KR102320499B1 - Phase locked loop apparatus and method with lock-in amplifier - Google Patents

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숭실대학교산학협력단
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    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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    • H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
    • H—ELECTRICITY
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Abstract

기준 전압을 생성하는 전압 제어 발진기; 상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 위상 정보를 추출하는 록인 증폭기; 및 상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 루프 필터를 포함하는, 위상 고정 루프 장치를 제공한다.a voltage controlled oscillator for generating a reference voltage; a lock-in amplifier that compares the reference voltage with an input voltage input from the outside, removes an AC component, and extracts phase information; and a loop filter that removes noise from the phase information and generates an output voltage that follows the input voltage in a leading or trailing manner according to the phase information.

Description

록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법{PHASE LOCKED LOOP APPARATUS AND METHOD WITH LOCK-IN AMPLIFIER}PHASE LOCKED LOOP APPARATUS AND METHOD WITH LOCK-IN AMPLIFIER

본 발명은 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 록인 증폭기를 이용하여 고조파 및 DC오프셋의 영향 없이 입력신호의 위상을 정확하게 추출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase-locked loop apparatus and method having a lock-in amplifier, and more particularly, to an apparatus and method for accurately extracting the phase of an input signal without the influence of harmonics and DC offset using the lock-in amplifier. will be.

현대에는 비선형 부하 또는 그리드 연결 인버터(GCI: Grid Connected Inverter)의 이용이 증가하여, 그리드로부터 발생하는 고조파도 증가하고 있다.In modern times, the use of non-linear loads or Grid Connected Inverters (GCIs) is increasing, so harmonics generated from the grid are also increasing.

그리드로부터 발생하는 고조파는 장비 및 도체의 발열, 여러 속도로 운행하는 동안 발생하는 점화, 모터 토크의 맥동 및 그리드 연결 인버터의 비동기화 등의 문제를 야기할 수 있다.Harmonics from the grid can cause problems such as heating equipment and conductors, ignition while running at different speeds, pulsation of motor torque and desynchronization of grid-connected inverters.

이와 관련하여, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 519 및 IEEE P1547 등의 고조파 표준은 그리드 연결 인버터가 고조파, 위상, 주파수 변화 등에 있어서, 정의된 수준의 품질을 달성할 것을 주장하고 있다.In this regard, harmonic standards such as Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 519 and IEEE P1547 assert that grid-connected inverters achieve a defined level of quality in terms of harmonics, phase, frequency variation, etc.

이에 따라, 그리드에 순수한 유효 전력을 공급하기 위해, 그리드와 그리드 연결 인버터 간의 동기화가 필수적이며, 이를 위해, DC 오프셋 등으로 인한 불안정한 그리드에서 입력 전압 또는 입력 전류로부터 안정적인 위상각을 검출할 수 있는 위상 고정 루프(PLL: Phase Locked Loop)가 요구되는 실정이다.Accordingly, in order to supply pure active power to the grid, synchronization between the grid and the grid-connected inverter is essential. To this end, a phase capable of detecting a stable phase angle from an input voltage or input current in an unstable grid due to DC offset, etc. A phase locked loop (PLL) is required.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 록인 증폭기를 이용하여 고조파 및 DC오프셋의 영향 없이 입력신호의 위상을 정확하게 추출할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus and method capable of accurately extracting the phase of an input signal without the influence of harmonics and DC offset using a lock-in amplifier.

본 발명의 일측면은, 기준 전압을 생성하는 전압 제어 발진기; 상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 록인 증폭기; 및 상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 루프 필터를 포함할 수 있다.One aspect of the present invention provides a voltage-controlled oscillator for generating a reference voltage; a lock-in amplifier that compares the reference voltage with an input voltage input from the outside, removes an AC component, and extracts phase information expressed as a phase difference between the reference voltage and the input voltage; and a loop filter that removes noise from the phase information and generates an output voltage that follows the input voltage in a leading or trailing manner according to the phase information.

또한, 상기 록인 증폭기는, 상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 변조부; 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 필터부; 및 상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 연산부를 더 포함할 수 있다.The lock-in amplifier may include: a modulator configured to receive the input voltage and generate at least one of a first modulated signal and a second modulated signal that modulates the input voltage according to the reference voltage; a filter unit configured to remove an AC component from at least one of the first modulated signal and the second modulated signal to generate at least one of the first DC signal and the second DC signal; and a calculator configured to calculate the phase information from at least one of the first DC signal and the second DC signal.

또한, 상기 변조부는, 상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류할 수 있다.Also, the modulator may apply the reference frequency information of the reference voltage to the input voltage to classify the voltage into at least one of a DC input voltage and an AC input voltage.

또한, 상기 변조부는, 상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성할 수 있다.In addition, the modulator is configured to generate modulation frequency information according to at least one of a sum or difference between the input frequency information appearing in the input voltage and the reference frequency information appearing in the reference voltage, and generate modulation frequency information according to the modulation frequency information. At least one modulated signal of the first modulated signal and the second modulated signal may be generated.

또한, 상기 필터부는, 25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 상기 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 상기 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.In addition, the filter unit compares the cutoff frequency band represented by 25Hz with modulation frequency information represented in at least one of the first modulated signal and the second modulated signal, and the modulation represented by a frequency band larger than the cutoff frequency band. The alternating component of the signal can be removed.

본 발명의 다른 일측면은, 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 방법에 있어서, 기준 전압을 생성하는 단계; 상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하고, 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 단계; 및 상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.Another aspect of the present invention provides a phase locked loop method having a lock-in amplifier, the method comprising: generating a reference voltage; comparing the reference voltage with an input voltage input from the outside, removing an AC component, and extracting phase information represented by a phase difference between the reference voltage and the input voltage; and removing noise from the phase information and generating an output voltage that follows the input voltage in a way that leads or lags the input voltage according to the phase information.

또한, 상기 위상 정보를 추출하는 단계는, 상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 단계; 및 상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The extracting of the phase information may include: receiving the input voltage and generating at least one of a first modulated signal and a second modulated signal for modulating the input voltage according to the reference voltage; generating at least one of a first DC signal and a second DC signal by removing an AC component from at least one of the first modulated signal and the second modulated signal; and calculating the phase information from at least one of the first DC signal and the second DC signal.

또한, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는, 상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류할 수 있다.In addition, the generating of the modulated signal may include applying reference frequency information of the reference voltage to the input voltage and classifying it into at least one of a DC input voltage and an AC input voltage.

또한, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는, 상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성할 수 있다.In addition, the generating of the modulated signal may include generating modulation frequency information according to at least one operation of a sum or difference of input frequency information appearing in the input voltage and reference frequency information appearing in the reference voltage, and the modulation frequency information At least one modulated signal of the first modulated signal and the second modulated signal may be generated according to the .

또한, 상기 직류 신호를 생성하는 단계는, 25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 더 큰 주파수 대역으로 진행되는 상기 변조 주파수 정보에 따른 상기 변조 신호를 제거할 수 있다.In addition, the generating of the DC signal may include comparing a cutoff frequency band represented by 25 Hz with modulation frequency information appearing in at least one of the first modulated signal and the second modulated signal to advance to a larger frequency band. The modulation signal according to the modulation frequency information may be removed.

상술한 본 발명의 일측면에 따르면, 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 장치 및 방법을 제공함으로써, 록인 증폭기를 이용하여 고조파 및 DC오프셋의 영향 없이 입력신호의 위상을 정확하게 추출할 수 있다.According to one aspect of the present invention described above, by providing a phase-locked loop apparatus and method having a lock-in amplifier, the phase of an input signal can be accurately extracted without the influence of harmonics and DC offset using the lock-in amplifier.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 개략도이다.
도2는 도1의 전압 제어 발진기의 개략도이다.
도3은 도1의 록인 증폭기의 개략도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 회로도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 방법의 순서도이다.
도6은 도5의 위상 정보를 추출하는 단계의 세부 순서도이다.1 is a schematic diagram of a phase locked loop device according to an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a schematic diagram of the voltage controlled oscillator of Fig. 1;
Fig. 3 is a schematic diagram of the lock-in amplifier of Fig. 1;
4 is a circuit diagram of a phase locked loop device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of a phase locked loop method according to an embodiment of the present invention.
6 is a detailed flowchart of the step of extracting the phase information of FIG.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0023] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the following detailed description is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents to those claimed. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a phase locked loop device according to an embodiment of the present invention;

위상 고정 루프 장치(100)는 전압 제어 발진기(110), 록인 증폭기(120) 및 루프 필터(130)를 포함할 수 있다.The phase locked loop device 100 may include a voltage controlled oscillator 110 , a lock-in amplifier 120 , and a loop filter 130 .

전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)을 생성할 수 있다. 여기에서, 기준 전압(111)은 교류 전압의 형태로 생성될 수 있으며, 이에 따라, 기준 전압(111)으로 나타나는 교류 전압의 주파수인 기준 주파수 정보를 포함할 수 있다.The voltage controlled oscillator 110 may generate a reference voltage 111 . Here, the reference voltage 111 may be generated in the form of an AC voltage, and thus may include reference frequency information that is a frequency of the AC voltage represented by the reference voltage 111 .

또한, 전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)으로 정현파, 삼각파, 사각파 등의 다양한 파형을 생성할 수 있다. 이때, 기준 전압(111)의 진폭은 임의의 크기로 설정될 수 있다.In addition, the voltage-controlled oscillator 110 may generate various waveforms such as a sine wave, a triangular wave, and a square wave as the reference voltage 111 . In this case, the amplitude of the reference voltage 111 may be set to an arbitrary size.

한편, 기준 전압(111)은 루프 필터(130)에서 출력되는 출력 전압(131)이 전압 제어 발진기(110)에서 생성되는 전압에 합 연산된 결과일 수 있다.Meanwhile, the reference voltage 111 may be a result of summing the output voltage 131 output from the loop filter 130 to the voltage generated by the voltage controlled oscillator 110 .

이를 위해, 전압 제어 발진기(110)는 루프 필터(130)로부터 출력되는 출력 전압(131)과 전압 제어 발진기(110)에서 생성되는 전압을 합하여 기준 전압(111)을 계산하는 믹서(Mixer)를 더 포함할 수 있다.To this end, the voltage-controlled oscillator 110 adds a mixer that calculates the reference voltage 111 by adding the output voltage 131 output from the loop filter 130 and the voltage generated by the voltage-controlled oscillator 110 . may include

이에 따라, 전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)을 록인 증폭기(120)에 전달할 수 있다.Accordingly, the voltage controlled oscillator 110 may transmit the reference voltage 111 to the lock-in amplifier 120 .

록인 증폭기(120)는 전압 제어 발진기(110)로부터 기준 전압(111)을 전달받을 수 있으며, 록인 증폭기(120)는 외부로부터 입력 전압(121)을 입력 받을 수 있다.The lock-in amplifier 120 may receive the reference voltage 111 from the voltage controlled oscillator 110 , and the lock-in amplifier 120 may receive the input voltage 121 from the outside.

이에 따라, 록인 증폭기(120)는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)을 비교하고, 교류 성분을 제거하여 위상 정보(122)를 추출할 수 있다.Accordingly, the lock-in amplifier 120 may extract the phase information 122 by comparing the reference voltage 111 with the input voltage 121 and removing the AC component.

이를 위해, 록인 증폭기(120)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성할 수 있다.To this end, the lock-in amplifier 120 modulates the input voltage 121 according to the reference voltage 111 to generate at least one of the first modulated signal and the second modulated signal.

이때, 록인 증폭기(120)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.In this case, the lock-in amplifier 120 may modulate the input voltage 121 according to at least one of a sine wave or a cosine wave that proceeds according to reference frequency information displayed from the reference voltage 111 .

이와 관련하여, 록인 증폭기(120)는 입력 전압(121)으로부터 나타나는 입력 주파수 정보와 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성할 수 있으며, 이에 따라, 변조 신호는 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 파형으로 이해할 수 있다. 여기에서, 변조 신호는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 정보를 의미하는 것으로 이해할 수 있다.In this regard, the lock-in amplifier 120 may generate modulation frequency information according to at least one operation of the sum or difference of the input frequency information appearing from the input voltage 121 and the reference frequency information of the reference voltage 111, Accordingly, the modulated signal may be understood as a waveform that proceeds according to the modulation frequency information. Here, the modulated signal may be understood to mean information on at least one of the first modulated signal and the second modulated signal.

한편, 입력 주파수 정보와 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따른 변조 주파수 정보는 각각의 주파수 정보의 차이에 따라 고조파 성분이 제거되는 직류 성분 및 각각의 주파수 정보의 합산에 따라 다른 고조파 성분으로 생성되는 교류 성분을 포함할 수 있다.On the other hand, the modulation frequency information according to the operation of at least one of the sum or difference of the input frequency information and the reference frequency information is a DC component from which a harmonic component is removed according to the difference of each frequency information and a different harmonic according to the summation of each frequency information. It may include an alternating current component produced by the component.

이러한 경우에, 변조 주파수 정보의 직류 성분에 따라 진행되는 신호는 직류 입력 전압으로 이해할 수 있으며, 변조 주파수 정보의 교류 성분에 따라 진행되는 신호는 교류 입력 전압으로 이해할 수 있다.In this case, a signal that proceeds according to the DC component of the modulation frequency information may be understood as a DC input voltage, and a signal that proceeds according to the AC component of the modulation frequency information may be understood as an AC input voltage.

이에 따라, 록인 증폭기(120)는 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보를 입력 전압(121)에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류하는 것으로 이해할 수 있다.Accordingly, it can be understood that the lock-in amplifier 120 applies the reference frequency information of the reference voltage 111 to the input voltage 121 and classifies it into at least one of a DC input voltage and an AC input voltage.

이때, 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보를 입력 전압(121)에 적용하는 것은 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 컨볼루션(Convolution) 또는 곱 연산의 결과를 계산하는 것으로 이해할 수 있으며, 여기에서, 컨볼루션은 임의의 함수를 다른 함수의 반전 및 축 이동한 결과에 따른 함수와 곱하고, 설정된 구간에 대해 적분하는 연산을 의미하며, 이러한 컨볼루션은 당업자가 용이하게 이용할 수 있는 연산이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.In this case, applying the reference frequency information of the reference voltage 111 to the input voltage 121 can be understood as calculating the result of a convolution or multiplication operation of the input voltage 121 and the reference voltage 111, , here, convolution means an operation that multiplies an arbitrary function with a function according to the result of inversion and axis movement of another function, and integrates over a set section. , a detailed description will be omitted.

록인 증폭기(120)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성할 수 있다.The lock-in amplifier 120 removes an AC component from a modulated signal including at least one of the first modulated signal and the second modulated signal to generate at least one of the first DC signal and the second DC signal. can

이를 위해, 록인 증폭기(120)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.To this end, the lock-in amplifier 120 may compare a preset cut-off frequency band with modulation frequency information appearing in the modulated signal to remove an AC component of the modulated signal appearing in a frequency band larger than the cut-off frequency band.

이때, 사전에 설정되는 차단 주파수 대역은 입력 전압(121)과 기준 전압(111)에 따라 생성되는 변조 신호의 변조 주파수 정보가 교류 성분으로 판단될 수 있는 주파수 대역을 의미할 수 있으며, 이에 따라, 차단 주파수 대역은 변조 신호의 교류 성분과 직류 성분을 구분하는 기준이 될 수 있다.In this case, the preset cut-off frequency band may mean a frequency band in which modulation frequency information of a modulated signal generated according to the input voltage 121 and the reference voltage 111 can be determined as an AC component, and accordingly, The cutoff frequency band may be a criterion for distinguishing an AC component and a DC component of a modulated signal.

한편, 이러한 차단 주파수 대역은 25Hz로 설정될 수 있으며, 이 경우에, 록인 증폭기(120)는 변조 신호에서 25Hz 보다 큰 주파수 대역을 가지는 교류 성분을 제거할 수 있다.Meanwhile, the cut-off frequency band may be set to 25 Hz. In this case, the lock-in amplifier 120 may remove an AC component having a frequency band greater than 25 Hz from the modulated signal.

이때, 변조 신호로부터 교류 성분이 제거된 신호인 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호는 차단 주파수 대역 보다 작은 주파수 대역으로 진행하는 교류 성분이 포함될 수도 있으나, 이는, 위상 고정 루프 장치(100)의 주변 환경으로부터 발생할 수 있는 오차 범위 이내로 이해할 수 있으며, 이에 따라, 차단 주파수 대역 보다 작은 주파수 대역으로 진행하는 신호는 직류 신호인 것으로 이해할 수 있다.In this case, at least one of the first DC signal and the second DC signal, which is a signal from which the AC component is removed from the modulated signal, may include an AC component that proceeds in a frequency band smaller than the cut-off frequency band, but this is a phase-locked loop. It can be understood within an error range that can occur from the surrounding environment of the device 100 , and accordingly, a signal traveling in a frequency band smaller than the cutoff frequency band can be understood as a DC signal.

한편, 록인 증폭기(120)는 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역의 신호를 제거하도록 저역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 이용할 수 있다.Meanwhile, the lock-in amplifier 120 may use a low pass filter (LPF) to remove a signal of a frequency band greater than the cutoff frequency band.

록인 증폭기(120)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.The lock-in amplifier 120 may calculate the phase information 122 from at least one of the first DC signal and the second DC signal.

이를 위해, 록인 증폭기(120)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 록인 증폭기(120)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 삼각함수를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.To this end, the lock-in amplifier 120 may calculate the ratio of the first DC signal and the second DC signal, and the lock-in amplifier 120 calculates a trigonometric function for the ratio of the first DC signal and the second DC signal, Phase information 122 may be calculated.

이때, 록인 증폭기(120)는 위상 정보(122)를 계산하는 삼각함수로 역 탄젠트(arctan: arc Tangent)를 이용할 수 있다.In this case, the lock-in amplifier 120 may use an arc tangent (arc tangent) as a trigonometric function for calculating the phase information 122 .

이러한 위상 정보(122)는 록인 증폭기(120)에 입력되는 입력 전압(121)과 전압 제어 발진기(110)로부터 출력되는 기준 전압(111)의 위상 차이와 동일하도록 생성될 수 있으며, 이에 따라, 위상 정보(122)는 기준 전압(111)에 따라 루프 필터(130)에서 출력되는 출력 전압(131)과 해당 기준 전압(111)에 의해 변조되는 입력 전압(121)의 위상 차이로 나타날 수 있다.The phase information 122 may be generated to be the same as the phase difference between the input voltage 121 input to the lock-in amplifier 120 and the reference voltage 111 output from the voltage-controlled oscillator 110 . The information 122 may be expressed as a phase difference between the output voltage 131 output from the loop filter 130 according to the reference voltage 111 and the input voltage 121 modulated by the reference voltage 111 .

루프 필터(130)는 록인 증폭기(120)로부터 생성되는 위상 정보(122)를 전달받을 수 있으며, 루프 필터(130)는 위상 정보(122)에 존재할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다.The loop filter 130 may receive the phase information 122 generated from the lock-in amplifier 120 , and the loop filter 130 may remove noise that may exist in the phase information 122 .

여기에서, 노이즈를 제거하는 것은 저역 통과 필터를 이용하여 위상 정보(122)에 존재하는 고주파 잡음 등을 제거하는 것을 의미할 수 있다.Here, removing the noise may mean removing high-frequency noise, etc. present in the phase information 122 by using a low-pass filter.

또한, 루프 필터(130)는 입력 전압(121)에서 나타나는 입력 주파수 정보를 위상 정보(122)에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.In addition, the loop filter 130 may generate the output voltage 131 that follows the input frequency information appearing in the input voltage 121 in the form of leading or trailing the input frequency information according to the phase information 122 .

이때, 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보는 입력 주파수 정보에 대해서, 위상 정보(122)의 크기에 따른 위상 차이로 앞서거나, 또는 뒤지는 형태의 주파수를 나타낼 수 있으며, 이에 따라, 출력 전압(131)은 입력 전압(121)에 대해, 위상 정보(122)의 크기에 따른 위상 차이가 존재할 수 있다.In this case, the output frequency information of the output voltage 131 may indicate a frequency of the form leading or lagging with respect to the input frequency information by a phase difference according to the magnitude of the phase information 122 , and accordingly, the output voltage 131 ) may have a phase difference with respect to the input voltage 121 according to the magnitude of the phase information 122 .

이때, 루프 필터(130)는 비례(Proportional) 제어 및 적분(Integral) 제어를 이용하는 PI 제어기로 대체될 수 있으며, 이때, 루프 필터(130)는 입력 전압(121)의 입력 주파수 정보와 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보가 동일한 주파수를 나타내도록 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.At this time, the loop filter 130 may be replaced by a PI controller using proportional control and integral control, and in this case, the loop filter 130 includes input frequency information of the input voltage 121 and the output voltage ( The output voltage 131 may be generated so that the output frequency information of 131 indicates the same frequency.

도2는 도1의 전압 제어 발진기의 개략도이다.Fig. 2 is a schematic diagram of the voltage controlled oscillator of Fig. 1;

전압 제어 발진기(110)는 발진부(112) 및 믹서부(113)를 더 포함할 수 있다.The voltage controlled oscillator 110 may further include an oscillator 112 and a mixer 113 .

발진부(112)는 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보에 따라 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보가 생성되도록 일정한 크기의 주파수를 생성할 수 있다.The oscillator 112 may generate a frequency having a predetermined magnitude so that reference frequency information of the reference voltage 111 is generated according to the output frequency information of the output voltage 131 .

이때, 발진부(112)에서 생성되는 주파수의 크기는 기준 주파수 정보와 출력 주파수 정보의 차이로 나타날 수 있다.In this case, the magnitude of the frequency generated by the oscillator 112 may be expressed as a difference between the reference frequency information and the output frequency information.

한편, 발진부(112)는 기준 주파수 정보와 출력 주파수 정보의 차이 값으로 설정되는 주파수에서 공진하는 인덕터 및 캐패시터를 더 포함할 수 있으며, 발진부(112)는 인덕터 또는 캐패시터 중 적어도 하나의 요소의 크기가 변하도록 제어하여, 공진 주파수를 변경할 수 있다.Meanwhile, the oscillator 112 may further include an inductor and a capacitor that resonate at a frequency set as a difference value between the reference frequency information and the output frequency information. By controlling it to change, it is possible to change the resonant frequency.

이에 따라, 발진부(112)에서 생성되는 기준 전압(111)의 기준 주파수 정보는, 발진부(112)에 구비되는 인덕터와 캐패시터가 공진하는 주파수의 크기와 출력 주파수 정보의 크기에 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 의해 결정되는 것으로 이해할 수 있다.Accordingly, the reference frequency information of the reference voltage 111 generated by the oscillator 112 is at least one of a sum or a difference between the magnitude of the resonant frequency of the inductor and the capacitor provided in the oscillator 112 and the magnitude of the output frequency information. It can be understood that it is determined by the operation of

이를 위해, 믹서부(113)는 발진부(112)에서 생성되는 신호의 주파수와 출력 전압(131)의 출력 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산을 수행하여, 기준 주파수 정보를 계산하고, 이에 따라, 기준 주파수 정보를 따라 진행하는 기준 전압(111)이 전압 제어 발진기(110)에서 생성될 수 있다.To this end, the mixer unit 113 calculates reference frequency information by performing at least one operation of the sum or difference between the frequency of the signal generated by the oscillator 112 and the output frequency information of the output voltage 131 , and Accordingly, the reference voltage 111 that proceeds according to the reference frequency information may be generated in the voltage controlled oscillator 110 .

도3은 도1의 록인 증폭기의 개략도이다.Fig. 3 is a schematic diagram of the lock-in amplifier of Fig. 1;

록인 증폭기(120)는 변조부(123), 필터부(125) 및 연산부(127)를 더 포함할 수 있다.The lock-in amplifier 120 may further include a modulation unit 123 , a filter unit 125 , and an operation unit 127 .

변조부(123)는 전압 제어 발진기(110)로부터 기준 전압(111)을 전달받을 수 있으며, 변조부(123)는 외부로부터 입력 전압(121)을 입력 받을 수 있다.The modulator 123 may receive the reference voltage 111 from the voltage controlled oscillator 110 , and the modulator 123 may receive the input voltage 121 from the outside.

이에 따라, 변조부(123)는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)을 비교하고, 교류 성분을 제거하여 위상 정보(122)를 추출할 수 있다.Accordingly, the modulator 123 may extract the phase information 122 by comparing the reference voltage 111 with the input voltage 121 and removing the AC component.

이를 위해, 변조부(123)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있다.To this end, the modulator 123 modulates the input voltage 121 according to the reference voltage 111 to generate at least one modulated signal 124 of the first modulated signal and the second modulated signal.

이때, 변조부(123)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.In this case, the modulator 123 may modulate the input voltage 121 according to at least one of a sine wave or a cosine wave that proceeds according to reference frequency information appearing from the reference voltage 111 .

예를 들어, 제1 변조 신호는 입력 전압(121)과 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파의 곱 연산에 따라 계산되는 신호를 의미할 수 있으며, 제2 변조 신호는 입력 전압(121)과 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 코사인파의 곱 연산에 따라 계산되는 신호를 의미할 수 있다.For example, the first modulated signal may mean a signal calculated according to a product operation of the input voltage 121 and a sine wave proceeding according to the reference frequency information, and the second modulated signal is the input voltage 121 and the reference frequency. It may mean a signal calculated according to a multiplication operation of a cosine wave that proceeds according to information.

이와 같이, 제1 변조 신호와 제2 변조 신호는 입력 전압(121)이 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 서로 다른 신호에 따라 변조된 신호로 이해할 수 있다.As such, the first modulated signal and the second modulated signal may be understood as signals modulated according to different signals in which the input voltage 121 proceeds according to reference frequency information.

필터부(125)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호(124)로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.The filter unit 125 removes an AC component from the modulated signal 124 including at least one of the first modulated signal and the second modulated signal, and thus at least one of the first and second DC signals. (126) can be created.

이를 위해, 필터부(125)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호(124)에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호(124)의 교류 성분을 제거할 수 있다.To this end, the filter unit 125 compares a preset cutoff frequency band with modulation frequency information appearing in the modulated signal 124 and removes the AC component of the modulated signal 124 appearing in a frequency band larger than the cutoff frequency band. can do.

여기에서, 차단 주파수 대역은 25Hz로 설정될 수 있으며, 이 경우에, 필터부(125)는 변조 신호(124)에서 25Hz 보다 큰 주파수 대역을 가지는 교류 성분을 제거할 수 있다.Here, the cutoff frequency band may be set to 25 Hz, and in this case, the filter unit 125 may remove an AC component having a frequency band greater than 25 Hz from the modulated signal 124 .

연산부(127)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.The calculator 127 may calculate the phase information 122 from at least one of the first DC signal and the second DC signal 126 .

이를 위해, 연산부(127)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 연산부(127)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.To this end, the operation unit 127 may calculate a ratio of the first DC signal and the second DC signal, and the operation unit 127 calculates an inverse tangent of the ratio of the first DC signal and the second DC signal to obtain phase information. (122) can be calculated.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 장치의 회로도이다.4 is a circuit diagram of a phase locked loop device according to an embodiment of the present invention.

도4를 참조하면, 전압 제어 발진기(110)에 구비되는 믹서부(113)는 출력 전압(131)과 발진부(112)에서 생성되는 신호로부터 나타나는 각각의 주파수 정보에 따라 기준 전압(111)을 생성하고, 전압 제어 발진기(110)는 기준 전압(111)을 록인 증폭기(120)에 전달하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the mixer unit 113 provided in the voltage-controlled oscillator 110 generates a reference voltage 111 according to the output voltage 131 and respective frequency information appearing from the signals generated by the oscillator 112 . and the voltage controlled oscillator 110 transfers the reference voltage 111 to the lock-in amplifier 120 .

이에 따라, 록인 증폭기(120)에 구비되는 변조부(123)는 외부로부터 입력되는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있으며, 필터부(125)는 저역 통과 필터 등을 이용하여, 변조 신호(124)로부터 나타나는 교류 성분이 제거된 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.Accordingly, the modulator 123 provided in the lock-in amplifier 120 modulates the input voltage 121 input from the outside according to the reference voltage 111 to modulate at least one of the first modulated signal and the second modulated signal. The signal 124 may be generated, and the filter unit 125 uses a low-pass filter or the like to remove at least one of a first DC signal and a second DC signal from which an AC component appearing from the modulated signal 124 is removed. A signal 126 may be generated.

이에 따라, 록인 증폭기(120)의 연산부(127)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율로 나타나는 값에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 위상 차이에 따른 위상 정보(122)를 생성할 수 있다.Accordingly, the operation unit 127 of the lock-in amplifier 120 calculates the inverse tangent of a value represented by the ratio of the first DC signal and the second DC signal, and the phase difference between the input voltage 121 and the reference voltage 111 is It is possible to generate the phase information 122 according to

루프 필터(130)는 록인 증폭기(120)로부터 위상 정보(122)를 전달받고, 위상 정보(122)에 존재하는 노이즈를 제거할 수 있으며, 루프 필터(130)는 입력 전압(121)에서 나타나는 입력 주파수 정보를 위상 정보(122)에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.The loop filter 130 may receive the phase information 122 from the lock-in amplifier 120 , and may remove noise present in the phase information 122 , and the loop filter 130 may receive an input appearing from the input voltage 121 . It is possible to generate the output voltage 131 that follows the frequency information in the form of leading or trailing according to the phase information 122 .

이때, 출력 전압(131)과 입력 전압(121)의 위상 차이는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)의 위상 차이와 동일할 수 있으며, 기준 전압(111)에서 나타나는 위상이 변하는 경우에, 기준 전압(111)과 입력 전압(121)의 새로운 위상 차이에 따라, 새로운 위상을 나타내는 출력 전압(131)이 생성되는 것으로 이해할 수 있다.At this time, the phase difference between the output voltage 131 and the input voltage 121 may be the same as the phase difference between the reference voltage 111 and the input voltage 121, and when the phase shown in the reference voltage 111 changes, It can be understood that the output voltage 131 representing a new phase is generated according to a new phase difference between the reference voltage 111 and the input voltage 121 .

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 방법의 순서도이다.5 is a flowchart of a phase locked loop method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 위상 고정 루프 방법은 도 1에 도시된 위상 고정 루프 장치(100)와 실질적으로 동일한 구성 상에서 진행되므로, 도 1의 위상 고정 루프 장치(100)와 동일한 구성요소에 대해 동일한 도면 부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.Since the phase-locked loop method according to an embodiment of the present invention proceeds on substantially the same configuration as the phase-locked loop device 100 shown in FIG. 1 , for the same components as the phase-locked loop device 100 of FIG. The same reference numerals are given, and repeated descriptions will be omitted.

위상 고정 루프 방법은 기준 전압을 생성하는 단계(600), 위상 정보를 추출하는 단계(610) 및 출력 전압을 생성하는 단계(620)를 포함할 수 있다.The phase locked loop method may include generating a reference voltage ( 600 ), extracting phase information ( 610 ), and generating an output voltage ( 620 ).

기준 전압을 생성하는 단계(600)는 교류 전압의 주파수인 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 기준 전압(111)을 생성할 수 있다.In the step 600 of generating the reference voltage, the reference voltage 111 may be generated according to reference frequency information that is the frequency of the AC voltage.

기준 전압을 생성하는 단계(600)는 전압 제어 발진기(110)에서 생성되는 기준 전압(111)을 록인 증폭기(120)에 전달할 수 있다.In the step 600 of generating the reference voltage, the reference voltage 111 generated by the voltage controlled oscillator 110 may be transferred to the lock-in amplifier 120 .

위상 정보를 추출하는 단계(610)는 기준 전압(111)과 입력 전압(121)을 비교하고, 교류 성분을 제거하여 위상 정보(122)를 추출할 수 있다.In step 610 of extracting the phase information, the phase information 122 may be extracted by comparing the reference voltage 111 with the input voltage 121 and removing the AC component.

이를 위해, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있다.To this end, in the step 610 of extracting the phase information, the input voltage 121 is modulated according to the reference voltage 111 to generate at least one modulated signal 124 of the first modulated signal and the second modulated signal. can

이때, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.In this case, in the step 610 of extracting the phase information, the input voltage 121 may be modulated according to at least one of a sine wave or a cosine wave that proceeds according to reference frequency information appearing from the reference voltage 111 .

위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호(124)로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.In step 610 of extracting the phase information, the AC component is removed from the modulated signal 124 including at least one of the first modulated signal and the second modulated signal, and at least one of the first DC signal and the second DC signal is removed. One DC signal 126 may be generated.

이를 위해, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.To this end, in step 610 of extracting the phase information, an AC component of the modulated signal appearing in a frequency band larger than the cutoff frequency band may be removed by comparing the preset cutoff frequency band and the modulation frequency information appearing in the modulated signal. have.

위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.In step 610 of extracting the phase information, the phase information 122 may be calculated from the DC signal 126 of at least one of the first DC signal and the second DC signal.

이를 위해, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 위상 정보를 추출하는 단계(610)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.To this end, the step of extracting the phase information (610) may calculate a ratio of the first DC signal and the second DC signal, and the step of extracting the phase information (610) is the ratio of the first DC signal and the second DC signal. By calculating the inverse tangent to , the phase information 122 may be calculated.

이러한 위상 정보(122)는 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 위상 차이와 동일하도록 생성될 수 있다.The phase information 122 may be generated to be equal to the phase difference between the input voltage 121 and the reference voltage 111 .

출력 전압을 생성하는 단계(620)는 위상 정보를 추출하는 단계(610)로부터 생성되는 위상 정보(122)를 전달받을 수 있으며, 출력 전압을 생성하는 단계(620)는 위상 정보(122)에 존재할 수 있는 노이즈를 제거할 수 있다.The step 620 of generating the output voltage may receive the phase information 122 generated from the step 610 of extracting the phase information, and the step 620 of generating the output voltage is present in the phase information 122 . possible noise can be removed.

또한, 출력 전압을 생성하는 단계(620)는 입력 전압(121)을 위상 정보(122)에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압(131)을 생성할 수 있다.In addition, the step of generating the output voltage 620 may generate the output voltage 131 that follows the input voltage 121 in the form of leading or trailing the input voltage 121 according to the phase information 122 .

도6은 도5의 위상 정보를 추출하는 단계의 세부 순서도이다.6 is a detailed flowchart of the step of extracting the phase information of FIG.

위상 정보를 추출하는 단계(610)는 변조 신호를 생성하는 단계(611), 직류 신호를 생성하는 단계(612) 및 위상 정보를 계산하는 단계(613)를 더 포함할 수 있다.Extracting the phase information 610 may further include generating a modulated signal ( 611 ), generating a DC signal ( 612 ), and calculating the phase information ( 613 ).

변조 신호를 생성하는 단계(611)는 입력 전압(121)을 기준 전압(111)에 따라 변조하여, 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호(124)를 생성할 수 있다.In operation 611 of generating the modulated signal, the input voltage 121 may be modulated according to the reference voltage 111 to generate the modulated signal 124 of at least one of the first modulated signal and the second modulated signal.

이때, 변조 신호를 생성하는 단계(611)는 기준 전압(111)으로부터 나타나는 기준 주파수 정보에 따라 진행하는 사인파 또는 코사인파 중 적어도 하나의 파형에 따라 입력 전압(121)을 변조할 수 있다.In this case, in the step 611 of generating the modulated signal, the input voltage 121 may be modulated according to at least one of a sine wave or a cosine wave that proceeds according to reference frequency information appearing from the reference voltage 111 .

직류 신호를 생성하는 단계(612)는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호를 포함하는 변조 신호(124)로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)를 생성할 수 있다.In step 612 of generating the DC signal, the AC component is removed from the modulated signal 124 including at least one of the first modulated signal and the second modulated signal, so that at least one of the first DC signal and the second DC signal is removed. One DC signal 126 may be generated.

이를 위해, 직류 신호를 생성하는 단계(612)는 사전에 설정되는 차단 주파수 대역과 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여, 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 변조 신호의 교류 성분을 제거할 수 있다.To this end, in step 612 of generating the DC signal, the AC component of the modulated signal appearing in a frequency band larger than the cut-off frequency band may be removed by comparing the modulation frequency information appearing in the modulated signal with a preset cut-off frequency band. have.

위상 정보를 계산하는 단계(613)는 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호(126)로부터 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.In step 613 of calculating the phase information, the phase information 122 may be calculated from the DC signal 126 of at least one of the first DC signal and the second DC signal.

이를 위해, 위상 정보를 계산하는 단계(613)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율을 계산할 수 있으며, 위상 정보를 계산하는 단계(613)는 제1 직류 신호와 제2 직류 신호의 비율에 대한 역 탄젠트를 계산하여, 위상 정보(122)를 계산할 수 있다.To this end, calculating the phase information ( 613 ) may calculate a ratio of the first DC signal to the second DC signal, and calculating the phase information ( 613 ) may include calculating the ratio of the first DC signal and the second DC signal. By calculating the inverse tangent to , the phase information 122 may be calculated.

이때, 위상 정보(122)는 입력 전압(121)과 기준 전압(111)의 위상 차이와 동일하도록 생성될 수 있다.In this case, the phase information 122 may be generated to be equal to the phase difference between the input voltage 121 and the reference voltage 111 .

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. will be able

100: 위상 고정 루프 장치
111: 기준 전압
112: 발진부
113: 믹서부
121: 입력 전압
122: 위상 정보
123: 변조부
124: 변조 신호
125: 필터부
126: 직류 신호
127: 연산부
131: 출력 전압100: phase locked loop device
111: reference voltage
112: oscillation unit
113: mixer unit
121: input voltage
122: phase information
123: modulator
124: modulated signal
125: filter unit
126: DC signal
127: arithmetic unit
131: output voltage

Claims (10)

기준 전압을 생성하는 전압 제어 발진기;
상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하여 변조 신호를 생성하고, 상기 변조 신호의 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 록인 증폭기; 및
상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 루프 필터를 포함하고,
상기 전압 제어 발진기는,
상기 전압 제어 발진기에서 생성되는 전압과 상기 루프 필터로부터 생성되는 출력 전압을 합하여 상기 기준 전압을 생성하고,
상기 루프 필터는,
상기 입력 전압에 상기 위상 정보를 적용하여 상기 출력 전압을 생성하는, 위상 고정 루프 장치.
a voltage controlled oscillator for generating a reference voltage;
a lock-in amplifier for generating a modulated signal by comparing the reference voltage with an input voltage input from the outside, removing an AC component of the modulated signal, and extracting phase information represented by a phase difference between the reference voltage and the input voltage; and
and a loop filter that removes noise from the phase information and generates an output voltage that follows the input voltage in a leading or trailing manner according to the phase information,
The voltage controlled oscillator is
generating the reference voltage by summing the voltage generated by the voltage controlled oscillator and the output voltage generated from the loop filter;
The loop filter is
and applying the phase information to the input voltage to generate the output voltage.
 제1항에 있어서, 상기 록인 증폭기는,
상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 변조부;
상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 필터부; 및
상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 연산부를 더 포함하는, 위상 고정 루프 장치.
The method of claim 1, wherein the lock-in amplifier,
a modulator receiving the input voltage and generating at least one of a first modulated signal and a second modulated signal for modulating the input voltage according to the reference voltage;
a filter unit which removes an AC component from at least one of the first modulated signal and the second modulated signal to generate at least one of the first DC signal and the second DC signal; and
and a calculator configured to calculate the phase information from at least one of the first DC signal and the second DC signal.
 제2항에 있어서, 상기 변조부는,
상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류하는, 위상 고정 루프 장치.
The method of claim 2, wherein the modulator comprises:
and classifying the reference frequency information of the reference voltage into at least one of a DC input voltage and an AC input voltage by applying the reference frequency information to the input voltage.
 제2항에 있어서, 상기 변조부는,
상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는, 위상 고정 루프 장치.
The method of claim 2, wherein the modulator comprises:
The modulation frequency information is generated according to at least one of a sum or difference between the input frequency information appearing in the input voltage and the reference frequency information appearing in the reference voltage, and a first modulated signal and a second modulated signal are processed according to the modulation frequency information. A phase locked loop device for generating at least one of the modulated signals.
 제2항에 있어서, 상기 필터부는,
25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 상기 차단 주파수 대역 보다 큰 주파수 대역으로 나타나는 상기 변조 신호의 교류 성분을 제거하는, 위상 고정 루프 장치.
According to claim 2, wherein the filter unit,
By comparing the cutoff frequency band represented by 25Hz and the modulation frequency information appearing in at least one of the first modulated signal and the second modulated signal, the AC component of the modulated signal represented by a frequency band larger than the cutoff frequency band is removed. which is a phase-locked loop device.
 록인 증폭기를 구비하는 위상 고정 루프 방법에 있어서,
기준 전압을 생성하는 단계;
상기 기준 전압과 외부로부터 입력되는 입력 전압을 비교하여 변조 신호를 생성하고, 상기 변조 신호의 교류 성분을 제거하여, 상기 기준 전압과 상기 입력 전압의 위상 차이로 나타나는 위상 정보를 추출하는 단계; 및
상기 위상 정보에서 노이즈를 제거하고, 상기 입력 전압을 상기 위상 정보에 따라 앞서거나, 또는 뒤지는 형태로 추종하는 출력 전압을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 기준 전압을 생성하는 단계는,
전압 제어 발진기에서 생성되는 전압과 루프 필터로부터 생성되는 출력 전압을 합하여 상기 기준 전압을 생성하고,
상기 출력 전압을 생성하는 단계는,
상기 입력 전압에 상기 위상 정보를 적용하여 상기 출력 전압을 생성하는, 위상 고정 루프 방법.
A phase locked loop method having a lock-in amplifier comprising:
generating a reference voltage;
generating a modulated signal by comparing the reference voltage with an input voltage input from the outside, removing an AC component of the modulated signal, and extracting phase information represented by a phase difference between the reference voltage and the input voltage; and
removing noise from the phase information and generating an output voltage that follows the input voltage in a leading or lagging form according to the phase information,
The step of generating the reference voltage comprises:
generating the reference voltage by summing the voltage generated by the voltage controlled oscillator and the output voltage generated from the loop filter;
The step of generating the output voltage comprises:
and applying the phase information to the input voltage to generate the output voltage.
 제6항에 있어서, 상기 위상 정보를 추출하는 단계는,
상기 입력 전압을 입력 받고, 상기 입력 전압을 상기 기준 전압에 따라 변조하는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는 단계;
상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 신호로부터 교류 성분을 제거하여, 제1 직류 신호 및 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호를 생성하는 단계; 및
상기 제1 직류 신호 및 상기 제2 직류 신호 중 적어도 하나의 직류 신호로부터 상기 위상 정보를 계산하는 단계를 더 포함하는, 위상 고정 루프 방법.
The method of claim 6, wherein the extracting of the phase information comprises:
receiving the input voltage and generating at least one of a first modulated signal and a second modulated signal for modulating the input voltage according to the reference voltage;
generating at least one of a first DC signal and a second DC signal by removing an AC component from at least one of the first modulated signal and the second modulated signal; and
and calculating the phase information from at least one of the first DC signal and the second DC signal.
 제7항에 있어서, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는,
상기 기준 전압의 기준 주파수 정보를 상기 입력 전압에 적용하여 직류 입력 전압 및 교류 입력 전압 중 적어도 하나의 전압으로 분류하는, 위상 고정 루프 방법.
The method of claim 7, wherein the generating of the modulated signal comprises:
and classifying the reference frequency information of the reference voltage into at least one of a DC input voltage and an AC input voltage by applying the reference frequency information to the input voltage.
 제7항에 있어서, 상기 변조 신호를 생성하는 단계는,
상기 입력 전압에서 나타나는 입력 주파수 정보와 상기 기준 전압에서 나타나는 기준 주파수 정보의 합 또는 차 중 적어도 하나의 연산에 따라 변조 주파수 정보를 생성하고, 상기 변조 주파수 정보에 따라 진행되는 제1 변조 신호 및 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호를 생성하는, 위상 고정 루프 방법.
The method of claim 7, wherein the generating of the modulated signal comprises:
The modulation frequency information is generated according to at least one of a sum or difference between the input frequency information appearing in the input voltage and the reference frequency information appearing in the reference voltage, and a first modulated signal and a second modulated signal are processed according to the modulation frequency information. A phase locked loop method for generating at least one of the modulated signals.
 제7항에 있어서, 상기 직류 신호를 생성하는 단계는,
25Hz로 나타나는 차단 주파수 대역과 상기 제1 변조 신호 및 상기 제2 변조 신호 중 적어도 하나의 변조 신호에서 나타나는 변조 주파수 정보를 비교하여 더 큰 주파수 대역으로 진행되는 상기 변조 주파수 정보에 따른 상기 변조 신호를 제거하는, 위상 고정 루프 방법.

The method of claim 7, wherein the generating of the DC signal comprises:
By comparing the cutoff frequency band represented by 25Hz and the modulation frequency information appearing in at least one of the first modulated signal and the second modulated signal, the modulated signal according to the modulated frequency information progressing to a larger frequency band is removed. which, the phase-locked loop method.
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