信号发生器（Signal Generator）是一种能输出各种波形（Waveform）、频率（Frequency）和幅值（Amplitude）信号的设备。能产生波形如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数发生器（Function Generator)，能产生任意波形的电路被称为任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator）。频率的生成通常由一个或多个参考信号源合成目标信号的频率，因此，能将一个（或多个）基准频率变换生成不同频率的电路通常被称为频率合成器（Frequency Synthesizer）。幅值调整通常由电路中的放大器（Amplifier）完成。
在上述信号特性中，有关频率的合成贯穿了整个电子系统发展的始终。频率源是现代电子系统的重要组成部分，被称为许多电子系统的“心脏”。在通信，雷达和导航设备中，它既是发射机的激励信号，又是接收机的本地振荡器（Local Oscillator, 本振）。在电子对抗设备中，它可作为干扰信号发生器，在测试设备中，它可作为标准信号源。日常生活中接打电话，使用的WiFi所使用的射频（Radio Frequency, RF）和微波（Microwave）信号发生器以及音箱耳机所使用的音频信号发生器（Audio Frequency, AF）均与频率合成技术直接相关。
衡量频率合成的指标性能通常有：
- 频率范围：指的是最低输出频率和最高输出频率之间的变化范围，又称之为带宽（Bandwidth），亦被称之为频宽；
- 频率稳定度：指在规定的时间间隔内，输出频 率偏离标定植的数值，分长期、短期和瞬间稳定度三种；
- 频率分辨率：指两个相邻输出频率之间的间隔，也称为频率间隔；
- 频率转换时间：指输出频率由某一个频率转换到另一个频率并达到稳定的时间；
- 频谱纯度：指输出信号接近理想的标准信号的程度，一般用杂散分量和相位噪声来衡量，杂散又称寄生信号，分为谐波分量和非谐波分量两种，主要由频率 合成过程中的非线性失真产生；相位噪声实际上指（正弦）频率的短期稳定性，是衡量输出信号相位抖动大小的参数；
- 调制性能：指输出调幅（FM）和调相（AM）等功能。
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频率合成技术
直接模拟频率合成技术
直接模拟频率合成（Direct Analog Frequency Synthesis, DAFS）是一种早期的频率合成技术，原理简单，易于实现。它由模拟振荡器产生参考频率源，再经谐波发生器产生一系列谐波，然后经混频、分频和滤波等处理产生大量的离散频率。
采用一个晶体作为参考频率源的被称为相关合成法，采用多个晶体作为参考频率源的被称为非相关合成法。所需频率经由参考频率源混频（加减），倍频（乘），分频（除）和后得到，通过滤波器滤去杂波后输出。
直接模拟频率合成方法的优点是频率转换时间短、相位噪声低，但由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬件设备，使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量，大多数硬件的非线性影响难于抑制。
间接频率合成技术
间接频率合成是指频率输出不是直接来自晶体振荡器，而是来自于电压控制振荡器的频率输出。这种方法用锁相环（Phase Locked Loop, PLL）迫使压控振荡器（Voltage-controlled Oscillator, VCO）的频率锁定在高稳定的标准频率上，由此获得多个稳定频率，故此法又叫锁相频率合成。
当锁相环的组成器件均为模拟器件时，该技术被称之为间接模拟频率合成技术。间接模拟频率合成技术因为使用模拟分频器和模拟鉴相器，所以虽然相噪较好，但电路复杂，体积较大， 成本较高，在实际应用中使用不多。
如将模拟锁相环替换为数字锁相环，即为间接数字频率合成技术。基于锁相环的间接数字频率合成技术，由于锁相环路相当于一窄带跟踪滤波器，因此能很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，且避免了大量使用滤波器，十分有利于集成化和小型化。此外，一个设计良好的压控振荡器具有高的短期频率稳定性，而标准频率源具有高的长期频率稳定度，锁相式频率合成器把这二者结合在一起，使其合成信号的长期稳定度和短期稳定度都很高。但锁相式频率合成技术的缺点是频率转换时间较长，单环频率合成器的频率间隔不可能做的很小，且系统内插入的压控振荡器带来的新的噪声也比较大。
直接数字频率合成技术
直接数字频率合成技术（Direct Digital Synthesizer, DDS）是目前主流的频率合成技术之一。该技术由美国学者J. Tierney, C. M. Pader和B. Gold三人于1971年首次提出。其由相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字K，频率分辨率取决于累加器位数N，相位分辨率取决于波形存储器的地址线位数A，幅度量化噪声取决于波形存储器的数据位字长和D/A转换器的位数M，这样合成信号的三个参量（频率、相位和幅值）便均可由数字信号精确控制，从而达到了全数字化合成的目的。
DDS具有众多突出优点：极高的频率稳定度，极 高的频率分辨率，超高速的频率转换时间，变频相位连续，相位噪声低，全数字自动化控制，可以合成任意波形，集成度高，容易实现小型化。
DDS的突出优点使其已经成为雷达、通信、电子等系统中信号源的首选，在线性调频、扩频和跳频系统、 数字广播和高清晰度电视等领域中得到广泛应用，在电子测量与现代化仪器仪表等领域中也有广阔的应用前景，已经逐步成为高性能信号发生器的核心技术。
DDS的全数字化结构也给其带来一些缺点：
- 输出带宽受限：由于DDS技术本质上为一分频技术，根据采样定理，其输出的最高频率理论上不能超过钟频的1/2，而在实际应用中则一般不能超过钟频的1/4，所以输出带宽受到很大限制；
- 输入杂散较大：由于数字元件存储量或位数的限制，导致三个主要的杂散源，一是相位截断，二是幅度量化，三是数模转换的非理想性。
混合式频率合成技术
前文提到了，PLL间接数字频率合成技术具有频率分辨率低的缺点和输出频率范围广的优点，而 DDS频率合成技术具有频率分辨率高的优点和输出频率范围窄的缺点。在DDS基础之上，为了优化改善DDS技术的不足，诞生了DDS/PLL混合式频率合成技术。
混合式频率合成技术具有较好的综合性能，综合了DDS和PLL两者的优点，改善了缺点， 是一种行之有效的频率合成技术，已经被应用于卫星通信设备中。
参考文献
[1] 迟忠君, 徐云, 常飞. 频率合成技术发展概述. 现代科学仪器, 2006(3): 21-28.
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