DE19649408C2 - Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Wandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Analog- Digital-Wandlung eines analogen Eingangssignals in ein digi­ tales Ausgangssignal.

Beispielsweise in der digitalen Fernsehsignalverarbeitung ist es erforderlich, das empfangene analoge Videosignal mit einem Takt abzutasten, dessen Frequenz an den im Videosignal ent­ haltenen Farbburst gekoppelt ist (s. beispielsweise Data sheet, TDA 4510 PAL decoder, Philips Semiconductors, März 1986 oder DE 41 11 979 A1). Herkömmlicherweise erfolgt die Abtastung mit vierfacher Farbburstfrequenz. Der Abtasttakt ist hierzu aus dem zu wandelnden, analogen Videosignal abzu­ leiten. Die Phasenabweichung des erzeugten Taktsignals vom im zu wandelnden Videosignal enthaltenen Farbburst sollte mög­ lichst gering sein.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine eingangs ge­ nannte Schaltungsanordnung anzugeben, die einen möglichst kleinen Phasenfehler bei geringem Schaltungsaufwand liefert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsan­ ordnung nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

In der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Erkenntnis ange­ wandt, daß bei der Abtastung eines sinusförmigen Signals mit einem Abtasttakt, dessen Frequenz an die Frequenz dieses si­ nusförmigen Signals gekoppelt ist, die Differenz bestimmter aufeinanderfolgender Abtastwerte proportional zum Phasenfeh­ ler ist. Bei Abtastung eines Videosignals mit vierfacher Farbträgerfrequenz trifft dies auf die Differenz des ersten und dritten Abtastwertes innerhalb einer Periode von vier Ab­ tastwerten des Farbbursts zu.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit dem Signaldiagramm erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 2 eine Realisierung für einen digital steuerbaren, quarzstabilisierten Oszillator und

Fig. 3 ein Signaldiagramm mit Eingangssignal und Ab­ tasttakt während eines Ausschnitts aus dem Farb­ burst.

Der Schaltung gemäß Fig. 1 wird ein analoges Videosignal FBAS zugeführt, woraus ein digitalisiertes Videosignal FBAS' sowie ein Taktsignal CLK erzeugt werden. Ein Analog-Digital- Wandler 1 dient zur Digitalisierung des eingangsseitigen ana­ logen Videosignals und zur Erzeugung des digitalisierten Si­ gnals FBAS'. Das Taktsignal CLK dient als Abtasttakt für die Analog-Digital-Wandlung sowie für die Taktsteuerung weiterer digitaler Signalverarbeitungseinrichtungen. Das digitalisier­ te Videosignal wird in eine Einrichtung 2 eingespeist, die die Differenz zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte des di­ gitalisierten Signals FBAS' bildet. Die Differenzbildung er­ folgt zwischen dem ersten und dem dritten Abtastwert von je­ weils vier aufeinanderfolgenden Abtastwerten. Außerdem ist die Differenzbildung nur während des Farbbursts aktiv, der am Anfang einer Bildzeile des Videosignals zwischen Synchronim­ puls und Bildinformation im Bereich der Schwarzschulter vor­ liegt. Zur Aktivierung der Differenzbildung in der Einrich­ tung 2 während des Farbburst und Deaktivierung während des übrigen Teils der Zeile wird in die Einrichtung 2 ein Steuer­ signal G eingespeist.

In Fig. 3 ist eine Periode des Farbbursts 40 dargestellt. Das Ausgangssignal CLK, das die vierfache Frequenz des Farb­ bursts aufweist, ist als Kurve 41 dargestellt. Der Farbburst wird an den Zeitpunkten t1, t2, t3, t4 abgetastet, die durch je eine positive Flanke des Taktsignals CLK gebildet werden. Die am Analog-Digital-Wandler 1 ausgangsseitig zu diesen Zeitpunkten vorliegenden Abtastwerte sind mit U(t1), U(t2), U(t3) und U(t4) bezeichnet. Die Einrichtung 2 bildet die Dif­ ferenz aus den Abtastwerten U(t1) und U(t3). Diese Differenz ist beim sinusförmigen Farbburst proportional zur Abweichung des Abtasttaktes von der Nullphase t0 des Farbbursts. Folg­ lich wird die Differenz nach jedem vierten Abtastwert des di­ gitalisierten Videosignals FBAS' während des Farbbursts ge­ bildet aus zwei aufeinanderfolgenden Werten, in Fig. 3 dem ersten und dritten Abtastwert, wobei genau ein weiterer Ab­ tastwert dazwischen liegt. Das Ausgangssignal der Einrichtung 2, die ein spezieller Phasendetektor ist, ist ein Maß für die Phasenabweichung des Abtasttaktes CLK von der Nullphase des Farbbursts des Videosignals FBAS.

Das Ausgangssignal des Phasendetektors 2 wird einem Filter 3 zugeführt, das Tiefpaßcharakteristik aufweist, zweckmäßiger­ weise Proportional-Integral-Charakteristik. Vorzugsweise ar­ beitet das Filter 3 digital. Sein Ausgangssignal weist im Vergleich zu einem seiner Eingangswerte einen proportionalen und bezüglich der jeweils vorhergehenden Werte integralen An­ teil auf. Das digitale Ausgangssignal des Filters 3 wird ei­ nem digital frequenzsteuerbaren Oszillator 4 zugeführt. An dessen Ausgang ist das zu erzeugende Taktsignal CLK abgreif­ bar, das als Abtasttakt in den Analog-Digital-Wandler 1 rück­ gekoppelt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Regelschleife wirkt derart, daß das Taktsignal CLK im Vergleich zum Farbburst des eingangs­ seitgen Videosignals FBAS vierfache Frequenz aufweist. Dar­ über hinaus sorgt die Regelung dafür, daß die am Ausgang des Phasendetektors 2 vorliegende Regelabweichung möglichst ge­ ring wird, so daß folglich auch die Phasenabweichung des Taktsignals CLK von der Nullphase des Farbburst möglichst ge­ ring ist.

Die in Fig. 2 gezeigte Realisierung für den digital steuer­ baren Oszillator 4 ist mittels eines Quarzes 20 quarzstabili­ siert. Es handelt sich um einen digital frequenzsteuerbaren Quarzoszillator, sogenannten XVCO. Ein Inverter 21 ist über den Quarz 20 sowie über einen Widerstand 22 zwischen Eingang und Ausgang rückgekoppelt. Die Anschlüsse des Quarzes 20 sind darüber hinaus über je ein kapazitives Netzwerk 23 bzw. 24 mit Masse verbunden. Zur Frequenzsteuerung des Quarzes ist die Kapazität 24 in eine Anzahl von Teilkapazitäten aufge­ teilt, von denen die Kapazitäten 24a, 24b und 24c dargestellt sind. Die Teilkapazitäten sind vorzugsweise gleich groß. Jede der Kapazitäten ist über je einen Schalter 25a, 25b bzw. 25c zuschaltbar. Der Schaltzustand der Kapazitäten 25 wird vom digitalen Ausgangssignal des Filters 3 eingestellt. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist für eine integrierte Rea­ lisierung vorteilhaft, da alle Komponenten auf einem Chip in­ tegrierbar sind.

In der Praxis soll die Phasenabweichung bei einer Farbträger­ frequenz von 3,57 MHz 3° nicht überschreiten. Dies bedeutet einen zeitlichen Fehler von 2,328 ns. Die Phasen von Farb­ burst und erzeugtem Takt werden durch die Differenzbildung im Phasendetektor 2 in jeder Bildzeile miteinander verglichen, also im Abstand von 64 µs. Zu fordern ist, daß der zeitliche Fehler, der durch die Quantisierung des XVCO 4 entsteht, um eine Größenordnung kleiner ist. Praktischerweise sind 0,5 ns Abweichung nach der Zeilendauer von 64 µs zulässig. Dies be­ deutet, daß der Fehler pro Periode des Taktes kleiner als 0,546 ps sein muß. Hieraus folgt wiederum, daß die Fre­ quenzauflösung des XVCO nach einer Periode bei 111 Hz liegen muß. Der XVCO ist folglich so zu dimensionieren, daß er bei einem Takt von 14,318 MHz um ±2 kHz in Schritten von 111 Hz veränderbar ist. Das Kapazitätsnetzwerk muß hierzu mindestens 18 Einstellungsmöglichkeiten vorsehen.

Claims (5)

1. Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Wandlung eines ana­ logen Eingangssignals (FBAS), welches eine Signalkomponente mit einer vorgegebenen Frequenz enthält, in ein digitales Ausgangssignal (FBAS'), mit einer Analog-Digital-Wandlerein­ richtung (1), der das Eingangssignal (FBAS) zuführbar ist und an der das Ausgangssignal (FBAS') mit einem an die vorgegebe­ ne Frequenz gekoppelten Abtasttakt (CLK) abgreifbar ist, fer­ ner mit einem Mittel (2), durch das mindestens zwei Abtastwerte des Ausgangssignals (FBAS') miteinander verknüpft werden, einem Filter (3) mit Tiefpaßcharakteristik, dem ein den miteinander verknüpften Abtastwerten proportionales Signal zuführbar ist, und einem frequenzsteuerbaren Oszillator (4), dessen Schwing­ frequenz von einem Ausgangssignal des Filters (3) steuerbar ist und von dessen Ausgangssignal der Abtasttakt (CLK) der Analog-Digital-Wandlereinrichtung (1) abgeleitet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal (FBAS) ein Videosignal mit einem Farbburst ist und daß die Mittel (2) derart ausgeführt sind, daß die Abtastwerte nur während der Zeitdauer des Farbbursts mitein­ ander verknüpft werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtasttakt (CLK) das Vierfache der Frequenz des Farbbusts beträgt und die Mittel (2) derart ausgeführt sind, daß in ei­ ner Folge von Abtastwerten (U(t1), U(t2), U(t3), U(t4)) zwi­ schen zwei solchen Abtastwerten (U(t1), U(t3)), die miteinan­ der verknüpft werden, genau ein weiterer Abtastwert (U(t2)) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzsteuerbare Oszillator (4) digital steuerbar ist und daß das Filter (3) ein digital arbeitendes Filter mit Proportional-Integral-Charakteristik ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (4) quarzstabilisiert ist und schaltbare Kapa­ zitäten (24a, 24b, 24c) aufweist, die zur Frequenzsteuerung von einem digitalen Ausgangssignal des Filters (3) zuschalt­ bar sind.