본문내용
1. 위상 제어 루프(PLL)
1.1. 위상 제어 루프의 개요
위상 제어 루프(Phase Locked Loop, PLL)란 출력신호의 위상을 입력 신호의 위상에 고정시켜 두 신호의 주파수를 동일하게 만드는 피드백 제어 회로이다. 즉, PLL은 입력신호와 출력신호의 위상을 동기화하여 주파수를 일치시키는 역할을 한다.
PLL은 주파수가 불안정한 입력신호의 주파수를 안정화시킬 수 있으며, 입력신호의 주파수 변화에 따라 출력 주파수를 가변할 수 있다. 이러한 특성 때문에 PLL은 컴퓨터, 통신, 오디오, 비디오 등 다양한 분야에서 활용된다.
예를 들어 PLL은 무선통신 시스템의 반송파 주파수 발생기, 데이터 통신의 클록 복원 회로, FM 라디오/TV 수신기의 국부 발진기 등에 사용된다. 또한 전자 악기, 위성통신, 전자 측정 장비 등 다양한 분야에서도 적용된다.
PLL의 동작 원리는 다음과 같다. PLL은 위상 검출기, 루프 필터, 전압 제어 발진기(VCO)로 구성된다. 입력 신호와 VCO 출력 신호의 위상을 비교하는 위상 검출기에서 두 신호간의 위상차를 검출한다. 이 위상차에 비례하는 전압이 루프 필터를 통해 VCO의 제어 전압이 되며, VCO의 출력 주파수가 변동된다. 이 과정이 반복되면서 결국 입력 신호와 VCO 출력 신호의 주파수와 위상이 동기화된다.
1.2. 위상 제어 루프의 원리
위상 제어 루프의 원리는 다음과 같다.
전압제어 발진기(VCO)의 출력 신호와 기준 신호가 위상 검출기(Phase Detector)를 통과하면 두 신호의 위상차에 해당하는 파형이 루프 필터(Loop Filter)에 인가된다. 루프 필터는 저역통과 필터(LPF) 특성을 가지므로 위상 검출기의 저주파 성분인 평균 전압만을 출력으로 내보내게 된다. 이 평균 전압이 VCO의 입력으로 들어가 피드백 루프를 구성하게 된다.
만약 VCO의 출력 주파수와 기준 신호의 주파수가 다르다면, 두 신호 사이의 위상차로 인해 위상 검출기의 출력 파형은 계속 변하게 된다. 그에 따라 루프 필터를 통과한 평균 전압도 지속적으로 변화하게 된다. 이러한 동작은 VCO의 출력 주파수와 기준 신호의 주파수가 동일해질 때까지 반복된다.
두 주파수가 동일해지면 위상 검출기의 출력 파형이 일정한 형태를 유지하게 되고,...