다음 블록도를 갖는 위상동기회로(PLL)에 대한 설명으로 옳은 것은?
2021년 국가직 9급 전자공학개론 10번
2021년도 시행 • 10번 문항
💡 정답 및 상세 해설 확인하기
정답: 4번
■ 1단계: PLL(Phase-Locked Loop) 기본 구성 및 주파수 동기화 원리
• PLL의 기본 루프 구성:
- 기준 신호원(수정 발진기, $f_R$), 위상비교기(Phase Detector), 저역통과필터(LPF), 전압제어발진기(VCO, $f_o$), 그리고 주파수 분주기($1/N$)로 구성됩니다.
• 위상 동기화(Lock) 상태:
- 루프가 동기화되면 위상비교기로 입력되는 두 신호(기준 주파수 $f_R$과 분주기 출력 주파수 $\frac{f_o}{N}$)가 일치하게 됩니다:
$$f_R = \frac{f_o}{N} \implies f_o = N f_R$$
- 따라서 출력 주파수 $f_o$는 기준 주파수 $f_R$의 $N$배로 체배되므로, 두 주파수가 동일하다는 ①번 설명은 옳지 않습니다.
■ 2단계: 각 블록별 기능 검증 (보기 ②, ③ 판별)
• 주파수 분주기($1/N$ Divider):
- 주파수 $f_o$를 $N$으로 나누어 낮은 주파수($\frac{f_o}{N}$)로 변환하여 출력합니다. 주파수를 $N f_o$로 높인다는 ②번 설명은 옳지 않습니다.
• 위상비교기(Phase Comparator / Phase Detector):
- 두 입력 신호 사이의 '위상차(Phase Error)'에 비례하는 오차 전압(또는 펄스)을 생성하여 출력합니다. 두 신호의 크기와 위상이 같을 때만 신호를 출력한다는 ③번 설명은 옳지 않습니다.
■ 3단계: VCO 동작 및 위상 잡음 특성 (보기 ④ 판별)
• 전압제어발진기(VCO):
- 위상비교기 출력의 고주파 성분을 제거한 LPF의 직류 제어 전압 크기에 따라 출력 발진주파수 $f_o$가 결정·제어됩니다.
- 발진기의 위상잡음(Phase Noise)이 작을수록 시간 영역에서의 지터(Jitter)가 줄어들어 훨씬 안정적인 발진주파수를 얻을 수 있습니다. (④번 옳은 설명)
■ 최종 결과:
• 옳은 설명은 ④번
• PLL의 기본 루프 구성:
- 기준 신호원(수정 발진기, $f_R$), 위상비교기(Phase Detector), 저역통과필터(LPF), 전압제어발진기(VCO, $f_o$), 그리고 주파수 분주기($1/N$)로 구성됩니다.
• 위상 동기화(Lock) 상태:
- 루프가 동기화되면 위상비교기로 입력되는 두 신호(기준 주파수 $f_R$과 분주기 출력 주파수 $\frac{f_o}{N}$)가 일치하게 됩니다:
$$f_R = \frac{f_o}{N} \implies f_o = N f_R$$
- 따라서 출력 주파수 $f_o$는 기준 주파수 $f_R$의 $N$배로 체배되므로, 두 주파수가 동일하다는 ①번 설명은 옳지 않습니다.
■ 2단계: 각 블록별 기능 검증 (보기 ②, ③ 판별)
• 주파수 분주기($1/N$ Divider):
- 주파수 $f_o$를 $N$으로 나누어 낮은 주파수($\frac{f_o}{N}$)로 변환하여 출력합니다. 주파수를 $N f_o$로 높인다는 ②번 설명은 옳지 않습니다.
• 위상비교기(Phase Comparator / Phase Detector):
- 두 입력 신호 사이의 '위상차(Phase Error)'에 비례하는 오차 전압(또는 펄스)을 생성하여 출력합니다. 두 신호의 크기와 위상이 같을 때만 신호를 출력한다는 ③번 설명은 옳지 않습니다.
■ 3단계: VCO 동작 및 위상 잡음 특성 (보기 ④ 판별)
• 전압제어발진기(VCO):
- 위상비교기 출력의 고주파 성분을 제거한 LPF의 직류 제어 전압 크기에 따라 출력 발진주파수 $f_o$가 결정·제어됩니다.
- 발진기의 위상잡음(Phase Noise)이 작을수록 시간 영역에서의 지터(Jitter)가 줄어들어 훨씬 안정적인 발진주파수를 얻을 수 있습니다. (④번 옳은 설명)
■ 최종 결과:
• 옳은 설명은 ④번