锁定后混频抵消，允许VCO工作在更高频段或获得宽带调谐。这种结构更复杂。
    • 环外倍频器： 在PLL输出后加一个固定倍频器扩展频率。
    • 级联/并行环路： 多个环路串联或并联。
• 特点：
  • 结合优势： 可以综合不同类型PLL的优势。例如：
    • 主环用整数N（低成本，噪声好），从环用小数N（高分辨率，快切换）。
    • 主环产生一个高频率但步进大的信号，从环在窄带内精细调谐（高分辨率，但频率范围窄）。
    • 通过混频（特别是减法）抵消掉不需要的分频杂散。
  • 高性能： 有能力实现非常宽的频率范围、极高的输出频率（配合倍频）、非常小的频率步进、更低的带内杂散（混频抵消法）。
• 优势：
  • 突破单一PLL在频率范围、分辨率、噪声等方面的限制。
  • 可以利用成熟、低成本的PLL芯片构建高性能系统。
  • 在某些特定杂散消除技术上有优势。
• 劣势：
  • 电路复杂： 元件多（额外的VCO、滤波器、混频器、倍频器等），成本高。
  • 体积大，功耗高。
  • 设计调试困难： 需要考虑多个环路的相互影响（隔离度、噪声叠加、稳定性）。
  • 杂散源多： 混频器、倍频器会产生新的杂散成分。
  • 相位噪声： 各环节噪声会叠加或恶化，需要仔细处理。

总结对比表

随着集成电路技术（尤其是数字处理能力、高集成度CMOS/SiGe工艺）的飞速发展，小数N分频频率合成器因其能够出色地平衡频率分辨率、切换速度、相位噪声、杂散和集成度/成本之间的矛盾，已成为当今频率合成领域的绝对主流，广泛应用于各类通信、雷达、测试测量设备中。整数N型因其简单性仍有其市场。双环结构则主要用在追求超高性能、超宽覆盖或有特定抵消需求（如毫米波）、且成本/尺寸/功耗并非首要限制因素的高端场景。