最近几十年来电子信息技术飞速发展,应用领域不断扩展。信号源被称为电子系统的心脏,在某种程度上影响着甚至决定着整个电子系统的性能。如何研制出低成本、高性能、高可靠性、控制灵活的信号源已成为一个热点课题,也正是频率合成技术所要解决的课题。频率合成器是实现频率合成的具体设备,它的实现方式直接影响决定着信号源的性能和成本,故其实现方式一直给设计者提出新挑战并得到新变革。近些年来迅速发展的锁相频率合成技术,以其自身性能优势,已经成为频率合成的主要设计方式之一。本论文研究了锁相频率合成器的基本结构,介绍了各个组成模块的基本特点,在此基础上,介绍了小数分频频率合成器的实现方法和Sigma-delta调制器的基本结构。通过对Sigma-delta调制器的分析,为了进一步降低相位噪声,优化了关键电路设计,并尝试了模拟相位内插技术的优化组合。本文主要工作分为两部分：第一部分是以中电集团四十一所的原有小数环为分析基础,通过对其关键电路的分析,提出了改进方案。第二部分是就其关键电路提出的改进方案。对于改进电路的设计主要集中在两个方面：第一是在鉴频鉴相器上,去掉了原来鉴频鉴相器延时电路加入了一个反向器,鉴相参考信号直接反向接入输出端,这样做的好处是能在一个鉴相周期内保证充放电平衡。第二是在补偿电路的设计方面,方案是采取的模拟相位内插法(API),根据小数分频累加器余量正比于尾数调制输出原理,通过选取合适的D/A转换把余量信号叠加到鉴相器输出端,用来抵消尾数调制输出。通过这一系列的工作能把噪声降下来,经过测试基本达到了要求,提高了环路频谱纯度和小数分频器性能。