[예비보고서]중앙대학교 아날로그및디지털회로설계실습 위상 제어 루프(PLL)

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문서 내 토픽

• 1. 위상 제어 루프(PLL)

  위상 제어루프(PLL)는 전압제어 발진기의 출력 위상을 입력 신호의 위상과 비교하여 입출력의 위상 차이를 이용하여 전압제어 발진기를 제어하는 피드백 시스템이라고 할 수 있습니다. PLL의 경우 위상 검출기, 루프 필터, 가변 발진기 이 3가지로 구성되어 있으며, 통신 분야에서 폭 넓게 사용됩니다.

• 2. 위상 검출기

  XOR를 이용한 위상 검출기의 경우 V1과 V2의 위상 차이가 변화에 따른 Vout전압의 평균값 특성은 이론부와 같이 주기적인 파형의 주기를 갖습니다. XOR를 이용한 위상 검출기는 대부분 위상차이가 0~2π가 변할 때 사용되므로 이득을 갖습니다.

• 3. VCO(전압제어 발진기)

  Vc = 2.5 V에서 주기는 67 us 정도로 frequency는 약 15 kHz로 계산되었습니다. 따라서 Gain은 6 kHz/V 입니다.

• 4. Loop Filter

  Cutoff frequency가 낮은 경우 낮은 frequency만 통과시키기 때문에 전압이 느리게 변하는 성분이라 Vc성분이 느리고 VCO도 느릴 것입니다. 반대로 cutoff frequency가 높은 경우 Vc성분이 빠르고 VCO도 빠를 것입니다.

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• 1. 주제2: 위상 검출기

  위상 검출기는 PLL의 핵심 구성 요소 중 하나로, 입력 신호와 기준 신호의 위상 차이를 검출하여 오차 신호를 생성합니다. 위상 검출기의 성능은 PLL의 전반적인 성능을 좌우하므로 매우 중요합니다. 대표적인 위상 검출기 회로로는 XOR 게이트 기반 위상 검출기, 샘플-홀드 위상 검출기, 디지털 위상 검출기 등이 있습니다. 각 방식은 특성과 장단점이 있어 응용 분야에 따라 적절한 위상 검출기를 선택해야 합니다. 위상 검출기 설계 시 고려해야 할 사항으로는 선형성, 감도, 잡음 특성, 동작 속도 등이 있습니다. 최근에는 디지털 신호 처리 기술의 발전으로 디지털 위상 검출기가 주목받고 있습니다. 향후 위상 검출기 기술은 더욱 고성능화되어 다양한 전자 시스템에 활용될 것으로 기대됩니다.

• 2. 주제4: Loop Filter

  루프 필터는 PLL의 핵심 구성 요소 중 하나로, 위상 검출기에서 출력된 오차 신호를 필터링하여 VCO의 제어 전압을 생성합니다. 루프 필터의 설계는 PLL의 안정성, 응답 속도, 잡음 특성 등에 큰 영향을 미치므로 매우 중요합니다. 루프 필터는 일반적으로 저역 통과 필터 형태로 구현되며, 1차 또는 2차 필터 구조를 사용합니다. 필터 차수, 차단 주파수, 감쇠 계수 등의 파라미터 설계가 중요합니다. 최근에는 능동 필터, 스위치드 커패시터 필터 등 다양한 형태의 루프 필터 회로가 개발되고 있습니다. 또한 디지털 신호 처리 기술의 발전으로 디지털 루프 필터 구현도 가능해졌습니다. 향후 루프 필터 기술은 더욱 고성능화되어 다양한 PLL 응용 분야에 활용될 것으로 기대됩니다.