개요
디지털 위상 고정 루프(PLL)는 Moku 장치에서 데드 타임 없이 입력 신호의 위상을 지속적으로 추적하는 데 사용되는 강력한 기술입니다. 이 기술은 Moku의 락인 증폭기 및 레이저 락 박스에서 위상 고정 복조 신호를 생성하고 위상계에서 신호의 실시간 위상, 진동수 및 진폭을 측정하는 데 사용됩니다. Moku PLL의 자세한 작동 원리는 애플리케이션 노트에서 확인할 수 있습니다.
Moku의 디지털 PLL 기능은 릴리스 2.5 소프트웨어 업데이트에서 더욱 향상되었습니다. Moku는 이제 입력 신호와 동일한 진동수뿐만 아니라 입력 신호 진동수의 배수 또는 분할에서도 위상 고정 사인파를 생성할 수 있습니다. 이 백서에서는 이 기능을 사용할 수 있는 몇 가지 사용 사례를 보여줍니다.
그림 1: Moku PLL의 단순화된 제품 구성도. 진동수 승수 및 분배기 기능은 Moku의 전압 제어 발진기에서 라우팅됩니다.
락인 증폭기를 위한 고조파 복조
PLL은 외부 기준에 고정하고 이중 위상 복조를 위한 기준을 생성하는 데 사용되는 Moku 락인 증폭기의 필수 구성 요소입니다. 새로운 진동수 멀티플라이어 및 디바이더 기능을 통해 락인 증폭기는 이제 외부 기준의 하나 이상의 고조파 또는 진동수 분할에서 입력 신호를 동시에 복조할 수 있습니다.
이를 시연하기 위해 그림 2(a)와 같이 Moku:Pro에 다중 기구 모드로 두 개의 락인 증폭기를 배치했습니다. 그림 2(b)에 표시된 것처럼 첫 번째 락인 증폭기는 기준 신호의 기본 주파수에서 복조하도록 설정되었고, 두 번째 락인 증폭기는 기준 신호의 두 번째 고조파에서 복조하도록 설정되었습니다. 측정된 진폭(R)은 비교를 위해 오실로스코프에 전달되었습니다. Moku:Lab은 Moku:Pro의 입력 １에 연결된 관심 신호로, １０MHz 구형파 신호를 생성하는 데 사용되었습니다. 동시에, Moku:Pro의 입력 ２에 연결된 참조 신호로는 １０MHz 사인파를 생성했습니다.
그림 2: (a) 다중 고조파 복조를 시연하기 위한 다중 계측기 모드 설정. (b) 두 번째 고조파에서 복조할 두 번째 잠금 증폭기에 대한 PLL 설정.
듀티 사이클이 50%인 구형파는 홀수 고조파로만 구성됩니다. 따라서 그림 3a에서 첫 번째 Lock-in 증폭기는 기본 주파수(빨간색 선)에서 강한 전력을 측정한 반면, 두 번째 Lock-in Amplifier는 두 번째 고조파(파란색 선)에서는 거의 전력을 감지하지 못했습니다. 그러나 듀티 사이클이 증가하면 3차 고조파도 증가하기 시작합니다. 이는 그림 ３b에서 볼 수 있는데, 듀티 사이클이 증가하면 이차 고조파의 전력이 증가하고 이에 따라 기본 고조파의 전력이 감소합니다.
그림 3: (a) 50% 듀티 사이클에서 ２개의 락인 증폭기에 의해 기본 진동수(빨간색)와 ２차 고조파(파란색)에서 측정된 진폭. (b) 듀티 사이클이 증가함에 따라 두 번째 고조파에서 측정된 진폭이 증가했습니다.
위상 고정 신호 생성
이제 기준 신호의 고조파 및 부고조파를 쉽게 생성할 수 있습니다. 위상계를 사용하면 입력 신호의 기본 주파수를 고정하고 250x 정밀도로 이 기본 주파수의 최대 0.125x 배수로 위상 고정 사인파를 생성하거나 0.125x로 나눌 수 있습니다. 이는 특정 고조파에서 헤테로다인 감지를 위한 로컬 오실레이터 신호를 생성하거나 여러 클록 도메인 간의 위상 동기화를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
이 기능을 시연하기 위해 위상계를 사용하여 진동수 변조 신호에 위상을 고정한 다음 반송파 진동수의 64배에서 위상 고정 신호를 생성하겠습니다. 다중 기구 모드 설정은 그림 4a에 나와 있습니다. 파형 발생기는 슬롯 1에 배치되어 원래 FM 신호(변조 깊이가 1kHz이고 변조 속도가 1mHz인 100MHz 중심 진동수)를 생성합니다. 슬롯 2의 위상 계측기는 원래 FM 신호에 위상 고정되어 있으며 진동수의 64배에서 위상 고정 신호를 출력합니다. 신호 모니터링 및 비교를 위해 오실로스코프가 슬롯 3에 배치되었습니다.
그림 4: (a) 위상 계측기 진동수 멀티플라이어를 통해 위상 고정 신호를 생성하기 위한 다중 기구 모드 구성. (b) 슬롯 2의 위상 계측기 설정.
그림 5는 원래 FM 신호와 진동수가 곱해진 신호를 비교한 것입니다. 채널 A는 1MHz의 파형 발생기 신호를 표시하고 채널 B는 64MHz의 신호를 표시합니다. 위상계가 FM 신호의 중앙 진동수에 고정되도록 설정되었으므로 중앙 진동수만 64x로 증폭되어 100mHz 변조 진동수를 유지했습니다.
그림 5: 오실로스코프가 측정한 신호. 여기서 빨간색 선은 1MHz의 원래 FM 신호를 나타내고 파란색 선은 64MHz의 위상 고정 FM 신호를 나타냅니다. 두 신호는 위상 고정되어 있으므로 동일한 진동수 변조를 나타냅니다.
결론
Moku의 PLL에 진동수 멀티플라이어와 디바이더를 추가하면 Moku 락인 증폭기, 레이저 락 상자 및 위상 계측기가 더욱 향상되었습니다. 이 기능은 입력 진동수의 최대 250배 또는 최저 0.125배에서 신호를 감지하고 출력하는 기능을 락 해제합니다. 이제 측파대 또는 더 높은 고조파에 대한 레이저 락과 같은 광범위한 실시간 폐쇄 루프 제어 애플리케이션에서 Moku를 사용할 수 있습니다. 지금 Moku 앱을 업데이트하여 최신 기능에 액세스하십시오.
