CN1031786A

CN1031786A - 立体声译码器的振荡频率控制装置

Info

Publication number: CN1031786A
Application number: CN88106458A
Authority: CN
Inventors: 何罗·迪安·菲利曼
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1987-08-31
Filing date: 1988-08-31
Publication date: 1989-03-15
Also published as: EP0305974B1; KR890004563A; US4817150A; JPH0557781B2; DE3883111T2; CN1015862B; EP0305974A2; DE3883111D1; JPS6472635A; EP0305974A3; KR960006756B1; CA1269451A

Abstract

电荷抽运装置(123)接收代表误差信号的数字误差字(122a)，并且，以正比于所述误差字的绝对值的量，接照所述误差字的符号使电容(C4)充电或放电。在电容(C4)中产生的电压耦合到压控晶体振荡器(124)的频率控制端，所述振荡器用于立体声译码器中。

Description

本发明涉及用于产生耦合到受控振荡器的频率控制信号的装置，该装置用于，例如，电视设备的立体声译码器中。

典型的基带复合音频立体声信号包括：由左、右信道信号之和形成的主信号（L+R）;具有高于（L+R）信号的最高频率的频率ωp的导频信号以及等于左、右信道信号之差的差信号（L-R）。该差信号具有双边带、中心频率为两倍于ωp的调幅抑制载波的形式。该导频信号对于解调所述抑制载波，以提取（L-R）声频信息来说是必不可少的。

所述解调后的（L-R）信号按规定将包含与所述导频信号相当的分量，而所述（L+R）信号的最高信号频率按规定相对地接近于导频信号频率。

在这样的立体声译码器中，可以使用锁相环电路来产生例如频率为2ωp的信号，该信号与所述导频信号同步、并且，用于解调所述（L-R）信号。

在题为“从复合信号中消除导频信号的装置”的美国专利申请第882，384号中，发明人Todd Christopher描述了一种立体声译码器，其中，对基带复合音频立体声信号取样，以产生由顺序地提供的数字字组成的数字信号。对（L-R）信号进行解调的PLL包括一个压控晶体振荡器（VCXO）。该VCXO的输出信号具有等于，例如，所述导频信号的整数倍的频率。产生一种相位或频率误差信号，该信号反映VCXO输出信号相对于导频信号的相应的相位和频率误差。举例来说，在所述Todd装置中，用数字字来表示该频率误差信号。

也许最好是由所述数字频率误差信号产生一种模拟频率控制信号，把该信号加到VCXO的频率控制端、用于控制VCXO输出信号的频率和相位。

在实施本发明的一个方面时，在对包括导频信号分量的基带复合声频信号做出反应的立体声译码设备中，包括对第一控制信号做出反应的可控振荡器。该振荡器产生一种具有受所述第一控制信号控制的频率的振荡信号。产生以数字字形式出现的、其值反应所述导频信号分量与所述振荡信号之间相位差的相位误差指示信号。在给定的时间间隔内，把第一电流耦合到一个电容上。为改变把所述第一电流耦合到电容上的给定时间间隔的持续时间，产生一种第二控制信号，以便在电容中产生第一控制信号。

图1说明实施本发明的一个方面、用来控制压控晶体振荡器频率，包括一种电荷抽运装置的立体声译码器的一部分的方框图;以及

图2说明图1中实施本发明的一个方面的电荷抽运装置的详细实施例。

图1中，把一种，例如，取自电视接收机（图中未示出）的FM译码器的复合音频立体声信号INa，耦合到可产生复合信号IN_D的模/数转换器109的输入端109a。信号IN_D是一种信号的数字表示方式，该信号具有类似于频谱波形5的频率组分，该频谱波形包含导频信号分量PILOT。在BTSC标准中，信号分量PILOT具有等于水平扫描频率f_H的频率ωp。

信号IND经由导线110而加到锁相环电路（PLL）100的信号减法电路112的被减数输入端。合成导频信号Ps经由连线111耦合到减法电路112的减数输入端。减法电路112在其输出连线113上提供一种基本上消除了导频信号分量的复合信号112a。减法电路112被包含在虚线内所示的电路99中。电路99执行传统的PLL中鉴相器的模拟功能。

还把信号112a合到低通滤波器115，后者传递或分离（L+R）信号，而把复合信号的高频分量基本上排除。由于导频信号分量不存在于加到滤波器15的信号之中，因此，与存在导频信号的情况相比，可以有利地显著降低对滤波器115的截止频率特性的严格要求。

另外，来自减法电路112的输出信号112a耦合到包括在电路99中的乘法电路120上。把由乘法器120产生的输出信号耦合到各串联耦合电路元件上，这些元件包括：低通滤波器122、实施本发明的一个方面的电荷抽运装置123、压控晶体振荡器（VCXO）124、正弦波发生电路126以及90°移相器128。

具有截止频率显著低于导频信号分量PILOT的频率的装置1222的低通滤波器122，对乘法器120的端口120a上的所述数字输出字进行低通滤波，以产生误差字122b，该误差字表示信号分量PILOT与VCXO124的输出信号CK之间的相位或频率误差，这在后面将继续描述。然后，数字误差字122b周期性地（例如，导频信号分量PILOT的每2/3周期一次）加到实施本发明的一个方面的电荷抽运装置123上，以产生在上述周期性操作的时间间隔之间基本上保持恒定的等效模拟信号123a。信号123a耦合到VCXO124的输入端，以形成由此产生的输出频率。

对于乘法器120的端口120a上的零平均值信号，VCXO124产生出具有基本上等于导频信号分量PILOT的频率ωp的预定的整数倍N的频率的输出信号CK。

来自VCXO124的输出信号CK加到正弦波发生器126，后者产生提供正弦信号Sin（ωp′t）的数字表示方式的信号126a，该信号是与导频信号分量PILOT同频率和同相位的。正弦波发生器126，举例来说，可以包括对信号CK的脉冲进行计数的计数器和只读存储器（ROM），后者具有同所述计数器的输出字耦合的地址端口，使得在该ROM的输出端口上产生信号126a。发生器126根据信号CK的频率与由发生器126所产生的信号126a的频率之间的比值而给定前面曾提及的整数N的值，该值可以等于，例如700。把正弦波发生器126的输出信号126a耦合到移相器128，后者以众所周知的方法产生具有相同频率而相位偏移90°的余弦信号，该信号与表达式COS（ωp′t）相对应。

标准的FM和BTSC基带复合声频信号C（t）可由下式表达：

C（t）＝S（t）+Psin（ωpt）+D（t）sin（2ωpt）（1）

式中C（t）相当于信号IND，而S（t）和D（t）分别相当于时变的（L+R）和（L-R）信号，P是幅度，而ωp是导频信号分量PILOT的角频率。

通过测量在减法电路112的输出端上的剩余导频信号的幅度，有效地放大所述剩余幅度，并且，用正弦波发生器126的输出信号乘上该值，产生加到减法电路112上的合成导频信号Ps。

假定合成导频信号Ps的幅度Pc精确地等于导频信号分量PILOT的幅度P。此外，所述合成导频信号Ps可用Pc sin（ωp′t）来表示。则取自减法电路112的表示信号112a的值C′（t）可用下式表示

C′（t）＝S（t）+Psin（ωpt）-Pc sin（ωp′t）+

D（t）sin（2ωpt）. （2）

该值C′（t）在乘法器120中乘cos（ωp′t），以产生

C′（t）cos（ωp′t）＝S（t）cos（ωp′t）+

Psin（ωpt）cos（ωp′t）-

Pc sin（ωp′t）cos（ωp′t）+

D（t）sin（2ωpt）cos（ωp′t）。

方程式（3）中的第一和最后项都是正弦波，它们在低通滤波器122中将取等于零的平均值。利用三角恒等式，可以证明中间两项，Psin（ωpt）cos（ωp′t）-Pc sin（ωp′t）cos（ω′pt），

等效于：

P/2〔sin（ωpt-ωp′t）+sin（ωpt+ωp′t）-sin（2ωp′t）〕

（4）

最右边两项是比较高频率的正弦波，因而，在低通滤波器122中将取等于零的平均值。由于规定正弦波发生器126的信号126a的额定输出频率接近于ωp′，所以，表达式（4）的第一项的自变量（ωpt-ω′pt）将接近零。项sin（ωpt-ωp′t）将是很低频率的正弦波，因而，除非ωp′等于ωp，不然该项就不会取等于零的平均值。所以，只要频率ω′p与导频频率ωp是不同的，乘法器120和低通滤波器122就将周期性地以负反馈的方式改变加到VCXO124上的误差信号122b，势必会使正弦波发生器126的信号126b与导频信号分量PILOT同步。

其次，举例来说，假定ωp′和ωp是相同的频率，但是，合成导频信号Ps与导频信号分量PILOT在相位上却差△度。在这种情况下，乘法器120的输出取如下形式

C′（t）cos（ωpt+△）＝S（t）cos（ω′p+△）+

p sin（ωpt）cos（ωpt+△）-

Pc sin（ωpt+△）cos（ωpt+△）+

D（t）sin（2ωpt）cos（ωpt+△）。

（5）

上式右边的第一和第四项，因为它们表示的正弦信号具有相对高于低通滤波器122的时间常数的倒数的频率，所以，在所述滤波器中将取等于零的平均值。可以证明中间两项等效于

P/2〔sin（2ωpt+△）+sin△-sin（2ωpt+2△）〕。（6）

第一和第三项是比较高频率的正弦信号，因而，在PLL100的低通滤波器122中将取等于零的平均值。剩余项P/2sin△基本上是直流项，所以，将通过低通滤波器122，以形成误差信号122b，后者为VCXO124提供相位校正项。因此，只要存在频率或相位误差，乘法器120、低通滤波器122以及电荷抽运装置123就将改变信号123a。假如无误差存在，则信号123a保持不变。

将信号CK耦合到正弦波发生器150的输入端，该发生器产生信号150a，该信号是具有角频率2ωp的正弦波的数字表示。将正弦波信号150a耦合到乘法器116的被乘数输入端口。在减法电路112中，将复合信号IN_D减去合成导频信号Ps，把所得到的信号耦合到乘法器116和138的各自的乘数输入端。来自正弦波发生器150的、按照表示式sin（2ωpt）变化的信号150a，加到乘法器116的被乘数输入端，以产生用下式描述的信号（L-R）′

（L-R）′＝S（t）sin（2ωpt）+D（t）sin（2ωpt）

·sin（2ωpt）（7）

＝S（t）sin（2ωpt）+D（t）

·〔1-cos²（2ωpt）〕（8）

将该信号加到低通滤波器118上。低通滤波器118预定只能通过所述基带项D（t），于是，分离出（L-R）信号。

在乘法器138中，来自减法电路112的输出信号，与项sin（ωpt）相乘。因而，乘法器138的输出信号Po可表示成：

Po＝S（t）sin（ωpt）+Psin（ωpt）sin（ωpt）-

Pc sin（ωpt）sin（ωpt）+D（t）sin（2ωpt）

·sin（ωpt）。（9）

正如在题为“从复合信号中消除导频信号的装置”的美国专利申请第882，384号中，发明人Todd Christopher曾详细描述过的，所述项Pc sin（ωpt）sin（ωpt）相当于所述导频消除信号。信号Po加到低通滤波器132上，后者在比2π/ωp长的时间间隔内对所述信号进行积分。滤波器132的输出信号加到乘法器134上，与正弦波发生器126的信号126a相乘，以产生合成导频信号Ps。

图2进一步详细说明图1中实施本发明的一个方面的电荷抽运装置123。图1和图2中，用同样的数字和符号说明同样的零件和功能。图1的可以是以2的补码二进制字表示的误差字，即，信号122b耦合到绝对值形成级200的输入端口200a，从而，产生代表信号122b的绝对值的字200b。信号122b的符号比特耦合到触发器201的数据输入端201a。字200b耦合到起从大到小计数的计数器作用的计数器202的预置输入端口202a。定时装置203产生一个周期性地（比如，每间隔一段时间一次，该时间间隔例如等于图1的导频信号分量PILOT的2/3周期）出现的信号LOAD。每当图2的信号LOAD出现时，就将信号200b存储在计数器202中，这使计数器202被预置在信号200b的值。同时，将信号122b的所述符号比特单独存储在触发器201中。由于信号LOAD的结果，计数器202的输出信号202b最初等于信号200b。信号202b耦合到零检测器207的输入端口，只要信号202b为非零值，则零检测器207就产生信号NONZERO。将信号NONZERO耦合到计数器202的允许端202C，只要产生信号NONZERO，计数器202就从大到小计数。因此，每当由VCXO124产生的信号CK出现时，计数器202输出信号202b的值就由所述初始预置值顺序地减小。当计数器202输出信号202b变成零时，在下次信号LOAD出现之前，停止产生信号NONZERO，同时，计数器202也停止从大到小计数。

这样，信号NONZERO形成一种具有可变宽度，即，持续时间W₁的脉冲，该宽度表征数字信号122b的绝对值。信号122b的值是根据信号122b的每个字的各比特的加权值来确定的。将信号NONZERO耦合到“与”门204的输入端204a，该“与”门接受来自触发器201输出端的信号PLUS。当信号122b是正的时，就产生信号PLUS。因此，当信号122b是正的时，就产生具有与信号NONZERO相同的持续时间的信号CHARGE的可变宽度输出脉冲。另一方面，只要信号122b是负的，触发器201产生信号MINOS，那么，当产生信号NONZERO时，在“与”门205的输出端205a就产生与信号CHARGE相似的信号DISCHARGE。

按照本发明的特征，信号CHARGE耦合到模拟开关ASW1和ASW3的对应的控制端，正如开关ASW1和ASW2的实线滑动臂位置所表明的那样，这使开关ASW1把由电流源IS3所生的电流i₃耦合到电容C₄。只有在信号CHARGE的脉冲持续时间W₁期间，电流i₃才使电容C₄充电。可以以利用金属氧化物半导体（MOS）技术的通常的方式构成电流源IS₃，所取方式在图2中未予示出。

按照本发明的另一特征，当电流i₃不与电容C₄相耦合时（这发生在脉冲持续时间W₁之外），如开关ASW1和ASW2的虚线滑动臂位置所表示的，开关ASW2把电流i₃耦合到电压+VREF。这样，电流源IS3虽连续地供应电流i₃，却能防止它饱和或以不合乎需要的运行方式来动作。此外，因为借助于开关ASW1的切换动作，使电流i₃不间断地流动，所以，举例来说，在信号CHARGE的前缘LE出现之后，电流i₃能有利地立即处于所要求的电平上。

同样，信号DISCHARGE耦合到各自与开关ASW1和ASW2同样地动作的开关ASW3和ASW4的控制端。开关ASW3按照虚线所示，把由电流沟IS4（相似于电流源IS3）产生的电流i₄耦合到电容C₄，用于在信号DISCHARGE的脉冲持续时间W₂期间，使电容C₄放电。当开关ASW3导通时，开关ASW4不导通，反之亦然。

因此，在信号LOAD产生之后，只要信号122b是正的，电容C₄立即可以得到充电;只要信号122b是负的，电容C₄就可以予以放电（或者，只要信号122b是零，电容C₄可以保持原样）。例如，当信号123a是正值时，电容C₄中所产生的信号123a的电平的增加或减小分别正比于误差信号122b的值。由此可见，随着信号LOAD的周期性产生，借助于误差信号122b的周期性积累而产生频率控制信号123a。频率控制信123a耦合到图1的VCXC124的频率控制端，从而，VCXO124产生频率受控于信号123a的信号CK。

在1987年8月31日申请的，题为“受控振荡器”（发明人P·D·Filliman，申请流水号091，167）的美国专利申请中，详细地描述了具有MOS输入晶体管的VCXO124电路的一个实例。

VCXO包括对信号123a做出反应的输入级。所述输入级包括MOS晶体管124C，该晶体管的栅极联结到接线端124b，信号123a通过该接线端加到VCXO上。因为晶体管124C的栅极处的高输入阻抗，所以，图2的电容C₄的电荷，在没有信号CHARGE和DISCHARGE出现的每个时间间隔期间都基本上保持原样。这样，当VCXO相对于图1的导频分量信号PILOT锁相时，VCXO124的相位基本上保持稳定。

Claims

1、一种对包含声频信息的模拟复合信号做出反应的立体声译码器装置，所述复合信号包含导频信号分量，该装置包括：

对模拟第一控制信号(123a)做出反应的可控振荡器(124)，所述振荡器产生受控于所述第一控制信号的频率的振荡信号，

其特征在于还包括：

对所述模拟复合信号做出反应的取样装置，所述装置用于对所述复合信号取样，以产生具有第一若干比特的比特加权取样信号，后者以数字的比特加权形式表示所述复合信号，并且，包含所述导频信号分量的同步信息，

对所述取样信号和所述振荡信号做出反应的装置(120)，所述装置用来产生相位误差指示信号(122a)，后者构成具有第二若干比特、带着数字比特加权值的数字字，所述加权值反映所述导频信号分量与所述振荡信号之间的相位差，

第一电流(i₃)的源(IS3)，

电容(c4)，

对耦合到它的控制端的第二控制信号做出反应的可控装置(204、205、ASW1、ASW2、ASW3、ASW4)，用于在给定的时间间隔中，把所述第一电流(i₃)耦合到所述电容，以及

对所述相位误差指示信号的所述第二若干比特做出反应的装置(200、202、203、204)，所述各装置以改变所述给定的时间间隔的方式，产生所述第二控制信号，在所述时间间隔，所述第一电流耦合到所述电容，以便在所述电容中产生所述模拟第一控制信号。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于：所述第二控制信号发生装置包括依照所述相位误差指示信号的值而预置的计数器（202），其中，对时钟信号做出反应的所述计数器（202），在所述给定的时间间隔期间对所述钟表信号的脉冲计数，而且，只要所述计数器对所述钟表信号的所述脉冲计数，就产生所述第二控制信号。

3、根据权利要求1的装置，其特征还在于：当所述相位误差指示信号处于第一极性（PLUS）时，就产生所述第二控制信号，而当所述相位误差指示信号处于相反极性时，就不产生所述第二控制信号。

4、根据权利要求3的装置，其特征在于：把所述第一电流耦合到所述电容（C4）的所述可控装置包括第一开关（ASW1），当产生所述第二控制信号时，该开关是导通的。

5、根据权利要求4的装置，其特征还在于包括：对所述相位误差指示信号做出反应的装置（205）和第二开关，在第二给定时间间隔期间，装置（205）产生第三控制信号（DISCHARGE），该第二给定时间间隔按照所述相位误差指示信号的所述值而变化，以致当所述相位误差指示信号处于所述相反极性时，产生第三控制信号，同时，在所述第二给定的时间间隔期间，当产生所述第三控制信号时，所述第二开关是导通的，用于把第二电流（i₄）的源（IS4）耦合到所述电容（C4），所述第二电流（i₄）以与所述第一电流（i₃）相反的方式改变所述电容器中的所述第一控制信号。

6、根据权利要求5的装置，其特征还在于包括：对所述第二控制信号做出反应的第三开关（ASW2），当所述第一开关（ASW1）不导通时，所述第三开关是导通的，反之亦然;当所述第一开关（ASW1）不导通时，所述第三开关为所述第一电流（i₃）形成另一个电流通路。

7、根据权利要求6的装置，其特征在于：当所述第一开关（ASW1）从导通变成不导通，以及从不导通变成导通时，所述第三开关（ASW2）使所述第一电流基本上不间断地流动。

8、根据权利要求1的装置，其特征在于：所述可控振荡器（124）包括场效应晶体管（124c），该晶体管的栅极联结到所述第一控制信号，以致所述场效应晶体管的高输入阻抗使所述电容（C₄）中的电荷在所述给定时间间隔之外不发生变化。

9、根据权利要求1的装置，其特征还在于：当所述第一电流耦合到所述电容时，所述第二控制信号含有确定所述给定的时间间隔的所述长度的脉冲持续时间。

10、根据权利要求1的装置，其特征还在于：只有当所述导频信号分量与所述振荡信号之间的相位差处于第一极性时，才产生所述第二控制信号。

11、根据权利要求1的装置，其特征还在于：所述可控装置包括用来产生第二相位指示信号的装置（200），所述第二相位指示信号构成其值等于所述第一误差指示信号的绝对值的数字字，装置（200）根据所述绝对值来控制所述给定时间间隔的长度。

12、根据权利要求1的装置，其特征在于包括：第二电流（i₄）的源（IS4），其中，当所述相位差处于第一极性时，所述可控装置把所述第一电流（i₃）耦合到所述电容（C4），而当所述相位差处于相反的极性时，就把所述第二电流（i₄）耦合到所述电容，因此，在给定的相位检波周期期间，只要所述相位差处于所述第一极性，所述第二电流（i₄）就与所述电容（C4）断开联系，同时，只要所述相位差处于所述相反极性，所述第一电流（i₃）就与所述电容（C4）断开联系。