專利名稱：自適應鎖相環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)(PLL)電路，特別是涉及用于控制加到鎖相環(huán)的反饋環(huán)路上的誤差信號的設備。
鎖相環(huán)是以被傳輸信號的一個分量的相位和/或頻率來同步可變本地振蕩器的電路，這是通信技術領域中所完全公知的。一般地說，這種電路包括一個鑒相器，該鑒相器響應于被傳輸?shù)男盘柡捅镜卣袷幤鞯妮敵觯瑥亩a生正比于被傳輸信號的一個分量和該振蕩器輸出的相位和/或頻率之差的相位誤差信號。該相位誤差信號被送去控制該可變振蕩器的振蕩頻率。為了增強該PLL的工作，某些系統(tǒng)中包括第二環(huán)路，該環(huán)路產生正比于可變振蕩器頻率與被傳輸信號的分量的頻率之差的誤差信號。該頻率誤差信號被附加到用于控制振蕩器頻率的相位誤差信號中去?？勺冋袷幤髟谙辔绘i定達到之前將在名義上達到需要的頻率，此時頻率誤差信號基本上為零，PLL主要地僅受相位誤差信號控制。
由此認識到，在某些PLL系統(tǒng)中當頻率鎖定基本上達到時最好是主動地切斷頻率誤差信號。主動地切斷頻率誤差項將阻止頻率誤差信號中的噪音引起可變振蕩器提供的信號的相位顫抖。在包含被設計成用于響應數(shù)字信號的頻率誤差電路的PLL中(例如在響應復合視頻信號的副載波脈沖串(Subcarrierburst)的脈碼調制(PCM)表示的PLL中)，相位顫抖特別地成為問題。頒發(fā)給R.T.Fling的美國專利第4，884，040號中給出了這種PLL的例子。Fling型PLL的性能借助于當系統(tǒng)基本上達到頻率鎖定時就主動地切斷頻率誤差項而獲得顯著改善。
本發(fā)明是一種包括可變振蕩器和用于產生控制該可變振蕩器的相位和頻率誤差信號的設備的PLL系統(tǒng)。另一種裝置用于對一個信號分量(該分量即是系統(tǒng)欲鎖定于其上的信號分量)的樣本進行累計，并且當該PLL系統(tǒng)基本上達到頻率相位鎖定時，該裝置響應于這些被累計樣本的極性，從而有選擇地中斷頻率誤差信號與可變振蕩器的聯(lián)接。


圖1是可應用本發(fā)明的系統(tǒng)環(huán)境的方框圖。
圖2是應用本發(fā)明的鎖相環(huán)的原理圖。
圖3和圖4是可被用作圖2的單元100的頻率鎖定檢測器的方框圖。
圖3A是可用于實現(xiàn)圖3的單元13的設備的方框圖。
圖5是一種附加裝置的方框圖，該附加裝置被應用在圖2的電路系統(tǒng)中，以便調整圖2的電路系統(tǒng)使之可以用PAL視頻信號進行工作。
本發(fā)明將在NTSC視頻信號處理系統(tǒng)的環(huán)境中進行敘述，然而十分顯然，實際上它可在任何利用相位和頻率誤差信號的PLL系統(tǒng)中實現(xiàn)。參看圖1，一個來自例如電視調諧器的模擬視頻信號加到模/數(shù)轉換器(ADC)30上。該模擬信號的數(shù)字化形式從該ADC的輸出端耦合到水平同步信號分離器31、視頻信號處理器34和鑒相器32。視頻信號處理器34對視頻信號進行控制，以便使其用于顯示或存儲。分離器31產生水平同步脈沖，該水平同步脈沖耦合到鑒相器并對鑒相器進行控制，使該鑒相器在色度參考脈沖串的間隙期按照相位測量方式進行工作。鑒相器32響應于數(shù)字視頻信號從而產生用于控制壓控振器(VCO)35的相對相位的信號。最后，VCO35產生用于操作其他電路單元的主時鐘信號。主時鐘信號的脈沖的定時具體確定ADC30產生出模擬輸入信號的數(shù)字樣本的各瞬時時刻。
圖2示出了數(shù)字式鑒相器的實施例，該鑒相器被包括在美國專利4，884，040中的一般形式的PLL之中。簡要地說，由定標器96提供的相位誤差信號和由二的補碼電路88提供的頻率誤差信號在加法器94中組合后，被用于去控制壓控振蕩器(VCO)86。頻率誤差信號經過門電路90被有選擇地加到加法器94上，該門電路90受未鎖定檢測器(unlockdetector)100的控制。當系統(tǒng)基本上達到頻率鎖定時，門電路90禁止頻率誤差信號通過。VCO86產生的主時鐘信號Fc用于操作整個系統(tǒng)，該主時鐘信號在本實施例中具有等于彩色副載波頻率4倍的頻率。
在圖2中，來自傳統(tǒng)的水平同步信號分離器31的水平同步信號HSYNC1被耦到定時信號發(fā)生器78，來自模/數(shù)轉換器30的數(shù)字視頻樣本被耦合到總線50。定時信號發(fā)生器78響應于時鐘信號Fc和水平同步信號而產生脈沖串門信號BG。該脈沖串門信號在名義上提供這樣的脈沖，該脈沖含有復合視頻信號的每一有效水平行的副載波脈沖串分量的整數(shù)周期。脈沖串門信號可由傳統(tǒng)的計數(shù)電路響應于主時鐘信號Fc和水平同步信號而產生。
總線50上的數(shù)字視頻信號被耦合到補碼電路52和多路復用器53的一個輸入端口。補碼電路的輸出端口連接到多路復用器53的第二輸入端口。多路復用器53在具有副載波頻率的方波時鐘信號的控制下，交替地先將來自總線50的兩個相繼的樣本耦合到其輸出端口，然后再將來自補碼電路52的兩個相繼的樣本耦合到其輸出端口。加到多路復用器53的時鐘信號是由來自VCO86的主時鐘信號Fc在除法器84中經過4分頻而產生的。當系統(tǒng)處于相位鎖定時，多路復用器53在脈沖串間隔期間的樣本流輸出代表該脈沖串的基本上整流以后的形式。由多路復用器53提供的交變的樣本代表對應于例如R-Y和B-Y或I和Q色差視頻信號分量的正交相關信號。
多路復用器53提供的樣本被耦合到加法器54的一個輸入端口，該加法器54經過與門排(bankofANDgate)56而與1個樣本周期存儲單元58和68相連接。存儲單元60的輸出端口連接到加法器54的第二輸入端口。加法器54和存儲單元58與60相組合而形成一個復合累加器。該累加器當與門排56在脈沖串門信號BG的控制下使加法器54與存儲單元58相耦合的時候起作用?；蛘?，當脈沖串門信號為低時，與門排提供出零輸出信號，該信號有效地使該累加器置零。于是，累加器對來自單行時間間隔的脈沖串信號的樣本逐次地求和。在累加器起作用的期間內，表示各相應的正交信號的樣本之和各不相同地被保持在兩個存儲單元58和60中。在脈沖串間隔時間的終止時刻，R-Y和B-Y的累計和值分別被保留在存儲單元60和58中(至少當系統(tǒng)已到達相位鎖定時是這樣)。
存儲單元58的輸出端口的符號位導線被連接到1位D鎖存器62的數(shù)據(jù)(D)輸入端。該符號位代表鎖存器58提供的累計樣本的極性。
存儲單元60的輸出端口連接到并行位D鎖存器66的數(shù)據(jù)輸入端口。第二并行位D鎖存器68與并行位D鎖存器66相級聯(lián)。脈沖串門信號被耦合到另一個D鎖存器80的數(shù)據(jù)輸入端口，該D鎖存器80在其Q輸出端提供反相的脈沖串門信號。鎖存器80輸出的倒相的脈沖串門信號被耦合到鎖存器62、66和68的時鐘輸入端，并且控制鎖存器62和66以便分別存儲發(fā)生在脈沖串時間間隔終止時刻的、來自鎖存器58和60的符號位和累計值。鎖存器62和66中的值被存儲一個行間隔的時間。在相繼的各行間隔時間鎖存器66中的值被轉移到鎖存器68。鎖存器66和68存儲來自兩個相繼的視頻行的、累計的R-Y樣本，鎖存器62存儲來自相應的相繼的視頻行的、累計的B-Y樣本的符號位。
在相位鎖定時，鎖存器66的輸出端的值應為零值。任何與零值的差值正比于該系統(tǒng)的相位失鎖的程度。因此鎖存器66的輸出可用作相位誤差信號。鎖存器66的輸出被送到定標電路96去以便放大該相位誤差信號和提高相位誤差靈敏度。被放大的相位誤差信號然后再送到加法器94的一個輸入端。
鎖存器66和68的輸出端口被連接到減法器70的被減數(shù)和減數(shù)輸出端口，該減法器產生出來自相繼的各視頻行的被累計的R-Y值的差值。假設加到端口50上的信號是與時鐘信號Fc相同步的，并且在相應的脈沖串間隔期間該時鐘頻率是相對恒定的。由鎖存器66和68提供的累計值與脈沖串信號和時鐘信號Fc的相位差有關。減法器70提供的差值近似等于逐行之間的相位差(雖然可能具有極性差錯)，因而代表脈沖串分量與采樣時鐘之間的頻率差值的大小。
減法器70提供的差值被送到求補碼電路88。求補碼電路88在由鎖存器62提供的符號位的控制下對頻率誤差信號的極性進行校正。求補碼電路88的輸出被送到選通電路90，該選通電路90在檢測器100的控制下當環(huán)路未頻率鎖定時將頻率誤差信號傳送到加法器94去，否則，就將一個零值加到該加法器上去。相位和頻率誤差信號在加法器94中相加，然后被送到限制器92去。限制器92將組合后的誤差信號限制為等于或小于預定極限值的數(shù)值。被限制的誤差信號經過低通濾波及轉換為模擬形式后被加到VCO86去。需要說明的是，頻率誤差項是從由鎖存器60提供的R-Y累計值中導出的，但是它也可以從由鎖存器58提供的B-Y累計值中導出。在后一種情況下，在接近相位鎖定時出現(xiàn)的累計值將較大，因而該頻率誤差項對信號噪音引起的誤差的敏感程度將較小。
從名義上講，當系統(tǒng)達到頻率鎖定時，減法器70提供的差值應當為零，因而頻率誤差項應為零。然而由于噪音和量化效應，頻率誤差可能包含有趨向于對相位鎖定起有害作用的殘余值。因此，在達到頻率鎖定后禁止(即，用門電路來控制)頻率誤差項進入加法器94是有益的。
就“未鎖定”檢測而論，發(fā)明人已經確定當系統(tǒng)未被頻率鎖定時，相應行的累計樣本的符號位或極性在場周期內改變許多次。另一種情況是，當系統(tǒng)被頻率鎖定時，累計樣本的符號位不變。因此，只要對一個時間間隔內累計樣本的極性改變次數(shù)進行計數(shù)并將該計數(shù)值與閾值相比較，就可以確定頻率未鎖定情況。
來自鎖存器58或鎖存器60的累計樣本的極性都可被監(jiān)測。然而，在圖2的實施例中，可以回憶這樣的事實隨著系統(tǒng)趨近鎖定狀態(tài)，鎖存器60中的值趨向于接近零值，并且呈現(xiàn)出很低的信噪比。因此最好是監(jiān)測鎖存器58提供的累計樣本的極性。假設正在被處理的樣本是以包括最高有效位(MSB)的符號位和較低各位(LSB)的數(shù)值位的二進制位形式出現(xiàn)的，則可以通過直接監(jiān)測累計樣本的符號位或較低位而監(jiān)測累計樣本的極性。累計樣本的最高有效值MSB可由圖2中的鎖存器62獲得。
圖3示出了一種可用來實現(xiàn)檢測器100的未鎖定檢測器。在圖3中，來自鎖存器62的最高有效位被耦合到異或門電路(XOR)12的一個輸入端，并同時耦合到鎖存器11的數(shù)據(jù)輸入端。代表延時一個行周期的最高有效位的鎖存器11輸出被耦合到XOR12的第二輸入端。當XOR12的兩個輸入端的信號不同以及相同時，它分別產生邏輯值“1”和“0”。因此，如果在相繼的各行之間存在累計樣本的極性改變，則XOR12將產生邏輯值1。XOR12的輸出被耦合到單元13，在單元13中邏輯值1在一個時間間隔內被累計或計數(shù)，該時間間隔在本例中對應于視頻場周期。邏輯值1在此時間間隔內的總數(shù)用來在比較器14中與參考值或閾值相比較。如果邏輯值1的數(shù)目超過參考值，則比較器14輸出邏輯值1，該邏輯值1在下一場周期的時間內被存儲在鎖存器15之中。鎖存器15的輸出作為控制信號而加到門電路90上。
鎖存器15在垂直脈沖信號Fv的控制下存儲該比較器提供的輸出值。信號Fv可由傳統(tǒng)的垂直同步分離器提供。信號Fv除用于控制鎖存器15外，它還被加到單元13以便在各場周期的結束時刻將單元13中的計數(shù)值復位為零。
圖3A示出了用于產生由XOR12提供的邏輯值1的計數(shù)的裝置的例子。圖3中的單元13′是以簡單的二進制計數(shù)器來實現(xiàn)的。XOR12的輸出值被加到計數(shù)器的啟動輸入端，信號BG被加到計數(shù)器的時鐘輸入端。每當出現(xiàn)由XOR12所提供的邏輯1時，計數(shù)器被啟動而對信號BG的脈沖計數(shù)。垂直信號Fv被加到計數(shù)器復位輸入端以便在每個場周期對計數(shù)器清零一次。
圖4示出了另一個實施例，其中由XOR12提供的邏輯值1通過由加法器20和鎖存器21組成的累加器而相加。鎖存器按行速率被鎖定，以便控制累加器使其將XOR12提供的零或1值與場周期內出現(xiàn)的先前的1和零值的累計和相加。在每個場周期該鎖存器21在信號Fv的作用下被復位為零一次，該信號Fv是在每個場周期具有一個脈沖的信號。在圖4中，或門14′提供比較功能。在此情況下鎖存器21輸出中的較多個有效位被耦合到或門14′的相應輸入端?；蜷T14′的輸出當聯(lián)接到其輸入端的這些有效位中的任一個呈現(xiàn)邏輯值1時將為邏輯值1。假定鎖存器21具有N條位線來表示計數(shù)值，所有這N條位線中除M條之外都被耦合到或門14′的相應輸入端。對于所有超過(2)的計數(shù)值，或門14′將輸出邏輯值1。
可將類似的電路用在對PAL視頻信號進行操作的PLL系統(tǒng)中。PAL信號中包含一個脈沖串分量，其中脈沖串的正交相位分量之一逐行地將其相位改變90°。為了在相位/頻率檢測電路中容納這個相移，來自各相鄰行的累計值被進行平均或求和。這就使得PAL脈沖串信號的擺動的相位看起來類似于NTSC信號的脈沖串。為了對PAL信號進行操作而需要的附加電路在圖5中示出。在圖5中，具有傳遞函數(shù)H(Z)＝1+Z-H的第一濾波器202被插置在鎖存器60和66之間，具有類似傳遞函數(shù)的第二濾波器200被聯(lián)接到鎖存器58的輸出端。來自鎖存器58的數(shù)值位和極性都加到濾波器200上，然而僅將濾波器200提供的極性位耦合到鎖存器62去。在該傳遞函數(shù)中，“Z”是傳統(tǒng)的Zee轉換變量，而指數(shù)“H”指示1行周期的樣本延時期。該電路的其他部分沒有改變。
假設在另一系統(tǒng)中視頻信號采樣和從而進行的相位鎖定是按照相對于脈沖串信號的色差分量軸為45°而進行的。在此情況下，圖3或圖4中的異或門可以用或非門來代替。如果、而且只有當該或非門的兩個輸入信號都是正極性時，則認為該系統(tǒng)失鎖，因而將該頻率項與該相位項相加。該頻率項的好處僅僅約在50%的時間得以體現(xiàn)，這是這種檢測器缺點。
上述PLL系統(tǒng)還可作視頻信號之外的應用。在那樣的應用情況下，由加法器54、門56和鎖存器58、60組成的累加器可以受到控制而連續(xù)地累計樣本值或者按預定的時間間隔而有選擇地復位。鎖存器62、66或68將按規(guī)則的速率而鎖定。此外，鎖存器11將按類似的規(guī)則的速度而鎖定，而累加器13將按預定的時間間隔復位。
權利要求
1.一種用于產生振蕩信號的鎖相環(huán)，該信號被相位鎖定在另一信號的一個分量上，所述鎖相環(huán)包括用于產生所述振蕩信號的可變振蕩器；所述另一信號的源；一種裝置，用于按所述振蕩信號確定的各時刻對所述另一信號采樣，以便提供所述另一信號的樣本；和一種裝置，響應于所述樣本，以便產生用于控制所述可變振蕩器頻率的相位誤差信號和頻率誤差信號；其特征在于還包括一種裝置，響應于所述樣本中的一些樣本的極性，以便當所述振蕩信號與所述另一信號的所述分量達到預定的頻率上的相互關系時，阻止所述頻率誤差信號去控制所述可變振蕩器。
2.如權利要求1所述的鎖相環(huán)，其中，所述樣本為包括數(shù)值位和極性位的多位樣本，其特征在于，所述用于產生相位和頻率誤差信號的裝置包括用于產生所述樣本的累計值的裝置;和所述阻止裝置包括選通裝置，該選通裝置受所述累計樣本的極性位的控制，從而使所述頻率誤差信號通向或不通向所述可變振蕩器。
3.如權利要求2所述的鎖相環(huán)，其特征在于所述阻止裝置還包括一種裝置，用于比較按預定時間間隔產生的所述累計樣本的極性位，并當該被比較的極性位相等或不相等時分別產生第一和第二狀態(tài)的邏輯值。
4.如權利要求3所述的鎖相環(huán)，其特征在于所述阻止裝置還包括一種裝置，用于對預定的時間間隔內出現(xiàn)的第一和第二狀態(tài)計數(shù)，以便產生出計數(shù)值;和一種裝置，用于當所述計數(shù)值超過預定值時產生出信號去控制所述選通裝置以便通過所述頻率誤差信號。
5.如權利要求3所述的鎖相環(huán)，其特征在于所述比較裝置包括延時裝置，具有被連接成供接收所述累計樣本的極性位的輸入端，還具有用于提供已延時所述預定時間間隔的所述累計樣本的極性位的輸出端;異或門電路，具有連接到所述遲時裝置的輸入和輸出端的第一和第二輸入端。
全文摘要
一種PLL系統(tǒng)，具有可變振蕩器和用于產生控制該可變振蕩器的相位的頻率誤差信號的設備。該系統(tǒng)包括響應于該頻率誤差信號的極性，以便當該PLL系統(tǒng)基本上達到頻率鎖定時有選擇地將該頻率誤差信號與該可變振蕩器的連接切斷。
文檔編號H03L7/08GK1076815SQ9310104
公開日1993年9月29日 申請日期1993年2月24日 優(yōu)先權日1992年2月25日
發(fā)明者B·A·坎菲爾德, M·F·朗姆賴希, H·森曼 申請人:湯姆森消費電子有限公司