引言：卫星机顶盒和电视接收器包含了许多需要高速时钟的芯片。如果视频解码芯片没有提供外部时钟驱动(很多新型的器件都没有)，必须用间接的方法为需要时钟的音频器件产生时钟。本文探讨了通过采用一种双通道的BTSC编码器，例如AD71028，锁相环(PLL)如何为BTSC立体声系统提供稳定高速的时钟。

双通道的BTSC编码器的一个通道用于实际的BTSC立体声编码输出，另一个通道利用BTSC复合音频频谱中的残留导频信号和负反馈误差校正信号来产生主通道的主时钟(MCLK)和它自己本身通道的从时钟。如果按照这种方法使用AD71028，在设计卫星STB时就能低成本地增加立体声功能。对消费者来说，这就意味着即使家中的电视机和音/视频(A/V)接收设备分布在多个房间中，也可以通过同轴线缆将BTSC立体声传送到整个住宅，从而避免了使用高成本而且抗噪声性能差的RCA A/V线缆。

STB环境中的时钟产生问题

多通道电视声音(MTS)，又称为BTSC编码，已经于1984年被FCC采纳为NTSC格式视频信号的三个附加声道的编码方法。早期的NTSC视频已经包含了一个单声道的音频信号(相当于L+R，立体声和信号)，所以BTSC增加了立体声差分信号(L-R)，它与和信号结合起来就能解码出立体声音频。另外，第二个通道称为第二套音频节目(SAP)，用于提供第二语言，音频描述业务补充视觉信号或者是无线电业务的不足。第三通道，也称专业(PRO)通道，可能被广播站用来进行音频或数据交换的通道。

NTSC复合视频频谱和BTSC复合音频频谱的曲线分别如图1和图2所示。应当注意，BTSC频谱中包含了一个15.734kHz的导频信号，它与NTSC视频的水平同步频率相同，1H＝f_Hsync。接收器利用这个导频信号恢复2H频率处的双边带抑制载波(DSBSC)调制的立体声L－R音频通道，以及位于5H处的SAP通道和位于6.5H处的PRO通道。重要的是应当注意DSBSC调制需要相干解调，所以发送端和接收端的相位和频率必须完全相同，以免产生严重失真。

在接收器设计中，本地振荡器(LO)采用PLL以消除由于环境影响(例如环境温度变化)造成的频率偏移和相位偏移。因为这些偏移会引起下变频和解调误差，所以独立的振荡器是不够的，因为它们既无法保证准确的频率也不能保证准确的相位。典型的PLL包括一个低漂移的参考振荡器和一个用于调节频率的压控振荡器(VCO)。采用负反馈的方法就可以从参考输入产生低漂移的输出。因为f_Hsync可以用作一个低漂移的参考信号，所以可以用PLL为BTSC编码器和模数转换器(ADC)产生MCLK。传统的方法也采用PLL产生MCLK，但是本文所介绍的电路采用了一种不同的方法：它将一颗需要MCLK的器件整合到产生MCLK的PLL反馈环路中。

PLL的最基本形式由鉴相器、环路滤波器和VCO组成，如图3所示。鉴相器比较参考信号和反馈信号的相位，然后产生一个缓慢变化的输出作为相位差的函数。鉴相器的输出经过滤波以便为VCO提供一个纯净的控制电压。VCO输出反馈到鉴相器，并且负反馈迫使VCO在达到平衡时产生与参考频率相等的频率。鉴相器将跟踪参考信号的频率或相位(频率变换率)的变化。鉴相器输出经过滤波后驱动VCO，从而使它能跟踪参考频率。当VCO的输出频率和相位都与参考信号的频率和相位相等时，就认为PLL处于“锁定”状态。

只要稍微修改一下，上述基本的PLL原理可以有很多种用法。例如，在环路中增加一个分频器(例如一个模数为N的计数器)，如图4所示，基本的PLL成为一个稳定而且可调的频率合成器，它所产生的VCO输出频率可以是输入参考频率的整数倍或分数倍，即f_VCO＝N×f_REF。

小巧、低成本的解决方案

STB和电视接收机包含了许多需要高速时钟的芯片。例如，基于MPEG标准的接收器采用27Hz的MCLK，MCLK必须连接到辅助的音频元件。该时钟的源通常是MPEG解码芯片，但是如果MPEG解码器不能向外部提供时钟，必须用其它方法产生时钟。下面的应用是在一个BTSC系统中利用PLL原理，采用AD71028双通道BTSC编码器作为分数分频器，提供一个稳定、高速而且锁定频率和相位的时钟。该编码器的一个通道用于BTSC立体声编码输出，第二个通道配合负反馈为主通道和编码器本身提供MCLK。

在上述应用中，AD71028以低成本增加了卫星STB的立体声功能，无需27MHz的时钟源。如果家中各个房间都有电视和A/V接收器(AVR)，这种技术可以使BTSC立体声信号通过同轴线缆贯穿整套住宅，从而避免了采用非平衡RCA线缆带来的高成本、质量差的立体声分离和低抗噪声性能。可以采用这种简化的方法是因为BTSC复合音频频谱中残留的15.734kHz导频信号为PLL的鉴相器提供了理想的参考信号。

有线电视STB的射频(RF)输出(在3通道和4通道调制)已经采用BTSC立体声编码。但是，便宜的卫星电视STB的RCA输出通常只限于单声道声音。为了给卫星STB增加立体声功能，可以在系统中加入一颗AD71028 BTSC立体声编码器芯片。在有多台电视的家庭中，需要在主STB中采用ADC以便在在编码之前将左(L)声道和右(R)声道的模拟音频信号转换为数字信号。AD71028、ADC以及其它的专业音频转换器和元件都需要MCLK。这些元件都具有48kHz准标准采样速率，但是通常采用12.288MHz(48kHz×256)的过采样率。编码器具有12.288MHz的MCLK和数字化的左声道和右声道，可以产生主单通道(L＋R)、BTSC立体声子通道(L－R)以及15.734kHz导频信号。

MCLK可用于产生一个与其导频信号成比例的分频信号，这里有好几种方法。一种方法就是采用晶体振荡器，但是无法保证相应的BTSC导频信号的频率和相位锁定于f_Hsync，f_Hsync是正确解码双边带抑制载波编码立体声音频的必要条件。在远程电视端，视频信号强度会比音频信号高10dB之多，可能在立体声矩阵解码中引起相位对准误差。另外，即使是现有最稳定的晶体也只能精确到0.01%，相当于导频信号中有1.6Hz的容限。例如，如果BTSC接收器中的PLL锁定于一个很强的NTSCf_Hsync频率上，而不是晶体产生的导频上，信号偏差就会导致L+R和L－R通道之间有随时间变化的相位失调，从而在解码期间分离L声道和R声道时会引起严重失真。另外，VCO依赖于鉴相器的体系结构，其输出频率可能在晶体产生的导频和f_Hsync频率之间摆动，反过来又加剧了相位失调。

一种更可行的方法就是采用分数N分频PLL提供时钟，实际上采用f_Hsync作为参考输入频率。图5示出了一种典型的PLL，在反馈路径中采用分数N分频器的。如果采用f_Hsync作为输入参考频率，N分频器的数值是780.9838…(N＝f_MCLK/f_Hsync)，需要分辨率很高的器件。这种方法还需要附加器件，这对于电路板空间很宝贵的设计来说不切实际。

第三种方法是在反馈环路中包含AD71028(包含了两个立体声音频通道)的次级通道，利用它自校正并且自保持该主时钟，如图6所示。其中AD71028的主(A)通道用于编码BTSC立体声音频。它从音频ADC(例如AD1871)接收数字音频输入。如果第二个(B)通道的音频输入接地，那么在输出端就只有残留的导频信号。如果相位和频率锁定于f_Hsync，此信号可用于产生12.288MHz的f_MCLK。

在编码器B通道的输出端后面，需要一个双极点的低通滤波器和一个偏置比较器，为鉴相器提供纯净的方波导频信号。AD71028的MCLK频率的任何误差都将直接通过第二个通道从残余导频信号中反映给相位比较器的反馈输入，导频直接与f_MCLK成比例。因此，该BTSC导频反馈时钟合成方法能比传统的分数N分频PLL时钟提供更精确的MCLK，因为采用正确的频率反馈比例直接产生MCLK。在此应用中，成功地利用了PLL的设计思想，因为AD71028内核能够产生与f_MCLK成固定分数比例的数字导频信号。

因此，对于15.734kHz的导频信号，MCLK频率必须精确为12.288MHz，。当环路建立并且锁定后，f_MCLK将是BTSC编码器输出瞬时频率f_{btsc out}的分数倍(即f_MCLK=α×f_{btsc out})，而且将送至远端电视的导频信号锁定到NTSC的f_Hsync。接收器f_Hsync的耦合原则是f_Hsync的相位和频率与导频信号的相位和频率相同，所以不会产生错误的解调。

当采用一个简单的STB将两台电视连接到一个卫星STB时，距离较远房间的电视机必须通过同轴线缆来连接。卫星天线直接通过ANT IN连接到STB，如图7所示。音频信号通过RCA线缆连接到主电视机，并且第二台电视机通过同轴线缆接收3通道或4通道的音频和视频信号。第二台电视只能接收单声道声音，因为立体声差分信号L－R不包含在它接收到的音频频谱中(如图8)。

这样做的原因是BTSC编码器通常都很贵，因为STB设计需要许多模拟器件，占用很大的PCB面积以及需要复杂的校准调整，从而使得它们对于低成本STB来说很不切实际。如果希望在这样的系统中保留立体声声音，必须将解码的L声道和R声道模拟音频信号经过扩展的非平衡RCA线缆传送给第二台(远距离)电视，RCA线缆就是图8中与L声道和R声道线缆平行的线缆，但是这种装置很容易受到噪声和信号降低的影响。

另一方面，如果按照上述方法使用AD71028双通道BTSC立体声编码器，其A通道可以用于将编码的视频和立体声音频信号通过单同轴线缆传送给第二台电视机。如果家中的电视机和A/V接收器分布于多个房间中，消费者可以用同轴线缆使BTSC立体声传遍整个住宅。

图9示出了卫星电视(SATV)接收器的框图。它具有BTSC立体声编码的RF输出和采用PLL产生的MCLK。

模拟器件公司(简称ADI)的AD1970则集成了AD71028 BTSC编码器和AD1871 ADC。该器件所需输入为NTSC复合视频信号以及L声道和R声道。因为该器件通过内部次级通道可自己产生时钟，所以无需外部时钟驱动。因此，AD1970为支持BTSC的卫星STB应用提供了一种完全集成的解决方案。

本文小结

PLL的一种创新应用为卫星STB提供了一种精确、低漂移、自校准的主时钟。来自双通道BTSC编码器次级通道的BTSC导频信号不断地与NTSC水平同步频率(15.734kHz)相比较，以便提供一个12.288MHz自维持的稳定MCLK频率。该时钟可以连接到其它的专业音频ADC和元器件，并且它还也可以作为进一步产生时钟频率的时钟源。另外，该编码器的主通道提供了一个BTSC立体声编码输出。这就允许第二台电视机和A/V接收机可以通过一根标准同轴线缆互相连接。在电视机和A/V接收机设备距离很远的情况下，这种方法以具有成本效益的方式保证了系统的信号完整性。

作者：Jeritt Kent