CN1032889C - 自动环路控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

自动环路控制有两种方式；第一种例如是锁相环路中应用的、利用具有三态输出电平的边沿相位敏感式鉴相器给出的环路控制信号，第二种是提供出一个与测得的误差成比例的控制信号。本发明利用的模拟积分器(EF)的功能对测得的数字形式的误差(ε_d)计值和平滑，上述功能由一个以脉冲密度调制(PDM)速率进行切换的三态缓冲器(TB)来控制。在PDM作用应用一条扭转的母线，以增大脉冲频率并减小积分器作用中的时间常数。

Description

自动环路控制的方法和装置

本发明涉及自动环路控制的方法和装置。

实现自动环路控制可以有两种方式。

第一种方式如在锁相环路(PLL)中应用例子，利用具有三态输出电平的边沿相位敏感式鉴相器(edges sensitive phase compatra-tor)给出的环路控制信号。这种鉴相器的工作原理示于图1a和图1b。在基准频率12和22的每一周期内，鉴相器的输出13和23在一段时间内为高电平15或低电平25，这取决于所测输入11和21与基准输入12和22之间的相位差的符号，其大小与所述相位差成比例。图1a中，所测输入信号导前于基准输入信号；图1b中，所测输入信号滞后于基准输入信号。

在环路控制电路中，一个外接的电容器经由一个电阻器充电或放电，形成一个低通滤波器。当鉴相器输出呈高阻抗时，有关的控制电压存储到该电容器上。由于静态相位误差等于零，故电阻、电容等效于起积分器的作用。若鉴相器的工作连续地进行，此种环路控制系统的性能是良好的。如果鉴相工作例如只在每一视频行中进行，则为了求得稳定性，响应时间必须很长。于是，对相位跳变的响应将变差。

第二种方式是提供出一个与测得的误差成比例的控制信号。在数字误差测量的情况下，这里需要有数字模拟转换功能。这可以例如应用数/模转换器(DAC)、脉中宽度调制(PWM)或脉冲密度调制(PDM)来实现。此种方案的缺点是缺乏积分作用。因此，这种锁相环路将存在有静态相位误差。

本发明的一个目的是要揭示一种能综合已知方法的优点且改善自动环路控制电路的方法。这个目的是通过采用本发明的自动环路控制方法来实现的，其中，输入信号由校正装置(AD)校正后的相应输出信号与基准信号之间的误差被计值，经由本地信号发生器(LSG)去控制所述的校正装置；其特征在于，所述的误差(ε_d)以数字形式测量出，用来控制缓冲装置(TB)，缓冲装置的输出可以切换到一个高阻抗值，并通过积分装置(EF)加给所述的本地信号发生器，其中，所述的切换是由脉冲密度调制装置(PDM)引起的。

本发明将一个三态缓冲器与以PDM速率切换的电平组合在一起，提供出平滑的环路控制信号。当相位差小于称作死区值的给定值时，缓冲器保持在高阻抗状态。来自数字误差测量的静态相位误差将为零。所以，环路直流增益可达到无限。在PLL的情况下，如果使用的鉴相器提供出数字控制字以代表相位误差ε_d(数字值)，则本发明能给出与上述第一种方案一样的环路性能。误差测量中的非线性可以由PDM作用来补偿或产生。

原理上，本发明的方法包含有：一个自动环路控制，其中，输入信号(301)由校正装置(AD)进行校正；有关输出信号(303)与基准信号(304)之间的相位误差，它被计值后经由本地信号发生器装置(LSG)去控制所述的校正装置(AD)，其中，所述的误差(ε_d)以数字形式测量出，并用来控制缓冲装置(TB)，缓冲装置(TB)的输出可切换到高阻抗状态，它通过积分装置(EF)到达所述的本地信号发生器装置(LSG)，而所述的切换由PDM作用引起的。

本发明的方法的附加实施例的诸多优点是由于其诸多特征得出的，所述的特征在于：在所述的脉冲密度调制装置(PDM)中，应用了一个扭转的母线；

在所述的积分装置(EF)中，包含有一个或多个电阻器和电容器；

所述的误差(ε_d，42)的正负符号对所述的缓冲器装置(TB)作为其一个输入信号；

所述输入信号的极性可以利用一个标志信号(41)予以倒相；

一个死区值(DZV)在所述的脉冲密度调制装置(PDM)内实现逻辑组合，用以控制所述的切换；

所述的输入信号由电视信号行组成，所述的误差ε_d是每一电视信号行测量一次；

所述的脉冲密度调制装置(PDM)包括有偏置、非一致增益、非线性功能或这些特性的组合。

本发明的另一个目的是公开一种利用本发明所述方法的一种装置。这个目的是通过采用本发明的电路装置来实现的。

原理上，本发明的电路装置包含有：输入信号(301)的校正装置(AD)；对所述校正装置的有关输出信号(303)与基准信号(304)之间的相位误差进行测量的误差测量装置(EM)，其中所述的误差(ε_d)以数字形式测量出，并用来控制缓冲装置(TB)，缓冲装置的输出可切换到高阻抗状态，它通过积分装置(EF)通到本地信号发生器装置(LSG)，而该本地信号发生器装置控制所述的校正装置，又其中所述的切换是由PDM装置(PDM)引起的。

本发明装置所附实施例的诸多优点是由于该装置的诸多特点得到的。其特点是：所述的脉冲密度调制装置(PDM)包含一个计数器，它经由一条扭转的母线连接到比较器上。

请参照下附图来阅读下面的本发明的较佳实施例的叙述。

图1a和图1b示出已知鉴相器的鉴相情况；

图2示出采用本发明平滑环路控制的一种自动控制环路；

图3示出从数字误差测量中怎样接收到环路控制信号；

图4示出第一个PDM的实施例；

图5示出第二个PDM的实施例。

在图2中，输入信号301例如是一个传送的电视信号，它馈送到输入信号校正电路AD，这校正电路可以包含有一个模/数转换器A/D，供输入信号用并给出输出信号303。一个误差测量电路EM根据上述输出信号和一个基准信号304产生数字误差字ε_d。基准信号304可以包含例如一个基准电压、一个基准频率；在MAC电视系统的锁相环路情况下，若基准信号包含在输出信号303中，则基准信号也可包含输入信号301和/或输出信号303。

在环路控制电路(SLC)中，数字误差字转换成相应的模拟误差值ε_a，该电路SLC的负载是一个电阻电容滤波器EF，该负载连接在集成电路有关接脚的外面。环路控制电路(SLC)的工作如图3中所示。本地信号发生器(LSG)接收已被滤波的模拟误差值，依此控制校正电路(AD)。在锁相环路的情况下，本地信号发生器(LSG)是一个压控振荡器或压控晶体振荡器，它向模/数转换器(A/D)提供取样时钟。误差测量由鉴相器来完成。

图3中，数字误差字ε_d馈送到绝对值电路(ABS)，它输出误差的正负符号和绝对值。借助于彬性标志41，误差ε的符号42在异或门中可被反相，并用作为三态缓冲器(TB)的数据输入。因此，依靠环路特性，可以容易地使控制反相。误差ε的绝对值在脉冲密度调制电路(PDM)中被计值，PDM的输出信号44去控制三态缓冲器(TB)。假若输出信号44例如为零，则缓冲器(TB)呈现高输出阻抗，它在例如一个电视行的正程期间可保持住一定时间，使模拟值存储到滤波器EF中。死区值(DZV)43馈送给脉冲密度调制电路(PDM)，以使环路对误差ε的反应松驰到某个确定值，也即借以引入滞后性。当(DZV)等于零时，只有由(PDM)转换的误差ε作用于输出信号44上。

PDM(脉冲密度调制)是一种具有一条从计数器到比较器的反转母线(inverted bus)的PWM(脉冲宽度调制)。在整个计数期间产生出有规律间隔的脉冲。计数器时钟的频率必须高于ε_d的更新频率，以在ε_d的每一前后更新之间的时间内，应至少能完成一次完整的计数器工作循环。

图4和图5示出图3中所用的脉冲密度调制电路PDM的两种不同的实施例。图4中，时钟CL由一个n比特计数器C进行计数，例如从一个电视行的起始时刻开始计数。计数器的n比特输出cnt₀……cnt_n-1相对于比较器51的n比特输入A₀……A_n-1被扭转(twist)。这样做的优点是在计数器的每个循环内计数器C的全部2ⁿ输出值均被扫掠到时，可形成较高的脉冲频率，从而使积分器的时间常数可以减小。比较器51的第二路n比特输入B来自误差ε的绝对值，它同时也馈给第二个n比特比较器52的输入端A。在线性方式下，误差n LSB将在计数器一个工作循环内提供出n个脉冲。比较器52的输入端B上馈入死区值(DZV)。计数器(C)和比较器51完成PDM功能。死区值和PDM信号在与门53中相“与”，对三态缓冲器(TB)提供阻抗控制信号44。如果|ε|等于或小于DZV，缓冲器输出将切换到高阻抗值。如果|ε|大于DZV，缓冲器输出在误差符号(若极性端41＝“1”，则为相反的符号)与高阻抗之间以PDM速率进行切换；脉冲的个数等于|ε|。

图5中，时钟CL也由n比特计数器(C)进行计数。计数器输出的n比特相对于加法器61的n比特输入A作相应的扭转。加法器61的n比特输入B上馈入死区值DZV。在该加法器的输出溢出n比特范围的情况下，在限幅电路(CP)中被限幅。该限幅电路的输出与误差ε在比较器62中进行比较。只有误差(DZV+n LSB)将在计数器一个工作循环内提供出n个输出脉冲63。

由于数字编码的误差值使环路的反应速度可以容易地依误差ε的幅度被调制。通过增设一个查找表或增加任何的诸如能使PDM作用产生偏置、非一致增益、非线性功能的其它特征或这几种特性的组合，就可以修改这种调制，但必须选择这种功能以满足稳定性准则；可以知道，电阻电容滤波器与缓冲器高阻抗电平的组合等效于一个积分器。

几乎全部处理是纯数字式的。数/模转换器功能由PDM来实现；当缓冲器(TB)的输出切换到高阻抗时，PDM脉冲由起存储器作用的电阻电容滤波器进行滤波。这意味着，本发明可用于具有无限的环路直流增益(静态误差等于零)的自动环路控制。该自动环路控制可以容易地集成在一块纯数字的集成电路中。

本发明可以应用于具有数字误差测量结果的任一自动控制环路中，例如：

箝位(直流电平再生)；

AGC(自动增益控制)；

PLL(时钟再生)。

本发明可以应用于处理电视信号的接收机或其它设备中，例如：

数字发射的电视，高级电视标准；

MAC家族，包括GDMAC、MUSE；

HDTV；

具有数字性能的PAL、SECAM、NTSC。

Claims (10)

1.一种自动环路控制方法，其中，输入信号(301)由校正装置(AD)校正，该校正装置(AD)的相应的输出信号(303)与基准信号(304)之间的误差(εd)被估值，以便经过本地信号发生器装置(LSG)来控制所述的校正装置装置(AD)；其特征在于，所述的误差(εd)以数字形式来测量，并被馈送到一个环路控制电路(SLC)，其中，利用所述的误差(εd)来控制缓冲器装置(TB)，该缓冲器装置的输出可由脉冲密度调制装置(PDM)切换到一个高阻抗值，该环路控制电路将所述的误差(εd)转换成为模拟形式，所述的模拟形式的信号(εa)通过积分装置(EF)传送到所述的本地信号发生器(LCG)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述的脉冲密度调制装置(PDM)中，应用了一个扭转的母线。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述的积分装置(EF)中含有一个或多个电阻器和电容器。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的方法，其特征在于，所述的误差(εd、42)的符号是所述的缓冲器装置(TB)的一个输入信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述输入信号的极性可以利用一个标志(41)予以反相。

6.根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其特征在于，一个死区值(DZV)在所述的脉冲密度调制装置(PDM)内进行逻辑组合，用以控制所述的切换。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的方法，其特征在于，所述的输入信号由电视信号行组成，所述的误差(εd)在每一电视信号行测量一次。

8.根据权利要求1至7的任一项所述的方法，其特征在于，所述的脉冲密度调制装置(PDM)包括偏置或非一致增益、或非线性功能、或这些特性的组合。

9.一种用于根据权利要求1至8中任一项所述的方法的装置，该装置包括一个校正装置(AD)，用于输入信号(301)；以及本地信号产生器装置(LSG)，用于控制所述的校正装置(AD)，其特征在于：一个误差测量装置(EM)，用以对所述校正装置的相应输出信号(303)与基准信号(304)之间的相位误差进行测量，所述的误差(εd)以数字形式测量，并被馈送到一个环路控制电路(SLC)，所述的环路控制电路(SLC)包括：控制缓冲器装置(TB)，该控制缓冲器装置的输出可由脉冲密度调制器装置(PDM)切换到一个高阻抗值；积分装置(EF)，用以对所述的环路控制电路(SLC)的输出进行积分，并把所述的积分信号传送到本地信号发生器。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的脉冲密度调制装置(PDM)包括一个计数器(C)，该计数器由一条扭转的母线连接到比较器(51、61)上。

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