[임베디드] PLL이란?

PLL이란 Phase Locked Loop의 약자로 위상고정 루프라는 의미입니다.

PLL은 임베디드 시스템 분야에서 RF등을 프로그램할 때 많이 접하게 되는 개념이지만

RF분야뿐 아니라 여러 가지 면에서 응용이 가능합니다.

 

먼저 디지털 클럭을 이용하는 디지털 신호 전송은 들어오는 신호가 0인지 1인지

명확히 구분하려면 적어도 1과 0을 판별하는 범위가 정의되어야 합니다.

이 말은 클럭의 신호가 시작하고 끝나는 시점을 정확히 알아야 한다는 의미입니다.

 

하지만 유선 또는 무선으로 신호를 보내게 되면 신호의 경로에 따라서 신호 지연이

발생하게 되고 위상이 변하기 때문에 수신 측에서 보기에는 어느 시점을 시작과 끝으로

0과 1을 판단해야 하는지 애매한 상황이 되어버립니다.

 

이러한 상황에서 클럭의 시작과 끝을 정확히 맞추어주는 동기화가 필요합니다.

즉 신호가 어떻게 들어오든 특정 위상점에서 들어오는 것처럼 고정하는 것입니다.

 

이렇게 위상을 고정하는 것 흔들리지 않는 신호를 만들어주는 회로가 PLL입니다.

이 회로는 디지털 분야뿐만 아니라 아날로그 시스템에서도 많이 사용되는 방법입니다.

 

이러한 PLL은 위상을 고정하여 주파수가 흔들리는 것을 잡아주는 게 주목적이긴 하지만

주파수 튜닝의 역할도 가능합니다.

PLL을 조절하여 디지털 클럭을 임의의 위상에 맞출 수 있듯이 특정 신호를 가변 하여

출력 주파수를 원하는 주파수로 가변 시켜서 사용합니다.

 

 

주파수 고정

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주파수는 외부의 영향에 많이 받기 때문에 온도 등이 변화할 때

주파수 신호가 흔들흔들 노이즈가 발생합니다.

 

예를 들어서 다음과 같이 입력 전압에 따른 출력 주파수가 있다고 가정하면

900 MHz의 주파수를 얻기 위해 3v를 입력 전압으로 사용 중입니다.

하지만 외부의 온도가 급격히 변해서 출력 주파수가 950 MHz로 변하여 출력되었습니다.

이럴 때에 900 MHz의 출력 주파수를 얻기 위해서는 어떻게 해야 할까요.

 

출력 주파수는 입력 전압 1v당 50 MHz가 변동하기 때문에 현재 3v 출력을 2v로 낮춰주면

원하는 900 MHz의 주파수를 얻을 수 있게 됩니다.

이렇게 출력 주파수를 계속적으로 피드백하여 입력 전압을 조절하여 원하는 출력을 만들어주는

바로 이러한 일을 해주는 것이 PLL 회로입니다.

 

회로상 비교기는 P/D라고 불리며 Phase Detector의 약자로 두 개의 주파수 신호를 입력받아서

두 개의 주파수 위상차가 있는지를 비교해주는 일을 합니다.

 

만약 두개의 주파수가 동일하다면 P/D 는 할 일이 없지만 어느 한쪽 신호가 다르다면

P/D는 그 차이에 해당하는 특정한 클럭을 생성하여 주파수를 맞추어 줍니다.

 

하지만 출력 주파수는 입력 전압의 영향을 받게 되어있으므로 위 회로에서

한 가지의 구성이 더 필요합니다.

비교기와 입력 전압 사이에 변환기를 넣어 비교기에 의해 변환된 펄스 신호를

아날로그 전압 신호로 변환하여 입력 신호를 조절합니다.

 

즉 정리하면 출력 주파수가 어떠한 영향을 받아 차이가 발생하면 그 차이에 해당하는 펄스 값을

조절하여 보정 가능한 전압 출력으로 변환하고, 입력 전압이 변화하여 출력 주파수를

원하는 값으로 출력합니다.

 

다음 포스팅에서는 주파수 가변에 대해 다루어보겠습니다.