專利名稱：立體聲譯碼器的振蕩頻率控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生耦合到受控振蕩器的頻率控制信號的裝置，該裝置用于，例如，電視設備的立體聲譯碼器中。
典型的基帶復合音頻立體聲信號包括由左、右信道信號之和形成的主信號(L+R);具有高于(L+R)信號的最高頻率的頻率ωp的導頻信號以及等于左、右信道信號之差的差信號(L-R)。該差信號具有雙邊帶、中心頻率為兩倍于ωp的調(diào)幅抑制載波的形式。該導頻信號對于解調(diào)所述抑制載波，以提取(L-R)聲頻信息來說是必不可少的。
所述解調(diào)后的(L-R)信號按規(guī)定將包含與所述導頻信號相當?shù)姆至?，而所?L+R)信號的最高信號頻率按規(guī)定相對地接近于導頻信號頻率。
在這樣的立體聲譯碼器中，可以使用鎖相環(huán)電路來產(chǎn)生例如頻率為2ωp的信號，該信號與所述導頻信號同步、并且，用于解調(diào)所述(L-R)信號。
在題為“從復合信號中消除導頻信號的裝置”的美國專利申請第882，384號中，發(fā)明人ToddChristopher描述了一種立體聲譯碼器，其中，對基帶復合音頻立體聲信號取樣，以產(chǎn)生由順序地提供的數(shù)字字組成的數(shù)字信號。對(L-R)信號進行解調(diào)的PLL包括一個壓控晶體振蕩器(VCXO)。該VCXO的輸出信號具有等于，例如，所述導頻信號的整數(shù)倍的頻率。產(chǎn)生一種相位或頻率誤差信號，該信號反映VCXO輸出信號相對于導頻信號的相應的相位和頻率誤差。舉例來說，在所述Todd裝置中，用數(shù)字字來表示該頻率誤差信號。
也許最好是由所述數(shù)字頻率誤差信號產(chǎn)生一種模擬頻率控制信號，把該信號加到VCXO的頻率控制端、用于控制VCXO輸出信號的頻率和相位。
在實施本發(fā)明的一個方面時，在對包括導頻信號分量的基帶復合聲頻信號做出反應的立體聲譯碼設備中，包括對第一控制信號做出反應的可控振蕩器。該振蕩器產(chǎn)生一種具有受所述第一控制信號控制的頻率的振蕩信號。產(chǎn)生以數(shù)字字形式出現(xiàn)的、其值反應所述導頻信號分量與所述振蕩信號之間相位差的相位誤差指示信號。在給定的時間間隔內(nèi)，把第一電流耦合到一個電容上。為改變把所述第一電流耦合到電容上的給定時間間隔的持續(xù)時間，產(chǎn)生一種第二控制信號，以便在電容中產(chǎn)生第一控制信號。


圖1說明實施本發(fā)明的一個方面、用來控制壓控晶體振蕩器頻率，包括一種電荷抽運裝置的立體聲譯碼器的一部分的方框圖;以及圖2說明圖1中實施本發(fā)明的一個方面的電荷抽運裝置的詳細實施例。
圖1中，把一種，例如，取自電視接收機(圖中未示出)的FM譯碼器的復合音頻立體聲信號INa，耦合到可產(chǎn)生復合信號IND的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器109的輸入端109a。信號IND是一種信號的數(shù)字表示方式，該信號具有類似于頻譜波形5的頻率組分，該頻譜波形包含導頻信號分量PILOT。在BTSC標準中，信號分量PILOT具有等于水平掃描頻率fH的頻率ωp。
信號IND經(jīng)由導線110而加到鎖相環(huán)電路(PLL)100的信號減法電路112的被減數(shù)輸入端。合成導頻信號Ps經(jīng)由連線111耦合到減法電路112的減數(shù)輸入端。減法電路112在其輸出連線113上提供一種基本上消除了導頻信號分量的復合信號112a。減法電路112被包含在虛線內(nèi)所示的電路99中。電路99執(zhí)行傳統(tǒng)的PLL中鑒相器的模擬功能。
還把信號112a合到低通濾波器115，后者傳遞或分離(L+R)信號，而把復合信號的高頻分量基本上排除。由于導頻信號分量不存在于加到濾波器15的信號之中，因此，與存在導頻信號的情況相比，可以有利地顯著降低對濾波器115的截止頻率特性的嚴格要求。
另外，來自減法電路112的輸出信號112a耦合到包括在電路99中的乘法電路120上。把由乘法器120產(chǎn)生的輸出信號耦合到各串聯(lián)耦合電路元件上，這些元件包括低通濾波器122、實施本發(fā)明的一個方面的電荷抽運裝置123、壓控晶體振蕩器(VCXO)124、正弦波發(fā)生電路126以及90°移相器128。
具有截止頻率顯著低于導頻信號分量PILOT的頻率的裝置1222的低通濾波器122，對乘法器120的端口120a上的所述數(shù)字輸出字進行低通濾波，以產(chǎn)生誤差字122b，該誤差字表示信號分量PILOT與VCXO124的輸出信號CK之間的相位或頻率誤差，這在后面將繼續(xù)描述。然后，數(shù)字誤差字122b周期性地(例如，導頻信號分量PILOT的每2/3周期一次)加到實施本發(fā)明的一個方面的電荷抽運裝置123上，以產(chǎn)生在上述周期性操作的時間間隔之間基本上保持恒定的等效模擬信號123a。信號123a耦合到VCXO124的輸入端，以形成由此產(chǎn)生的輸出頻率。
對于乘法器120的端口120a上的零平均值信號，VCXO124產(chǎn)生出具有基本上等于導頻信號分量PILOT的頻率ωp的預定的整數(shù)倍N的頻率的輸出信號CK。
來自VCXO124的輸出信號CK加到正弦波發(fā)生器126，后者產(chǎn)生提供正弦信號Sin(ωp′t)的數(shù)字表示方式的信號126a，該信號是與導頻信號分量PILOT同頻率和同相位的。正弦波發(fā)生器126，舉例來說，可以包括對信號CK的脈沖進行計數(shù)的計數(shù)器和只讀存儲器(ROM)，后者具有同所述計數(shù)器的輸出字耦合的地址端口，使得在該ROM的輸出端口上產(chǎn)生信號126a。發(fā)生器126根據(jù)信號CK的頻率與由發(fā)生器126所產(chǎn)生的信號126a的頻率之間的比值而給定前面曾提及的整數(shù)N的值，該值可以等于，例如700。把正弦波發(fā)生器126的輸出信號126a耦合到移相器128，后者以眾所周知的方法產(chǎn)生具有相同頻率而相位偏移90°的余弦信號，該信號與表達式COS(ωp′t)相對應。
標準的FM和BTSC基帶復合聲頻信號C(t)可由下式表達C(t)＝S(t)+Psin(ωpt)+D(t)sin(2ωpt)(1)
式中C(t)相當于信號IND，而S(t)和D(t)分別相當于時變的(L+R)和(L-R)信號，P是幅度，而ωp是導頻信號分量PILOT的角頻率。
通過測量在減法電路112的輸出端上的剩余導頻信號的幅度，有效地放大所述剩余幅度，并且，用正弦波發(fā)生器126的輸出信號乘上該值，產(chǎn)生加到減法電路112上的合成導頻信號Ps。
假定合成導頻信號Ps的幅度Pc精確地等于導頻信號分量PILOT的幅度P。此外，所述合成導頻信號Ps可用Pcsin(ωp′t)來表示。則取自減法電路112的表示信號112a的值C′(t)可用下式表示C′(t)＝S(t)+Psin(ωpt)-Pcsin(ωp′t)+D(t)sin(2ωpt).(2)該值C′(t)在乘法器120中乘cos(ωp′t)，以產(chǎn)生C′(t)cos(ωp′t)＝S(t)cos(ωp′t)+Psin(ωpt)cos(ωp′t)-Pcsin(ωp′t)cos(ωp′t)+D(t)sin(2ωpt)cos(ωp′t)。
方程式(3)中的第一和最后項都是正弦波，它們在低通濾波器122中將取等于零的平均值。利用三角恒等式，可以證明中間兩項，Psin(ωpt)cos(ωp′t)-Pcsin(ωp′t)cos(ω′pt)，等效于P/2〔sin(ωpt-ωp′t)+sin(ωpt+ωp′t)-sin(2ωp′t)〕(4)最右邊兩項是比較高頻率的正弦波，因而，在低通濾波器122中將取等于零的平均值。由于規(guī)定正弦波發(fā)生器126的信號126a的額定輸出頻率接近于ωp′，所以，表達式(4)的第一項的自變量(ωpt-ω′pt)將接近零。項sin(ωpt-ωp′t)將是很低頻率的正弦波，因而，除非ωp′等于ωp，不然該項就不會取等于零的平均值。所以，只要頻率ω′p與導頻頻率ωp是不同的，乘法器120和低通濾波器122就將周期性地以負反饋的方式改變加到VCXO124上的誤差信號122b，勢必會使正弦波發(fā)生器126的信號126b與導頻信號分量PILOT同步。
其次，舉例來說，假定ωp′和ωp是相同的頻率，但是，合成導頻信號Ps與導頻信號分量PILOT在相位上卻差△度。在這種情況下，乘法器120的輸出取如下形式C′(t)cos(ωpt+△)＝S(t)cos(ω′p+△)+psin(ωpt)cos(ωpt+△)-Pcsin(ωpt+△)cos(ωpt+△)+D(t)sin(2ωpt)cos(ωpt+△)。
(5)上式右邊的第一和第四項，因為它們表示的正弦信號具有相對高于低通濾波器122的時間常數(shù)的倒數(shù)的頻率，所以，在所述濾波器中將取等于零的平均值?？梢宰C明中間兩項等效于P/2〔sin(2ωpt+△)+sin△-sin(2ωpt+2△)〕。(6)第一和第三項是比較高頻率的正弦信號，因而，在PLL100的低通濾波器122中將取等于零的平均值。剩余項P/2sin△基本上是直流項，所以，將通過低通濾波器122，以形成誤差信號122b，后者為VCXO124提供相位校正項。因此，只要存在頻率或相位誤差，乘法器120、低通濾波器122以及電荷抽運裝置123就將改變信號123a。假如無誤差存在，則信號123a保持不變。
將信號CK耦合到正弦波發(fā)生器150的輸入端，該發(fā)生器產(chǎn)生信號150a，該信號是具有角頻率2ωp的正弦波的數(shù)字表示。將正弦波信號150a耦合到乘法器116的被乘數(shù)輸入端口。在減法電路112中，將復合信號IND減去合成導頻信號Ps，把所得到的信號耦合到乘法器116和138的各自的乘數(shù)輸入端。來自正弦波發(fā)生器150的、按照表示式sin(2ωpt)變化的信號150a，加到乘法器116的被乘數(shù)輸入端，以產(chǎn)生用下式描述的信號(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)將該信號加到低通濾波器118上。低通濾波器118預定只能通過所述基帶項D(t)，于是，分離出(L-R)信號。
在乘法器138中，來自減法電路112的輸出信號，與項sin(ωpt)相乘。因而，乘法器138的輸出信號Po可表示成Po＝S(t)sin(ωpt)+Psin(ωpt)sin(ωpt)-Pcsin(ωpt)sin(ωpt)+D(t)sin(2ωpt)·sin(ωpt)。(9)正如在題為“從復合信號中消除導頻信號的裝置”的美國專利申請第882，384號中，發(fā)明人ToddChristopher曾詳細描述過的，所述項Pcsin(ωpt)sin(ωpt)相當于所述導頻消除信號。信號Po加到低通濾波器132上，后者在比2π/ωp長的時間間隔內(nèi)對所述信號進行積分。濾波器132的輸出信號加到乘法器134上，與正弦波發(fā)生器126的信號126a相乘，以產(chǎn)生合成導頻信號Ps。
圖2進一步詳細說明圖1中實施本發(fā)明的一個方面的電荷抽運裝置123。圖1和圖2中，用同樣的數(shù)字和符號說明同樣的零件和功能。圖1的可以是以2的補碼二進制字表示的誤差字，即，信號122b耦合到絕對值形成級200的輸入端口200a，從而，產(chǎn)生代表信號122b的絕對值的字200b。信號122b的符號比特耦合到觸發(fā)器201的數(shù)據(jù)輸入端201a。字200b耦合到起從大到小計數(shù)的計數(shù)器作用的計數(shù)器202的預置輸入端口202a。定時裝置203產(chǎn)生一個周期性地(比如，每間隔一段時間一次，該時間間隔例如等于圖1的導頻信號分量PILOT的2/3周期)出現(xiàn)的信號LOAD。每當圖2的信號LOAD出現(xiàn)時，就將信號200b存儲在計數(shù)器202中，這使計數(shù)器202被預置在信號200b的值。同時，將信號122b的所述符號比特單獨存儲在觸發(fā)器201中。由于信號LOAD的結(jié)果，計數(shù)器202的輸出信號202b最初等于信號200b。信號202b耦合到零檢測器207的輸入端口，只要信號202b為非零值，則零檢測器207就產(chǎn)生信號NONZERO。將信號NONZERO耦合到計數(shù)器202的允許端202C，只要產(chǎn)生信號NONZERO，計數(shù)器202就從大到小計數(shù)。因此，每當由VCXO124產(chǎn)生的信號CK出現(xiàn)時，計數(shù)器202輸出信號202b的值就由所述初始預置值順序地減小。當計數(shù)器202輸出信號202b變成零時，在下次信號LOAD出現(xiàn)之前，停止產(chǎn)生信號NONZERO，同時，計數(shù)器202也停止從大到小計數(shù)。
這樣，信號NONZERO形成一種具有可變寬度，即，持續(xù)時間W1的脈沖，該寬度表征數(shù)字信號122b的絕對值。信號122b的值是根據(jù)信號122b的每個字的各比特的加權(quán)值來確定的。將信號NONZERO耦合到“與”門204的輸入端204a，該“與”門接受來自觸發(fā)器201輸出端的信號PLUS。當信號122b是正的時，就產(chǎn)生信號PLUS。因此，當信號122b是正的時，就產(chǎn)生具有與信號NONZERO相同的持續(xù)時間的信號CHARGE的可變寬度輸出脈沖。另一方面，只要信號122b是負的，觸發(fā)器201產(chǎn)生信號MINOS，那么，當產(chǎn)生信號NONZERO時，在“與”門205的輸出端205a就產(chǎn)生與信號CHARGE相似的信號DISCHARGE。
按照本發(fā)明的特征，信號CHARGE耦合到模擬開關(guān)ASW1和ASW3的對應的控制端，正如開關(guān)ASW1和ASW2的實線滑動臂位置所表明的那樣，這使開關(guān)ASW1把由電流源IS3所生的電流i3耦合到電容C4。只有在信號CHARGE的脈沖持續(xù)時間W1期間，電流i3才使電容C4充電。可以以利用金屬氧化物半導體(MOS)技術(shù)的通常的方式構(gòu)成電流源IS3，所取方式在圖2中未予示出。
按照本發(fā)明的另一特征，當電流i3不與電容C4相耦合時(這發(fā)生在脈沖持續(xù)時間W1之外)，如開關(guān)ASW1和ASW2的虛線滑動臂位置所表示的，開關(guān)ASW2把電流i3耦合到電壓+VREF。這樣，電流源IS3雖連續(xù)地供應電流i3，卻能防止它飽和或以不合乎需要的運行方式來動作。此外，因為借助于開關(guān)ASW1的切換動作，使電流i3不間斷地流動，所以，舉例來說，在信號CHARGE的前緣LE出現(xiàn)之后，電流i3能有利地立即處于所要求的電平上。
同樣，信號DISCHARGE耦合到各自與開關(guān)ASW1和ASW2同樣地動作的開關(guān)ASW3和ASW4的控制端。開關(guān)ASW3按照虛線所示，把由電流溝IS4(相似于電流源IS3)產(chǎn)生的電流i4耦合到電容C4，用于在信號DISCHARGE的脈沖持續(xù)時間W2期間，使電容C4放電。當開關(guān)ASW3導通時，開關(guān)ASW4不導通，反之亦然。
因此，在信號LOAD產(chǎn)生之后，只要信號122b是正的，電容C4立即可以得到充電;只要信號122b是負的，電容C4就可以予以放電(或者，只要信號122b是零，電容C4可以保持原樣)。例如，當信號123a是正值時，電容C4中所產(chǎn)生的信號123a的電平的增加或減小分別正比于誤差信號122b的值。由此可見，隨著信號LOAD的周期性產(chǎn)生，借助于誤差信號122b的周期性積累而產(chǎn)生頻率控制信號123a。頻率控制信123a耦合到圖1的VCXC124的頻率控制端，從而，VCXO124產(chǎn)生頻率受控于信號123a的信號CK。
在1987年8月31日申請的，題為“受控振蕩器”(發(fā)明人P·D·Filliman，申請流水號091，167)的美國專利申請中，詳細地描述了具有MOS輸入晶體管的VCXO124電路的一個實例。
VCXO包括對信號123a做出反應的輸入級。所述輸入級包括MOS晶體管124C，該晶體管的柵極聯(lián)結(jié)到接線端124b，信號123a通過該接線端加到VCXO上。因為晶體管124C的柵極處的高輸入阻抗，所以，圖2的電容C4的電荷，在沒有信號CHARGE和DISCHARGE出現(xiàn)的每個時間間隔期間都基本上保持原樣。這樣，當VCXO相對于圖1的導頻分量信號PILOT鎖相時，VCXO124的相位基本上保持穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種對包含聲頻信息的模擬復合信號做出反應的立體聲譯碼器裝置，所述復合信號包含導頻信號分量，該裝置包括對模擬第一控制信號(123a)做出反應的可控振蕩器(124)，所述振蕩器產(chǎn)生受控于所述第一控制信號的頻率的振蕩信號，其特征在于還包括對所述模擬復合信號做出反應的取樣裝置，所述裝置用于對所述復合信號取樣，以產(chǎn)生具有第一若干比特的比特加權(quán)取樣信號，后者以數(shù)字的比特加權(quán)形式表示所述復合信號，并且，包含所述導頻信號分量的同步信息，對所述取樣信號和所述振蕩信號做出反應的裝置(120)，所述裝置用來產(chǎn)生相位誤差指示信號(122a)，后者構(gòu)成具有第二若干比特、帶著數(shù)字比特加權(quán)值的數(shù)字字，所述加權(quán)值反映所述導頻信號分量與所述振蕩信號之間的相位差，第一電流(i3)的源(IS3)，電容(c4)，對耦合到它的控制端的第二控制信號做出反應的可控裝置(204、205、ASW1、ASW2、ASW3、ASW4)，用于在給定的時間間隔中，把所述第一電流(i3)耦合到所述電容，以及對所述相位誤差指示信號的所述第二若干比特做出反應的裝置(200、202、203、204)，所述各裝置以改變所述給定的時間間隔的方式，產(chǎn)生所述第二控制信號，在所述時間間隔，所述第一電流耦合到所述電容，以便在所述電容中產(chǎn)生所述模擬第一控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述第二控制信號發(fā)生裝置包括依照所述相位誤差指示信號的值而預置的計數(shù)器(202)，其中，對時鐘信號做出反應的所述計數(shù)器(202)，在所述給定的時間間隔期間對所述鐘表信號的脈沖計數(shù)，而且，只要所述計數(shù)器對所述鐘表信號的所述脈沖計數(shù)，就產(chǎn)生所述第二控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于當所述相位誤差指示信號處于第一極性(PLUS)時，就產(chǎn)生所述第二控制信號，而當所述相位誤差指示信號處于相反極性時，就不產(chǎn)生所述第二控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于把所述第一電流耦合到所述電容(C4)的所述可控裝置包括第一開關(guān)(ASW1)，當產(chǎn)生所述第二控制信號時，該開關(guān)是導通的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征還在于包括對所述相位誤差指示信號做出反應的裝置(205)和第二開關(guān)，在第二給定時間間隔期間，裝置(205)產(chǎn)生第三控制信號(DISCHARGE)，該第二給定時間間隔按照所述相位誤差指示信號的所述值而變化，以致當所述相位誤差指示信號處于所述相反極性時，產(chǎn)生第三控制信號，同時，在所述第二給定的時間間隔期間，當產(chǎn)生所述第三控制信號時，所述第二開關(guān)是導通的，用于把第二電流(i4)的源(IS4)耦合到所述電容(C4)，所述第二電流(i4)以與所述第一電流(i3)相反的方式改變所述電容器中的所述第一控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征還在于包括對所述第二控制信號做出反應的第三開關(guān)(ASW2)，當所述第一開關(guān)(ASW1)不導通時，所述第三開關(guān)是導通的，反之亦然;當所述第一開關(guān)(ASW1)不導通時，所述第三開關(guān)為所述第一電流(i3)形成另一個電流通路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于當所述第一開關(guān)(ASW1)從導通變成不導通，以及從不導通變成導通時，所述第三開關(guān)(ASW2)使所述第一電流基本上不間斷地流動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述可控振蕩器(124)包括場效應晶體管(124c)，該晶體管的柵極聯(lián)結(jié)到所述第一控制信號，以致所述場效應晶體管的高輸入阻抗使所述電容(C4)中的電荷在所述給定時間間隔之外不發(fā)生變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于當所述第一電流耦合到所述電容時，所述第二控制信號含有確定所述給定的時間間隔的所述長度的脈沖持續(xù)時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于只有當所述導頻信號分量與所述振蕩信號之間的相位差處于第一極性時，才產(chǎn)生所述第二控制信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述可控裝置包括用來產(chǎn)生第二相位指示信號的裝置(200)，所述第二相位指示信號構(gòu)成其值等于所述第一誤差指示信號的絕對值的數(shù)字字，裝置(200)根據(jù)所述絕對值來控制所述給定時間間隔的長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于包括第二電流(i4)的源(IS4)，其中，當所述相位差處于第一極性時，所述可控裝置把所述第一電流(i3)耦合到所述電容(C4)，而當所述相位差處于相反的極性時，就把所述第二電流(i4)耦合到所述電容，因此，在給定的相位檢波周期期間，只要所述相位差處于所述第一極性，所述第二電流(i4)就與所述電容(C4)斷開聯(lián)系，同時，只要所述相位差處于所述相反極性，所述第一電流(i3)就與所述電容(C4)斷開聯(lián)系。
全文摘要
電荷抽運裝置(123)接收代表誤差信號的數(shù)字誤差字(122a)，并且，以正比于所述誤差字的絕對值的量，接照所述誤差字的符號使電容(C4)充電或放電。在電容(C4)中產(chǎn)生的電壓耦合到壓控晶體振蕩器(124)的頻率控制端，所述振蕩器用于立體聲譯碼器中。
文檔編號H03D1/22GK1031786SQ88106458
公開日1989年3月15日 申請日期1988年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1987年8月31日
發(fā)明者何羅·迪安·菲利曼 申請人:Rca許可公司