随着通信、雷达、宇航和遥控遥测技术的不断发展，对频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围和输出频率的个数提出越来越高的要求。为了提高频率稳定度，经常采用晶体振荡器等方法来解决，但它不能满足频率个数多的要求，因此，目前大量采用频率合成技术。通过对频率进行加、减、乘、除的运算，可从一个高稳定度和高准确度的标准频率源，产生大量的具有同一稳定度和准确度的不同频率。

    频率合成的方法很多，大致可分为直接合成法和间接合成法俩种。直接合成法是通过倍频器、分频器、混频器对频率进行加、减、乘、除运算，得到各种所需频率。直接合成法的优点是频率转换时间短，并能产生任意小的频率增量。但它也存在一些不可克服的缺点，用这种方法合成的频率范围将受到限制。更重要的是由于大量的倍频，混频等电路，就要有不少滤波电路，使合成器的设备十分复杂，而且输出端的谐波、噪声及寄生频率难以抑制。而间接合成法就是利用锁相环路的窄带跟踪特性来得到不同的频率。目前在各种无线电台中使用的频率合成器普遍采用可变数字式锁相环频率合成器，通过CPU控制可获得不同的频点。

    数字锁相环频率合成器又分为直接式锁相环频率合成器和吞食脉冲式锁相环频率合成器。如图6.4所示是一个典型的直接式锁相环频率合成器的原理图。它由参考振荡源、参考分频器、锁相环三部分组成。
              
   其中的锁相环与普通锁相环不同的是，它在VCO的输出端和鉴频器的输入端之间的反馈回路中加入了一个可变分频器。如图所示，高稳定度的参考振荡源信号经R次分频后，得到频率为fR的参考脉冲信号。同时压控振荡器的输出经N次分频后得到频率为fN的脉冲信号，两个脉冲信号在鉴相器进行相位比较。当环路处于锁定状态时，则有输出信号: f0＝N fN＝N fR

    显然，只要改变分频比N，即可实现输出不同频率的f0的目的，从而实现了由fR合成f0的目的。在该电路中，输出频率点间隔Δf＝fR。
在实际应用中，特别在超高频工作情况下，为获得较大范围的频率选择（较多的频率数）和较小的步进频率，多采用吞食脉冲式锁相环频率合成器。实现方法为，在N分频器与压控振荡器之间插入高速双模前置分频器（÷P与÷（P+1））和吞食计数器A，最终得到总的计数分频比为
                  N＝A(P+1)+P(N-A)=PN+A
输出频率为
                  f0＝（PN+A）fR=PN fR +A fR
可见频率范围扩展了P倍，而频率间隔仍然保持为较小的fR。

    作为实验，如图6.5所示为一个用SystemView实现的直接式数字锁相环频率的仿真电路。为了节省仿真时间，参考振荡器直接采用了较低的10Hz正弦波信号（图符0），而没有采用由一个较高的参考振荡器经过分频R得到fR的办法。锁相环的VCO用了一个FM图符代替（图符2），其载波频率设置为195Hz，增益为20Hz/V。环路低通滤波器使用了一个8极点的贝塞尔低通滤波器（图符5），带通为5Hz。在滤波器前端加入了一个100Hz的采样图符以减少系统仿真时的运行时间。分频器使用通信图符库中的N倍分频器（图符3），分频器的N/(N+1)控制端未使用。若取分频比N=20，则锁相环的输出f0应该锁定在f0 =（N＋1）fR =21×10=210Hz上，输出信号的频谱图如图6.6所示，在210Hz出有较高的能量峰值，说明输出的信号被锁定在210Hz上了。将N改设为19，则输出信号应该为200Hz，如图6.7所示，仿真的结果在200Hz处的频谱有峰值。改变N为其它值，输出信号的频率将变为10Hz的整数倍。但事实上由于锁相环的锁定范围限制（与滤波器带宽和VCO的载波最大变化范围有关），只能输出VCO载波频率附近的几个整数倍的频率。