簡介

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

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

本文介紹了機頂盒環境中的時鐘生成問題，然后展示了一種緊湊，低成本的解決方案，可以生成穩定的系統主時鐘并為立體聲音頻分配系統提供時鐘。

多通道電視聲音（MTS），更為人所知的是由Zenith開發的BTSC編碼 - 于1984年被美國聯邦通信委員會（FCC）采用為用于將三個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提供第二語言，音頻描述服務。廣播電臺可以使用第三個專業（PRO）信道進行音頻或數據交換。

NTSC復合視頻和BTSC復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 。接收器使用該導頻信號在2H恢復雙邊帶抑制載波（DSBSC）調制立體聲差分（L-R）音頻信道，在5H恢復SAP和PRO信道。 6.5H。值得注意的是，DSBSC調制需要相干解調，因此發送和接收點的相位和頻率必須相同，以避免嚴重失真。

< p>在接收機設計中，鎖相環（PLL）用于本地振蕩器（LO），以消除由于環境影響引起的頻率和相位偏移 - 例如隨著環境溫度的變化。由于這些偏移會導致下變頻和解調誤差，因此獨立振蕩器不足，因為它們既不跟蹤頻率也不跟蹤相位。典型的PLL包含一個低漂移參考振蕩器和一個提供頻率調諧的壓控振蕩器（VCO）。使用負反饋，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編碼器生成主時鐘，并且模擬到 - 數字轉換器（ADC）。傳統方法使用PLL來產生主時鐘，但此處介紹的電路使用了一種不尋常的技術：它將需要主時鐘的器件集成到生成的PLL反饋環路中主時鐘。

在最基本的形式中，PLL由相位檢測器，環路濾波器和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行比較，并產生緩慢變化的輸出作為差異的函數。濾波器的輸出經過濾波，為VCO提供干凈的控制電壓。 VCO輸出反饋到相位檢測器，負反饋迫使VCO產生等于平衡時參考頻率的頻率。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動VCO，使其遵循參考頻率。當VCO輸出頻率和相位等于參考信號時，PLL被稱為處于“鎖定”狀態。

稍作修改，這個基本的PLL原理可以應用于許多有用的方法。例如，通過在環路中添加分頻器（例如，模N計數器），如圖4所示，基本PLL成為穩定且可調諧的頻率合成器，其產生可以是整數的VCO輸出頻率。 - 或輸入參考頻率的分數倍， f VCO = N × f REF 。

STB和電視接收器包含多個需要高速時鐘的芯片。例如，基于運動圖像專家組（MPEG）的接收器使用必須路由到補充音頻組件的27MHz主時鐘。這個時鐘源通常是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的系統中的應用采用PLL原理，將AD71028雙通道BTSC編碼器用作分數分頻器，從而獲得穩定，高速，頻率和鎖相時鐘。編碼器的一個通道用于BTSC立體聲編碼輸出，而第二個通道用于負反饋，以獲得主通道和編碼器本身的主時鐘。

在此應用中，AD71028可以低成本地為衛星機頂盒增加立體聲功能，而無需27 MHz時鐘源。在電視和音頻/視頻接收機器（AVR）的各個房間中使用的家，該技術允許BTSC立體聲信號在整個經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，因為在BTSC復合音頻頻譜中的殘留15.734千赫的導頻信號提供了一個理想的參考信號到PLL的相位檢測器。

的RF輸出電纜 -TV機頂盒（在頻道3或頻道4上調制）已經是BTSC立體聲編碼。然而，便宜的衛星電視機頂盒的RCA輸出通常限于單聲道聲音。為了向衛星STB添加立體聲功能，系統中添加了AD71028 BTSC立體聲編碼器。在具有多個TV的家庭中，主衛星STB中需要ADC以在編碼之前將左和右模擬音頻信號轉換為數字。 AD71028，ADC和其他專業音頻轉換器和組件需要主時鐘。這些組件的準標準采樣率為48 kHz，但通常在12.288 MHz（48 kHz×256）下進行過采樣。具有12.288MHz的主時鐘和數字化的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15.734千赫導頻信號

主時鐘可以以多種方式之一生成，后者又生成分數比例的導頻信號。一個選項中，使用基于晶體振蕩器的，將不保證相應BTSC導頻信號是頻或相位鎖定到?F<子>水平同步 的，一個給要求準確地解碼雙邊帶抑制載波編碼的立體聲音頻。在遠程電視處，視頻信號可能比音頻高10dB，可能導致立體聲矩陣解碼中的相位對準誤差。此外，即使是最好的高穩定性晶體也僅規定為0.01％，相當于導頻信號的1.6 Hz容差。例如，如果PLL在BTSC接收器分別鎖定到所述NTSC的一個強有力的偽像的?F<子>水平同步 的，而不是晶體生成的導頻，該信號差將導致L + R和L-R之間的時變相位錯位，導致在解碼期間左右聲道之間的分離嚴重損失。此外，根據不同的相位檢測器的結構中，VCO可晶體產生的導頻和?F<子>水平同步 之間搖擺偽像，再次導致相位失調。

更可行的選擇是使用小數N分頻PLL導出時鐘，實際上使用 f H sync 作為參考輸入。圖5顯示了一個典型的PLL，在其反饋路徑中帶有分數N分頻器。如果 f H sync 用作輸入參考，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計中不切實際。

第三種選擇是包含AD71028的輔助通道 - 其中包含兩個立體聲音頻通道 - 在反饋環路中，使用它來自校正和自我維持主時鐘 - 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主時鐘， f MCLK 。

在編碼器的B通道輸出之后，需要一個雙極低通濾波器和一個偏置比較器來提供干凈的方波導頻發信號到相位檢測器。 AD71028的主時鐘頻率中的任何錯誤都將立即通過輔助通道反射到相位檢測器的反饋輸入，通過殘留導頻，與 f MCLK 成正比。因此，這種BTSC導頻反饋時鐘合成方法將提供比傳統的小數N分鐘PLL時鐘更精確的主時鐘，因為主時鐘將直接以正確的頻率反饋比生成。在此應用中，PLL概念是成功的，因為AD71028內核能夠以與 f MCLK 的固定小數比率以數字方式生成導頻音。

因此，主時鐘頻率必須精確為12.288 MHz，導頻音為15.734 kHz。當環路穩定并鎖定時， f MCLK 將是BTSC編碼器輸出的瞬時頻率的分數倍， f btsc out （即 f MCLK =α× f btsc out ），發送到遠程電視的導頻被鎖定到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頻相同，因此沒有錯誤的解調。

當兩臺電視機時使用簡單的STB連接到一個衛星STB，遠處房間的電視必須通過同軸電纜連接。衛星天線通過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，因為立體聲差分信號L-R不會出現在它收到的音頻頻譜中（圖8）。

原因BTSC編碼器傳統上是昂貴的，因為設計需要許多模擬元件，大板空間和復雜的校準調整，這使得它們對于低成本的衛星STB來說是不切實際的。如果希望在這樣的系統中保留立體聲，解碼的左和右模擬音頻信號必須通過擴展的不平衡RCA電纜傳遞到第二（遠程）電視，與圖8中所示的L和R電纜并聯，但是這設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房間的家庭中，消費者現在可以通過同軸電纜在整個房屋內傳遞BTSC立體聲。

圖9顯示了衛星接入的方框圖 -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的數字BTSC編碼器

最近發布的AD1970集成了AD71028 BTSC編碼器和AD1871 ADC。該設備所需的輸入是NTSC復合視頻信號和L和R音頻通道。由于時鐘是由內核中隱藏的輔助通道自行生成的，因此不需要外部時鐘來驅動該部分。因此，AD1970為支持BTSC的衛星機頂盒應用提供了完全集成的解決方案。

結論

鎖相環的新應用為衛星機頂盒提供了精確，低漂移，自校正的主時鐘。來自雙BTSC編碼器的輔助信道的BTSC導頻連續地與NTSC水平同步速率（15.734kHz）進行比較，以得到12.288MHz的自持續穩定主時鐘頻率。該時鐘可以路由到其他專業音頻轉換器和組件，它可以用作導出更多時鐘頻率的源。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接收器通過單個標準同軸電纜互連。在設備相距很遠的電視和A / V設置中，這種方法可以經濟高效地保持系統的信號完整性。