Frekvenčni sintetizator je naprava, ki proizvaja valovno obliko s frekvenco, ki jo določajo analogna ali digitalna vezja. Najpogostejši frekvenčni sintetizator uporablja napetostno krmiljen oscilator (VCO), ki ga krmili fazno zaklenjena zanka (PLL) z uporabo stabilne frekvenčne reference. Frekvenčni sintetizatorji se uporabljajo v večini telekomunikacijske opreme, ki je zasnovana za oddajanje ali sprejemanje na določenem območju frekvenc v podpasu.
Delovanje je omogočeno s krmiljenjem frekvence VCO, da se neposredno ali posredno zaklene na frekvenčno referenco. Krmiljenje VCO se doseže s spremenljivo napetostjo enosmernega toka (DC), ki lahko nenehno prilagaja frekvenco VCO. Če je frekvenčni izhod VCO prenizek, je mogoče po potrebi uporabiti frekvenčno množenje. V podobnih aplikacijah je digitalno krmiljen oscilator izboljšan VCO z dodatnimi funkcijami za širši razpon frekvenc in posebnimi lastnostmi, kot je hitrejše zaklepanje frekvence.
Digitalna frekvenčna delitev je postopek uporabe digitalnih števcev navzgor in navzdol za proizvodnjo bitnega toka, katerega frekvenca je nižja za integralno število glede na vhodno hitrost. Predskaler z dvojnim modulom uporablja dve stopnji delilnika za doseganje potrebne ločljivosti v frekvenčnem koraku na izhodu. Z nastavitvijo desnega delitelja se lahko izhodna frekvenca VCO zmanjša po frekvenci in primerja z referenco, da se ponovno vzpostavi zaklepanje PLL.
Preprost frekvenčni sintetizator bo imel VCO, frekvenčno referenco, PLL, predskaler, delilnik in pripadajoča vezja. Na primer, za ustvarjanje sinusoidnega izhoda 10 megahercev (MHz) je krmilni vod na ravni enosmernega toka, tako da je izhod VCO 10 MHz. Izhod VCO se tudi pretvori v kvadratne valove na digitalnih ravneh za frekvenčno delitev za 10,000, da dobimo vzorec 1 kilohertz (kHz), ta pa bo doveden v fazni primerjalnik skupaj z referenčnim signalom 1 kHz. Nastala napetost enosmerne napake nadzoruje krmilni vod VCO in PLL je v tem stanju zaklenjen. S kakršno koli spremembo izhodne frekvence ali faze VCO se postopek ponovi in popravek se izvede na krmilni liniji VCO, dokler se izhod ne vrne na 10 MHz in se PLL zaklene.
Frekvenčni sintetizatorji se običajno uporabljajo v vezjih radijskih oddajnikov in sprejemnikov. V oddajnikih frekvenčni sintetizator proizvaja nosilno frekvenco, ki mora biti dovolj natančna, da izpolni zakonske zahteve glede emisij. Za sprejemnike superheterodinski sprejemnik uporablja frekvenčno mešanje lokalnega oscilatorja (LO) in dohodnega radiofrekvenčnega (RF) signala, da dobi vmesno frekvenco (IF). V sprejemniku je izhod VCO signal lokalnega oscilatorja. Treba je opozoriti, da superheterodinski sprejemnik zahteva frekvenco LO, ki je lahko signal sprejemnika plus ali minus želeni IF.