專利名稱：快速啟動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及快速啟動(dòng)控制系統(tǒng)，例如用于射頻(RF)信號(hào)接收機(jī)之類的電子裝置的快速啟動(dòng)控制系統(tǒng)。
在現(xiàn)代電視接收機(jī)中，例如，現(xiàn)在4×3寬高比的屏幕的電視接收機(jī)中，一個(gè)大的圖象內(nèi)可以插入二個(gè)或更多個(gè)圖象。某些更新型的寬屏幕電視接收機(jī)(16×9)寬高比的寬屏幕顯示方式)具有＂POP＂功能(畫(huà)-外-畫(huà))，當(dāng)16×9寬屏幕接收機(jī)用于顯示4X3寬高比的主畫(huà)面時(shí)，在主畫(huà)面沒(méi)有使用的側(cè)面屏幕內(nèi)，可以在一列中顯示三個(gè)或更多個(gè)輔助畫(huà)面。
具有這樣功能的電視接收機(jī)，必須裝有兩個(gè)調(diào)諧器。一個(gè)調(diào)諧器用于主畫(huà)面，另一個(gè)調(diào)諧器用于POP畫(huà)面。這些POP畫(huà)面是其他三個(gè)頻道的＂快照＂，它要求第二個(gè)調(diào)諧器依次調(diào)諧到其中某個(gè)頻道，將該頻道的一場(chǎng)信號(hào)裝入視頻存貯器內(nèi)，然后再調(diào)諧到下一個(gè)頻道。如果調(diào)諧器在POP頻道之間的調(diào)諧時(shí)間需要三百毫秒，該第二個(gè)調(diào)諧器對(duì)三個(gè)頻道輪換一圈將超過(guò)一秒。這種很低的刷新速度降低了POP頻道的可觀看性。因此POP圖象通常僅用于監(jiān)視POP頻道的節(jié)目?？墒牵绻麑?duì)POP頻道采樣的調(diào)諧器調(diào)諧速度足夠快，那么所有三個(gè)POP畫(huà)面可以得到近乎實(shí)時(shí)地更新。
本發(fā)明也適用于其他的應(yīng)用場(chǎng)合，例如，把調(diào)諧器從當(dāng)前頻率點(diǎn)快速調(diào)諧到另一個(gè)距離較遠(yuǎn)的指定頻率點(diǎn)。衛(wèi)星直接廣播的頻道超過(guò)了五百個(gè)，其中就會(huì)出現(xiàn)所說(shuō)的這種情況。而且本發(fā)明普遍適用于提高含有積分器的系統(tǒng)的積分速度。
在控制系統(tǒng)的鎖相環(huán)中(PLL)，例如電視調(diào)諧器，可控振蕩器產(chǎn)生一個(gè)代表信號(hào)的頻率，相位檢測(cè)器(PD)將其與另一個(gè)參考頻率進(jìn)行比較，輸出一個(gè)表示兩頻率的相位和頻率差異的DC信號(hào)，該相位檢測(cè)器的輸出信號(hào)接至一個(gè)有源或無(wú)源低通濾波器，濾除DC信號(hào)中的小波動(dòng)，經(jīng)過(guò)低通濾波的信號(hào)可以用來(lái)調(diào)整被控制節(jié)器，通常為壓控振蕩器。在低通濾波器中，現(xiàn)代的PLL電路采用電流源輸出級(jí)，它又與放大器反饋環(huán)路中的積分電容器相連接。采用這種方法時(shí)，如果接收信號(hào)的頻率與另一個(gè)所選擇信號(hào)的頻率存在較大的頻差，因積分電容器較大，需要數(shù)百毫秒時(shí)間才能達(dá)到要求的DC電壓，此時(shí)PLL才能鎖定，正是這一個(gè)長(zhǎng)的積分時(shí)間降低了這種調(diào)諧器的調(diào)諧速度，例如用于POP畫(huà)面的調(diào)諧器。


圖1至3是現(xiàn)有技術(shù)調(diào)諧器的各種控制結(jié)構(gòu)，在用于POP畫(huà)面是都存為上述缺點(diǎn)，在各種圖中，結(jié)構(gòu)類似，數(shù)值也類似，電視調(diào)摩器的鎖相環(huán)鎖定時(shí)間長(zhǎng)達(dá)300毫秒(ms)。
參看圖1，三極管14為分離元件的高電平的放大器，它與低電平運(yùn)算放大器16的輸出端相連，16為PLL10集成芯片的一部分。相位檢測(cè)器的輸出調(diào)諧信號(hào)連接于運(yùn)算放大器的輸入端17，然后信號(hào)接入三極管14。三極管14集電極輸出信號(hào)一方面連接于調(diào)諧電路(未畫(huà)出(CVD)12的變?nèi)荻O管，另一方面該輸出信號(hào)經(jīng)積分電容18和電阻20與電容22的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)19，反饋到運(yùn)放大器輸入端17。電阻24為三極管14的集電極提供電源電壓，因此，在反饋環(huán)中，正向增益由放大器14和16提供。
如上所述，電容18為積分電容器，電容22決定反饋環(huán)的高頻滾降特性，在這種方案中，PLL鎖定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，是因?yàn)橛萌龢O管14集電極輸出對(duì)電容18充電或放電，因而限制了集電極的輸出電壓的升降速率，在本例中，三極管14的升降速度又取決于放大器16輸出的升降極限速度。
Bermard Glance在一篇文章中曾討論過(guò)與上類似的電路，見(jiàn)于IEEE Transations on Microware Theory and Techniques，MTT-33，Vo1.9，Sept.1985，題目為＂新型極快速鎖相環(huán)＂，示于圖2。在放大器14和16的輸入電路的電阻28上，反向并聯(lián)了二個(gè)二極管30和32。該方案是針對(duì)PLL采用乘法相位檢測(cè)器34而言的，當(dāng)相位檢測(cè)器輸出的DC電壓超過(guò)了二極管導(dǎo)通閾值電壓(0.6V)時(shí)，二極管30或32就降低了電阻28的有效阻值。
但是，Glance無(wú)法工作于數(shù)字相位檢測(cè)器。在數(shù)字相位檢測(cè)器中，輸出為脈沖寬度調(diào)制的方波信號(hào)，其平均DC值為校正信號(hào)。因?yàn)檫@些脈沖具有相同的幅度，所以不論調(diào)諧誤差大小，這些脈沖都會(huì)使二極管導(dǎo)通。也就是說(shuō)，即使只有很小的相位誤差(窄脈沖寬度)，也總會(huì)有一個(gè)二極管導(dǎo)通。這就破壞了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
圖3電路的PLL采用三態(tài)相位檢測(cè)器34，它類似于Motorola44802芯片中的電路。在調(diào)諧間距為1-2頻道時(shí)，這種電路調(diào)諧速度較快，例如從頻道10調(diào)諧到12，僅需要20ms，但是如果要從一個(gè)波段到另一個(gè)波段，如美國(guó)的頻道6到頻道7，或者從一個(gè)波段的低端躍變到另一個(gè)波段的高端，它將需要大于100ms的時(shí)間。這是因?yàn)樵撓辔粰z測(cè)器最大輸出電壓只能達(dá)到1/2Vcc。當(dāng)頻率變化很大時(shí)，檢測(cè)器輸出飽和，相位檢測(cè)器輸出信號(hào)Vd使積分電容18的充放電速度受到限制，更具體地說(shuō)，假定忽略電阻20上的降壓，電容18的電壓充電速率dv/dt取決于Ic或者說(shuō)Iin，以及電容18和電阻28，因此當(dāng)要求調(diào)諧電壓改變較大時(shí)，相位檢測(cè)器34的輸出信號(hào)限制了它的升降速度。
在這種方案中，電容18和電阻28的值較大，這是因?yàn)檎{(diào)諧電壓用于控制一個(gè)VCO，而VCO的靈敏度很高，因此要求環(huán)路帶寬(BW)必須很小。例如，在某些調(diào)諧器中，Vd＝1.3V，電阻28＝22K，電容18＝0.22uf，因此dv/dt＝260V/sec，調(diào)諧電壓改變25V則需要100ms。
在本發(fā)明中，針對(duì)要求積分電容器能快速放電的場(chǎng)合，比如調(diào)諧器需要大的頻率變化時(shí)，本發(fā)明提出了一種速度更快的控制系統(tǒng)(如PLL)中的積分電容充放電的方法。為了以更高速率對(duì)積分電容充放電，該方法提出了一個(gè)由另一個(gè)外部源吸收/放也電流的誤差糾正電路，更具體地說(shuō)，產(chǎn)生了一個(gè)正比于DLL電容充放電流的電壓，當(dāng)該電壓超過(guò)某個(gè)閾值電壓時(shí)，擴(kuò)展電路起動(dòng)，它從外部電源以適當(dāng)?shù)臉O性對(duì)電容充電或放電，一直持續(xù)到PLL鎖定，即誤差得到糾正。一旦糾正了衰減即PLL鎖定后，如果出現(xiàn)小的調(diào)諧誤差，要求小的糾正電流，糾正電流的幅度低于激發(fā)擴(kuò)展電路的閥值，因此控制電路或PLL將會(huì)以不存在擴(kuò)展電路時(shí)的正常方式工作。
按照本發(fā)明的各個(gè)方面，當(dāng)要求積分電容充電有很大變化時(shí)，例如調(diào)諧器在調(diào)諧時(shí)有大約頻率變化(大的誤差)時(shí)，則要提供控制系統(tǒng)、比如PLL的積分電容更快的充電速度。當(dāng)需要大的頻率變化或大的誤差校正時(shí)，積分電容的電容值要減小。該電容值的減小是通過(guò)切換地與該積分電容相串接一個(gè)第二個(gè)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，以使被減小值的總電容可更快地被充電。
如圖中所示
圖1-3說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)諧器的部分結(jié)構(gòu)，其中部分為框圖，部分為電路圖。
圖4和圖6為各種擴(kuò)展電路，部分為框圖，部分為電路圖。
圖5a和圖5b為圖4擴(kuò)展電路的波特(Bode)響應(yīng)特性。
現(xiàn)在參看圖4，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所選擇頻道遠(yuǎn)離現(xiàn)調(diào)諧頻道時(shí)，即有較大頻率差異，由于對(duì)積分電容器快速充放電，因此加快了圖1所示電路的調(diào)諧速度。為了改變頻率，PLL10吸收或放也電流，因而對(duì)電容18放電或充電。如圖1，電容18和并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)19串聯(lián)一起，作為放大器14和16的反饋網(wǎng)絡(luò)?？墒牵鐖D4所示，擴(kuò)展的三極管Q1和Q2其集電極分別與+Vcc和-Vcc相連，其基極與PLL側(cè)的網(wǎng)絡(luò)19相連，發(fā)射極經(jīng)電阻36與網(wǎng)絡(luò)19和積分電容18的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連。
由于PLL10的糾錯(cuò)動(dòng)作，對(duì)電容18充電或放電，因而在電阻20上產(chǎn)生了一個(gè)電壓，當(dāng)該電壓超過(guò)三極管的Vbe時(shí)，將使該三極管導(dǎo)通，因此電容18經(jīng)電阻36、導(dǎo)通的三極管Q1或Q2與+Vcc或-Vcc相連接，也就是說(shuō)，外部電源以正確的極性另外快速對(duì)電容18充電或放電。
需要選擇適當(dāng)?shù)碾娮?6的阻值，以限制對(duì)電容18的最大充放電電流，因?yàn)殡娮?6的阻值對(duì)系統(tǒng)的傳遞響應(yīng)有一定影響。例如，充電電流脈沖可能會(huì)引起電路的振蕩或過(guò)激勵(lì)，或者三極管Q1、Q2及電阻36、反饋電阻20也可能影響系統(tǒng)的傳遞響應(yīng)。
因此，需要限制該系統(tǒng)(如PLL10或放大器14、16)的升降速度，從而防止對(duì)電容18的過(guò)快充電/放電，如圖示，設(shè)置了對(duì)升降速度的限制性。根據(jù)PLL10輸出調(diào)諧信號(hào)產(chǎn)生了一個(gè)增強(qiáng)的電容充放電電流，從而電容18的電荷狀態(tài)可以很快地調(diào)整到所選擇頻道對(duì)應(yīng)的電荷狀態(tài)。
應(yīng)當(dāng)注意，由三極管Q1和Q2產(chǎn)生的對(duì)電容18額外的充放電電流并不會(huì)流過(guò)電阻20。因此，當(dāng)完成調(diào)諧過(guò)程后，即由PLL10的輸出電壓對(duì)電容18電或放電，PLL10達(dá)到鎖定后，電阻20上的電壓交將足以使三極管Q1或Q2導(dǎo)通，即電壓小于三極管的V結(jié)電位，三極管Q2都處于非導(dǎo)通狀態(tài)。因此，一旦達(dá)到鎖定狀態(tài)，溫度漂移引起的較小的糾錯(cuò)調(diào)整電流將不足以使Q1或Q2導(dǎo)通，PLL10工作也如同不存在三極管Q1和Q2一般。
在如圖4所示的結(jié)構(gòu)中，由外部提供電流作為積分電容器18的快速擴(kuò)展充放電電流，這正好與圖1、2和3中的結(jié)構(gòu)相反，此處積分電容的充放電電流受限于相位檢測(cè)器34和放大器14和16的升降速率。圖2電路最多只能使二極管導(dǎo)通，從而旁路電阻28，臨時(shí)降低與積分電容18串聯(lián)的電阻阻值，但是充電電流仍來(lái)自于相位檢測(cè)器34、放大器14和16，與圖4和圖5中的擴(kuò)展充放電電流相比，這種充放電電流的幅度大大受到了限制，因?yàn)閳D4和圖5中是由電源直接產(chǎn)生的充放電電流。
圖4采用電流源輸出，因此不需要圖2和圖3中的電阻28。電阻20和電容22形成了Bode極，電容22將電阻20上的相位檢測(cè)器產(chǎn)生的脈沖濾波成DC電壓，因此本電路方案可以用于數(shù)字相位檢測(cè)器。
通常，圖4的開(kāi)環(huán)增益-頻率響應(yīng)如圖5a。因?yàn)?dB處幅度響應(yīng)的斜率為20dB/十倍，零點(diǎn)和極點(diǎn)遠(yuǎn)離該交叉點(diǎn)，因此相位穩(wěn)定范圍很充分。如圖5a的虛線所示，當(dāng)加速電路起作用時(shí)，增益增加，與橫坐標(biāo)的交叉點(diǎn)向頻率高處移動(dòng)。這使相位富余度變窄，網(wǎng)絡(luò)19的第三階極點(diǎn)接近于交叉點(diǎn)頻率。
圖5b顯示了一個(gè)改進(jìn)的響應(yīng)曲線。增益增加時(shí)，第三階極點(diǎn)進(jìn)一步遠(yuǎn)離橫坐標(biāo)交點(diǎn)，這有助于保持相位一富余度。由于三極管Q1、Q2和電阻36并聯(lián)于電阻20和電容22構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)19，使得極點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)19形成了該極點(diǎn)。
本發(fā)明中的PLL的鎖定速度雖然不能做得任意小，但是速度已很快。PLL的鎖定時(shí)間可降到10ms以下，這樣短的時(shí)間足以使三個(gè)POP畫(huà)面真實(shí)生動(dòng)。
現(xiàn)在來(lái)看圖6，這是本發(fā)明的另一個(gè)電路圖。由于放大器14和16的增益較大，其輸入端17實(shí)際上是一個(gè)虛擬地。電容40的一端連接于網(wǎng)絡(luò)19和電容18的接點(diǎn)，另一端通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)三極管42接地。當(dāng)三極管42不起作用(不導(dǎo)通)時(shí)，反饋環(huán)正常工作。但是，當(dāng)開(kāi)關(guān)信號(hào)加于基極時(shí)，三極管42導(dǎo)通，網(wǎng)絡(luò)19的與電容18相連的一端通過(guò)電容40和三極管42的集電-發(fā)射極電路接地，網(wǎng)絡(luò)19的另一端則與輸入端17的虛擬地相連。如果電容40的容值比電容22大得很多，網(wǎng)絡(luò)19中的信號(hào)被短路。因此，這種電容40交替與網(wǎng)絡(luò)19相連的電路，除去了圖5a和5b中的極點(diǎn)P3。加于三極管42基點(diǎn)的開(kāi)關(guān)信號(hào)可以是，例如，正極性表示PLL沒(méi)有鎖定，負(fù)極性表示PLL沒(méi)有鎖定。
但是，從圖6的電路中看出另一方面，當(dāng)三極管42導(dǎo)通時(shí)，電容18和40串聯(lián)后接地。因?yàn)殡娙?8和40串聯(lián)后的總?cè)葜当入娙?8本身的要小，這降低了放大器14和16對(duì)積分電容充放電所要求的時(shí)間，盡管對(duì)積分電容18的充放電電流沒(méi)有任何加大。
盡管本明以用擁率選擇的PLL調(diào)諧器為例進(jìn)行闡述說(shuō)明，它也普遍用于為提高響應(yīng)時(shí)間的控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種控制系統(tǒng)，包含裝置(34)，用于提供一個(gè)誤差指示信號(hào)；誤差糾正裝置，它根據(jù)誤差指示信號(hào)糾正錯(cuò)誤，所說(shuō)的糾正裝置包括用第一響應(yīng)時(shí)間對(duì)誤差指示信號(hào)進(jìn)行積分的積分電容(18)，其特征在于裝置(40、42)，用于通過(guò)在該積分電容(18)上串聯(lián)第二個(gè)電容(40)將該積分電容(18)對(duì)誤差指示信號(hào)的積分的響應(yīng)時(shí)間從第一響應(yīng)時(shí)間減小到第二響應(yīng)時(shí)間。
2.用于信號(hào)接收機(jī)的一種調(diào)諧系統(tǒng)，包括按照信號(hào)選擇來(lái)提供調(diào)諧接收機(jī)的調(diào)諧信號(hào)的裝置(34)，用于提供調(diào)諧信號(hào)的該裝置包括用第一響應(yīng)時(shí)間對(duì)調(diào)諧信號(hào)進(jìn)行積分的積分電容(18)，其特征在于裝置(40、42)，用于通過(guò)在該積分電容(18)上串聯(lián)第二個(gè)電容(40)將該積分電容(18)對(duì)誤差指示信號(hào)的積分的響應(yīng)時(shí)間從第一響應(yīng)時(shí)間減小到第二響應(yīng)時(shí)間。
3.一種用于可調(diào)諧信號(hào)的電視設(shè)備的調(diào)諧系統(tǒng)，它包括一個(gè)相位檢測(cè)裝置(34)，響應(yīng)一個(gè)信號(hào)選擇而提供一個(gè)調(diào)諧信號(hào)以便對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)諧；響應(yīng)調(diào)諧信號(hào)而對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)諧的裝置，它包括一個(gè)積分電容器(18)，它由響應(yīng)該調(diào)諧信號(hào)的電流的一個(gè)第一響應(yīng)時(shí)間充電和放電，其特征在于用將一個(gè)第二電容器(40)與積分電容(18)相串接的耦合的裝置(42)，以便將積分電容中的充電和放電之一的響應(yīng)時(shí)間從第一響應(yīng)時(shí)間減小至第二響應(yīng)時(shí)間。
全文摘要
在一種擴(kuò)展電路中，PLL電路(10)對(duì)積分電容(18)充放電。一個(gè)正比于電容的電流的閾值電壓使該電路導(dǎo)通，這個(gè)實(shí)施例由外部電源吸收或放出電流，直到鎖相環(huán)鎖定。在鎖定狀態(tài)如果PLL需要一個(gè)較小的糾錯(cuò)電流，此糾錯(cuò)電流不足使擴(kuò)展電路(Q
文檔編號(hào)H03L7/10GK1128460SQ9511633
公開(kāi)日1996年8月7日 申請(qǐng)日期1995年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年7月28日
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