專利名稱：從隨機時間信號恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘的鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)電路(下面簡稱PLL)并特別涉及用于對在傳輸系統(tǒng)接收方接收的用于在比現(xiàn)行TV系統(tǒng)更大的如MPEG2(運動圖象專家組2)系統(tǒng)中進行圖象編碼的標(biāo)準(zhǔn)時鐘恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘的數(shù)字PLL。
根據(jù)ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)的MPEG的規(guī)范，其動態(tài)圖象的數(shù)字傳輸系統(tǒng)還在研究之中，發(fā)送方通過在隨機時間間隔讀取計數(shù)來發(fā)送符合發(fā)送計數(shù)器計數(shù)的數(shù)字信號，同時，接收方的PLL基于得到的數(shù)字信號恢復(fù)與發(fā)送方時鐘同步標(biāo)準(zhǔn)時鐘，該數(shù)字信號是將發(fā)送方數(shù)字信號與通過接收方計數(shù)得到的標(biāo)準(zhǔn)時鐘的計數(shù)相比較得到的差分。數(shù)字信號處理類型PLL是用于從第二個數(shù)字信號中恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘的電路。
約瑟夫·加羅迪尼克(Joseph Garodnick)等人所寫的一篇題為《全數(shù)字鎖相環(huán)的響應(yīng)》的論文中講述了包括第一類、第二類和第三類全數(shù)字類型PLL的實驗和仿真結(jié)果(發(fā)表于《電器和電子工程師協(xié)會(IEEE)在通信報告》第COM-22卷，第6號，1974年六月)。
數(shù)字信號處理類型DPLL(數(shù)字PLL)的操作將在下面結(jié)合圖7顯示的塊狀圖表來描述。
接收的包含噪聲的調(diào)頻波的輸入通過帶寬為B的帶通濾波器BPF之后成為有限頻帶波X(t)，抽樣之后，X(t)被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為二進制碼，成為數(shù)字信號Xk。將該數(shù)字信號與VCO(壓控振蕩器)的輸出Wk一起輸入到相當(dāng)于相位比較器的乘法器中，數(shù)字信號Xk就產(chǎn)生相位錯誤信號Ek。相位錯誤信號Ek通過數(shù)字濾波器之后變?yōu)榭刂菩盘朰k，并確定新的VCO的輸出Wk+1。同時，控制信號Yk通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器之后，變?yōu)殡A梯信號并作為電路的輸出，控制信號經(jīng)LPF(低通濾波器)作為模擬信號Y(t)輸出。有許多類型的數(shù)字濾波器，例如線性通過型，線性加積分通過型，線性加積分再加雙積分通過型，這些濾波器分別稱作第一類，第二類和第三類DPLL。
通常的數(shù)字信號處理類型PLL中有一個問題，由于處理發(fā)送的時鐘信號時假定以固定周期對信號作抽樣，所以在PLL是以隨機時間間隔抽樣的信號驅(qū)動的時候，系統(tǒng)的波動抑制特性不穩(wěn)定，結(jié)果使傳輸質(zhì)量變差。
簡而言之，在數(shù)字信號處理類型DPLL中，由于初級低通濾波器和積分器之類重要元件是由延時元件構(gòu)成的，具有固定的延遲時間Ts秒，所以計算用的是固定的差別時間。但是，當(dāng)抽樣間隔是隨機的時候，由于數(shù)字信號到達時間的分散導(dǎo)致每次延遲時間的跳動以及延時元件時間常數(shù)的跳動，系統(tǒng)的波動抑制特性將不穩(wěn)定。
因此，本發(fā)明的目的是提供能夠從隨機時間信號恢復(fù)固定為穩(wěn)定波動頻段的標(biāo)準(zhǔn)時鐘的PLL。
本發(fā)明直接來自一個表示時間積分的方程1y=∫f(t)dt (1)它可用方程2代替，y=∑f(i)Δt (2)簡而言之，通過以當(dāng)前計數(shù)T(i)和前一計數(shù)T(i-1)的差別時間得到的Δt作為每個組成元件的操作數(shù)，本發(fā)明的延遲線能夠?qū)﹄S機時間信號的響應(yīng)操作。
根據(jù)本發(fā)明所述的完善的第二類PLL包括接收計數(shù)器，它具有與發(fā)送方計數(shù)器相同的結(jié)構(gòu)，用于對接收的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)；用于存儲接收計數(shù)器的輸出的儲器；減法器，每當(dāng)發(fā)送方計數(shù)值傳輸?shù)浇邮辗綍r從接收方計數(shù)器讀取計數(shù)值，用于將發(fā)送的計數(shù)值和接收方計數(shù)器的計數(shù)值相比較；差別時間計算器，用于計算接收方的接收計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值與前一計數(shù)值的差別時間；第一衰減器，用于衰減減法器的輸出增益；第二衰減器，用于衰減第一衰減器的輸出；積分器，用于根據(jù)由差別時間計算器計算的差別時間，對第二衰減器的輸出求積分；
加法器，用于將第一衰減器的輸出與積分器的輸出相加；變換器，用于將加法器的結(jié)果變換為電壓信號；電壓振蕩器，用于變換并接收變換器輸出的所述電壓信號，并將之變換為控制信號，輸出到接收計數(shù)器。
根據(jù)本發(fā)明所述的第三類PLL，還提供初級低通濾波器，該低通濾波器接收第二類PLL減法器和差別時間計算器的輸出，并將其作為第一衰減器的輸入。
本設(shè)備的操作與運行將在下面結(jié)合一個初級低通濾波器的例子描述。
圖4顯示初級低通濾波器的結(jié)構(gòu)，圖5顯示其在Z平面的擴展圖，圖6顯示該電路的頻率響應(yīng)特性。
如同圖4所示，初級低通濾波器可用RC電路構(gòu)成。頻率轉(zhuǎn)移特性Y(jw)表示如下Y(jw)=1/jwRC+1 (3)簡而言之，在S平面，該方程變?yōu)閅(S)=1/S/A+1 (4)其中，A是系統(tǒng)增益，是時間常數(shù)1/RC的倒數(shù)。
當(dāng)傳輸特性擴展到Z平面，S被表示為S=1-Z-1/Δt (5)這里，Z-1表示一個延時元件，產(chǎn)生的延時表示為，Δt=T(i)-T(i-1)，并且，在T(i-1)時刻接收的數(shù)據(jù)是T(i)時刻的輸出。
將方程(5)代入方程(4)，得到下面的方程Y(Z)=a·b/1-b·Z-1(6)其中，a=A·Δt,b=1/(1+A·Δt)。
擴展到Z平面上的頻率響應(yīng)特性如圖6所示，是設(shè)最大抽樣間隔為0.1秒時得到的。設(shè)Δt為0.01秒時，頻率范圍小于10Hz的頻率響應(yīng)特性與方程(3)所示特性一致。
頻率范圍小于4Hz時，即使Δt變動，也肯定可得到一致特性。
可以這么理解，雖然在頻率為5Hz且Δt=O.1秒時觀測到峰值，也不會引起任何問題，因為如抽樣理論所決定的那樣，有效的頻率范圍是小于一半的抽樣頻率的。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例所述的第二類PLL的電路方框圖。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例所述的第三類PLL的電路方框圖。
圖3顯示由差別時間間隔操作的積分器。
圖4是顯示初級低通濾波器的電路方框圖。
圖5是擴展到Z平面上的初級低通濾波器的示意圖。
圖6顯示擴展到Z平面上的初級低通濾波器的頻率響應(yīng)特性。
圖7是顯示通常數(shù)字PLL的電路方框圖。
本發(fā)明的參考實施例將在下面結(jié)合附圖進行描述。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例所述的第二類PLL是一個標(biāo)準(zhǔn)時鐘傳輸系統(tǒng)，在發(fā)送方，以小于時間間隔T的隨機時間間隔讀出標(biāo)準(zhǔn)時鐘的計數(shù)值，并且將發(fā)送方得到的該時間信號傳輸。該PLL設(shè)備包括接收計數(shù)器4-1，具有與發(fā)送方計數(shù)器相同的結(jié)構(gòu)，用于對接收方接收的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)；存儲器4-2，用于在預(yù)定階段存儲接收計數(shù)器的輸出；減法器4-3，每當(dāng)發(fā)送方計數(shù)器的計數(shù)值發(fā)送時，用于將接收計數(shù)器4-1的計數(shù)值與通過讀出該接收計數(shù)器4-1的計數(shù)數(shù)值而接收的計數(shù)數(shù)值相比較；差別時間計算器4-4，用于計算接收計數(shù)器4-1的當(dāng)前計數(shù)值和前一計數(shù)值的差別時間；第一衰減器4-5，用于衰減減法器4-3的輸出增益；第二衰減器4-6，用于進一步衰減第一衰減器4-5的輸出；積分器4-7，用于將第二衰減器4-6的輸出基于差別時間計算器4-4所得差別時間作積分；加法器4-8，用于將第一衰減器4-5的輸出與積分器4-7的輸出相加；變換器4-9，用于將加法器4-8的結(jié)果變換為電壓信號；以及壓控振蕩器4-10，用于輸入經(jīng)變換器4-9變換的電壓信號，并將其輸出到接收計數(shù)器4-1。
圖3顯示積分器4-7的結(jié)構(gòu)。
積分器的傳輸特性由下式表示。
Y(S)=1/S (7)當(dāng)擴展到Z平面上時，該特性可表示如下Y(Z)=Δt/1-Z-1(8)
第二類PLL能夠作如下操作通過當(dāng)前計數(shù)T(i)與前一計數(shù)T(i-1)的差別時間計算Δt，并將Δt作為積分器4-7的操作數(shù)，對隨機時間信號執(zhí)行相應(yīng)于Δt時間的延時。
如下文所述，本發(fā)明能夠有效地提供具有固定波動抑制特性的PIL設(shè)備，通過將由當(dāng)前計數(shù)值T(i)與前一計數(shù)值T(i-1)得到的Δt用作每個組成元件的操作數(shù)，以使延時元件執(zhí)行處理隨機時間信號操作。
權(quán)利要求
1．一種用于標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)并在發(fā)送方以隨機時間間隔讀取計數(shù)值并將讀取的時間信號傳輸?shù)浇邮辗降逆i相環(huán)PLL，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)時鐘是由壓控振蕩器恢復(fù)的，并且，通過對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以得到計數(shù)值及時間信息，對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以恢復(fù)具有與發(fā)送方標(biāo)準(zhǔn)時鐘同步的相位的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，其中所述的PLL包括用于計算接收方現(xiàn)時間和前一時間之間的差別時間的差別時間計算器；使用所述差別時間作為操作數(shù)的初級低通濾波器或者積分器。
2．根據(jù)權(quán)利要求書1所述的PLL，其特征在于，接收方的PLL包括具有與發(fā)送方計數(shù)器相同的結(jié)構(gòu)，用于對接收標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)的接收計數(shù)器；減法器，在任意時刻只要發(fā)送方計數(shù)值傳輸?shù)浇邮辗郊醋x取接收方計數(shù)器的計數(shù)值，該減法器用于將傳輸?shù)挠嫈?shù)值與接收方計數(shù)器的計數(shù)值比較；用于計算接收方接收計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值與前一計數(shù)值之間的差別時間的差別時間計算器；用于衰減減法器的輸出增益的第一衰減器；用于衰減第一衰減器的輸出的第二衰減器；用于將第一衰減器的輸出與積分器的輸出相加的加法器；用于將加法器的結(jié)果變換為電壓信號的變換器；電壓振蕩器，它用于變換及接收變換器輸出的所述電壓信號，并變換為控制信號輸出到接收計數(shù)器。
3．根據(jù)權(quán)利要求書1所述的PLL，其特征在于，所述PLL包括具有與發(fā)送方計數(shù)器相同的結(jié)構(gòu)，用于對接收標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)接收的計數(shù)器；減法器，任意時刻只要發(fā)送方計數(shù)值傳輸?shù)浇邮辗郊醋x取接收方計數(shù)器的計數(shù)值，用于將傳輸?shù)挠嫈?shù)值與接收方計數(shù)器的計數(shù)值比較；差別時間計算器，用于計算接收方接收計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值與前一計數(shù)值之間的差別時間；用于輸入所述減法器和差別時間計算器的輸出的初級低通濾波器；用于衰減減法器的輸出增益的第一衰減器；用于衰減第一衰減器的輸出的第二衰減器；用于將第一衰減器的輸出與積分器的輸出相加的加法器；用于將加法器的結(jié)果變換為電壓信號的變換器；電壓振蕩器，它用于變換及接收變換器輸出的所述電壓信號，并變換為控制信號輸出到接收計數(shù)器。
4．一種不完善的第二類PLL，它用于對標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)，并以小于預(yù)定時間間隔T秒的隨機時間間隔在發(fā)送方讀取計數(shù)值，并將讀取的時間信號傳輸?shù)浇邮辗剑涮卣髟谟?，?biāo)準(zhǔn)時鐘是由壓控振蕩器恢復(fù)的，并且，通過對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以從恢復(fù)的接收時鐘得到計數(shù)值及時間信號，對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以恢復(fù)具有與發(fā)送方標(biāo)準(zhǔn)時鐘同步的相位的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，其中所述的不完善第二類PLL包括差別時間計算方法，用于計算當(dāng)前計數(shù)值與前一計數(shù)值之間的差別時間；以及恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘的方法包括如下步驟通過用減法器比較發(fā)送方與接收方的標(biāo)準(zhǔn)時鐘得到它們之間的差別時間；使用以所述差別時間計算器計算的差別時間為操作數(shù)的初級低通濾波器濾掉所述差分的高頻帶；用衰減器衰減初級低通濾波器的所述輸出；將衰減后的值變換為電壓信號；以及通過將變換的電壓信號輸入到壓控振蕩器，在接收方恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘，并將恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘反饋到接收計數(shù)器。
5．一種完善的第二類PLL，它用于對標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)，并以小于預(yù)定時間間隔T秒的隨機時間間隔在發(fā)送方讀取計數(shù)值，并將發(fā)送方的時間信號傳輸?shù)浇邮辗剑涮卣髟谟?，?biāo)準(zhǔn)時鐘是由壓控振蕩器恢復(fù)的，并且，通過對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以從恢復(fù)的接收時鐘得到計數(shù)值及時間信號，對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以恢復(fù)具有與發(fā)送方標(biāo)準(zhǔn)時鐘同步的相位的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，所述PLL包括用于計算當(dāng)前計數(shù)值與前一計數(shù)值之間的差別時間的差別時間計算方法；以及所述恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘的方法，包括如下步驟通過用減法器比較發(fā)送方與接收方的標(biāo)準(zhǔn)時鐘得到它們之間的差別時間；使用以所述差別時間計算器計算的差別時間為操作數(shù)的初級低通濾波器濾掉所述差分的高頻帶；用第一衰減器衰減所述初級低通濾波器的輸出；進一步衰減所述第一衰減器的輸出；使用以所述差別時間計算器得到的差別時間為操作數(shù)的積分器將所述第二衰減器的輸出積分；將第一衰減器與積分器的輸出相加；將加法器的結(jié)果變換為電壓信號；以及通過將變換的電壓信號輸入到壓控振蕩器，在接收方恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘，并將恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘反饋到接收計數(shù)器。
6．一種第三類PLL，它用于對標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)，并以小于預(yù)定時間間隔T秒的隨機時間間隔在發(fā)送方讀取計數(shù)值，并將發(fā)送方的時間信號傳輸?shù)浇邮辗?，其特征在于，?biāo)準(zhǔn)時鐘是由壓控振蕩器恢復(fù)的，并且，通過對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以從恢復(fù)的接收時鐘得到計數(shù)值及時間信號，對恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘計數(shù)以恢復(fù)具有與發(fā)送方標(biāo)準(zhǔn)時鐘同步的相位的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，其中所述不完善的第二類PLL包括用于計算當(dāng)前計數(shù)值于前一計數(shù)值之間的差別時間的差別時間計算方法；以及其中標(biāo)準(zhǔn)時鐘的方法，包括如下步驟通過用減法器比較發(fā)送方與接收方的標(biāo)準(zhǔn)時鐘得到它們之間的差別時間；使用以所述差別時間計算器計算的差別時間為操作數(shù)的初級低通濾波器濾掉所述差分的高頻帶；用第一衰減器衰減初級低通濾波器的所述輸出；進一步衰減所述第一衰減器的輸出；使用以所述差別時間計算器得到的差別時間為操作數(shù)的積分器將所述第二衰減器的輸出積分；將第一衰減器與積分器的輸出相加；將加法器的結(jié)果變換為電壓信號；以及通過將變換的電壓信號輸入到壓控振蕩器，在接收方恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)時鐘，并將恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)時鐘反饋到接收計數(shù)器。
7．根據(jù)權(quán)利要求書4所述的PLL，其特征在于，所述初級低通濾波器包括用于將輸入信號Xin與第一矢量a相乘的第一乘法器；用于將第一乘法器的輸出與第二矢量b相乘的第二乘法器；用于將輸出信號Xout延遲Δt時間的延時電路；用于將延時電路的輸出與第二矢量b相乘的第三乘法器；用于將第二乘法器與第三乘法器的輸出相加，并將加法結(jié)果作為輸出信號Xout輸出的加法器；所述第一矢量a和第二矢量b分別是電路時間常數(shù)1/RC的倒數(shù)和延遲時間Δt。
8．根據(jù)權(quán)利要求書5所述的PLL，其特征在于，所述的積分器包括用于將輸入信號Xin與延遲時間Δt相乘的乘法器；用于將輸出信號Xout延遲Δt時間的延時電路；用于將所述延時電路反饋的信號與所述乘法器的輸出相加的加法器。
全文摘要
一種PLL用于由隨機時間信號恢復(fù)具有穩(wěn)定波動頻帶的標(biāo)準(zhǔn)時鐘。該PLL包括:一接收計數(shù)器4－1;減法器4－3;用于計算接收計數(shù)器的當(dāng)前計數(shù)值和前一計數(shù)值的差別時間的差別時間計算器;第一衰減器4－5;第二衰減器4－6;用于將第二衰減器的輸出基于差別時間計算器所得差別時間作積分的積分器4－7;用于將第一衰減器與積分器的輸出相加的加法器4－8;變換器4－9;以及壓控振蕩器4－10。
文檔編號H04N5/12GK1220521SQ98123199
公開日1999年6月23日 申請日期1998年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月19日
發(fā)明者六郷義典 申請人:日本電氣株式會社