PL 멀티비트

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PL 멀티비트 또는 멀티비트 PL은 더 많은 비트를 사용하여 유니비트 PL에 비해 향상된 성능을 달성하는 PL(Phase-Locked Loop)이다. 유니비트 PL은 각 카운터의 출력 버스의 가장 중요한 비트(MSB)만 사용하여 위상을 측정하는 반면 멀티비트 PL은 더 많은 비트를 사용한다.^[1] PL은 통신에서 필수적인 요소다.

멀티비트 PL은 효율성과 성능 향상: 주파수 스펙트럼의 활용도 향상, 더 높은 서비스 품질(QoS)에서 더 많은 사용자에게 서비스하기 위한 개선, RF 송신 전력 감소, 휴대 전화 및 기타 무선 장치의 전력 소비 감소 등을 달성한다.

개념

위상 잠금 루프는 오실레이터의 위상을 제어하기 위해 입력 또는 기준 신호의 위상과 비교하기 위해 닫힌 루프를 구성하는 전자 구성 요소 또는 시스템이다. 간접 주파수 합성기는 PLL을 사용한다. 올디지털 PL에서 전압 제어 오실레이터(VCO)는 아날로그 제어 신호가 아닌 디지털 제어 신호를 사용하여 제어된다. 위상 검출기는 두 신호 사이의 위상차에 비례하는 신호를 제공한다. PLL에서는 한 신호가 기준이고, 다른 신호는 제어된 오실레이터(또는 오실레이터가 구동하는 칸막이)의 출력이다.

유니비트 위상 잠금 루프에서 위상은 가장 중요한 비트(MSB)인 기준 및 출력 카운터의 1비트만 사용하여 측정된다. 멀티비트 위상 잠금 루프에서 위상은 일반적으로 가장 중요한 비트를 포함하여 둘 이상의 기준 및 출력 카운터를 사용하여 측정된다.

유니비트 PL

유니비트 PL에서 출력 주파수는 두 카운터의 입력 주파수와 모듈로 정의된다. 각 카운터에는 가장 중요한 비트(MSB)만 사용된다. 카운터의 다른 출력 라인은 무시된다. 이것은 정보를 낭비하는 것이다.

PL 구조 및 성능

PLL에는 위상 검출기, 필터 및 오실레이터가 폐쇄 루프에 연결되어 있으므로 오실레이터 주파수는 입력 주파수를 따른다(동등). 평균 출력 주파수는 입력 주파수와 동일하지만, 오실레이터의 주파수는 그 평균 값에 대해 변동하거나 진동한다. 폐쇄 루프는 그러한 주파수 편차를 교정하기 위해 작동한다; 고성능 PLL은 이러한 변동을 더 낮은 값으로 감소시키지만, 이러한 편차는 결코 멈출 수 없다. 제어 이론을 참조하십시오. 위상 소음, 모의 방출 및 지터는 위 현상의 결과물이다.

PL 신디사이저 특성

• 현대 통신에서는 PL 주파수 신디사이저가 널리 사용되고 있다. 예를 들어, 휴대폰은 3개에서 6개의 PL을 포함할 수 있다.
• 단계 소음은 다른 가입자의 서비스 품질을 떨어뜨리기 위해 다른 가입자를 방해할 수 있다. 간섭이 서로 통하다. 소음이 감소하면 더 빠른 통신이 가능하여 보다 복잡한 변조 체계를 사용하여 기호 속도를 높일 수 있으며, 즉 샘플당 더 많은 비트를 전송할 수 있다.

주파수 안착 시간은 PLL을 다른 주파수로 홉하는 데 걸리는 시간이다. 주파수 홉핑은 GSM에서 사용되며, 여전히 현대 시스템에서는 더 많이 사용된다. CDMA에서는 주파수 홉핑이 단계 코딩보다 더 나은 성능을 달성한다.

미세 주파수 분해능은 PLL이 촘촘한 간격으로 주파수를 생성하는 능력이다. 예를 들어, 이동 통신망은 30 kHz 또는 10 kHz의 간격으로 주파수를 복수의 값 중 하나로 설정하도록 요구할 수 있다.

PL의 성능 엔벨롭은 위의 필수 성능 기준들 사이의 상호관계를 정의한다. 예를 들어 주파수 분해능을 개선하면 PLL이 느리고 위상 노이즈 등이 발생한다.

PL 멀티비트는 PL의 성능 범위를 확장하여 미세 주파수 분해능과 저상 노이즈로 보다 빠른 정착 시간을 달성할 수 있다.

유니비트의 효과

MSB에서 최하위 비트(LSB)로 진행되면 주파수가 증가한다. 이진 카운터의 경우, 각 다음 비트는 이전 비트의 두 배 주파수에 있다. 모듈로 카운터의 경우 관계가 더 복잡하다.

두 카운터의 MSB만 동일한 주파수에 있다. 한 카운터의 다른 비트는 다른 카운터의 비트와 다른 주파수를 가진다.

한 카운터의 출력에 있는 모든 비트는 디지털 버스를 나타낸다. 따라서 PL 주파수 신디사이저에는 기준 카운터를 위한 버스와 출력(또는 VCO) 카운터를 위한 버스 두 대가 있다. 단비트 PL에서는 디지털 버스 2대 중 각각 1비트(라인)만 사용한다. 나머지 정보는 모두 분실되었다.

PL 설계의 복잡성

PL 설계는 학제간 과제로서 PL의 전문가들 조차도 어렵다. 이것은 - 멀티비트 PL보다 간단한 유니비트 PL용. 설계에는 다음이 고려되어야 한다.^{[2][3][4][5][6][7]}

• [제어 이론, 폐쇄 루프 시스템.
• 무선 주파수 RF 설계 - 오실레이터, 고주파 구성 요소
• 아날로그 회로 - 루프 필터
• 디지털 회로 - 카운터, 위상 측정
• RFI/EMI, 실드, 접지
• 전자 구성 요소 및 회로의 소음 및 위상 소음 통계

멀티비트 PL

작동 원리

위의 PLL은 두 개의 카운터에 있는 비트를 더 많이 사용한다. 다른 최종 값으로 계산되는 두 디지털 버스에서 서로 다른 주파수의 신호를 비교하는 것은 어려운 문제가 있다.

추가 가용 정보를 고려하여 카운터의 더 빠른 비트를 사용함으로써 성능 향상이 가능하다.

PLL의 작동은 카운터의 오버플로로 인해 더욱 중단된다. 이 효과는 멀티비트 PL에만 관련된다. Unibit PL의 경우, 1비트 신호 MSB만 존재하므로 오버플로는 불가능하다.

실행

멀티비트 PLs의 추가 자유도를 통해 각 PLL을 특정 요건에 맞게 조정할 수 있다. 이는 프로그램 가능한 논리 소자(PLD)로 효과적으로 구현될 수 있다(예:^[7] Altera Corporation이 제조한 논리 소자). Altera는 디지털 컴포넌트와 컴포넌트 사용 및 프로그래밍을 위한 고급 설계 도구를 모두 제공한다.

초기 멀티비트 PL은 스마트 구현에서 루프를 닫기 위해 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 DSP를 사용했다.^{[8][9][10][11][12][13][14]}

혜택들

멀티비트 PL은 낮은 위상 노이즈와 낮은 전력 소비와 함께 미세한 주파수 분해능과 빠른 주파수 홉을 제공한다. 따라서 PL의 전반적인 성능 범위를 강화한다.

루프 대역폭은 위상 노이즈 성능 및/또는 주파수 안착 속도에 최적화될 수 있으며 주파수 분해능에 따라 덜 의존한다.

PL 성능을 개선하면 주파수 스펙트럼을 더 잘 활용할 수 있고 전송 전력을 줄일 수 있다. 그리고 실제로 PL의 성능은 지속적으로 향상되고 있다.^[1]

참조