Dafür gibt es mehrere Gründe. Ein Phasenregelkreis oder PLL ist eine Schaltung, die verwendet wird, um eine stabile Frequenz zu erzeugen, die eine spezifische mathematische Beziehung zu einer Referenzfrequenz hat. Insbesondere ist es eine Schaltung, die verwendet wird, um eine Art elektrisch abstimmbaren Oszillator (normalerweise einen spannungsgesteuerten Oszillator oder VCO) zu steuern, so dass sein Ausgang in einer bestimmten Beziehung zu einer Referenzfrequenz verriegelt ist, die von einer Art stabiler Referenz geliefert wird (normalerweise ein Kristall-, Kristalloszillator- oder Silizium-MEMS-Oszillator).
Eine PLL teilt den Ausgang des VCO und den Referenzeingang mit Frequenzteilern auf, vergleicht dann die Frequenz und Phase dieser geteilten Ausgänge und passt die VCO-Steuerspannung an, bis Frequenz und Phase übereinstimmen.
Es ist möglich, dass eine PLL eine viel höhere Frequenz als die Referenzfrequenz erzeugt - beispielsweise kann eine 100-MHz-Referenz mit mehreren GHz multipliziert werden. Wenn die PLL auf demselben Chip integriert ist, auf dem der Hochfrequenzausgang verwendet wird, kann dies Strom sparen und die EMI reduzieren, indem die Frequenz verringert wird, die über die Leiterplattenspuren gesendet wird. Dies vereinfacht auch das Layout der Platine.
Da die Beziehung mit einfachen Frequenzteilern bestimmt wird und es recht einfach ist, programmierbare Teiler zu erstellen, ist es sehr einfach, die Ausgangsfrequenz einer PLL durch einfaches Ändern der Teilereinstellungen zu ändern. Dies kann Energieeinsparungen ermöglichen, indem eine als dynamische Frequenzskalierung bezeichnete Technik verwendet wird, bei der die Frequenz basierend auf der erforderlichen Prozessorleistung angepasst wird, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Es ermöglicht auch eine softwarebasierte Konfiguration der Frequenz, wodurch das Design des Systems wesentlich flexibler wird, da die Software anhand der erkannten Hardware entscheiden kann, welche Einstellungen beim Booten verwendet werden sollen (z. B. das Anstecken der CPU-Sockelstifte oder das Auslesen der SPD EEPROM-Inhalt auf RAM-Modulen während des Startvorgangs).
In einer modernen CPU werden mehrere PLLs vorhanden sein, um die Uhren für verschiedene Komponenten bereitzustellen. Moderne CPUs weisen einen hohen Integrationsgrad auf, sodass Komponenten, die sich früher auf separaten Chips befanden, zunehmend auf einem Chip integriert werden. Auf einer modernen CPU gibt es viel mehr als einen einzelnen Prozessorkern und einen Front-Side-Bus. Die Verarbeitungskerne selbst laufen auf einem oder mehreren Takten, die von einer oder mehreren PLLs geliefert werden, so dass die Kerntakte leicht und möglicherweise unabhängig eingestellt werden können. Die PCI-Express-Schnittstelle erfordert auch PLLs, wahrscheinlich mehrere PLLs, um den Betrieb mit unterschiedlichen Verbindungsraten zu unterstützen. Serielle ATA-Verbindungen arbeiten ebenfalls mit einer anderen Geschwindigkeit und haben daher ihre eigenen PLLs. Gleiches gilt für QPI, Hypertransport, USB 3, HDMI, Display-Port usw. Die Speicherschnittstelle erfordert wahrscheinlich eine andere PLL, um die spezifische Taktfrequenz zu erzeugen, die der installierte Speicher benötigt. Alle diese PLLs würden denselben (relativ) niederfrequenten Referenzoszillator auf der Hauptplatine verwenden.