[發明專利]變頻率信號的自適應低通數字濾波器和方法

無效

• 申請號: 201010121615.1
• 申請日: 2010-02-11
• 公開（公告）號: CN102158197A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 譚文畢;宣黎鑫
• 申請（專利權）人: 北京國能子金電氣技術有限公司
• 主分類號: H03H17/02
• 分類號: H03H17/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王新華

技術領域

本發明涉及數字濾波領域。更具體地，本發明涉及一種能夠對變頻率信號進行濾波的自適應低通數字濾波器及對應的濾波方法。

背景技術

濾波技術是信號處理的重要手段之一，一般分為模擬濾波技術和數字濾波技術。

模擬濾波技術主要是通過由模擬器件組成的濾波器對信號進行濾波處理，一般都是時不變系統。然而，模擬濾波技術不能解決信號時變、濾波頻率時變的問題。

數字濾波器是現代計算機技術的產物，一般由數字乘法器、加法器和延時單元組成。數字濾波器用來對輸入的離散信號的數字代碼進行運算處理，以達到改變信號頻譜的目的。隨著計算機技術和大規模集成電路的發展，數字濾波器已經可以用計算機軟件實現，也可以用大規模集成數字硬件實現。數字濾波器是一個離散時間系統，應用數字濾波器處理模擬信號時，必須先對輸入的模擬信號進行限帶、抽樣和模數轉換。數字濾波器輸入信號的抽樣率必須滿足抽樣定理，即抽樣信號大于被處理信號帶寬的兩倍，其頻率響應具有以抽樣頻率為間隔的周期重復特性，且以折疊頻率即1/2抽樣頻率點呈鏡像對稱。數字濾波器具有高精度、高可靠性、便于集成等優點。數字濾波器在語言信號處理、圖像信號處理、醫學生物信號處理以及其他應用領域都得到了廣泛應用。數字濾波器包括低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時不變的或時變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的?，F在技術成熟、應用最廣的是線性、時不變數字濾波器。

但是隨著數字濾波技術的應用范圍的擴大，線性時不變數字濾波器的局限性逐漸顯現出來。在一些信號頻率是時變的、濾波頻率需要隨信號頻率變化而按一定規律變化、且需要實時濾波的場合，傳統模擬濾波器和線性時不變數字濾波器已經難以滿足使用的要求了。這就需要研究一種線性時變濾波技術，通過這種技術生產的濾波器能夠對頻率變化的信號，進行變頻率和實時濾波。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種變頻率信號的自適應低通數字濾波器及對應的濾波方法，能夠對頻率變化的信號，進行變頻率濾波和實時濾波，從而實現線性時變的濾波技術。

根據本發明的一個方面，提供了一種變頻率信號的自適應低通數字濾波器，包括：鎖存器，用于對輸入信號進行鎖存；信號頻譜分析器，用于對由鎖存器鎖存的輸入信號進行頻譜分析，得到輸入信號的頻譜分布；信號頻率仲裁器，用于根據從信號頻譜分析器接收到的頻譜分布裁定所需要的信號頻率；自適應濾波頻率計算器，用于計算由信號頻率仲裁器裁定出的信號頻率的截止頻率；和可變截止頻率低通濾波器，用于接收由鎖存器鎖存的輸入信號，并根據自適應濾波頻率計算器送來的截止頻率對輸入信號進行濾波，并輸出濾波后的信號。

根據本發明的優選實施方式，在上述變頻率信號的自適應低通數字濾波器中，可變截止頻率低通濾波器可以包括：先進先出堆棧寄存器，用于接收由鎖存器鎖存的輸入信號，并進行實時更新寄存；截止頻率寄存器，用于寄存來自自適應濾波頻率計算器的截止頻率；堆棧長度計算器，用于根據截止頻率寄存器中寄存的截止頻率和該數字濾波器的時鐘頻率實時計算先進先出堆棧寄存器的長度，并向先進先出堆棧寄存器輸出所計算的長度的數字信號，其中所述長度為截止頻率與時鐘頻率之比；輸出仲裁器，用于根據先進先出堆棧寄存器的長度和先進先出堆棧寄存器中寄存的數據判斷輸出信號的電平；和輸出三態門，來自輸出仲裁器的輸出信號在使能信號的控制下經由輸出三態門輸出。

根據本發明的優選實施方式，在上述變頻率信號的自適應低通數字濾波器，輸出仲裁器判斷輸出信號的電平的規則可以包括：如果先進先出堆棧寄存器里的數字全為0，則輸出0電平；如果先進先出堆棧寄存器里的數字全為1，則輸出1電平；其它情況下輸出的信號電平不變。

根據本發明的優選實施方式，在上述變頻率信號的自適應低通數字濾波器，可變截止頻率低通濾波器可以包括使能輸入端，使能輸入端根據輸入的使能信號禁止或允許可變截止頻率低通濾波器輸出。

根據本發明的另一個方面，提供了一種采用上述變頻率信號的自適應低通數字濾波器對輸入信號進行濾波的方法，該方法包括步驟：由鎖存器對輸入信號進行鎖存；由信號頻譜分析器對由鎖存器鎖存的輸入信號進行頻譜分析，得到輸入信號的頻譜分布；由信號頻率仲裁器根據從信號頻譜分析器接收到的頻譜分布裁定所需要的信號頻率；由自適應濾波頻率計算器計算由信號頻率仲裁器裁定出的信號頻率的截止頻率；以及由可變截止頻率低通濾波器接收由鎖存器鎖存的輸入信號，并根據自適應濾波頻率計算器送來的截止頻率對輸入信號進行濾波，并輸出濾波后的信號。