[发明专利]压控晶体振荡器和环路滤波器

说明书

本申请涉及用于产生相当高频率数字时钟信号的压控晶体振荡器(VCXO)和环路滤波器。

在当前的高速调制解调器应用中，例如在数字卫星广播系统中，需要有大约40MHz的其占空比基本上保持在50％的可控时钟信号。在这频率范围内的基波型晶体没有足够的牵引范围来提供合适的信号锁定能力和对变化中的晶体参数进行补偿。这样，现有技术的VCXO一直使用三次谐波晶体。可是不用有效的调节就不能获得在这频率范围内的使用三谐波晶体的适当的VCXO工作特性。

另一种方法一直使用所希望的时钟频率的适当的次谐波作为基波，并使用倍频技术来产生时钟信号。这种倍频器通常是锁相环路(PLL)。可是，PLL在时钟信号中引入相位抖动，并会在例如频率扫描操作期间有闭锁的问题。

此外，来自典型的集成电路(IC)振荡器的输出信号没有50％占空比。而由这种振荡器产生的时钟信号的前沿和后沿是斜的，这是由于用作振荡器放大器的IC门的上升和下降时间的改变造成的。

对于在高速装置，例如在数字卫星系统高速调制解调器中的应用，希望有一种这样的简单的可控晶体振荡器，它有相当高的频率范围，有稳定的占空比和有相当低的相位抖动。

根据本发明的原理，一种以所希望的频率产生时钟信号的可控晶体振荡器包括压控晶体振荡器，它产生所希望的频率的次谐波信号。这种压控晶体振荡器被耦合到第一占空比校正器，后者产生具有基本上是所希望的占空比的信号。第一占空比校正器被耦合到倍频器，后者产生基本上是所希望的频率的信号。跟着，倍频器被耦合到第二占空比校正器。第二占空比校正器以所希望的频率产生具有所希望的占空比的时钟信号。

在附图中：

图1是包含本发明的数字卫星系统的高速调制解调器的一部分的方框图；

图2是根据本发明的受控晶体振荡器的更详细的方框图；

图3是根据本发明的环路滤波器的更详细的方框图；和

图4是图2中所说明的受控振荡器的原理图。

图1是包含本发明的数字卫星系统高速调制解调器的一部分的方框图。在附图中只表示了那些对理解本发明有必要和有用的元件。本专业的技术人员将明白在这系统中需要其它什么元件、知道如何设计和实现这些其它元件、以及如何把这些其它元件与附图中所说明的元件连接起来。

在数字卫星系统的地面站中，数据信号(例如，代表电视节目的数据信号)以已知的方式被变成符号序列。代表这符号序列的信号被调制到载波上，并被发送到卫星，后者把调制后的符号序列广播到地面接收机。这些接收机以已知的方式解调代表这符号序列的信号，恢复成为符号序列，重建数据信号。接收机所进行的部分处理是恢复符号定时，以便能准确地提取符号。虽然被发送的符号定时通常是稳定的，但在代表不同的数据信号(例如，从不同的卫星或地面站)的符号序列之间会存在些微的定时差别，或者由于传播效应或元件参数变化，或者由于卫星中的交换(switching)转发器，定时会有稍微的移动。这样，在接收机中的用于恢复符号定时的时钟必须稳定，而且要可控，以便补偿符号定时中的些微变化。

图1中，输入端耦合到代表符号序列的被接收信号的取样信号源(未示出)。取样数据输入端耦合到符号定时恢复电路300的第一输入端。符号定时恢复电路300的第二输入端耦合到受控振荡器100的输出端，此受控振荡器提供恢复符号序列所需的定时时钟信号。

符号定时恢复电路300的第一输出端产生代表这符号序列的信号。符号数据输出端耦合到进一步的应用电路(未示出)，后者以已知的方式处理被恢复的符号序列来复原被发送的数据，并基于这些数据来运行(例如，产生电视节目的图象和声音)。符号定时恢复电路300以二进制速率乘法器(BRM)信号的形式(下面将更详细地描述)产生定时误差信号e，符号定时恢复电路300的第二输出端耦合到BRM滤波器200的输入端。BRM滤波器200的输出端耦合到受控振荡器100的控制输入端。

工作中，符号定时恢复电路300根据由受控振荡器100送来的时钟信号的定时，以已知的方式从送来的样值中恢复被发送的符号序列。如上所述，在当前的数字卫星系统中，时钟信号的标称频率是40MHz。此外，为了正确地恢复符号序列，这种时钟信号必须有大致50％的占空比。因为被发送的符号序列的定时是相当稳定的，所以，受控振荡器100的时钟信号基于晶体振荡器。