專利名稱：鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及鎖相環(huán)，特別涉及在環(huán)路輸入信號(hào)的周期分量可能會(huì)被偶然倒相的應(yīng)用中使用的鎖相環(huán)。
鎖相環(huán)(PLL)是通信領(lǐng)域中眾所周知的用于使可變本振與被發(fā)射信號(hào)的分量的相位和/或頻率同步的電路。一般來說，這種電路包括響應(yīng)被發(fā)射信號(hào)和本振的輸出信號(hào)產(chǎn)生正比于被發(fā)射信號(hào)的分量和該振蕩器的輸出之間的差值的相位誤差信號(hào)的鑒相器。該相位誤差信號(hào)被進(jìn)行平滑處理并被用來控制該可變振蕩器的振蕩頻率，由此形成自調(diào)整的閉環(huán)系統(tǒng)。為了增強(qiáng)PLL的操作，某些系統(tǒng)包括產(chǎn)生正比于可變振蕩器的頻率和被發(fā)射信號(hào)的分量的頻率之間的差值的誤差信號(hào)的二階環(huán)路。頻率誤差信號(hào)與相位誤差信號(hào)相加，以控制振蕩器的頻率?？勺冋袷幤髅x上將在相位被鎖定之前達(dá)到所需頻率，這時(shí)頻率誤差信號(hào)基本上為零，PLL只受到相位誤差信號(hào)的控制。
頻率/相位響應(yīng)PLL的一個(gè)例子見Canfield等人的題為“ADAPTIVE PHASE LOCKED LOOP(自適應(yīng)鎖相環(huán))”的美國(guó)專利5159292。在Canfield的系統(tǒng)中，失鎖檢測(cè)器被用于頻率誤差信號(hào)通路中的一個(gè)開關(guān)，該開關(guān)在系統(tǒng)趨于相位鎖定時(shí)主動(dòng)地?cái)嚅_頻率誤差項(xiàng)。頻率項(xiàng)的主動(dòng)斷開使頻率誤差信號(hào)中的噪聲不能造成可變振蕩器提供的信號(hào)相位的不穩(wěn)定。為了檢測(cè)環(huán)路的頻率失鎖狀態(tài)，Canfield的系統(tǒng)包括一正交鑒相器，它累加輸入信號(hào)的同相樣值和正交分量，通過計(jì)算累加的同相樣值在一時(shí)間段(例如一場(chǎng))內(nèi)改變極性的次數(shù)并將該計(jì)數(shù)值與一閾值作比較來確定失鎖狀態(tài)。為了防止組合頻率和相位誤差信號(hào)在失鎖狀態(tài)下過大地改變振蕩器頻率，該組合誤差信號(hào)在被低通濾波和在被提供給該振蕩器之前被提供給一限幅器。
在鎖相環(huán)中通常必需在要求相當(dāng)短的環(huán)路時(shí)間常數(shù)的捕捉速度和要求相當(dāng)長(zhǎng)的環(huán)路時(shí)間常數(shù)的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性之間進(jìn)行折衷。在Canfield等人的系統(tǒng)中，通過在進(jìn)行鎖定時(shí)給相位誤差項(xiàng)增加頻率誤差項(xiàng)實(shí)現(xiàn)了捕捉速度的所希望的增大，沒有改變環(huán)路時(shí)間常數(shù)。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及滿足進(jìn)一步改進(jìn)包括捕捉速度和穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性的環(huán)路參數(shù)的需要。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述一般類型的鎖相環(huán)可對(duì)包含大量噪聲或已被利用周期性色同步信號(hào)倒相進(jìn)行防復(fù)制保護(hù)(在一種防復(fù)制編碼系統(tǒng)中，對(duì)每20行的4行進(jìn)行色同步信號(hào)倒相)的視頻輸入信號(hào)呈現(xiàn)顯著的相位誤差或鎖定檢測(cè)誤差、或呈現(xiàn)顯著的相位誤差和鎖定檢測(cè)誤差。
本發(fā)明的第二個(gè)方面涉及滿足對(duì)于具有將相位鎖定到被發(fā)射信號(hào)周期性分量的改進(jìn)的穩(wěn)定性的鎖相環(huán)的需要，被發(fā)射信號(hào)可受到有噪聲的輸入信號(hào)的影響或可被周期性地倒相。
本發(fā)明的產(chǎn)生相位被鎖定到另一信號(hào)的一分量的振蕩信號(hào)的鎖相環(huán)裝置包括產(chǎn)生該振蕩信號(hào)的一可變振蕩器和該另一信號(hào)的信號(hào)源。一鑒相器響應(yīng)該振蕩信號(hào)和該另一信號(hào)的該分量，提供被通過一限幅器耦合至該可變振蕩器的相位誤差信號(hào)。提供了對(duì)該限幅器的限幅電平進(jìn)行控制的電路裝置。
本發(fā)明的上述及其它特點(diǎn)將在各附圖中被說明，各附圖中相同的元件用相同的標(biāo)號(hào)來表示，其中

圖1是包括體現(xiàn)了本發(fā)明的鎖相環(huán)的一電視設(shè)備的方框圖；圖2是適合在圖1的例子中使用的可禁止計(jì)數(shù)器的詳細(xì)方框圖；圖3是適合在圖1的設(shè)備中使用的脈沖串樣值累加器的詳細(xì)方框圖；圖4是適合在圖1的設(shè)備中使用的直角坐標(biāo)至極坐標(biāo)變換器的詳細(xì)方框圖；圖5是適合在圖1的設(shè)備中使用的限幅器的詳細(xì)方框圖；圖6是說明圖1例子的操作的某些方面的相位復(fù)矢量圖；圖7是說明圖4直角坐標(biāo)至極坐標(biāo)變換器的操作的表；圖8是適合在圖1的鎖相環(huán)中使用的鎖定檢測(cè)器的詳細(xì)方框圖；圖9是適合在圖8的鎖定檢測(cè)器中使用的相位誤差旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的詳細(xì)邏輯圖；圖10是適合在圖8的鎖定檢測(cè)器中使用的脈沖串相位回繞檢測(cè)器的詳細(xì)邏輯圖。
圖1表示體現(xiàn)本發(fā)明的鎖相環(huán)在彩色電視接收機(jī)中測(cè)量視頻信號(hào)噪聲電平以便控制該接收機(jī)的各種圖象處理參數(shù)的有用的應(yīng)用。視頻噪聲檢測(cè)器具有在視頻信號(hào)處理設(shè)備中的一般的功用。例如，這種檢測(cè)器有益于那種需要根據(jù)正在被處理的視頻信號(hào)的噪聲電平改變其功能的視頻系統(tǒng)。作為例子，這種受噪聲控制的設(shè)備包括具有噪聲響應(yīng)可編程帶寬濾波器、噪聲響應(yīng)水平峰化電路、噪聲響應(yīng)可變飽和色度處理器和噪聲減少遞歸濾波器(列舉幾種這樣的應(yīng)用)的設(shè)備。
圖1的電視設(shè)備10包括提供視頻信號(hào)S1的視頻信號(hào)源12和顯示該視頻信號(hào)的視頻信號(hào)處理及顯示單元14。作為電視接收機(jī)應(yīng)用，源12可以包括普通調(diào)諧器、IF放大器和檢波器。此外，源12還可以包括一個(gè)或多個(gè)基帶視頻輸入和從多個(gè)視頻輸入信號(hào)中進(jìn)行選擇的合適的切換。作為電視監(jiān)視器應(yīng)用，調(diào)諧器可省略。處理及顯示單元14可以是普通的設(shè)計(jì)，例如包括亮度及副載波色度處理電路、顯示器(例如顯象管或LCD器件)和合適的顯示驅(qū)動(dòng)電路。為了使附圖簡(jiǎn)化，省略了伴音和彩色處理的細(xì)節(jié)。
源12提供的基帶視頻信號(hào)S1被體現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)16(以虛線框畫出)中的模/數(shù)(A/D)變換器20變換為數(shù)字信號(hào)S2作用于視頻處理及顯示單元14。噪聲指示信號(hào)(B0，B1)提供給圖象增強(qiáng)處理器18的控制輸入端，該圖象增強(qiáng)處理器18從顯示處理器14接收視頻信號(hào)S3并將被增強(qiáng)的視頻信號(hào)S4返回給該顯示處理器進(jìn)行顯示。
處理器18的作用是增強(qiáng)被顯示圖象的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)并按照由兩個(gè)位的噪聲指示信號(hào)(B0，B1)所表示的噪聲電平改變這種增強(qiáng)。為此，增強(qiáng)處理器18可以是普通的設(shè)計(jì)，作為例子，它可以在噪聲電平增大時(shí)實(shí)現(xiàn)視頻帶寬所需的減小，或者它可以在較低信噪比的條件下進(jìn)行“去峰化”?？捎商幚砥?8提供的其它典型功能包括利用噪聲信號(hào)來控制視頻峰化和色度信號(hào)電平。噪聲信號(hào)另一有用的應(yīng)用是控制作用于視頻信號(hào)的噪聲減小的程度。顯然，噪聲電平指示信號(hào)(B0，B1)還可以有許多其它合適的應(yīng)用。
數(shù)字鎖相環(huán)16包括如上所述被施加了視頻信號(hào)S1和將被變換(數(shù)字)視頻信號(hào)S2提供給處理及顯示單元14的模數(shù)(A/D)變換器20。4倍于彩色副載波頻率(4Fsc)的鎖相取樣時(shí)鐘信號(hào)S5由一壓控振蕩器26提供給A/D變換器20、色同步信號(hào)累加器(或“正交鑒相器”)22和定時(shí)單元24。定時(shí)單元24被VCO26提供的“主時(shí)鐘”(S5)信號(hào)和來自視頻處理及顯示單元14的偏轉(zhuǎn)定時(shí)信號(hào)DFL同步，為鎖相環(huán)16產(chǎn)生若干定時(shí)信號(hào)，這些定時(shí)信號(hào)包括水平同步(HS)、垂直同步(VS)和色同步信號(hào)選通(BG)信號(hào)。
色同步信號(hào)選通信號(hào)BG、4Fsc時(shí)鐘信號(hào)和被取樣視頻信號(hào)S2提供給色同步信號(hào)累加器22，該色同步信號(hào)累加器將在色同步信號(hào)時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)的信號(hào)S2的奇和偶樣值分類和合計(jì)成為兩組樣值。這包括了同相樣值組X(這些樣值在色同步信號(hào)峰值時(shí)出現(xiàn))和正交相位樣值組y(這些樣值在色同步信號(hào)零交叉時(shí)出現(xiàn))。數(shù)字x和y代表笛卡兒(直角)坐標(biāo)系中的色同步信號(hào)矢量坐標(biāo)。一典型的累加器如圖2所示，將在以后進(jìn)行描述。
色同步信號(hào)矢量的x和y坐標(biāo)然后提供給把xy坐標(biāo)從直角坐標(biāo)變換為具有振幅項(xiàng)R和相角項(xiàng)f的極坐標(biāo)形式的極坐標(biāo)至直角坐標(biāo)重?fù)Q器30。實(shí)現(xiàn)這種變換的一種直接的做法是將x和y值提供給被利用相應(yīng)的半徑和角度值進(jìn)行編程的只讀存儲(chǔ)器(ROM)的地址輸入端。但是，這樣的做法將需要相當(dāng)大的存儲(chǔ)器。取消了對(duì)大存儲(chǔ)器的需要的一種較好的做法將是利用正弦、余弦或正切三角近似法計(jì)算角度。圖3是這種坐標(biāo)系變換器(直角坐標(biāo)至極坐標(biāo))的例子，將在以后詳細(xì)討論。
極坐標(biāo)交換器30提供的振幅項(xiàng)R提供給色同步信號(hào)檢測(cè)器32，該色同步信號(hào)檢測(cè)器在視頻信號(hào)S1不包括色同步信號(hào)分量即表示黑色(單色)圖象時(shí)將表示“黑白”的信號(hào)S8輸出給色同步信號(hào)相位抖動(dòng)處理器40的輸入端。
由極坐標(biāo)變換器30產(chǎn)生的另外兩個(gè)信號(hào)是“無色同步”信號(hào)S6和“八分圓”信號(hào)S7，它們都被提供給抖動(dòng)處理器40的相應(yīng)輸入端。“無色同步”信號(hào)由位于極坐標(biāo)變換器內(nèi)的(并如圖4所示的)、檢測(cè)視頻信號(hào)S2的各個(gè)色同步信號(hào)的不存在的第二色同步信號(hào)檢測(cè)器產(chǎn)生。這一信息是抖動(dòng)處理器在一彩色視頻信號(hào)的選定行期間禁止處理所需要的。例如，色同步信號(hào)在場(chǎng)期間的某些行(例如存在垂直同步時(shí)的行1-9)期間不出現(xiàn)。由于例如噪聲造成的信號(hào)丟失、磁帶漏失信息等的緣故，在有效視頻期間內(nèi)也可以在彩色視頻信號(hào)中丟失各個(gè)色同步信號(hào)。
簡(jiǎn)而言之，圖1的系統(tǒng)包括一對(duì)噪聲檢測(cè)器。這兩個(gè)檢測(cè)器之一(32)的時(shí)間常數(shù)相當(dāng)長(zhǎng)或響應(yīng)速度相當(dāng)慢(例如一場(chǎng)或一場(chǎng)以上)，以便識(shí)別根本沒有色同步信號(hào)分量的黑白圖象(單色圖象)。該檢測(cè)器對(duì)所有單色視頻輸入信號(hào)禁止噪聲檢測(cè)系統(tǒng)。另一色同步信號(hào)檢測(cè)器(圖3的310)的時(shí)間常數(shù)相當(dāng)短或響應(yīng)速度相當(dāng)快(例如一行的時(shí)間)，以便在行的基礎(chǔ)上識(shí)別一行的漏色同步信號(hào)。在彩色視頻信號(hào)中，某些色同步信號(hào)總是缺的，例如在場(chǎng)期間的行1-9期間內(nèi)，而某些色同步信號(hào)因噪聲或磁帶漏失信息的緣故偶爾丟失為了能夠準(zhǔn)確地估算彩色視頻信號(hào)中的噪聲，漏色同步信號(hào)被檢測(cè)并被用來提供對(duì)抖動(dòng)處理器40操作的改進(jìn)。
如上所述，極坐標(biāo)變換器30還輸出一稱為“八分圓”的信號(hào)給抖動(dòng)處理器40。此處所用的術(shù)語(yǔ)“八分圓”指圓的八分之一。對(duì)于用度表示的圓，八分圓將等于360度的八分之一即45度。對(duì)于用弧度表示的圓，八分圓將等于2π弧度的八分之一(例如π/4弧度)。八分圓信號(hào)由3個(gè)位組成，區(qū)分色同步信號(hào)矢量角相對(duì)于VCO26的基準(zhǔn)相位占據(jù)了8個(gè)45度八分圓的哪一個(gè)。圖6表示這些八分圓而圖7的表列出表示各45度的八分圓的3位二進(jìn)制代碼。就鎖相環(huán)而言，如將要說明的那樣，八分圓信息被用來對(duì)色同步信號(hào)相角進(jìn)行余切逼近。八分圓信息還有與角度計(jì)算無關(guān)的其它作用。具體來說，八分圓信息還起到在進(jìn)行噪聲計(jì)算時(shí)禁止對(duì)某些相角進(jìn)行處理的作用。
作為一個(gè)例子，“八分圓”(S7)信號(hào)禁止在抖動(dòng)處理器40中對(duì)從135度至180度的45度八分圓的色同步信號(hào)相角和從-135度至180度的45度八分圓的色同步信號(hào)相角(分別是八分圓3和7)進(jìn)行處理。這樣就防止了在存在某些防復(fù)制編碼視頻信號(hào)時(shí)所作的對(duì)視頻噪聲的錯(cuò)誤測(cè)量。防復(fù)制編碼視頻信號(hào)是視頻信號(hào)的一部分被故意改變以使該視頻信號(hào)難于被復(fù)制的視頻信號(hào)。一種這樣的“防復(fù)制”系統(tǒng)顛倒每20個(gè)視頻行的4個(gè)行的色同步信號(hào)的相位。通過禁止對(duì)在兩個(gè)與180度相鄰的八分圓中的色同步信號(hào)的相位噪聲信號(hào)進(jìn)行處理，就防止了防復(fù)制編碼色同步信號(hào)對(duì)視頻噪聲的色同步信號(hào)抖動(dòng)測(cè)量的干擾。就鎖相環(huán)本身而方，如以下詳細(xì)說明的那樣，采取了其它措施來減輕色同步信號(hào)倒相的影響。
極坐標(biāo)變換器30產(chǎn)生的相角信號(hào)f(信號(hào)S9)有兩種用途，即(i)檢測(cè)視頻信號(hào)S1中的噪聲和(ii)將VCO26的相位鎖定到視頻信號(hào)S1的色同步信號(hào)分量。具體來說，變換器30提供的相位信號(hào)f被提供給加法器41、頻率誤差檢測(cè)器和鎖定檢測(cè)器44。鎖定檢測(cè)器44的輸出提供給一開關(guān)46，當(dāng)鎖定檢測(cè)器指出系統(tǒng)沒有被鎖定時(shí)，該開關(guān)46就將檢測(cè)器42的頻率誤差輸出耦合至加法器41的另一輸入端。頻率誤差檢測(cè)器42測(cè)量逐行的相位信號(hào)f的變化率，它實(shí)際上是一微分器，可通過將前一行的相位存儲(chǔ)在一鎖存器中和把當(dāng)前和前一相位值相減以獲得對(duì)時(shí)間的微商來實(shí)現(xiàn)其微分功能。由于相位對(duì)時(shí)間的微商等于頻率，所以頻率誤差檢測(cè)器的輸出在系統(tǒng)未被鎖定時(shí)與頻率誤差成正比而當(dāng)系統(tǒng)被鎖定時(shí)為零。在失鎖狀態(tài)下，鎖定檢測(cè)器44使開關(guān)46把頻率誤差信號(hào)S10與相角信號(hào)S9在加法器41中相加。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)路失鎖時(shí)相角信號(hào)的這一“增強(qiáng)”合乎需要地提高了相位鎖定的速度。但是，一旦被鎖定，鎖定檢測(cè)器44就打開開關(guān)46，從加法器41中去除頻率誤差信號(hào)S10，此后相位控制僅由相角信號(hào)S9來完成。
如上所述，加法器41的輸出在系統(tǒng)被鎖定(開關(guān)46打開)時(shí)包括色同步信號(hào)的相角信號(hào)S9而在系統(tǒng)失鎖時(shí)包括S9和頻率誤差信號(hào)S10之和。加法器輸出信號(hào)S17提供給限幅器電路50，該限幅器電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行限幅并把被限幅的相角信號(hào)分離成為其符號(hào)S11(正或負(fù))和其振幅S12(無符號(hào)的角度)兩部分，這兩個(gè)信號(hào)S11和S12分別提供給二進(jìn)制變化率乘法器60。
二進(jìn)制速率乘法器60的作用是產(chǎn)生對(duì)與乘法器60連接的環(huán)路濾波器62中的電容器進(jìn)行充電和放電的電流脈沖以便由此控制VCO26的振蕩頻率。電流脈沖產(chǎn)生的次數(shù)或速率正比于相角信號(hào)f的振幅。例如，當(dāng)符號(hào)信號(hào)S11為正時(shí)，二進(jìn)制速率乘法器60就產(chǎn)生正電流脈沖(信號(hào)S13)來充電環(huán)路電容器和增大VCO的頻率。相反地，當(dāng)符號(hào)信號(hào)S11為負(fù)時(shí)，乘法器60就產(chǎn)生負(fù)電流脈沖(信號(hào)S14)來放電環(huán)路電容器和減小VCO的頻率。在鎖定情況下，相角f的振幅趨于零，只產(chǎn)生充足的脈沖來維持鎖定狀態(tài)。
在限幅器50中限幅相角信號(hào)f的一個(gè)原因是防止大的相位或頻率誤差過分地影響環(huán)路的操作。限幅器50所提供的另一功能是向抖動(dòng)處理器40提供表示限幅器50處于限幅狀態(tài)的指示信號(hào)(“限幅”)S15?！跋薹毙盘?hào)于是表明系統(tǒng)被鎖定、色同步信號(hào)的相角大于預(yù)定的最小或限幅值。在這兩個(gè)條件下，振幅信號(hào)S12被限幅，因此限制了環(huán)路濾波器62的最大充電或放電電流。系統(tǒng)被鎖定時(shí)的典型的“限幅”值是約3.5度的相角。如以下所詳細(xì)討論的那樣，已發(fā)現(xiàn)這一角度窄到足以防止色同步信號(hào)倒相對(duì)鎖相環(huán)的干擾。在失鎖時(shí)就將限幅電平提高(10倍或10倍以上)，以提高重新達(dá)到鎖定的速度。限幅器50的一種合適的實(shí)現(xiàn)如圖5所示，將在以后進(jìn)行討論。
限幅器50提供的“限幅”信號(hào)S15被提供給色同步信號(hào)相位抖動(dòng)處理器40。限幅器50和處理器40的結(jié)合提供了從極坐標(biāo)變換器30提供的相角測(cè)量值獲得噪聲指示信號(hào)B0、B1的功能。
更詳細(xì)來說，回想限幅器50在系統(tǒng)被鎖定時(shí)檢測(cè)超過相當(dāng)小的角度(例如3.5度)的色同步信號(hào)的相位誤差。色同步信號(hào)相位抖動(dòng)處理器提供計(jì)算在給定時(shí)間間隔(例如一場(chǎng)或一幀內(nèi)的行數(shù)的功能，相角測(cè)量值(f)在該給定時(shí)間間隔內(nèi)超過檢測(cè)的閾相角(3.5度)。根據(jù)該計(jì)數(shù)值，抖動(dòng)處理器40把該計(jì)數(shù)值或該計(jì)數(shù)值的成比例的形式作為噪聲指示信號(hào)進(jìn)行產(chǎn)生并輸出。在這一例子中，把超過閾相角值和在一場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)的色同步信號(hào)相位偏移的計(jì)數(shù)值按比例縮小來提供一兩個(gè)位的輸出信號(hào)(位B0和B1)，該輸出信號(hào)提供噪聲指示的4個(gè)離散電平(例如二進(jìn)制的00、01、10和11)。該噪聲指示信號(hào)然后提供給圖象增強(qiáng)處理器18，以便如上所述地對(duì)單元14顯示的圖象的參數(shù)、例如對(duì)比度、銳度、帶寬或噪聲減小進(jìn)行調(diào)整。
圖2是處理器40的合適的實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)方框圖。該處理器40主要由非回繞(non-wrapping)可禁止場(chǎng)頻率遞增計(jì)數(shù)器組成，該計(jì)數(shù)器級(jí)輸出被按比例縮小成為兩個(gè)最高有效位(MSB)，以產(chǎn)生噪聲指示信號(hào)B0、B1。
處理器40包括6個(gè)輸入端和2個(gè)輸出端。輸入端1、2和3分別接收“限幅”信號(hào)S15、“黑白”信號(hào)S8和“無色同步”信號(hào)S6。輸入端4和5分別接收表示信號(hào)S7的八分圓的兩個(gè)最低有效位“1”和“0”，輸入端6接收定時(shí)單元24的垂直定時(shí)信號(hào)VS。兩個(gè)輸出端7和8向圖象增強(qiáng)處理器18提供噪聲減小信號(hào)的兩個(gè)位B0和B1。處理器40包括一遞增計(jì)數(shù)器500，其輸出在分頻器508中被16分頻并被提供給輸出鎖存器510，該輸出鎖存器510提供噪聲指示輸出信號(hào)位B0和B1。遞增計(jì)數(shù)器500被可禁止“與”門502利用限幅信號(hào)S15進(jìn)行同步。每當(dāng)限幅器50指出相角大于最小值(例如當(dāng)被同步時(shí)3.5度)就遞增計(jì)數(shù)器500。計(jì)數(shù)器500，每場(chǎng)一次地被垂直同步信號(hào)VS復(fù)位，垂直同步信號(hào)VS也將計(jì)數(shù)器的輸出鎖存在鎖存器510中。
計(jì)數(shù)器500的輸出已在分頻器508中被“按比例縮小”或被分頻來提供噪聲信息的更集中的表示。例如，“00”的二進(jìn)制輸出值說明在一場(chǎng)的期間內(nèi)限幅出現(xiàn)的次數(shù)小于16?！?1”的輸出說明在一場(chǎng)的期間內(nèi)限幅至少出現(xiàn)了16次但少于32次?！?0”的輸出表示限幅已出現(xiàn)了至少32次但少于48次。最后，“11”的輸出表示在一場(chǎng)的期間內(nèi)限幅至少已出現(xiàn)了48次。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將計(jì)數(shù)值按比例縮小來提供色同步信號(hào)相角已超過可接受的最小相位誤差(例如約3.5度)的次數(shù)(或“抖動(dòng)”)的以上四種指示提供了噪聲電平指示的有用的數(shù)值。如果需要更細(xì)的分辨率，可以用比16小的數(shù)除計(jì)數(shù)器500的輸出。直接把計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值“C”作為噪聲指示信號(hào)就可得到最大分辨率。
為了在出現(xiàn)大量突發(fā)差錯(cuò)的情況下防止計(jì)數(shù)器“繞接”或“溢出”，被分頻的計(jì)數(shù)值在比較器512中與一數(shù)值“3”(二進(jìn)制“11”)作比較。這樣就表明在一場(chǎng)內(nèi)已達(dá)到48的計(jì)數(shù)值，被提供給“與”門502的禁止輸入端(用空心圓來表示)的比較器輸出防止了在該場(chǎng)期間進(jìn)一步的計(jì)數(shù)。
以上防止了“錯(cuò)誤的低的”噪聲指示。例如，假定噪聲非常大的視頻信號(hào)使計(jì)數(shù)器500計(jì)數(shù)超過了它的模數(shù)。則在一場(chǎng)結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器的輸出可以是任意的數(shù)。如果該數(shù)小于16，則噪聲信號(hào)將等于“00”，表明實(shí)際上情況恰好相反的相對(duì)無噪聲的狀況。因此，比較器512防止計(jì)數(shù)器500的“繞接”，于是確保了不論限幅器50提供了多少限幅指示，計(jì)數(shù)器500都不能計(jì)數(shù)超過數(shù)值“48”。
以上所述的計(jì)數(shù)器500的“非繞接”或防溢出特點(diǎn)說明了該計(jì)數(shù)器的四個(gè)禁止條件中的一個(gè)。計(jì)數(shù)器500的其它三個(gè)“禁止”條件是(i)“黑白”、(ii)“無色同步”和(iii)“扇形掩蔽”。回想單色視頻信號(hào)沒有色同步信號(hào)，于是避免了對(duì)長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)(場(chǎng)期間)的色同步信號(hào)檢測(cè)器的輸出(信號(hào)S8)進(jìn)行錯(cuò)誤的噪聲估算，該輸出表示是單色的視頻信號(hào)(在端子2處)被提供給“與”門502的第二禁止輸入端。(禁止輸入在圖中用門輸入端處的空心圓來表示)。由短時(shí)間常數(shù)色同步信號(hào)檢測(cè)器提供的“無色同步”信號(hào)也在輸入端3提供給“與”門502的另一禁止輸入端，以便防止在垂直同步期間內(nèi)(當(dāng)無色同步信號(hào)時(shí))進(jìn)行計(jì)數(shù)和防止在其它情況下計(jì)算有缺陷的色同步信號(hào)(例如因磁帶氧化層脫落等造成的色同步信號(hào)的丟失)，這種計(jì)算會(huì)得到不正確的計(jì)數(shù)值。
對(duì)于在180度兩側(cè)沿伸45度的扇形內(nèi)的色同步信號(hào)相角采用計(jì)數(shù)器500最后的禁止條件，該扇形相當(dāng)于色同步信號(hào)相角的八分圓3和7(如圖6所示)。這在附圖中被稱為“扇形掩蔽”，如上所述，其目的是使其相位要特意利用防復(fù)制視頻編碼技術(shù)倒相的所有色同步信號(hào)不被計(jì)算。如上所述，一種這樣的技術(shù)對(duì)于每20個(gè)視頻行的4行顛倒色同步信號(hào)的相位。排斥倒相行于測(cè)量之外保持了噪聲估算的完整性。
“扇形掩蔽器”504(以虛線框畫出)包括接收八分圓信號(hào)S7的兩個(gè)最低有效位(“1”和“0”)的一兩輸入“與”門506。完整的八分圓代碼如圖7所示。該代碼區(qū)分圖6所示的扇形并確定極坐標(biāo)變換器30把正交樣值x和y變換成為極坐標(biāo)R和f所采用的算術(shù)處理。由代碼表可見，為了覆蓋180度加或減45度的一扇形，只需要在兩個(gè)八分圓、即八分圓3和八分圓7內(nèi)禁止計(jì)數(shù)器500。從該3位的二進(jìn)制代碼表顯然可見，八分圓3和7的兩個(gè)最低有效位都是邏輯“1”。因此，通過對(duì)八分圓代碼的最低有效位進(jìn)行“與”操作，則每當(dāng)八分圓代碼是“3”(二進(jìn)制011)或“7”(二進(jìn)制111)就將啟動(dòng)門506。門506的輸出因此被接至門502的一禁止輸入端，于是每當(dāng)色同步信號(hào)的相角在“被排除”扇形(八分圓3或7)內(nèi)就禁止了進(jìn)行計(jì)數(shù)。
圖3是圖1的色同步信號(hào)累加器(或正交鑒相器)22的合適實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)方框圖。簡(jiǎn)要回顧一下，該累加器的作用是以4倍于彩色副載波頻率的頻率(4Fsc)抽樣色同步信號(hào)，以便色同步信號(hào)的每90度地產(chǎn)生一個(gè)樣值。當(dāng)環(huán)路被鎖定時(shí)，在色同步信號(hào)的峰值處出現(xiàn)的偶數(shù)樣值形成“同相”或“x”樣值而在色同步信號(hào)的軸交叉處出現(xiàn)的奇數(shù)樣值形成“正交相位”或“y”樣值。這兩個(gè)值x和y合起來表示了直角坐標(biāo)系中的色同步信號(hào)矢量。累加器22的作用是執(zhí)行對(duì)樣值進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆诸惡涂傆?jì)所需的算術(shù)操作，這種算術(shù)操作包括從A/D變換器20產(chǎn)生的色同步信號(hào)樣值中消除直流(DC)分量或“消隱電平”值(例如黑色電平附近的值)。
詳細(xì)來說，A/D變換器20產(chǎn)生的視頻信號(hào)樣值是無符號(hào)的二進(jìn)制值。由于色同步信號(hào)在水平同步的尾部出現(xiàn)，所以它將具有DC或在黑色電平附近的消隱電平值。準(zhǔn)確的值可以是未知的或可以隨信號(hào)源而變化。為了從色同步信號(hào)測(cè)量中消除這一分量，首先利用一反相器300反相最高有效位(MSB)而把來自A/D變換器20的視頻信號(hào)S2從無符號(hào)的二進(jìn)制值變換為二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式。這一算術(shù)形式的變化便利了在累加器中對(duì)樣值的加和減運(yùn)算。
反相器300的二進(jìn)制補(bǔ)碼樣值然后提供給由“異或”門304或全加器306組成的加法器/減法器302。加或減方式的選擇由頻率是VCO26的4Fsc時(shí)鐘頻率的四分之一的時(shí)鐘信號(hào)Fsc(與彩色副載波頻率相同)進(jìn)行控制。加法器/減法器的輸出被存儲(chǔ)在兩個(gè)串接的鎖存器312和314中并被反饋給加法器的加數(shù)輸入端。通過按照4Fsc的抽樣速率同步這兩個(gè)鎖存器和利用Fsc時(shí)鐘每?jī)蓚€(gè)抽樣周期地從加改變?yōu)闇p，同相樣值“x”將在鎖存器312中被累加而正交相位樣值“y”將在鎖存器314中被累加。由于加法器/減法器的加和減按照4Fsc時(shí)鐘的兩個(gè)抽樣周期交替變化，所以“x”樣值被交替地加和減，在鎖存器312中形成累加“x”值。正是x樣值交替的加和減(例如+XO、-X2、+X4、-X6、+X8、-X10等)消除了X的DC分量。因?yàn)樯叫盘?hào)的“符號(hào)”或極性每?jī)蓚€(gè)樣值地交替，色同步信號(hào)的樣值相加，所以沒有消除X的色同步信號(hào)分量。因此，色同步信號(hào)樣值被累加而這些樣值的DC分量或平直部分簡(jiǎn)單地被消除。y樣值也出現(xiàn)相同的結(jié)果。
為了把x和y樣值只限制為色同步信號(hào)，加法器306(13位的和)通過色同步信號(hào)選通門310提供給累加鎖存器312，該選通門在每行的色同步信號(hào)期間被啟動(dòng)48個(gè)4Fsc時(shí)鐘周期。一般的色同步信號(hào)(NTSC)將具有相應(yīng)于32個(gè)4Fsc時(shí)鐘樣值的8個(gè)完整周期。故意使色同步信號(hào)選通門顯著地大于色同步信號(hào)的寬度，以便保證在視頻信號(hào)源存在顯著定時(shí)誤差時(shí)俘獲全部色同步信號(hào)周期。
在色同步信號(hào)選通周期(48個(gè)4Fsc時(shí)鐘樣值)結(jié)束時(shí)向鎖存器316和318提供(由定時(shí)單元24提供的)色同步信號(hào)選通門關(guān)閉信號(hào)，鎖存器316和318如上所述在數(shù)據(jù)被變換為極坐標(biāo)形式、被通過限幅器50進(jìn)行傳送和通過計(jì)算限幅器限幅的次數(shù)對(duì)噪聲進(jìn)行估算的行的其余時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)被累積的色同步信號(hào)矢量數(shù)據(jù)x和y。
圖4是表示極坐標(biāo)變換器30的詳細(xì)邏輯圖，該變換器提供以下功能(i)把色同步信號(hào)矢量從直角坐標(biāo)形式變換為極從標(biāo)形式(振幅和相角)，(ii)標(biāo)明色同步信號(hào)矢量所在的具體八分圓以及(iii)產(chǎn)生“無色同步”信號(hào)。
為了進(jìn)行極坐標(biāo)變換，來自累加器22的x和y坐標(biāo)通過各自的二進(jìn)制反碼電路輸入給比較及除法電路410相應(yīng)的輸入端，各個(gè)二進(jìn)制反碼電路由二進(jìn)制反碼器或反相器(400或403)和被輸入信號(hào)的符號(hào)位進(jìn)行控制的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)(402或404)組成。這就把二進(jìn)制補(bǔ)碼形式的坐標(biāo)變換成為無符號(hào)的二進(jìn)制值，以利于以后進(jìn)行振幅比較和相除。例如，當(dāng)x的符號(hào)是“0”(位13，表示正數(shù))時(shí)，X振幅的余下12個(gè)位通過MUX(多路轉(zhuǎn)換器)402直接輸入到電路410的x輸入端。但是，如果x的符號(hào)是負(fù)的(二進(jìn)制“1”，表示負(fù)數(shù))，MUX開關(guān)402就把被求反的12個(gè)振幅位耦合至電路410的x輸入端，這樣就把x變換成為無符號(hào)的二進(jìn)制形式。y輸入信號(hào)的振幅位(例如1-12)在y符號(hào)位(位13)的控制下被變換成為無符號(hào)的形式，作用于比較及除法電路410的y輸入端。比較及除法電路410在內(nèi)部包括一振幅比較器，該振幅比較器區(qū)分x和y較大者并把該值作為信號(hào)“L”(即“較大者”)進(jìn)行輸出。信號(hào)“L”被用來表示作用于色同步信號(hào)檢測(cè)器30的極坐標(biāo)的色同步信號(hào)矢量S12的“振幅”。
極坐標(biāo)振幅信號(hào)“L”還提供給包括一比較器432的短時(shí)間常數(shù)“無色同步”檢測(cè)器，該比較器432將信號(hào)“L”與“無色同步”閾值源436提供的基準(zhǔn)電平信號(hào)作比較。出于整個(gè)系統(tǒng)調(diào)整的目的，該閾值源436是可編程的，以便提供若干基準(zhǔn)值。作為例子提供了16、32、64和128的色同步信號(hào)基準(zhǔn)值。就IRE信號(hào)電平而言，這些基準(zhǔn)值相當(dāng)于1、2、4和8IRE電平的色同步信號(hào)振幅。比較器將信號(hào)“L”(它是矢量分量x和y的“較大者”)與源436提供的色同步信號(hào)基準(zhǔn)電平作比較并在振幅信號(hào)“L”小于色同步基準(zhǔn)信號(hào)R時(shí)輸出“無色同步”信號(hào)S6。如上所述，該色同步信號(hào)檢測(cè)器的時(shí)間常數(shù)相當(dāng)短，與具有場(chǎng)頻時(shí)間常數(shù)的、檢測(cè)單色視頻信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)色同步信號(hào)檢測(cè)器32相比，檢測(cè)是逐行地進(jìn)行的。如上所述，“無色同步”信號(hào)S6禁止對(duì)無色同步信號(hào)的行、例如垂直同步行和色同步信號(hào)漏失的行計(jì)算視頻噪聲電平。
色同步信號(hào)矢量的具體八分圓的標(biāo)識(shí)由3位的八分圓標(biāo)識(shí)信號(hào)S7來提供。最高有效位包括“y”輸入信號(hào)的符號(hào)位。次最高有效位包括“x”輸入信號(hào)的符號(hào)位。最低有效位LSB包括“x”輸入信號(hào)的符號(hào)位與電路410中的x＜y振幅比較器的輸出的“異或”。如上所述，圖7用這種3位代碼區(qū)分八分圓0-7。簡(jiǎn)要地回顧一下，八分圓代碼的兩個(gè)低位在扇形掩蔽器504中被進(jìn)行“與”運(yùn)算以便色同步信號(hào)的噪聲在180度附近(+/-45度)不被計(jì)算，由此防止了色同步信號(hào)被周期性反相的那種防復(fù)制磁帶的視頻信號(hào)的差錯(cuò)。
現(xiàn)在考慮變換器30的極坐標(biāo)變換功能的細(xì)節(jié)，這一變換是以這樣一種逼近為基礎(chǔ)的，即對(duì)于小的角度(例如小于45度)，由直角坐標(biāo)x和y定義的角的反正切約等于x和y的較小者被x和y的較大者除。電路410包括一振幅檢測(cè)器，如上所述，該振幅檢測(cè)器確定x和y的相對(duì)大小。該檢測(cè)器在內(nèi)部被用來獲得較小者被較大者除的數(shù)值(標(biāo)號(hào)“S/L”)，該數(shù)值被用來表示覆蓋了45度范圍的極坐標(biāo)角的7個(gè)最低有效位。為了覆蓋整圓(360度)，變換器30根據(jù)色同步信號(hào)矢量所在八分圓的不同加或減0、90或180度角。八分圓的確定如上所述，為每一八分圓求全部值的算法如圖7所示。
詳細(xì)來說，圖7的色同步信號(hào)矢量角的算術(shù)運(yùn)算在變換器30中由一全加器420來執(zhí)行，利用“異或”門414和反相器422，該全加器420能夠進(jìn)行加或減運(yùn)算。設(shè)置了兩個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)416和418向加法器420的一個(gè)輸入端提供等于0、90和180度固定角度的數(shù)值。通過選擇合適的固定角度和把該角度與色同步信號(hào)相角的反正切近似(信號(hào)S/L)進(jìn)行算術(shù)組合(例如加或減)，就能夠表示八分圓0-3中的任何色同步信號(hào)相角。通過反相八分圓0-3相應(yīng)的一個(gè)來計(jì)算其余的八分圓4-7。這由與加法器420的輸出端連接的“異或”門428來完成。
作為色同步信號(hào)相角計(jì)算的一個(gè)例子，假定矢量x和y都是正的，x大于y。這樣就定義了在八分圓“0”內(nèi)的一色同步信號(hào)矢量，該矢量在0和45度之間，其極坐標(biāo)值約等于y/x (較小者被較大者除)。由于x是正的，所以多路轉(zhuǎn)換開關(guān)416將選擇常數(shù)“0”作為輸出，它相當(dāng)于零角度。如上所述，由于假定x大于y，所以比較器信號(hào)x＜y也將為零，因此使多路轉(zhuǎn)換開關(guān)418選擇是零度的開關(guān)416的輸出。加法器420在這種情況下把(來自開關(guān)416和418的)常數(shù)0與來自比較及除法電路410的反正切近似(S/L)相加，由于y的符號(hào)是0(y是正的)，所以輸出“異或”門428將把該值(+S/L)作為色同步信號(hào)相角S9進(jìn)行輸出。
對(duì)于不同的八分圓，如加法器輸出端處的插入虛線圓所示和也如圖7的表中所示，加法器420把不同的常數(shù)與S/L相加。例如，于在八分圓1內(nèi)的色同步信號(hào)矢量，完整的矢量角是從開關(guān)416提供的90度基準(zhǔn)中減去S/L的值。在八分圓2內(nèi)，90度值與S/L值相加，而在八分圓3中，通過從180度減去S/L值來確定色同步信號(hào)矢量。對(duì)于其余八分圓4-7，除加法器420的輸出被“異或”門428反相、因此顛倒表示色同步信號(hào)相角的符號(hào)外，發(fā)現(xiàn)色同步信號(hào)矢量的值與相應(yīng)八分圓0-3的色同步信號(hào)矢量的值完全相同。
圖5是限幅器50的詳細(xì)說明圖。這一部件將色同步信號(hào)矢量的誤差信號(hào)(即相位加頻率信號(hào)S17)變換成為符號(hào)和振幅的格式并提供兩種方式的限幅。當(dāng)系統(tǒng)被鎖定時(shí)，它將誤差信號(hào)振幅限幅為“7”，當(dāng)系統(tǒng)未被鎖定時(shí)，將誤差信號(hào)振幅限幅為電平“127”。就色同步信號(hào)相角角度而言，7和127的二進(jìn)制值分別相當(dāng)于約3.5度和63度。有利的是，除了在環(huán)路處于未鎖定狀態(tài)時(shí)由被加法器41與相位項(xiàng)(S9)相加的頻率項(xiàng)(S10)提供的速度提高外，對(duì)于未鎖定狀態(tài)，在被限幅之前提供較寬的色同步信號(hào)相位誤差角還進(jìn)一步提高了鎖定捕捉速度。與之相反，如以下詳細(xì)說明的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)3.5度的窄的范圍在克服色同步信號(hào)倒相的不希望有的影響方面是有效的。
在限幅器50中，來自加法器41的相位加頻率信號(hào)S17利用二進(jìn)制反碼器502和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)504從二進(jìn)制補(bǔ)碼變換成為無符號(hào)二進(jìn)制值。開關(guān)504被輸入信號(hào)的符號(hào)位控制，當(dāng)符號(hào)位是零(表示正數(shù))時(shí)選擇14個(gè)振幅位作為輸出(S50)，當(dāng)符號(hào)位是“1”(表示負(fù)數(shù))時(shí)選擇二進(jìn)制反碼器502的輸出，由此產(chǎn)生無符號(hào)二進(jìn)制輸出信號(hào)S50。輸入信號(hào)的符號(hào)位(位15)也能存儲(chǔ)在鎖存器510內(nèi)，以便提供供二進(jìn)制速率乘法器在確定流至環(huán)路濾波器的輸出電流(電流18或電流吸收)的極性時(shí)使用的符號(hào)位信號(hào)S11。
無符號(hào)二進(jìn)制相角信號(hào)S50提供給一比較器508，當(dāng)信號(hào)S50大于數(shù)值“127”時(shí)，該比較器508使多路轉(zhuǎn)換開關(guān)S12選擇(由截?cái)嗥?05提供的)信號(hào)S50的7個(gè)最低有效位，否則，開關(guān)512就選擇“127”的恒定“高限幅”值作為輸出。于是這部分電路提供了把色同步信號(hào)的相角信號(hào)限幅成為電平“127”的第一電平。例如，如果色同步信號(hào)的相角是小于127的任何值，則比較器508就將選擇被截?cái)嘈盘?hào)S54作為開關(guān)512的輸出信號(hào)S56。相反地，大于127的色同步信號(hào)相角的任何值將使開關(guān)512選擇基準(zhǔn)值“127”作為輸出信號(hào)S56。
對(duì)信號(hào)S56的第二級(jí)限幅由比較器514、禁止“與”門516和第二多路轉(zhuǎn)換開關(guān)518來提供。具體來說，比較器514將色同步信號(hào)相角信號(hào)S56與基準(zhǔn)電平“7”作比較并在信號(hào)S56大于值7時(shí)提供高輸出。門516接收比較器514的輸出并在鎖定檢測(cè)器44的輸出是低電平即表示環(huán)路被“鎖定”時(shí)被該鎖定檢測(cè)器啟動(dòng)。如果輸入信號(hào)S56小于值“7”并且環(huán)路被鎖定，則開關(guān)518就將選擇信號(hào)S56作為色同步信號(hào)的相角。如果輸入信號(hào)大于7并且環(huán)路被鎖定，門516將讓開關(guān)518選擇固定限幅值“7”作為輸出，由此將色同步信號(hào)的相角限幅成為環(huán)路被鎖定時(shí)的約3.5度。但是，如果環(huán)路未被鎖定，門516就將讓開關(guān)518選擇信號(hào)S56(該信號(hào)具有限幅電平127)作為輸出的色同步信號(hào)矢量的相角。提供了鎖存器520來存儲(chǔ)色同步信號(hào)矢量的相角信號(hào)S12。
簡(jiǎn)要地回顧一下，門516為處理器40提供“限幅”輸出信號(hào)S15。如果環(huán)路被鎖定并且色同步信號(hào)相角大于基準(zhǔn)值“7”，這相當(dāng)于約3.5度的色同步信號(hào)相角，則該信號(hào)將是高電平。如果色同步信號(hào)相角誤差小于限幅值“7”，這大體上相當(dāng)于3.5度的色同步信號(hào)相位誤差，則“限幅”輸出信號(hào)就將是低電平。如上所述，處理器40計(jì)算當(dāng)環(huán)路被鎖定時(shí)已進(jìn)行限幅的次數(shù)以便產(chǎn)生視頻噪聲電平指示信號(hào)(B0，B1)。
圖8是控制限幅器50的限幅電平或“相角窗口”的鎖定檢測(cè)器44的詳細(xì)方框圖?；叵胂薹?0具有兩種工作方式。當(dāng)未被鎖定時(shí)，限幅電平相當(dāng)于加或減約60度的色同步信號(hào)相位誤差限制。這一相當(dāng)寬的范圍通過有效地減小環(huán)路時(shí)間常數(shù)實(shí)現(xiàn)了迅速的鎖定捕捉。當(dāng)限幅器減少環(huán)路時(shí)間常數(shù)和鎖定檢測(cè)器關(guān)閉把頻率項(xiàng)S10與相位項(xiàng)S9相加的開關(guān)46時(shí)，鎖定的捕捉被進(jìn)一步加強(qiáng)。當(dāng)被鎖定時(shí)，檢測(cè)器44通過打開開關(guān)46禁止頻率項(xiàng)并同時(shí)將限幅電平減小到加或減3.5度的范圍，由此顯著地增大環(huán)路時(shí)間常數(shù)。這一范圍相當(dāng)窄并已被發(fā)現(xiàn)在降低噪聲和限制防復(fù)制編碼所采用的反相色同步信號(hào)的影響方面是有效的。換一種說法，一旦鎖定被確立，環(huán)路時(shí)間常數(shù)就被增大，沒有信號(hào)能夠使色同步信號(hào)誤出矢量的瞬態(tài)變化大于3.5度。因此，大于3.5度的相角誤差對(duì)VCO26的操作幾乎沒有影響，振蕩器的輸出在存在噪聲或色同步信號(hào)被反相時(shí)仍保持穩(wěn)定。
控制“相角窗口”的寬度或“口徑”的電路包括鎖定檢測(cè)器44。還給該電路提供了防備僅相色同步信號(hào)的能力。簡(jiǎn)而言之，這種增加的反相色同步信號(hào)防備能力是利用以下的組合來獲得的(i)檢測(cè)相位誤差矢量(信號(hào)S17)的相位旋轉(zhuǎn)和(ii)將旋轉(zhuǎn)檢測(cè)的角度限制為防復(fù)制編碼絕不使用的相角，即加和減90度或限制為相對(duì)于相位誤差平面的垂直軸(例如圖6的y軸)為中心的窗口。記住在已有技術(shù)中，鎖定檢測(cè)器計(jì)算被累加同相樣值在一場(chǎng)期間內(nèi)改變極性的次數(shù)和次該計(jì)數(shù)值與閾值作比較。已發(fā)現(xiàn)鎖定檢測(cè)的這種做法對(duì)復(fù)防制的反相色同步信號(hào)敏感，因此鎖定檢測(cè)器會(huì)錯(cuò)誤地產(chǎn)生虛假的“失鎖”信號(hào)，如果不進(jìn)行防止，該信號(hào)會(huì)打開上述的口徑或窗口，由此使VCO出現(xiàn)大的瞬變過程。反過來，該瞬變過程最終會(huì)造成環(huán)路失去相位鎖定。在檢測(cè)器44中檢測(cè)相位誤差矢量旋轉(zhuǎn)而不是如在已有技術(shù)的例子中那樣對(duì)同相分量的符號(hào)顛倒進(jìn)行計(jì)數(shù)就避免了這種虛假的“失鎖”檢測(cè)。通過把旋轉(zhuǎn)檢測(cè)限制在反相色同步信號(hào)不占據(jù)的區(qū)域或角度就提供了對(duì)虛假失鎖指示的額外抑制。
圖8的檢測(cè)器44的另一特點(diǎn)還涉及不是因反相脈沖而是因算術(shù)處理的機(jī)制造成的虛假“失鎖”指示的最小化。這一特點(diǎn)稱為色同步信號(hào)相位誤差的“回繞”檢測(cè)，并在檢測(cè)器804中通過檢查相位誤差平面的左半平面(見圖6)以確定相位誤差矢量是否從+180度變化到-180度或從-180度變化到+180度來實(shí)現(xiàn)。換一種說法，相位誤差的變化超過180度將“回繞”相位平面的邊界并因此可能產(chǎn)生虛假的相位誤差指示。(回繞作用有點(diǎn)象迫使計(jì)數(shù)器超過其模數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以致計(jì)數(shù)值經(jīng)過其最大值并“回繞”至從零開始計(jì)數(shù)。)在鎖定檢測(cè)器44中可以出現(xiàn)相位回繞作用，但通過確定回繞何時(shí)出現(xiàn)并立即向限幅器50發(fā)送“相位鎖定”信號(hào)能夠防止它們干擾環(huán)路。這樣一來，對(duì)整個(gè)環(huán)路的最大干擾被限制為約為3.5度的限幅器50的最低限幅電平。如果鎖定檢測(cè)器的相位回繞特點(diǎn)被省去，則因回繞造成的最大相位誤差就是限幅器50的最高限幅電平，在這一例子中是60度。
現(xiàn)在考慮圖8的詳情，來自極坐標(biāo)變換器30的色同步信號(hào)的相角數(shù)據(jù)經(jīng)由總線802提供給色同步信號(hào)相位回繞譯碼器804、提供給N位數(shù)據(jù)鎖存器806(它如所示地被水平同步信號(hào)HS按照水平行速率進(jìn)行更新)和提供給色同步信號(hào)相位旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器808。如上所述，色同步信號(hào)相位數(shù)據(jù)可以包括把相位誤差矢量相角(信號(hào)S9)表示為高分辨率的全(13位)二進(jìn)制字。如果確實(shí)如此，總線802就將如圖1的虛線101所示地與變換器30的信號(hào)S9的輸出端連接，N位鎖存器806將具有13位的容量。但是，為了檢測(cè)回繞或旋轉(zhuǎn)，這樣高的精度(13位)不是必需的，所以在鎖定檢測(cè)器44中采用相角的較低分辨率的八分圓表示。為了選擇八分圓相角數(shù)據(jù)，如圖1的實(shí)線100所示，輸入總線802與變換器30的八分圓信號(hào)輸出端(S7)連接。對(duì)于八分圓數(shù)據(jù)，由于如圖7所示只需要3個(gè)位來區(qū)分全部8個(gè)八分圓，所以N位數(shù)據(jù)鎖存器806只需要3位的存儲(chǔ)容量。利用八分圓數(shù)據(jù)合符需要地簡(jiǎn)化了實(shí)施色同步信號(hào)相位回繞檢測(cè)器、N位鎖存器以及色同步信號(hào)相位旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器所需的硬件。
色同步信號(hào)相位回繞和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器都需要來自當(dāng)前行和以前行的相位信息?？偩€802提供來自極坐標(biāo)變換器30的當(dāng)前相位誤差角(此時(shí)為八分圓)。以前行的相位信息由鎖存器806提供，鎖存器806存儲(chǔ)以前行的色同步信號(hào)相角或八分圓并通過總線810把這一數(shù)據(jù)提供給譯碼器804和808。
色同步信號(hào)相位旋轉(zhuǎn)譯碼器808將總線802上的當(dāng)前色同步信號(hào)相角與在總線810上的以前行的色同步信號(hào)相角作比較并確定色同步信號(hào)誤差矢量是沿順時(shí)針方向還是沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。如果選定了某些特定的八分圓或角度，色同步信號(hào)誤差相位的旋轉(zhuǎn)就可用來表示環(huán)路的未鎖定狀態(tài)。例如，不能檢測(cè)色同步信號(hào)誤差矢量零度角的旋轉(zhuǎn)，這是因?yàn)樵撌噶吭诃h(huán)路被鎖定時(shí)通常將在零度附近，因此顯得幾乎總是在旋轉(zhuǎn)的緣故。由于180度角是在已被上述防復(fù)制編碼系統(tǒng)反相的色同步信號(hào)預(yù)期的范圍內(nèi)，所以在此認(rèn)識(shí)到也不能檢測(cè)色同步信號(hào)誤差矢量該角度的旋轉(zhuǎn)。為了避免因色同步信號(hào)倒相造成的檢測(cè)誤差，在檢測(cè)器808中只對(duì)在加或減90度附近的色同步信號(hào)相角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)檢測(cè)。就八分圓而言，這就相當(dāng)于從八分圓1變化到八分圓2和從八分圓2變化到八分圓1的色同步信號(hào)相角，以及相當(dāng)于從八分圓5變化到八分圓6和從八分圓6變化到八分圓5的色同步信號(hào)相角。這種對(duì)在加或減90度角附近的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行檢測(cè)和排除零及180度附近的角的限制進(jìn)一步防止了環(huán)路受到那種采用周期性色同步信號(hào)倒相的防復(fù)制編碼的干擾。這種保護(hù)是除由加或減3.5度的非常窄的相位誤差窄口所提供的保護(hù)之外的另一種保護(hù)，該非常窄的相位誤差窄口由限幅器50工作在窄范圍限幅方式時(shí)提供。
適合實(shí)施利用八分圓角數(shù)據(jù)的相位旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的邏輯如圖9所示。如圖所示，來自當(dāng)前和以前場(chǎng)的八分圓數(shù)據(jù)在譯碼器902和904中被譯碼。“與”門906通過確定當(dāng)前八分圓是否是“1”和(來自譯碼器904的)以前八分圓是否是“2”來確定跨過角度+90度的順時(shí)針矢量旋轉(zhuǎn)?！芭c”門910通過確定當(dāng)前八分圓是否是“2”和以前八分圓是否是“1”來確定在+90度處的反時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同樣地，“與”門908和912確定繞-90度軸的旋轉(zhuǎn)，全部“與”門的輸出在-4輸入“或”門914中被組合。這一輸出在任一“與”門的輸出為高電平時(shí)為高電平，由此說明色同步信號(hào)相位誤差在90度或-90度附近沿順時(shí)針或反時(shí)針方向發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。
再參看圖8，如果相位旋轉(zhuǎn)被譯碼器808檢測(cè)，就說明振蕩器和色同步信號(hào)的頻率不同，因此環(huán)路處于未被鎖定狀態(tài)。相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)(R1)可被直接用來控制限幅器50的限幅電平。但是，來自鎖定檢測(cè)器的“虛假”未被鎖定指示會(huì)造成很不希望出現(xiàn)的后果。具體來說，虛假失鎖指示同時(shí)把限幅電平提高到60度角和關(guān)閉把頻率誤差項(xiàng)與相位誤差項(xiàng)相加的開關(guān)46。結(jié)果就是會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)現(xiàn)象，更糟的是這種瞬態(tài)現(xiàn)象可以大到使以前被鎖定的環(huán)路失鎖，這都是因?yàn)樵斐森h(huán)路從失鎖開始的“虛假”指示的緣故。
為了使因相位旋轉(zhuǎn)的錯(cuò)誤指示造成的虛假失鎖指示的可能性最小，把來自譯碼器808的相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)R1提供給非回繞模4計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器需要在一場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)的4次旋轉(zhuǎn)檢測(cè)來產(chǎn)生一個(gè)輸出的相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)R2。這就顯著地提高了檢測(cè)器44的相位旋轉(zhuǎn)是有效的可信度。
該相位誤差旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器包括一“與”門，該“與”門把相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)R1傳送給被垂直信號(hào)VS每場(chǎng)一次地復(fù)位的模4遞增計(jì)數(shù)器814的使能或時(shí)鐘輸入端。如果遞增計(jì)數(shù)器814的計(jì)數(shù)值“C”等于“4”的計(jì)數(shù)值，譯碼器816就向門812提供禁止或“非回繞”信號(hào)，門812就阻止計(jì)數(shù)器對(duì)任何更多的旋轉(zhuǎn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這樣就防止了計(jì)數(shù)器“回繞”或超出其模數(shù)(4)，這種“回繞”或超出其模數(shù)(4)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。門812還被變換器30的“無色同步”信號(hào)禁止，以便防止當(dāng)沒有色同步信號(hào)被計(jì)數(shù)時(shí)可能的錯(cuò)誤的旋轉(zhuǎn)指示。利用行頻(水平同步)脈沖HS同步門812來向計(jì)數(shù)器814提供時(shí)鐘脈沖并利用垂直同步信號(hào)VS在場(chǎng)期間禁止門812。
如果在一場(chǎng)內(nèi)已出現(xiàn)了4次旋轉(zhuǎn)，譯碼器816的輸出就將是高電平，表明失鎖狀態(tài)，在其它情況下，譯碼器816的輸出都將是低電平。具有因每場(chǎng)地計(jì)數(shù)旋轉(zhuǎn)而被提高的可信度的旋轉(zhuǎn)信號(hào)(R2)在每場(chǎng)結(jié)束時(shí)利用垂直同步信號(hào)VS存儲(chǔ)在鎖存器818內(nèi)并通過“與”門820提供給限幅器50。當(dāng)R2指出失鎖狀態(tài)并且提供給門820的禁止輸入端的色同步信號(hào)相位回繞信號(hào)是低電平時(shí)，限幅器50的范圍就從加或減3.5度被提高到加或減約60度并且頻率項(xiàng)S10與相位誤差項(xiàng)S9相加，于是實(shí)現(xiàn)了快速再鎖定。相反地，如果色同步信號(hào)相位回繞信號(hào)是高電平或者如果相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)是低電平，門820就把限幅器50的限幅電平減小至3.5度并禁止頻率誤差項(xiàng)。
現(xiàn)在考慮色同步信號(hào)相位回繞譯碼器804的細(xì)節(jié)，記住該電路的功能是每當(dāng)色同步信號(hào)相位誤差矢量從+180變化到-180度或從-180變化到+180度就迫使鎖定檢測(cè)器44的輸出成為“鎖定”指示?？梢酝ㄟ^利用極坐標(biāo)變換器30的滿(13位)分辨率比較當(dāng)前和以前相角來作出這種決定。一種更好的方式是把相位誤差平面劃分成為八分圓來確定是否出現(xiàn)了回繞，因?yàn)檫@樣一來邏輯就變得不那么復(fù)雜。利用八分圓來表示相角的邏輯由以下條件確定1 當(dāng)前八分圓位于左半平面；2 當(dāng)前八分圓和以前八分圓位于相對(duì)的上下半平面。
圖10表示實(shí)施檢測(cè)色同步信號(hào)相位誤差回繞的譯碼邏輯的一種方式。在圖10中，來自總線802和總線810的當(dāng)前和以前3位二進(jìn)制八分圓數(shù)據(jù)被相應(yīng)譯碼器1002和1004譯碼成為十進(jìn)制形式。
以上提到的條件(1)由與譯碼器1002的2、3、6和7八分圓輸出端連接的“或”門1006來確定。根據(jù)圖6，這些八分圓都是在左半平面的八分圓，所以如果矢量在左半平面的任何地方，“或”門1006的輸出都將是高電平。
相位回繞邏輯譯碼器的條件(2)由兩個(gè)“或”門1008和1012以及一個(gè)“同”門1020來檢測(cè)。如果當(dāng)前八分圓在任一八分圓0、1、2和3內(nèi)，門1008就被啟動(dòng)，產(chǎn)生高電平輸出。這些八分圓都在上半平面，所以如果當(dāng)前八分圓在上半平面，門1008的輸出就是高電平。門1012對(duì)以前八分圓執(zhí)行同樣的功能。具體來說，如果以前色同步信號(hào)相位誤差矢量在上半平面，則“或”門1012的輸出將為高電平?！巴遍T1020組合與1008和1012的輸出。如果以前和當(dāng)前八分圓都在上半平面，或者如果以前和當(dāng)前八分圓都不在上半平面，則“同”門1020的輸出將為低電平。因此，如果當(dāng)前八分圓和以前八分圓在相對(duì)的上下半平面內(nèi)，該輸出就將是高電平。這就滿足了上述條件(2)。組合的輸出信號(hào)由“與”門1022提供，該“與”門1022接收“或”門1006和“同”步1020的輸出并在兩個(gè)條件(1)及(2)都得到滿足時(shí)提供表示色同步信號(hào)相位回繞狀態(tài)的高電平輸出信號(hào)。換句話說，如果色同步信號(hào)相位誤差矢量沿任一方向變化超過180度，門1022就將產(chǎn)生高電平輸出信號(hào)。如上所述，這一回繞狀態(tài)迫使門820的輸出成為低電平，表示鎖定狀態(tài)，該鎖定狀態(tài)迫使限幅器電平成為其窄的值(3.5度)并禁止頻率誤差項(xiàng)。
權(quán)利要求
1產(chǎn)生相位被鎖定到另一信號(hào)(S1)的一分量(S2)的振蕩信號(hào)(S5)的鎖相環(huán)裝置，其特征在于產(chǎn)生振蕩信號(hào)(S5)的一可變振蕩器(26)；提供該另一信號(hào)(S1)的信號(hào)源(12)；鑒相器(22，30)，響應(yīng)該振蕩信號(hào)和該另一信號(hào)(S1)的該分量(S2)，提供相位誤差信號(hào)(S9)；限幅器(50)，限幅所述相位誤差信號(hào)和把所獲得的被限幅相位誤差信號(hào)(S12，S11)提供給所述可變振蕩器(26)，以便把所述信號(hào)的相位鎖定到所述另一信號(hào)的所述分量；以及改變限幅器的限幅電平的電路裝置(44)。
2如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括相位旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器(808)，把所述限幅電平作為所述另一信號(hào)的所述分量相對(duì)于所述振蕩信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)的函數(shù)進(jìn)行改變。
3如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括相位回繞檢測(cè)器(804)，把所述限幅電平作為所述另一信號(hào)的所述分量相對(duì)于所述振蕩信號(hào)的相位回繞的函數(shù)進(jìn)行改變。
4如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器(808)，通過比較排除了至少一個(gè)預(yù)定范圍的相角的當(dāng)前和以前相角來檢測(cè)所述另一信號(hào)的所述分量相對(duì)于所述振蕩信號(hào)的旋轉(zhuǎn)，以便向所述限幅器提供限幅電平控制信號(hào)(S16)。
5如權(quán)利要求4的裝置，其特征還在于所述被排除的預(yù)定相角范圍至少包括(i)包括零度角的相角范圍和(ii)包括180度角的相角范圍之一。
6如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器(80.8)，通過比較當(dāng)前和以前相角來檢測(cè)所述另一信號(hào)的所述分量相對(duì)于所述振蕩信號(hào)的旋轉(zhuǎn)，以便提供一旋轉(zhuǎn)指示信號(hào)(R1)；以及計(jì)數(shù)器(814)，計(jì)算在給定時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)指示信號(hào)的個(gè)數(shù)，以便在所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值的基礎(chǔ)上為所述限幅器產(chǎn)生限幅電平控制信號(hào)(S16)。
7如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括相位旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器(808)，把所述限幅電平作為所述另一信號(hào)的所述分量相對(duì)于所述振蕩信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)的函數(shù)進(jìn)行改變；以及相位回繞檢測(cè)器(804)，把所述限幅電平作為所述另一信號(hào)的所述分量相對(duì)于所述振蕩信號(hào)的相位回繞的函數(shù)進(jìn)行改變。
8如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括相位旋轉(zhuǎn)控制器(808)，提供所述相位誤差信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)指示；相位回繞檢測(cè)器(804)，提供所述相位誤差信號(hào)的相位回繞指示；以及共同地響應(yīng)旋轉(zhuǎn)和回繞檢測(cè)器的輸出信號(hào)以便控制所述限幅器的所述限幅電平的邏輯裝置(820)。
9如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述電路裝置包括將當(dāng)前相角與以前相角作比較來提供相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)的邏輯電路(808)；計(jì)算在給定時(shí)間間隔內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)指示的個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)器(814)；以及將所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與基準(zhǔn)計(jì)數(shù)值作比較來控制所述限幅電平的譯碼器(816)。
10如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述鑒相器包括在由所述振蕩信號(hào)確定的時(shí)刻抽樣所述另一信號(hào)的所述分量的裝置；分類和求和所述樣值以便提供第一和第二正交相關(guān)分量的裝置；將所述正交相關(guān)分量變換成為具有振幅分量和角分量的極坐標(biāo)形式的裝置；以及選擇所述角分量作為所述相位誤差信號(hào)的裝置。
11如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述限幅器包括把所述相位誤差信號(hào)限幅至在標(biāo)稱上加或減幾個(gè)度單位的第一角范圍內(nèi)的第一邏輯電路；以及把所述相位誤差信號(hào)限幅至在標(biāo)稱上加或減幾十個(gè)度單位的第二角范圍內(nèi)的第二邏輯電路。
12如權(quán)利要求11的裝置，其特征還在于所述第一角范圍在標(biāo)稱上是加或減3或4度；所述第二角范圍大約是加或減60度。
13如權(quán)利要求1的裝置，其特征還在于所述限幅器包括把所述相位誤差信號(hào)限幅至在標(biāo)稱上加或減幾個(gè)度單位的第一角范圍內(nèi)的第一邏輯電路；把所述相位誤差信號(hào)限幅至在標(biāo)稱上加或減幾十個(gè)度單位的第二角范圍內(nèi)的第二邏輯電路；所述電路裝置包括檢測(cè)在零度相應(yīng)于所述環(huán)路的鎖定狀態(tài)的相位平面中所述相位誤差信號(hào)的旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器；以及所述相位誤差信號(hào)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器在處理所述相位誤差信號(hào)來確定所述相位誤差信號(hào)的所述旋轉(zhuǎn)或不旋轉(zhuǎn)時(shí)排除接近零度和180度的角度。
14鎖相環(huán)路裝置，其特征在于相對(duì)于由振蕩器向其提供的相位基準(zhǔn)信號(hào)測(cè)量視頻輸入信號(hào)的色同步信號(hào)分量的相角來提供具有角分量和振幅分量的相位誤差信號(hào)的裝置；限幅所述相角誤差信號(hào)的所述角分量至給定角范圍內(nèi)并通過環(huán)路濾波器向所述振蕩器提供所獲得的被限幅信號(hào)以構(gòu)成鎖相環(huán)的裝置；響應(yīng)所述相角誤差信號(hào)的所述角分量來提供鎖定指示信號(hào)的檢測(cè)器；以及把所述限幅器的所述給定角范圍作為所述鎖定指示信號(hào)的函數(shù)進(jìn)行改變的限幅器控制裝置。
15如權(quán)利要求14的裝置，其特征還在于所述限幅器控制裝置包括檢測(cè)所述相角誤差信號(hào)的所述角分量的旋轉(zhuǎn)的電路裝置。
16如權(quán)利要求14的裝置，其特征還在于所述限幅器控制裝置包括通過比較排除了至少一個(gè)預(yù)定范圍的相角的當(dāng)前和以前相角來檢測(cè)所述相角誤差信號(hào)的所述角分量的旋轉(zhuǎn)的電路裝置。
全文摘要
產(chǎn)生相位被鎖定到另一信號(hào)(S1)的一分量(S2)的振蕩信號(hào)的PLL裝置(16)包括產(chǎn)生該振蕩信號(hào)(S5)的可變振蕩器(26)和該另一信號(hào)(S1)的信號(hào)源(12)，鑒相器(22，30)，響應(yīng)該振蕩信號(hào)(S5)和該另一信號(hào)(S2)的該分量，提供通過限幅器(50)提供給該可變振蕩器(26)的相位誤差信號(hào)(S9)。還提供了電路裝置(44)來控制該限幅器的限幅電平。雙限幅改善了環(huán)路噪聲容限和減小了環(huán)路對(duì)該另一信號(hào)的該分量的偶然倒相的靈敏度。
文檔編號(hào)H03L7/093GK1151634SQ9612119
公開日1997年6月11日 申請(qǐng)日期1996年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月15日
發(fā)明者M·F·朗姆賴希 申請(qǐng)人:湯姆森消費(fèi)電子有限公司