卫星机顶盒(stb)和电视接收器包含许多需要高速时钟的芯片。如果视频解码器芯片没有外部时钟驱动器(许多较新的设备没有)，则必须为需要时钟的任何音频组件间接生成时钟。本文展示了如何使用锁相环(PLL)为启用广播电视系统委员会(BTSC)立体声的系统获得稳定的高速时钟，该系统采用双通道BTSC编码器，如AD71028。

编码器的一个通道处理实际的BTSC立体声编码输出，第二个通道使用BTSC复合音频频谱中的残余导频信号加上负反馈误差校正来派生主通道的主时钟和它自己的辅助时钟。以这种方式使用AD71028，可以在设计卫星机顶盒时以低成本增加立体声能力。对于消费者来说，这意味着在电视和音频/视频(A/V)接收器位于多个房间的家庭中，BTSC立体声可以通过同轴电缆在整个房子中馈送，避免了RCA音频/视频电缆的高成本和低抗噪性。

本文描述了机顶盒环境中的时钟生成问题，然后展示了一个紧凑、低成本的解决方案，该解决方案既生成稳定的系统主时钟，又为立体声音频分发系统派生时钟。

多频道电视声音(MTS)，更广为人知的是BTSC编码，由zenith开发，1984年被美国联邦通信委员会(FCC)采用，作为将三个额外的音频频道编码到国家电视系统委员会(NTSC)格式视频信号的方法。早期的NTSC视频已经包含了单声道音频信号(相当于L + R, stereo-sum)，因此BTSC增加了立体声差分信号(L - R)，与sum信号结合，解码立体声音频。此外，还有第二个通道，称为第二音频程序(SAP)，可用于提供第二语言，为视障人士提供音频描述服务或ro服务。第三个专业频道(PRO)可被广播电台用于音频或数据交换。

NTSC复合视频频谱和BTSC复合音频频谱的频率图分别如图1和图2所示。注意，BTSC频谱包含一个15.734 kHz的导频信号，该信号与NTSC视频水平同步的频率相同，1H = f(H)(同步)。该导频信号被接收器用来恢复2H时的双向带抑制载波(DSBSC)调制立体声差分(L - R)音频通道，以及5H和6.5H时的SAP和PRO通道。重要的是要注意，DSBSC调制需要相干解调，因此在发射和接收点的相位和频率必须相同，以避免严重的失真。

在接收机设计中，在本振(LO)中使用锁相环(PLL)来消除由于环境影响(如环境温度变化)引起的频率和相位偏移。由于这些偏移量会导致下变频和解调中的错误，因此单独的振荡器是不够的，因为它们既不跟踪频率也不跟踪相位。一个典型的锁相环包含一个低漂移参考振荡器和一个提供频率调谐的压控振荡器(VCO)。使用负反馈，从参考输入产生低漂移输出。因为f(H同步)可以用作低漂移参考信号，锁相环可以用于生成BTSC编码器和数字转换器(ADC)的主时钟。传统方法使用锁相环产生主时钟，但这里介绍的电路使用了一种不同寻常的技术:它将一个需要主时钟的设备集成到生成主时钟的锁相环反馈回路中。

在最基本的形式中，锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成，如图3所示。鉴相器将参考信号的相位与反馈信号的相位进行比较，并产生一个作为差值函数的缓慢变化的输出。鉴相器的输出经过滤波，为压控振荡器提供干净的控制电压。压控振荡器输出被反馈到鉴相器，负反馈迫使压控振荡器在平衡状态下产生一个等于参考频率的频率。参考信号的频率或相位变化(频率变化率)将由鉴相器跟踪。鉴相器的滤波输出驱动压控振荡器，使其跟随参考频率。当压控振荡器输出频率和相位与参考信号相等时，锁相环就处于“锁定”状态。

只要稍加修改，这个基本的锁相环原理就可以应用于许多有用的方面。例如，通过在环路中添加分频器(例如，模N计数器)，如图4所示，基本锁相环成为一个稳定且可调谐的频率合成器，它产生的VCO输出频率可能是输入参考频率的整数倍或分数倍，f(VCO) = N × f(REF)。

机顶盒和电视接收器包含多个需要高速时钟的芯片。例如，基于移动图像专家组(MPEG)的接收器使用一个27兆赫的主时钟，必须路由到补充音频组件。这个时钟的来源通常是MPEG解码器芯片，但如果MPEG解码器不提供外部，它必须在其他地方生成。以下应用程序在支持BTSC的系统中采用锁相环原理，使用AD71028双通道BTSC编码器作为分数分频器，产生稳定，高速，锁频和锁相时钟。编码器的一个通道用于BTSC立体声编码输出，而第二个通道与负反馈一起用于导出主通道和编码器本身的主时钟。

在本应用中，AD71028以低廉的价格为卫星机顶盒增加了立体声功能，而无需27 mhz时钟源。在各种房间都使用电视和音频/视频接收器(avr)的家庭中，这种技术允许BTSC立体声信号通过同轴电缆在整个房子内传递，避免了不平衡RCA电缆的高成本、立体声分离差和低抗噪性。由于BTSC复合音频频谱中残留的15.734 khz导频信号为锁相环鉴相器提供了理想的参考信号，因此可以采用这种简化方法。

有线电视机顶盒的射频输出(在第3频道或第4频道调制)已经是BTSC立体声编码。然而，廉价卫星电视机顶盒的RCA输出通常仅限于单声道。为了给卫星机顶盒增加立体声能力，系统增加了一个AD71028 BTSC立体声编码器。在拥有多台电视的家庭中，需要在主卫星机顶盒中使用ADC将左右音频信号在编码前转换为数字信号。AD71028、ADC和其他专业音频转换器和组件都需要主时钟。这些组件具有48 kHz的准标准采样率，但通常在12.288 MHz (48 kHz × 256)处过采样。利用12.288 mhz的主时钟和数字化的L和R音频通道，编码器将产生主单声通道(L + R)、BTSC立体声子通道(L - R)和15.734 khz导频信号。

主时钟，反过来，产生一个分数比例导频信号，可以通过几种方式之一产生。一种选择是使用基于晶体的振荡器，不能保证相应的BTSC导频信号锁频或锁相到f(H同步)，这是精确解码双向带抑制载波编码立体声音频的要求。在远程电视中，视频信号可能比音频信号高10db，这可能会导致立体矩阵解码中的相位校准误差。此外，即使是最好的高稳定晶体也只指定为0.01%，对应于导频信号的1.6 Hz公差。例如，如果BTSC接收机中的锁相环锁定到NTSC f(H同步)的强伪像，而不是晶体产生的导频，信号差异将导致L + R和L - R之间的时变相位失调，导致解码期间左右信道之间严重的分离损失。此外，根据相位检测器的结构，VCO可能在晶体产生的导频和f(H同步)伪影之间摇摆，再次导致相位失调。

一个更可行的选择是推导一个带有分数n锁相环的时钟，实际上使用f(H同步)作为参考输入。图5显示了一个典型的锁相环，其反馈路径中有一个分数n分频器。如果使用f(H sync)作为输入参考，则N分频器的值为780.9838…(N = f(MCLK) / f(H同步)))需要一个非常高分辨率的设备。这种方法还需要额外的组件，这使得它在电路板空间非常宝贵的设计中不切实际。

第三种选择是将ad71028的辅助通道(包含两个立体声音频通道)包含在反馈回路中，使用它来自我校正和自我维持主时钟，如图6所示。AD71028的主通道(A)用于编码BTSC立体声音频。它接收来自音频ADC(如AD1871)的数字输入。如果次级(B)通道的音频输入接地，则只在输出端看到残余导频。如果相位和频率锁定为f(H同步)，该信号可用于生成12.288 mhz的主时钟f(MCLK)。

在编码器的b通道输出后，需要一个两极低通滤波器和一个偏置比较器来为鉴相器提供一个干净的方波导频信号。AD71028的主时钟频率中的任何误差将立即通过辅助通道通过残留导频反射到鉴相器的反馈输入，该导频与f(MCLK)成正比。因此，这种BTSC导频反馈时钟合成方法将提供比传统分数n锁相环时钟更精确的主时钟，因为主时钟将直接以正确的频率反馈比生成。在这个应用中，锁相环概念是成功的，因为AD71028核心能够以固定的分数比f (MCLK)数字生成导频音调。

因此，主时钟频率必须精确地为12.288 MHz，以使导频音为15.734 kHz。当环路稳定并锁定时，f(MCLK)将是BTSC编码器输出的瞬时频率的小数倍，f(BTSC out)(即f(MCLK) = α × f(BTSC) (out))，并且发送到远程电视的导频被锁定到NTSC f(H同步)。接收端f(H同步)的耦合伪影在相位和频率上与导频相同，因此不会出现错误解调。

当两台电视用简易机顶盒连接到一个卫星机顶盒时，远处房间的电视必须通过同轴电缆连接。卫星天线通过ANT IN直接连接到机顶盒，如图7所示。音频信号通过RCA电缆路由到主电视，第二电视通过同轴电缆在频道3或4上接收其音频和视频。然而，第二台电视将只接收单声道声音，因为它接收的音频频谱中不存在立体声差分信号L - R(图8)。

这样做的原因是BTSC编码器传统上是昂贵的，因为设计需要，一个大的板空间，和复杂的校准调整，使它们不适合低成本的卫星机顶盒。如果希望在这样的系统中保持立体声，解码后的左右音频信号必须通过扩展的非平衡RCA电缆传递到第二个(远程)电视，并与图8所示的L和R电缆并联，但这种设置非常容易受到噪声和信号退化的影响。

另一方面，如果如上所述使用双通道BTSC立体声编码器AD71028，则其a通道可用于通过单根同轴电缆将编码的视频和立体声音频传递到第二台电视。在电视和音频/视频接收器可能在多个房间的家庭中，消费者现在可以通过同轴电缆将BTSC立体声传输到整个房子。

图9显示了卫星接入电视(SATV)接收机的框图。它有一个带BTSC立体声的射频输出和一个锁相环生成的MCLK。

数字BTSC编码器，包括ADC

最近发布的AD1970集成了AD71028 BTSC编码器和AD1871 ADC。该设备所需的输入是NTSC复合视频信号和L和R音频通道。由于时钟是自生成的，在核心中隐藏二次通道，因此不需要外部时钟来驱动该部分。因此，AD1970为支持btsc的卫星机顶盒应用提供了完全集成的解决方案。

结论

锁相环的新应用为卫星机顶盒提供了精确、低漂移、自校正的主时钟。从双BTSC编码器的辅助信道的BTSC导频与NTSC水平同步速率(15.734 kHz)进行连续比较，得到一个自维持稳定的12.288 MHz主时钟频率。该时钟可以路由到其他专业音频转换器和组件，并且它可以用作派生进一步时钟频率的源。此外，编码器的主通道提供BTSC立体声编码输出。这允许二级电视和A/V接收器通过单一标准同轴电缆互连。在设备相距很远的电视和A/V设置中，这种方法可以经济有效地保持系统的信号完整性。