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＜PLL(その1)＞

2008年11月10日 15:31 dclueblog | 個別ページ | コメント(0)

秋が深まり、紅葉がきれいな季節になりました。
樹木はこの季節になると、冬を乗り切るため葉っぱに供給していた養分をカットします。養分をカットされて光合成が出来なくなり、緑色のクロロフィルが作れなくなってしまった葉っぱが、元々持っていた色に戻るのが紅葉なのだそうです。きれいな紅葉は葉っぱの断末魔の叫びなのだと思うとちょっとかわいそうな気がします。

私は毎年秋が深まる頃、”グキッ“ってしていなくても腰が痛くなります。むかしの古傷(ぎっくり腰ですが・・・)痛むのです。
田舎の家には“ぶら下がり健康器”ってものがあって、やはり腰痛持ちの母がぶら下がっていたのを思い出し、我が家にも欲しいなと思っていますが、洗濯物も干せる梅雨時以外はちょっと邪魔かもしれません。

今回は「PLL（その１）」です。

PLLはPhase Locked Loopの略なので、位相がロック(つまり固定した)ループなのです。あらゆる電子器機や機械などPLLを使わない物は無いと言って良いくらい使われています。その基本的な仕組みを何回かに分けて紹介したいと思います。

ループって名前がついていることから、PLLはネガティブフィードバックループ（負帰還）の回路方式です。
Phase,つまり位相を固定（Lock）するためのフィードバック回路です。

普通の負帰還回路と何が違うのかというと、扱う対象が“位相”という時間軸のパラメータを扱うことです。
電圧や電流をある基準に合わせる事は想像しやすいですが、位相をある“基準の位相”に合わせる事は想像するのが難しいのではないかと思います。位相や周波数を分かりやすい電圧に置き換えてPLLを説明してみたいと思います。

PLLは、位相比較器、フィルタ＋チャージポンプ、電圧(または電流)制御発信器、分周器の4つの要素で作る事ができます。
（チャージポンプや分周器はPLLの性能や機能を高めるための回路で、PLLに必須の回路ではありません。）

要素間の接続は上の図のようなのですが、問題なのはその扱う信号(情報)が全て電圧(もしくは電流)ではない事です。
電圧制御発振器から出てくる重要な情報は周波数だし、位相比較器は二つの信号の周波数や位相を比較して電圧に変換します。これらの種類が異なる情報を扱う上で重要なポイントは、“位相は周波数の時間積分”という基本的な法則をどう考えるかです。“位相は周波数の時間積分”とは・・・「１Ｈz周波数がずれた2つの信号の出力は、1秒後に1周期ずれ、2秒後には2周期、3秒後には・・・と時間と共にドンドンずれる」・・・ということなのですが、当たり前すぎてピンとこないと思います。

位相比較器が行っている事を周波数や位相を電圧に置き換えて考えてみます。
例えば、1MHz＝1V、１周期(360°)＝１Vと定義します。
1MHz周波数がずれている2つの信号間には1usec後に1周期分のずれが出る事になります。
つまり、“1Vずれた信号を入れた回路の出力が1usec後に1Vになるような回路”にすれば、位相比較が出来る事になります。
電子回路で上の回路は電流源とコンデンサで意外と簡単に作れます。