概要
デジタル フェーズ ロック ループ (PLL) は、デッド タイムなしで入力信号の位相を継続的に追跡するために Moku デバイスで使用される強力な技術です。この技術は、Moku のロックイン アンプとレーザー ロック ボックスで位相ロック復調信号を生成するために使用され、位相計で信号の位相、周波数、振幅をリアルタイムで測定するために使用されます。 Moku の PLL の詳細な動作原理については、こちらのアプリケーションノートを参照してください。
Moku のデジタル PLL 機能は、リリース 2.5 ソフトウェア アップデートでさらに強化され、入力信号と同じ周波数だけでなく、入力信号周波数の倍数または分周でも位相ロック正弦波を生成できるようになりました。このホワイトペーパーでは、この機能によって実現できるいくつかの使用例を示します。
図 1: Moku の PLL の簡略化されたブロック図。周波数乗算器と分周器の機能は、Mokuの電圧制御発振器からルーティングされている。
ロックインアンプの高調波復調
PLL は Moku のロックインアンプの重要なコンポーネントであり、外部リファレンスにロックし、デュアルフェーズ復調用のリファレンスを生成するために使用されます。新しい周波数逓倍器および分周器機能により、ロックイン アンプは外部リファレンスの１つ以上の高調波または分周で入力信号を同時に復調できるようになりました。
これを実証するために、図２(a) に示すように、２つのロックイン アンプが Moku:Pro のマルチ機器モードで導入されました。図２(b) に示すように、最初のロックイン アンプは基準信号の基本周波数で復調するように設定され、２ 番目のロックイン アンプは基準信号の２次高調波で復調するように設定されました。測定された振幅 (R) は比較のためにオシロスコープに送られました。 Moku:Lab を使用して、目的の信号として１０ MHz 方形波を生成し、Moku:Pro の入力１に接続しました。 １０ MHz の正弦波も基準信号として生成され、Moku:Pro の入力２に接続されます。
図２: (a) マルチ高調波復調をデモンストレーションするためのマルチ機器モードのセットアップ。 (b) ２ 番目のロックイン アンプが ２次高調波で復調するための PLL 設定。
デューティサイクル ５０% の方形波は、奇数次の高調波のみで構成されます。したがって、図３a では、最初のロックインアンプは基本周波数 (赤いトレース) で強いパワーを測定しましたが、２番目のロックイン アンプは ２次高調波 (青いトレース) ではほとんどパワーを検出しませんでした。ただし、デューティサイクルが増加すると、第２高調波も増加し始めます。これは図３b で観察されており、デューティサイクルの増加により２次高調波の電力が増加し、それに対応して基本波の電力が減少しています。
図３: (a) ５０% デューティ サイクルでの２ つのロックイン アンプによる基本周波数 (赤) と ２次高調波 (青) での振幅の測定。 (b) 第２高調波で測定された振幅は、デューティサイクルの増加とともに増加した。
位相ロック信号の生成
基準信号の高調波と低調波を簡単に生成できるようになりました。フェーズメーターを使用すると、入力信号の基本周波数にロックし、この基本周波数の最大 ２５０ 倍の位相ロック正弦波を ０.１２５ 倍の精度で生成したり、０.１２５ 倍まで分割したりできます。これを使用して、特定の高調波でのヘテロダイン検出用の局部発振器信号を生成したり、複数のクロックドメイン間の位相同期を作成したりできます。
この機能を実証するために、位相計を使用して周波数変調信号に位相ロックし、搬送周波数の６４倍で位相ロック信号を生成します。マルチ機器モードのセットアップを図４a に示します。波形ジェネレータはスロット １ に配置され、元の FM 信号 (中心周波数１ MHz、変調深さ１ kHz、変調レート１００ mHz) を生成します。スロット２の位相計は元の FM 信号に位相ロックされ、６４倍の周波数で位相ロック信号を出力します。信号のモニタリングと比較のために、オシロスコープがスロット３に配置されました。
図 ４: (a) 位相計周波数逓倍器を使用して位相ロック信号を生成するためのマルチ機器モード構成。 (b) スロット２の位相計の設定。
図５は、元の FM 信号と周波数逓倍信号の比較を示しています。チャンネル A は１ MHz の波形発生器からの信号を示し、チャンネル B は ６４ MHz です。位相計は FM 信号の中心周波数にロックオンするように設定されていたため、中心周波数のみが６４倍になり、１００ mHz の変調周波数が維持されました。
図５: オシロスコープで測定された信号。赤いトレースは１ MHz の元の FM 信号を示し、青のトレースは ６４ MHz の位相ロックされた FM 信号を示す。 ２つの信号は位相ロックされているため、同じ周波数変調を示している。
まとめ
Moku の PLL に周波数逓倍器と分周器を追加することで、Moku ロックインアンプ、レーザーロックボックス、位相計がさらに強化されました。この機能により、入力周波数の最大２５０倍/最小０.１２５倍の信号を検出して出力する機能がご利用いただけ、側波帯や高調波へのレーザーロックなど、より幅広いリアルタイム閉ループ制御アプリケーションで Moku を使用できるようになりました。今すぐ Moku アプリを更新して、最新の機能をご利用ください。
