衛(wèi)星機(jī)頂盒的時(shí)鐘生成解決方案

簡介

衛(wèi)星機(jī)頂盒（STB）和電視接收器包含許多需要高速時(shí)鐘的芯片。如果視頻解碼器芯片沒有外部時(shí)鐘驅(qū)動器 - 并且許多新設(shè)備沒有 - 必須為需要它的任何音頻組件間接生成時(shí)鐘。本文介紹如何使用鎖相環(huán)（PLL）為廣播電視系統(tǒng)委員會（BTSC）立體聲系統(tǒng)獲取穩(wěn)定的高速時(shí)鐘啟用系統(tǒng)，采用雙通道BTSC編碼器，如AD71028。

編碼器的一個(gè)通道處理實(shí)際的BTSC立體聲編碼輸出，第二個(gè)通道用于推導(dǎo)主通道的主控通道時(shí)鐘及其自己的輔助時(shí)鐘 - 使用BTSC復(fù)合音頻頻譜中的殘留導(dǎo)頻信號加上負(fù)反饋誤差校正。通過這種方式使用AD71028，在設(shè)計(jì)衛(wèi)星機(jī)頂盒時(shí)可以低成本地添加立體聲功能。對于消費(fèi)者而言，這意味著在家庭中，電視和音頻/視頻（A / V）接收器位于多個(gè)房間，BTSC立體聲可通過同軸電纜饋送到整個(gè)房屋，避免了高成本和RCA音頻/視頻電纜具有低噪聲抗擾度。

本文介紹了機(jī)頂盒環(huán)境中的時(shí)鐘生成問題，然后展示了一種緊湊，低成本的解決方案，可以生成穩(wěn)定的系統(tǒng)主時(shí)鐘并為立體聲音頻分配系統(tǒng)提供時(shí)鐘。

多通道電視聲音（MTS），更為人所知的是由Zenith開發(fā)的BTSC編碼 - 于1984年被美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）采用為用于將三個(gè)附加音頻信道編碼到 National Television Systems Committee （NTSC）格式視頻信號上的方法。早期的NTSC視頻已包含單聲道音頻信號（相當(dāng)于L + R，立體聲和），因此BTSC添加了立體聲差信號（L-R），它與和信號組合以解碼立體聲音頻。此外，第二個(gè)通道（稱為第二音頻程序（SAP））可用于為視障人士或無線電服務(wù)提供第二語言，音頻描述服務(wù)。廣播電臺可以使用第三個(gè)專業(yè)（PRO）信道進(jìn)行音頻或數(shù)據(jù)交換。

NTSC復(fù)合視頻和BTSC復(fù)合音頻頻譜的頻率圖顯示在分別如圖1和圖2所示。注意，BTSC頻譜包含15.734 kHz的導(dǎo)頻信號，該頻率與NTSC視頻水平同步相同，1H = f H sync 。接收器使用該導(dǎo)頻信號在2H恢復(fù)雙邊帶抑制載波（DSBSC）調(diào)制立體聲差分（L-R）音頻信道，在5H恢復(fù)SAP和PRO信道。 6.5H。值得注意的是，DSBSC調(diào)制需要相干解調(diào)，因此發(fā)送和接收點(diǎn)的相位和頻率必須相同，以避免嚴(yán)重失真。

< p>在接收機(jī)設(shè)計(jì)中，鎖相環(huán)（PLL）用于本地振蕩器（LO），以消除由于環(huán)境影響引起的頻率和相位偏移 - 例如隨著環(huán)境溫度的變化。由于這些偏移會導(dǎo)致下變頻和解調(diào)誤差，因此獨(dú)立振蕩器不足，因?yàn)樗鼈兗炔桓欘l率也不跟蹤相位。典型的PLL包含一個(gè)低漂移參考振蕩器和一個(gè)提供頻率調(diào)諧的壓控振蕩器（VCO）。使用負(fù)反饋，從參考輸入生成低漂移輸出。由于 f H sync 可用作低漂移參考信號，因此PLL可用于為BTSC編碼器生成主時(shí)鐘，并且模擬到 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。傳統(tǒng)方法使用PLL來產(chǎn)生主時(shí)鐘，但此處介紹的電路使用了一種不尋常的技術(shù)：它將需要主時(shí)鐘的器件集成到生成的PLL反饋環(huán)路中主時(shí)鐘。

在最基本的形式中，PLL由相位檢測器，環(huán)路濾波器和VCO組成，如圖3所示。相位檢測器將參考信號的相位與反饋信號進(jìn)行比較，并產(chǎn)生緩慢變化的輸出作為差異的函數(shù)。濾波器的輸出經(jīng)過濾波，為VCO提供干凈的控制電壓。 VCO輸出反饋到相位檢測器，負(fù)反饋迫使VCO產(chǎn)生等于平衡時(shí)參考頻率的頻率。相位檢測器將跟蹤參考信號的頻率或相位（頻率變化率）的變化。相位檢測器的濾波輸出驅(qū)動VCO，使其遵循參考頻率。當(dāng)VCO輸出頻率和相位等于參考信號時(shí)，PLL被稱為處于“鎖定”狀態(tài)。

稍作修改，這個(gè)基本的PLL原理可以應(yīng)用于許多有用的方法。例如，通過在環(huán)路中添加分頻器（例如，模N計(jì)數(shù)器），如圖4所示，基本PLL成為穩(wěn)定且可調(diào)諧的頻率合成器，其產(chǎn)生可以是整數(shù)的VCO輸出頻率。 - 或輸入?yún)⒖碱l率的分?jǐn)?shù)倍， f VCO = N × f REF 。

STB和電視接收器包含多個(gè)需要高速時(shí)鐘的芯片。例如，基于運(yùn)動圖像專家組（MPEG）的接收器使用必須路由到補(bǔ)充音頻組件的27MHz主時(shí)鐘。這個(gè)時(shí)鐘源通常是MPEG解碼器芯片，但如果MPEG解碼器沒有在外部提供它，它必須在其他地方生成。以下在支持BTSC的系統(tǒng)中的應(yīng)用采用PLL原理，將AD71028雙通道BTSC編碼器用作分?jǐn)?shù)分頻器，從而獲得穩(wěn)定，高速，頻率和鎖相時(shí)鐘。編碼器的一個(gè)通道用于BTSC立體聲編碼輸出，而第二個(gè)通道用于負(fù)反饋，以獲得主通道和編碼器本身的主時(shí)鐘。

在此應(yīng)用中，AD71028可以低成本地為衛(wèi)星機(jī)頂盒增加立體聲功能，而無需27 MHz時(shí)鐘源。在電視和音頻/視頻接收機(jī)器（AVR）的各個(gè)房間中使用的家，該技術(shù)允許BTSC立體聲信號在整個(gè)經(jīng)由同軸電纜房子被傳遞，避免了成本高，立體聲差分離，以及不平衡RCA電纜的低噪聲抗擾度。這種簡化的方法可以使用，因?yàn)樵贐TSC復(fù)合音頻頻譜中的殘留15.734千赫的導(dǎo)頻信號提供了一個(gè)理想的參考信號到PLL的相位檢測器。

的RF輸出電纜 -TV機(jī)頂盒（在頻道3或頻道4上調(diào)制）已經(jīng)是BTSC立體聲編碼。然而，便宜的衛(wèi)星電視機(jī)頂盒的RCA輸出通常限于單聲道聲音。為了向衛(wèi)星STB添加立體聲功能，系統(tǒng)中添加了AD71028 BTSC立體聲編碼器。在具有多個(gè)TV的家庭中，主衛(wèi)星STB中需要ADC以在編碼之前將左和右模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字。 AD71028，ADC和其他專業(yè)音頻轉(zhuǎn)換器和組件需要主時(shí)鐘。這些組件的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)采樣率為48 kHz，但通常在12.288 MHz（48 kHz×256）下進(jìn)行過采樣。具有12.288MHz的主時(shí)鐘和數(shù)字化的L和R音頻通道，編碼器將生成主單聲道信道（L + R），所述BTSC立體聲子信道。（L - R），和15.734千赫導(dǎo)頻信號

主時(shí)鐘可以以多種方式之一生成，后者又生成分?jǐn)?shù)比例的導(dǎo)頻信號。一個(gè)選項(xiàng)中，使用基于晶體振蕩器的，將不保證相應(yīng)BTSC導(dǎo)頻信號是頻或相位鎖定到?F<子>水平同步 的，一個(gè)給要求準(zhǔn)確地解碼雙邊帶抑制載波編碼的立體聲音頻。在遠(yuǎn)程電視處，視頻信號可能比音頻高10dB，可能導(dǎo)致立體聲矩陣解碼中的相位對準(zhǔn)誤差。此外，即使是最好的高穩(wěn)定性晶體也僅規(guī)定為0.01％，相當(dāng)于導(dǎo)頻信號的1.6 Hz容差。例如，如果PLL在BTSC接收器分別鎖定到所述NTSC的一個(gè)強(qiáng)有力的偽像的?F<子>水平同步 的，而不是晶體生成的導(dǎo)頻，該信號差將導(dǎo)致L + R和L-R之間的時(shí)變相位錯(cuò)位，導(dǎo)致在解碼期間左右聲道之間的分離嚴(yán)重?fù)p失。此外，根據(jù)不同的相位檢測器的結(jié)構(gòu)中，VCO可晶體產(chǎn)生的導(dǎo)頻和?F<子>水平同步 之間搖擺偽像，再次導(dǎo)致相位失調(diào)。

更可行的選擇是使用小數(shù)N分頻PLL導(dǎo)出時(shí)鐘，實(shí)際上使用 f H sync 作為參考輸入。圖5顯示了一個(gè)典型的PLL，在其反饋路徑中帶有分?jǐn)?shù)N分頻器。如果 f H sync 用作輸入?yún)⒖?，則N分頻器的值為780.9838 ...（N = f MCLK / f H sync ）需要非常高分辨率的設(shè)備。這種方法還需要額外的元件，這使得它在電路板空間非常寶貴的設(shè)計(jì)中不切實(shí)際。

第三種選擇是包含AD71028的輔助通道 - 其中包含兩個(gè)立體聲音頻通道 - 在反饋環(huán)路中，使用它來自校正和自我維持主時(shí)鐘 - 如圖6所示.AD71028的主（A）通道用于編碼BTSC立體聲音頻。它從音頻ADC接收數(shù)字輸入，例如AD1871。如果輔助（B）通道的音頻輸入接地，則只在輸出端看到殘留導(dǎo)頻。如果相位和頻率鎖定到 f H sync ，該信號可用于生成12.288-MHz主時(shí)鐘， f MCLK 。

在編碼器的B通道輸出之后，需要一個(gè)雙極低通濾波器和一個(gè)偏置比較器來提供干凈的方波導(dǎo)頻發(fā)信號到相位檢測器。 AD71028的主時(shí)鐘頻率中的任何錯(cuò)誤都將立即通過輔助通道反射到相位檢測器的反饋輸入，通過殘留導(dǎo)頻，與 f MCLK 成正比。因此，這種BTSC導(dǎo)頻反饋時(shí)鐘合成方法將提供比傳統(tǒng)的小數(shù)N分鐘PLL時(shí)鐘更精確的主時(shí)鐘，因?yàn)橹鲿r(shí)鐘將直接以正確的頻率反饋比生成。在此應(yīng)用中，PLL概念是成功的，因?yàn)锳D71028內(nèi)核能夠以與 f MCLK 的固定小數(shù)比率以數(shù)字方式生成導(dǎo)頻音。

因此，主時(shí)鐘頻率必須精確為12.288 MHz，導(dǎo)頻音為15.734 kHz。當(dāng)環(huán)路穩(wěn)定并鎖定時(shí)， f MCLK 將是BTSC編碼器輸出的瞬時(shí)頻率的分?jǐn)?shù)倍， f btsc out （即 f MCLK =α× f btsc out ），發(fā)送到遠(yuǎn)程電視的導(dǎo)頻被鎖定到NTSC f H sync 。接收器上 f H sync 的耦合偽像在相位和頻率上與導(dǎo)頻相同，因此沒有錯(cuò)誤的解調(diào)。

當(dāng)兩臺電視機(jī)時(shí)使用簡單的STB連接到一個(gè)衛(wèi)星STB，遠(yuǎn)處房間的電視必須通過同軸電纜連接。衛(wèi)星天線通過ANT IN直接連接到STB，如圖7所示。音頻信號通過RCA電纜連接到主電視，第二個(gè)電視通過同軸電纜在3或4頻道接收音頻和視頻。然而，第二臺電視只接收單聲道聲音，因?yàn)榱Ⅲw聲差分信號L-R不會出現(xiàn)在它收到的音頻頻譜中（圖8）。

原因BTSC編碼器傳統(tǒng)上是昂貴的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)需要許多模擬元件，大板空間和復(fù)雜的校準(zhǔn)調(diào)整，這使得它們對于低成本的衛(wèi)星STB來說是不切實(shí)際的。如果希望在這樣的系統(tǒng)中保留立體聲，解碼的左和右模擬音頻信號必須通過擴(kuò)展的不平衡RCA電纜傳遞到第二（遠(yuǎn)程）電視，與圖8中所示的L和R電纜并聯(lián)，但是這設(shè)置非常容易受到噪聲和信號衰減的影響。

另一方面，如果如上所述使用雙通道BTSC立體聲編碼器AD71028，其A通道可用于通過以下方式將編碼視頻和立體聲音頻傳送到第二臺電視。單根同軸電纜。在電視和音頻/視頻接收器可能位于多個(gè)房間的家庭中，消費(fèi)者現(xiàn)在可以通過同軸電纜在整個(gè)房屋內(nèi)傳遞BTSC立體聲。

圖9顯示了衛(wèi)星接入的方框圖 -TV（SATV）接收器。它具有帶BTSC立體聲的RF輸出和PLL生成的MCLK。

包括ADC的數(shù)字BTSC編碼器

最近發(fā)布的AD1970集成了AD71028 BTSC編碼器和AD1871 ADC。該設(shè)備所需的輸入是NTSC復(fù)合視頻信號和L和R音頻通道。由于時(shí)鐘是由內(nèi)核中隱藏的輔助通道自行生成的，因此不需要外部時(shí)鐘來驅(qū)動該部分。因此，AD1970為支持BTSC的衛(wèi)星機(jī)頂盒應(yīng)用提供了完全集成的解決方案。

結(jié)論

鎖相環(huán)的新應(yīng)用為衛(wèi)星機(jī)頂盒提供了精確，低漂移，自校正的主時(shí)鐘。來自雙BTSC編碼器的輔助信道的BTSC導(dǎo)頻連續(xù)地與NTSC水平同步速率（15.734kHz）進(jìn)行比較，以得到12.288MHz的自持續(xù)穩(wěn)定主時(shí)鐘頻率。該時(shí)鐘可以路由到其他專業(yè)音頻轉(zhuǎn)換器和組件，它可以用作導(dǎo)出更多時(shí)鐘頻率的源。此外，編碼器的主要通道提供BTSC立體聲編碼輸出。這允許輔助電視和A / V接收器通過單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜互連。在設(shè)備相距很遠(yuǎn)的電視和A / V設(shè)置中，這種方法可以經(jīng)濟(jì)高效地保持系統(tǒng)的信號完整性。