CN1260092A - 时钟再生电路 - Google Patents

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Abstract

一种时钟再生电路,在调制调幅数据多路调制信号数据期间重新产生时钟信号,数据调制信号同时在与调幅信号相同的频带上被多路传送。从调幅数据多路调制信号提取调幅信号的载波,通过带通滤波器(1)同时在与调幅调号相同的频带上多路传送数据调制信号,相位比较器(3)通过循环滤波器(4)控制压控振荡器(5)的振荡频率。把压控振荡器(5)的振荡输出送到直接数字合成器(6),相位比较装置(3)将通过带通滤波器(1)提取的载波相位和直接数字合成器(6)的输出相位进行比较,然后压控振荡器(5)的振荡输出与调幅信号的载波同步,以产生用于解调数据的时钟信号。

Description

时钟再生电路
本发明涉及在调幅数据多路解调信号的数据解调期间产生时钟信号的时钟再生电路，调幅数据多路解调信号通过同时在相同的频带内多路传输数字调制信号和振幅调制信号而获得。
常规数据多路传送方法大致归类为由电视广播的文字多路传送广播所使用的时分多路复用方法，以及由调频广播的文字多路传送广播所使用的频率多路复用方法。由于调幅广播所占的频带狭窄，所以其不能使用频率多路复用的方法和时分多路复用的方法。迄今为止，以类似于电视或调频广播中所使用的数据多路传送广播方式来多路传送调幅调制信号和数字调制信号的调幅数据多路调制信号发生装置尚未得到实现。
本申请的申请人提出了一种产生调幅数据多路复用调制信号的装置，该装置可以通过多路复用调幅调制信号和数字调制信号来产生所需的调幅调制信号。当对调幅数据多路调制信号进行调幅同步检测时，该装置不会对调幅同步检测的输出产生负面影响(JP-A-8-166636)。
稍后将详述按照上述方法调制的调幅数据多路调制信号的具体内容。由于数字调制信号和调幅调制信号同时在相同的频带上被多路传送，所以调制方法不同于使用时分多路复用或频率复用的调制方法。因此，不可能和在常规情况下那样，通过在所选数据多路传送周期和频带上提取所需的数字调制信号，以在同步检测期间再生出一个用于信号调制的时钟信号。
本发明的目的是提供一种时钟再生电路，以产生一个时钟信号，在从数字调制信号和调幅调制信号在相同频带和同一时间上多路复用所得到的调幅数据多路调制信号进行数据解调时使用该时钟信号。
根据本发明的一个方面，一种能够同时在相同频带内多路复用调幅调制信号和数字调制信号所获得的调幅数据多路复用调制信号进行数据解调期间再生出时钟信号的时钟再生电路包括：载波提取装置，它可从调幅数据多路传输调制信号中提取调幅调制信号的载波；相位比较装置，其接收载波提取装置提取的载波作为一个输入；压控振荡器，其振荡频率由相位比较装置的输出控制；以及分频装置，它可对压控振荡器的振荡频率进行分频，并将经分频后的频率输出到相位比较装置的另一个输入端。
在本发明的时钟再生电路中，载波提取装置从调幅数据多路复用调制信号中提取调幅调制信号的载波，相位比较器对所提取载波的相位和分频器的输出进行比较，并根据相位比较结果来控制压控振荡器的振荡频率。因此，使压控振荡器的振荡输出与调幅调制信号的载波同步，并且，该压控振荡器的振荡输出可用作时钟信号，用于解调从调幅数据多路复用调制信号分离出来的数字调制信号。
直接数字合成器可用作分频器，其输入是压控振荡器的振荡输出，其输出端提供给相位比较器的另一个输入端。
根据本发明的另一个方面，一种能够同时在相同频带内多路传送调幅调制信号和数字调制信号所获得的调幅数据多路传送调制信号进行数据解调期间再生出时钟信号的时钟再生电路包括：频率转换装置，它用于把调幅数据多路复用调制信号频率转换成中间频率；载波提取装置，用于从转换为中间频率的调幅数据多路复用调制信号中提取调幅调制信号的载波；相位比较装置，其接收由载波提取装置提取的载波作为输入；压控振荡器，其振荡频率由相位比较装置的输出控制；第一直接数字合成器，输入压控振荡器的振荡输出，并把其输出提供给相位比较器的另一个输入端；第二直接数字合成器，输入压控振荡器的振荡输出，并把其一个输出端提供给频率转换装置作为本机振荡输出。这里，在调幅数据多路复用调制信号的数据解调期间，压控振荡器的振荡输出用作时钟信号。
根据本发明的时钟再生电路，该电路中的载波提取装置从已被转换频率的调幅数据多路复用调制信号中提取调幅调制信号的载波，相位比较器对已提取载波的相位和第一直接数字合成器的输出进行比较，并根据相位比较结果来控制压控振荡器的振荡频率，把压控振荡器的输出提供给频率转换装置作为本机振荡输出。因此，压控振荡器的振荡输出与调幅调制信号的载波同步，并且压控振荡器的振荡输出在解调从调幅数据多路调制信号中分离出的数字调制信号期间可作为时钟信号。
图1显示了根据本发明实施例的时钟再生电路结构的框图；图2是说明调幅数据多路调制信号产生装置结构的框图，用于说明本实施例时钟再生电路；图3显示了图2所示调幅数据多路调制信号产生装置操作的示意图；图4是说明根据本发明另一个实施例的时钟再生电路结构的框图。
第一实施例
以下将参考优选实施例对本发明的时钟再生电路进行说明。图1显示了根据本发明第一实施例的时钟再生电路结构的框图。
在对本发明所述的时钟再生电路进行说明之前，先参考图2说明一下一种用于产生调幅数据多路复用调制信号的装置。
在这种调幅数据多路调制信号的产生装置中，模拟信号(以下简称为输入信号)如语音信号或类似的信号先被送到调幅调制器11，在调幅调制器11中，频率为fc的载波对输入信号进行调幅调制，载波器的频率fc由后面将要说明的分频器112产生。调幅调制器11由用于对输入信号进行模/数转换的模/数转换器111和用于对模/数转换器111的输出进行调幅调制的乘法器112构成。
该调幅数据多路调制信号产生装置还包括QPSK基本频带信号发生器12，其包括：以一定频率(如32MHz)振荡的主时钟振荡器121；分频器122，用于对主时钟振荡器121的振荡频率进行分频以产生频率为2MHz和6KHz的信号；直接数字合成器123，用于接收分频器122的2MHz频率的信号，并产生频率为fc的载波、频率为(fc+fα)的两个正交信号和频率为(fc-fα)的两个正交信号；以及串/并转换器124，用于把6kbps的串行数字数据I和Q转换为并行数字数据I和Q。QPSK基带数字信号发生器12输出串/并转换器124的QPSK基带数字信号，2MHz频率的输出信号用作模/数转换器111的时钟信号，频率为fc的输出信号被提供作为调幅调制器112的时钟信号，频率为6kHz的输出信号被提供作为串/并转换器124的转换时钟信号。
把QPSK基带数字信号发生器12输出的QPSK基带数字信号I和Q提供给由乘法器131和132以及加法器133构成的正交调制器13，乘法器131把cos(ωc+ωα)t乘以数据I，乘法器132把sin(ωc+ωα)t乘以数据Q，加法器133把乘法器131和132的输出相加，从而用QPSK基带数字信号正交调制频率为(fc+fα)的载波。频率(fc+fα)和频率(fc-fα)分别与AM调制的上边带和下边带相对应。
QPSK基带数字信号发生器12输出的QPSK基带数字信号I和Q还被提供给复共轭器14，复共轭器14产生符号相反的数字信号I和Q的复共轭，复共轭器14可包括将I信号反相的反相器141。
复共轭器14输出的QPSK基带数字信号I和Q被提供给由乘法器161和162以及加法器163构成的正交调制器16。乘法器161把cos(ωc-ωα)t乘以数据I，乘法器162把sin(ωc-ωα)t乘以数据Q，加法器163把乘法器161和162的输出相加，从而用复共轭器14输出的QPSK基带数字信号I和Q来正交调制频率为(fc-fα)的载波，加法器17将正交调制器13和16的输出信号相加，加法器18把加法器17的输出信号(即数字调制信号)和调幅调制器的调幅调制信号相加，加法器18的和信号被送到数/模转换器20并被转换为模拟信号，以作为调幅数据多路调制信号输出。
图3大略说明了图2中所示的调幅数据多路复用调制信号产生装置的调幅数据多路复用调制过程及其构成。参考图3，图3中的a代表了调幅调制器1输出的调幅调制信号；图3中的b代表了正交调制器16的输出信号，即数字调制信号；图3中的c代表了正交调制器13的输出信号，即数字调制信号；加法器17输出的数字调制信号是图3中所示的b与c的和；而图3中的d代表了加法器18输出的调幅数据多路调制信号。
下面将说明图2中所示的调幅数据多路调制信号产生装置的调幅数据多路调制过程。
调幅调制信号VAM(t)由以下等式(1)表示：
νAM(t)＝{I+κνm(t)}cosωct    …(1)
式中的I是载波幅度，ωc(rad/s，弧度/秒)是载波角频率，κ是调制因数，而νm(t)是输入信号。
QPSK基带数字信号发生器12产生的信号串I和Q表示为In和Qn，它们也被称为双位，这里：
                   In＝±1
                 Qn＝±1
QPSK基带数字信号发生器12的输出信号被分流，其一路被送到提供有频率为(fc+fα)的载波的正交调制器13，在正交调制器13上，复合信号串正交调制角速度为(ωc+ωα)(rad/s)的载波。正交调制器13的输出信号νDH(t)由以下等式(2)表示：
νDH(t)＝In cos(ωc+ωα)t+Qn sin(ωc+ωα)t    …(2)
QPSK基带数字信号发生器12的另一路输出信号被送到正交调制器14中，在这里输出信号In和Qn的符号被转换为(-In)和(Qn)。将这个复合信号串送到提供有频率为(fc-fα)的载波的正交调制器16，于是复合信号串正交调制角速度为(ωc-ωα)(rad/s)的载波。正交调制器16的输出信号νDL(t)由以下等式(3)表示：
νDL(t)＝-In cos(ωc-ωα)t+Qn sin(ωc-ωα)t    …(3)
等式(2)和等式(3)给出的输出信号νDH(t)和νDL(t)经加法器17求和，相加信号或数字调制信号νD(t)由下列等式(4)给出：
νD(t)＝νDH(t)+νDL(t)
   ＝In cos(ωc+ωα)t+Qn sin(ωc+ωα)t
   -In cos(ωc-ωα)t+Qn sin(ωc-ωα)t             …(4)
调幅调制信号νAM(t)和数字调制信号νD(t)经加法器18相加，调幅数据多路调制信号ν(t)用等式(1)和(4)表示为等式(5)：
ν(t)＝νAM(t)+νD(t)
     ＝{I+κνm(t)}cosωct
+In cos(ωc+ωα)t+Qn sin(ωc+ωα)t
-In cos(ωc-ωα)t+Qn sin(ωc-ωα)t    …(5)
下面将说明按照上述方法产生的调幅数据多路调制信号期间的调幅同步检测。
对于同步检测来说，等式(5)被乘以载波cosωct以得到下列等式：
2{ν(t)cosωct}
＝{1+κνm(t)}+In cosωαt+Qn sinωαt
-In cos(-ωα)t+Qn sin(-ωα)t
+{1+κνm(t)}cos2ωct+In cos(2ωc+ωα)t
+Qn sin(2ωc+ωα)t-In cos(2ωc-ωα)t+Qn sin(2ωc-ωα)t
调幅同步检测器有一个低通滤波器以除去高频成分，因此上述等式可变为下面的等式(6)：
2{ν(t)cosωct}
＝{1+κνm(t)}+In cosωαt+Qn sinωαt
-In cos(-ωα)t+Qn sin(-ωα)t
＝{1+κνm(t)}+In cosωαt+Qn sinωαt
-In cosωαt-Qn sinωαt
＝1+κνm(t)                                   …(6)
由等式(6)可见，数字调制信号成分被抵消了。因此，如果消除了等式(6)的直流成分并将留下的信号放大，则原始信号νm(t)可在其被本实施例所述的调幅数据多路复用调制信号产生装置调制之前被拾取。因此可以了解，通过由图2中所示的同步检测调幅多路复用信号发生器调制的调幅数据多路复用调制信号所获得的调幅同步检测信号未受到负面的影响。
图2中所示的QPSK基带信号发生器也可以使用其它的调制方法，如PSK、ASK、QAM、FSK、MSK、或其他类似的方法。尽管本实施例使用了频率为(fc+fα)和(fc-fα)的两个数字调制载波，也可以使用两个或两个以上的数字调制载波，如多载波、频率跳跃、OFDM、或其他类似的方法。
通过同时在相同频带上多路复用数字调制信号和调幅调制信号，就可以得到按照上述方法调制的调幅数据多路复用调制信号。因此，上述方法与时分复用传输和频率多路复用调制方法的不同之处在于，它不能在所选择的数据多路复用周期和频带上通过提取所需数字调制信号来重新产生时钟信号。
如图1所示，在根据本发明实施例的时钟再生电路中，调幅数据多路调制信号被送到带通滤波器1(其频带比调幅数据多路复用调制信号的带宽要窄)，以提取调幅调制信号的载波。已提取到的载波被送到限幅器2，以除去带通滤波器1未滤掉的调幅调制成分。限幅器2的输出被提供给相位比较器3。
相位比较器3的输出被提供给含有低通滤波器的循环滤波器4，循环滤波器4将该输出作平滑处理后送到压控振荡器5以作为频率控制电压。从而将压控振荡器5的振荡输出自由振荡频率设置为32MHz。压控振荡器5的振荡输出被作为时钟再生信号而输出，并被送到直接数字合成器6中。
在直接数字合成器6中，压控振荡器5的振荡输出被分频为2MHz频率的信号，分频器61输出的分频信号被送到计数器62。通过用计数器的计数作为地址，就可从存放波形的波形只读存储器中读出波形的数据。从波形只读存储器中读出的波形数据被送到数/模转换器64并被其转换为模拟信号，该模拟信号被送给低通滤波器7消除混叠成分并被送给相位比较器3，分频器61的输出被提供给数/模转换器64以作为其转换时钟信号。
在本实施例中，即使压控振荡器5的32MHz振荡频率不是输入频率(接收频率，如954kHz、1242kHz、或类似的频率、或中间频率)的整数倍(分频器61的划分率)，但仍具有整数倍的系数，也能获得具有预定再生时钟频率的再生时钟信号。因此，通过使用具有波形数据只读存储器63的直接数字合成器，就可以得到频率为预定再生时钟频率的再生时钟信号，因此有必要预先设置输入频率。所以，波形数据只读存储器63存放具有输入频率的正弦信号，根据输入频率，与计数器62的计数相对应的波形数据被从波形数据只读存储器63读出，并被转换为模拟信号，然后送到相位比较器。即，通过预先存储与输入频率对应的波形数据，就可利用直接数字合成器以获得预定的再生时钟。
在根据本发明实施例的上述时钟再生电路中，带通滤波器1从调幅数据多路调制信号中提取调幅调制信号的载波，限幅器2去除带通滤波器1未消除掉的提取载波中的调幅调制成分，然后该载波被送到相位比较器3以作为参考信号。
循环滤波器4使相位比较器3的输出平滑，并根据循环滤波器4的输出控制压控振荡器5的振荡频率。压控振荡器5的自由振荡频率被设置为32MHz。直接数字合成器6将压控振荡器5的输出频率进行分频，对分频信号进行计数，并根据计数器62的计数值从波形数据只读存储器63中读出波形数据，数/模转换器64把该波形数据转换为模拟信号，并经低通滤波器7送到相位比较器3与调幅调制信号的载波进行比较。
如果数/模转换器64输出信号的频率与调幅调制信号的载波频率不同，则一个相应于频率差的脉动将被叠加在循环滤波器4的输出上，从而使压控振荡器5的振荡频率发生变化。因此，调幅调制信号和经数/模转换器64的低通滤波器7的输出信号的载波频率与调幅调制信号的载波相同步。
因此，压控振荡器5的振荡输出变为与调幅调制信号的载波同步的时钟信号，压控振荡器5的振荡输出可用作对从调幅数据多路调制信号分离出来的数字调制信号进行解调的时钟信号。
在根据上述本发明实施例所述的时钟再生电路中，直接数字合成器6的使用是作为一个例子。除了直接数字合成器6以外，还可以用其他分频器。另外，在根据上述本发明实施例的时钟再生电路中，虽然采用了QPSK作为数字调制方法，也可用其他调制方法，如具有类似优点的PSK、ASK、QAM、FSK和MSK等。第二实施例
图4中所示的是根据本发明的另一个实施例的时钟再生电路。参考图4可见，调幅数据多路调制信号被送到频率转换器201，以将其转换为中间频率。带通滤波器202的频带比调幅数据多路调制信号的带宽要窄，它可限制转换成中间频率的调幅数据多路调制信号的带宽。带通滤波器202从调幅数据多路调制信号中提取调幅调制信号的载波。
由带通滤波器202提取的载波还被送到限幅器203，以去除带通滤波器202未滤掉的调幅调制成分。限幅器203的输出被送到相位比较器204，相位比较器204的输出被送到含有一个低通滤波器的循环滤波器205，后者可将相位比较器的输出平滑后送到压控振荡器206以作为频率控制信号。压控振荡器206的振荡输出作为时钟再生信号输出，同时还提供给直接数字合成器207。
直接数字合成器207输出的波形数据的频率等于经频率转换后的载波频率，例如与电压控制振荡器206的振荡输出相一致。直接数字合成器207输出的波形数据被送到数/模转换器208并转换为模拟信号，转换后模拟信号的频率等于经过转换的载波频率，并在低通滤波器209中滤掉混叠成分后送到相位比较器204，根据相位比较器204的输出控制压控振荡器206的振荡频率。
压控振荡器206的振荡输出还被送到另一个直接数字合成器210，它可输出的频率等于本机振荡频率波形数据。直接数字合成器210输出的波形数据被送到数/模转换器211以转换为模拟信号，经转换的模拟信号的频率等于本机振荡频率，并在低通滤波器212中滤掉混叠成分后送到频率转换器201作为本机振荡输出，从而把调幅数据多路调制信号转换成中间频率。
在根据本发明第二实施例的上述时钟再生电路中，调幅数据多路复用调制信号被转换成中间频率，带通滤波器202从转换成中间频率的调幅数据多路复用调制信号中提取调幅调制信号的载波，限幅器203去除带通滤波器202未滤掉的提取载波中的调幅调制成分后，将其作为参考信号送到相位比较器204。
循环滤波器205平滑相位比较器204的输出，并根据循环滤波器205的输出控制压控振荡器206的振荡频率。压控振荡器206的振荡输出被送到直接数字合成器207中，后者输出的波形数据的频率等于经过转换的载波频率。该波形数据经数/模转换器208转换成模拟信号，再经低通滤波器209去除混叠噪声后，相位比较器204对该模拟信号的相位与限幅器203输出的经频率转换后的调幅调制信号的载波进行比较。
如果数/模转换器208输出信号的频率与经过频率转换后的调幅调制信号的载波频率不同，则与该频率差相对应的一个脉动将被叠加在循环滤波器205的输出上，从而使压控振荡器206的振荡频率产生变化，因此，直接数字合成器207和210输出的波形数据的频率被改变，使数/模转换器208和211的输出信号的频率也被改变。因此，来自数/模转换器208并经过低通滤波器209的输出信号集中到经过频率转换的调幅调制信号的载波频率上，而来自数/模转换器211并经过低通滤波器212的输出信号则集中到用于频率转换的本机振荡频率上。因此，压控振荡器206的振荡频率和经过频率转换的调幅调制信号的载波同步。
这样，压控振荡器106的振荡输出变为和调幅调制信号的载波同步的时钟信号，并且压控振荡器206的振荡输出可用作解调从调幅数据多路调制信号中分离出来的数字调制信号的时钟信号。
如上所述，根据本发明的时钟再生电路，能够实现在数据解调通过同时在相同频带上多路传输数字调制信号和调幅调制信号获得调幅数据多路调制信号的期间，重新产生一个时钟信号。

Claims (5)

1.一种时钟再生电路，用于重新产生一个时钟信号，在从数字调制信号和调幅调制信号在相同频带和同一时间上多路复用所得到的调幅数据多路调制信号进行数据解调时使用该时钟信号，所述时钟再生电路包括：载波提取装置，用于从调幅数据多路调制信号提取调幅调制信号的载波；相位比较器装置，其一个输入端接收所述载波提取装置提取的载波；压控振荡器，其振荡频率受所述相位比较器装置输出的控制；以及分频装置，用于对所述压控振荡器的振荡频率进行分频，并将分频输出送到所述相位比较器的另一个输入端，其中，所述压控振荡器的振荡输出是与调幅数据多路调制信号的载波同步的时钟信号。
2.如权利要求1所述的时钟再生电路，其特征在于所述分频装置包括直接数字合成器。
3.如权利要求2所述的时钟再生电路，其特征在于所述直接数字合成器包括计数器和波形只读存储器。
4.如权利要求1所述的时钟再生电路，其特征在于还包括一循环滤波器，它用于平滑所述相位比较器装置的输出，并将平滑的输出提供给所述压控振荡器。
5.一种时钟再生电路，在数据解调通过同时在相同频带上多路传输数字调制信号和调幅调制信号获得的调幅数据多路调制信号的期间，重新产生一个时钟信号，该时钟再生电路的特征在于包括：频率转换装置，把调幅数据多路调制信号的频率转换成中间频率；载波提取装置，从频率转换成中间频率的调幅数据多路调制信号中提取调幅调制信号的载波；相位比较装置，其一个输入端接收所述载波提取装置提取的载波；压控振荡器，其振荡频率受所述相位比较装置的输出控制；第一直接数字合成装置，用于输入所述压控振荡器的振荡输出，并将其输出提供给所述相位比较器的另一个输入端；第二直接数字合成装置，其输入所述压控振荡器的振荡输出，并将其输出提供给所述频率转换装置以作为本机振荡输出，其中，所述压控振荡器的振荡输出是与调幅数据多路调制信号同步的时钟信号，而该时钟信号用作数据解调调幅数据多路复用调制信号期间的时钟信号。
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