CN100417014C - 调制器时钟信号源和再调制器系统 - Google Patents

调制器时钟信号源和再调制器系统 Download PDF

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Abstract

耦合到广播残留边带信号(5)的锁相环(33)产生再调制器定时信号(35)。在信号(5)中是耦合到解调器(31)的高度精确的定时数据。可变频率振荡器(32)提供到解调器的定时信号，所述可变频率振荡器(32)从位于解调器内的锁相环(33)接收校正信号。所述锁相环通过比较VFO输出频率(36)与在广播信号(5)中嵌入的定时数据来产生校正信号。数值寄存器(203，303，404)保存最近的平均VFO频率。复用器(204，304，404)选择数值寄存器数据以在没有广播定时数据的情况下控制VFO(32，220，320)。

Description

调制器时钟信号源和再调制器系统
技术领域
本发明涉及一种再调制器的定时和同步功能。
背景技术
由美国电视供应商组成的“数字HDTV联盟”的高级电视系统委员会(ATSC)定义高清晰度电视(HDTV)广播标准。ATSC A/53数字电视标准指出，用于发送HDTV信号的设备需要10ppm的定时精度。因此，诸如将与数字电视接收机结合使用的、诸如数字视盘(DVD)播放机的消费者电子器件需要类似精度的时钟或时基信号，所述时钟信号通常被内部独立基准振荡器提供。这样的振荡器的成本和复杂性对于整个器件的总成本影响很大。
按照ATSC标准的多值码元残留边带(VSB)是用于数字地发送诸如HDTV信号的信息数据的公知调制方法。在数字接收机从包括数字视频和相关信息的被发送的VSB信号恢复数据固有地需要实现三个功能：码元同步的定时恢复、载波恢复(频率解调)和均衡。定时恢复是这样的处理，通过它，接收机时钟(时基)通过解码被嵌入在被发送的VSB信号中的定时信号来同步到发射器时钟。
在1999年8月24日授权给Knutson等人的、名称为“数字信号处理器的定时恢复系统”的、美国专利第5,943,369号中公开了用于执行这个功能的装置的示例。在1999年3月2日授权给Knutson等人的、名称为“用于QAM的数字可变码元定时恢复系统”的、美国专利第5,878,088号中公开了用于接收表示连续码元的正交调幅信号的装置。被恢复的定时信号的精度基本上相当于被发送的VSB定时信号的精度。
发明内容
按照本发明的原理，从广播VSB信道来得到精确的定时基准。在例如消费电子设备的环境中，通过在诸如DVD播放机或录像机(VCR)的数字图像产生设备内的接收器电路来执行对广播信号的接收和解调。VCR被调谐到包括被嵌入的码元定时信息的广播电视频道，并且解码码元定时序列或音调。所产生的定时信息被发送到VCR再调制器，它使用定时信号来作为时钟脉冲或时钟同步的来源，由此消除对于在VCR再调制器内的独立高精度基准振荡器的需要。在VCR内重放磁带期间，VCR接收机工作来提供从VCR向适当的视频显示器——诸如数字电视接收机——发送数字化视频信息所需要的再调制器时钟脉冲。
在通常的操作中，VCR接收机在整个重放期间连续地工作以实时地向再调制器提供必要的时钟脉冲。在不存在广播信号时，VCR接收机可以仅仅工作来在初始获取或“引入”期间检测广播定时信号。
一旦已经获取了定时信号，则对于锁相环(PLL)的可变振荡器的控制信号可以被冻结以近似所需要的时钟精度，而不需要连续接收广播VSB信号。
附图说明
图1是按照本发明的原理构造的用于产生交替定时信号的系统的方框图；
图2是由图1描述的系统的再调制器使用的独立锁相环电路的方框图；
图3是在图1的系统中使用的一种优选模拟信号定时恢复电路的方框图；
图4是可以用于取代图3所述的电路的、一种优选数字信号定时恢复电路的方框图。
具体实施方式
图1是可以提供定时信号由此消除对于将建立类似信号的高度稳定的基准振荡器的需要的基准信号产生装置10的方框图。装置10包括RF信号输入路径15，它适合于经由天线12来接收广播VSB信号5。装置10是可配置的，并且在在此所描述的特定实施例中，其中装置10被作为诸如VCR、卫星广播接收机、计算机、DVD播放机或屏幕显示器(OSD)单元的消费电子设备20的子系统，它通常位于数字电视接收机25的顶部或附近。
广播VSB信号5被耦合到VSB接收机30，VSB接收机30包括可变频率振荡器(VFO)32和解调器31。具体地，VSB信号5包括10.76MHz(或其二次谐波21.52MHz)的时钟信号15，其按照相关的ATSC规范精确到10万分之一(对于10.76MHz信号)以内。VFO 32具有10.76MHz的中心频率，但是仅仅精确到百分之一的ppm以内。
VFO 32可以是使用晶体控制振荡器的模拟器件，它可以是压控振荡器，用于接收校正信号34来作为一系列纯数字增量，或者它可以是数控振荡器，用于以期望的速率来控制时钟使能信号和内插器(离散时间采样率转换器)。也可以使用独立的PLL，它锁定到从独立的接收机码元定时恢复环路恢复的时钟信号。
解调器31包括锁相环(PLL)33，它用于从VSB信号5接收基准时钟信号15，并且产生具有期望频率的输出时钟信号CLOCK 35。PLL 33通过产生校正信号34而被耦合到VFO 32并且能够调整VFO 32的频率。VFO 32的输出信号被耦合到PLL 33，并且与VSB信号15相比较以验证VFO 32的精度。当被ATSC VSB信号驱动时，PLL 33产生具有在10ppm内的精度的CLOCK 35信号，否则CLOCK 35信号的精度在VFO 32的100ppm的精度内。
图3图解了典型的基于模拟振荡器的VSB解调器的信号定时恢复(STR)PLL 330。在这个实施例中，PLL 330用作图1的PLL 33的替代品，模拟VFO320是图1所述的VFO 32的替代品。在VSB广播信号5中的定时基准分量被ADC 305数字化。数字化的定时基准分量耦合到STE定时误差估计器302。STR定时误差估计器302计算表示在由VFO 320产生的时钟信号和所接收的定时基准信号15之间的误差的数字信号。环路滤波器301滤除误差并且产生用于VFO 320的控制信号340。因为VFO 320是模拟的VFO，因此数模转换器(DAC)300用于将数值控制信号306转换为压控信号340。因为再调制器定时信号35意欲具有大致恒定的频率，因此STR环用于锁定在来自VFO 320的再调制器时钟信号35中的漂移的相位，并且另外用于跟踪和消除所述漂移。
在这个实施例中，通过引入等于环路滤波器301的输出306的平均最近锁定值的VFO 320控制值340来最小化所接收的VSB信号5的中断的效果。当VSB信号5不存在或质量差时，复用器304被自动转换到在寄存器303中存储的值。寄存器303继而从环路滤波器310接收控制值，并且保持对于预定时间间隔的那些值的运行平均值。插入从寄存器303获得的平均值307将最小化对于VSB信号损失的短时期的VFO 320的开环输出频率改变。
图4图解了一种全数字码元定时恢复锁相环430。在图4中，所接收的定时基准信号15被ADC 405数字化，并且数字化的定时基准分量410经由内插器406被耦合到STR相位误差估计器402。STR相位误差估计器402产生表示在由内插器406产生的时钟使能样值410和由数控振荡器(NCO)420产生的再调制器时钟信号35之间的相差的数字信号。环路滤波器401过滤所述误差，并且产生用于数控振荡器(NCO)420的控制信号409。NCO 420以期望的采样率产生时钟使能脉冲35，并且产生相位调整信号407，用于向所述期望的采样率插入模拟至数字样本。像在模拟情况下一样，多路复用器404可以用于向NCO 420提供寄存器403的最近平均锁定值411，由此保持NCO 320在没有广播VSB信号5的情况下接近期望的频率。
图2图解了使用锁相环200来向再调制器40提供时钟信号，所述再调制器40与在(图1的)解调器31内的锁相环33无关地工作。向回参见图1，解调器31具有集成的码元定时恢复环路，其中包括锁相环33，它产生定时信号35。图2图解的PLL 200锁定到来自解调器31的接收机定时基准信号35以产生用于再调制器40的定时脉冲206。相位/频率检测器207比较信号35与VFO输出定时脉冲206以产生相位误差信号208。相位误差信号208通过环路滤波器201以产生校正信号205，以便控制VFO 220的频率。如上所述，寄存器203保存控制信号205的最近的平均值。只要定时基准信号35存在，则多路复用器204选择校正信号205。每当中断定时基准信号35时，多路复用器204从寄存器203选择平均频率值202来作为用于VFO 220的控制信号。这个手段分离解调器31和再调制器40锁相环子系统。
在此参见图1，再调制器40产生表示数字电视信号数据的VSB信号60。这个VSB信号60被提供到电视信号接收器件25，它在图解的实施例中是数字电视接收机。特定类型的接收器件不与本发明相关，可以是任何这样的器件。选择器50选择电视信号的一个来源。选择器50的第一输入端从解调器31接收解调的电视信号45；选择器的第二输入端耦合到用于表示数字电视信号的、来自外部源(未示出)的数据分组的来源；选择器50的第三输入端耦合到屏幕显示器(OSD)70。
PLL 33的主要目的是提供用于图1中所示的系统的操作的精确时间基准，所述系统特别包括接收器件25。当一些VSB信号接收机可以事实上能够足够地解调具有+/-100ppm的时钟精度的输入信号时，ATSC规范要求在+/-10ppm的定时精度内产生VSB数字电视信号。但是，VFO 32当工作在开环状态下时、即当VSB信号15不被PLL 33接收时，仅仅具有大约+/-100ppm的精度。在这种情况下，将不产生通常耦合到VFO 32的校正信号34，并且不能获得由于在VSB信号15中的时钟分量的存在而导致的增强的+/-10ppm的精度。相反，VFO 32整体依赖于其本身的固有+/-100ppm的精度。在一种闭环配置中，即当VSB信号15被接收时，PLL 33产生校正信号34。在所述闭环的情况下，VFO 32具有大致等于在信号15内包括的定时信息的精度的精度。通过包括平均的锁定值寄存器(203，303，403)，+/-100ppm的开环误差可以被降低，并且可以甚至接近或获得期望的+/-10ppm的精度。但是，即使在这种配置中，VFO(32，220，320)频率将由于电压、热量和分量变化而仍然漂移。在任何一种情况下，再调制器40总是从(图1的)PLL 33、(图2的)PLL 200、(图3的)PLL 330或(图4的)PLL 430的输出信号35接收用于其再调制功能的其主要的定时信息。
接收机30不仅从广播VSB信号15产生定时信号35，而且解调器31也恢复在广播信号5中包括的任何数字视频、音频和数据流45。被恢复的数据流45耦合到源选择器50的输入。源选择器50的所选择的输出信号55可以被耦合到VSB再调制器40的输入端。再调制器40用于重建对于8值和16值VSB调制信号60适当的数据流45，所述信号60被耦合到用于视频和音频播放的数字电视机25的输入端。
源选择器50的其他输入可以包括VSB分组源65，诸如录像带播放机、计算机、卫星接收机、数据电缆、立体声解码器或DVD播放机。一种附加的输入可以是用于在电视机25上显示菜单和状态信息的OSD源70。

Claims (9)

1. 一种再调制器时钟信号源，包括：
残留边带解调器，所述解调器响应包含定时信息的残留边带传输，所述解调器恢复所述定时信息；以及
信号通路，将由解调器产生的恢复定时的信息耦合到再调制器时钟输入，以便调整再调制器定时序列，该再调制器时钟信号源还包括：
锁相环，包含耦合到所述解调器的可变频率振荡器，用于响应所述定时信息而产生时钟脉冲；
其中所述锁相环至少在开环操作状态下工作，其以没有来自定时信息的数据为特征，其中产生等于在最近的时间间隔上的校正信号的平均值的振荡器校正信号，由此使得所述再调制器在没有来自当前定时信息的校正信号的情况下工作。
2. 一种系统，包括：
用于接收包含定时信息的调制信号的输入端；
解调器，耦合到所述输入端，用于提取定时信息；
包含可变频率振荡器的锁相环，耦合到解调器，用于响应所述定时信息而产生时钟脉冲；以及
再调制器，耦合到所述锁相环，用于接收所产生的时钟脉冲，其中
所述锁相环至少在没有来自定时信息的数据为特征的开环操作状态下工作，并且
产生等于在最近的时间间隔上的校正信号的平均值的振荡器校正信号，由此使得所述再调制器在没有来自当前定时信息的校正信号的情况下工作。
3. 按照权利要求2的系统，还包括所述可变频率振荡器根据定时信息的来源从锁相环接收校正信号，所述可变频率振荡器由此在以闭环操作状态工作时具有等于定时信息来源的精度。
4. 按照权利要求2的系统，其中调制信号是包含高精度电视信息的VSB调制信号。
5. 按照权利要求4的系统，其中VSB调制信号是按照ATSC标准的。
6. 一种系统，包括：
用于接收包含定时信息的调制信号的输入端；
解调器，耦合到所述输入端，用于提取定时信息；
锁相环，耦合到解调器，用于响应所述定时信息而产生时钟脉冲；
可变频率振荡器，耦合到所述锁相环，所述可变频率振荡器根据定时信息的来源从锁相环接收校正信号，所述可变频率振荡器由此具有等于定时信息来源的精度；以及
再调制器，耦合到所述锁相环，用于接收所产生的时钟脉冲，
其中锁相环可在以下操作状态中的至少一种操作状态下工作：
第一闭环操作状态，其特征在于根据来自定时信息的数据向可变频率振荡器产生校正信号；和
第二开环操作状态，其特征在于没有来自定时信息的数据，由此使得所述可变频率振荡器在没有校正信号的情况下工作。
7. 按照权利要求6的系统，还包括：
数值寄存器，耦合到可变频率振荡器，并且保存等于在最近的时间间隔上的校正信号的平均值的一个值；和
多路复用器，所述复用器选择性地将来自所述数值寄存器的值耦合到在开环操作条件中的可变频率振荡器，并且将来自锁相环的校正信号耦合到可变频率振荡器。
8. 按照权利要求6的系统，其中调制信号是包含高精度电视信息的VSB调制信号。
9. 按照权利要求8的系统，其中VSB调制信号是按照ATSC标准的。
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