CN1263333C - 用于减少电压峰值的数字滤波器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个适用于接收数字输入信号(G)的数字滤波器，该数字输入信号包括被称为假信号(G)的电压峰值。其特征在于它包括：一个延迟线(T)，用于产生一个时延数字输入信号((G)+Δt)，上升沿(PD)检测器和下降沿(ND)检测器，用于从时延数字输入((G)+Δt)分别产生上升(P)和下降(N)沿指示信号，第一(M1)和第二(M2)混合装置，用于分别从所述的数字输入信号(G)/和所述的上升(P)和下降(N)沿指示信号来产生上升(P′)和下降(N′)沿滤波器指示信号，第三混合装置(M3)，用于从上升沿滤波器指示信号(P′)和下降沿滤波器指示信号(N′)来产生一个没有假信号的数字输出信号。

Description

用于减少电压峰值的数字滤波器及方法

技术领域

本发明涉及一种适于接收数字输入信号的数字滤波器，该数字滤波器包括一个上升沿检测器，一个下降沿检测器，和一个适用于延迟所述的数字输入信号的延迟线，所述的数字输入信号包括一个电压峰值。本发明还涉及一种适用于过滤包含在所述数字信号内的电压峰值的数字滤波方法。

本发明提供了一种特定的尤其是在移动电话方面的应用。

背景技术

于1999年3月19日提出申请的美国专利5,878,094中描述了一种适于接收一输入信号并产生一输出信号的数字信号滤波电路。该滤波电路包括一个延迟线，一个上升沿检测器和一个下降沿检测器，以防止恰好在输入信号改变状态之后的有限周期中回到上一步状态。因此，若在这个有限周期中存在一个电压峰值，它将被过滤。

虽然现有技术可以过滤一个电压峰值，但是它仅仅过滤在边缘改变之后的有限周期中的电压峰值。因此，若电压峰值在高或低状态中间出现，它不会被过滤。

因此根据本发明目的要解决的技术问题是提供适于接收一个数字输入信号的数字滤波器，所述的数字滤波器包括一个上升沿检测器，一个下降沿检测器，一个适用于所述的数字输入信号的延迟的延迟线，所述的数字输入信号包括一个电压峰值，和一个相关的数字信号处理方法，它可以在所述数字输入信号任何高或低状态的时候从所述的数字输入信号中去除电压峰值。

发明内容

根据本发明的第一个目的，解决所提出的技术问题的一方案其特征在于：

上升沿检测器还用于从延迟的数字输入信号中产生一个上升沿指示信号，

下降沿检测器还用于从延迟的数字输入信号中产生一个下降沿指示信号，

并且其特征在于它包括

第一混合装置，用于从所述数字输入信号和所述上升沿指示信号来产生一个上升沿过滤指示信号，

第二混合装置，用于从所述数字输入信号和所述下降沿指示信号来产生一个下降沿过滤指示信号，和

第三混合装置，用于从所述上升沿过滤指示信号和下降沿过滤指示信号来产生一个没有电压峰值的数字输出信号。

根据本发明的第二个目的，该解决方案的特征在于数字信号处理方法包括步骤：

延迟所述数字输入信号并产生一个延迟数字输入信号，

检测来自所述延迟数字输入信号中的上升沿并产生一个上升沿指示信号，

检测来自所述延迟数字输入信号中的下降沿并产生一个下降沿指示信号，

由所述数字输入信号和所述上升沿指示信号产生一个上升沿过滤指示信号，

由所述数字输入信号和所述下降沿指示信号产生一个下降沿过滤指示信号，且

由所述上升沿过滤指示信号和所述下降沿过滤指示信号产生一个没有电压峰值的数字输出信号。

因此，从下面的说明中可以得知，这样的一个数字滤波器可以在任何时候去除电压峰值。另外，它具有不使用外部时钟的优点。最后，它具有使用简单装置的优点。

附图说明

本发明将参考附图所示的实施例进行更进一步的说明，然而，所述的发明不仅限于此。

-图1表示根据本发明的数字滤波器的结构，

-图2是表示由如图1所示的数字滤波器所控制的数字输入信号，边缘指示信号，边缘指示过滤信号和输出信号的第一示图，

-图3示出了由如图1所示的数字滤波器所控制的数字输入信号，上升沿和下降沿过滤指示信号以及输出信号的第二示图，其中在两个状态之间该数字输入信号包括几个电压峰值，

-图4示出的是由图1的数字滤波器所控制的信号的边缘效应现象的图示，并且

-图5示出一个图1的数字滤波器的实施例。

具体实施方式

对本发明的介绍说明涉及一个在移动电话领域所使用的数字滤波器的例子。便携式电话，亦称为移动电话，包括一个组件RTC，用于控制时钟所产生的时间。这个组件还称为″实时钟″。组件RTC包括连接件PAD和矩形波信号发生器时钟CLK。连接件PAD包括一个耦合到外部晶体检波器的振荡器，创建具有32kHz固定频率的正弦曲线模拟信号。作为内部时钟的矩形波信号发生器CLK(也称为″时钟方波脉冲发生器″)将这个正弦曲线模拟信号转换成一个数字输入信号(G)。振荡器是一种敏感的元件，例如受组件RTC中当前峰值和电磁等因素的影响。这个灵敏度导致正弦信号的失真。这个失真使得在所述数字输入信号(G)中产生电压峰值G(通常称为″假信号″)。在矩形波信号发生器CLK的输出中，为了提供没有假信号的信号G，数字滤波器FILT和所述组件RTC集成在一起。

图1所示为所述数字滤波器FILT的结构图。所述的滤波器包括：

一个延迟线T，

上升沿检测器PD，

下降沿检测器ND，

第一混合装置M1，

第二混合装置M2，

第三混合装置M3。

滤波器接收包括假信号的数字输入信号(G)，这个假信号对于移动电话时钟功能的正确性是有害的。这是因为，由于该假信号，时钟提前的秒数太多。因此在该时钟上的标记就不精确了。

为了避免假信号，所述的数字信号根据如下所述步骤进行处理。以下假定是这样进行的。

假信号G具有一个已知的最长时间，在本申请的实施例中该假信号是10ns。它在更快的系统中可能是2ns。

假信号具有一持续时间，与输入信号(G)上的高或低状态的持续时间相比该持续时间是很短的。通常，假信号G小于10ns。在此，在本申请的实施例中，它持续了5ns并且高或低状态必须保持稳定的15,600ns。

不使用外部时钟。

另外，首先假定在输入信号的两个边缘之间出现了一个假信号。

应当注意到，为了知道某特定应用的假信号G的持续时间，必须在实验室中进行试验，对所属技术领域的专业人员来讲，可以使用诸如示波器和诸如包含在组件RTC中的编译代码的确认装置，所述的编译代码通常在处理器(未示出)中，所述的处理器以所属技术领域的专业人员的通用技术的方式来控制所述的组件RTC。

在第一个步骤中，当数字滤波器FILT接收一个数字输入信号(G)时，延迟线T时延这个数字信号大于等于假信号G持续时间的延迟Δt。本申请实施例中的时延Δt的持续时间最好为10ns，也就是说是移动物体的。可以参见图2所示，可获得时延数字输入信号(G)+Δt。

在第二个步骤，上升沿和下降沿检测器PD和ND从所述的时延数字输入信号(G)+Δt中检测一个上升沿或一个下降沿。因此，如图2所示，在时间t1，上升沿检测器PD在时延输入信号(G)+Δt上检测到一个上升沿并且随后产生一个包括第一脉冲P1的上升沿指示信号P。时间t5和时间t3与此相同；上升沿指示信号P包括另外两个脉冲P2和P3，在时间t3所检测的与假信号G相对应的上升沿。同样地，下降沿检测器ND在时间t2检测时延输入信号输入(G)+Δt上的下降沿并且随后产生一个包括第一脉冲N1的下降沿指示信号N。时间t4和t6与此相同；下降沿指示信号N包括其他两个脉冲N2和N3，在时间t4所检测的与假信号G相对应的下降沿。对于本申请的实施例而言，每个上升沿指示信号P的脉冲或下降沿指示信号的脉冲都具有1ns的最小持续时间。为了安全起见，有可能持续时间为3ns。

在第三步骤，第一个混合装置M从输入信号(G)和上升沿指示信号P中产生一个上升沿指示滤波器信号P′。所述的第一混合装置M1实现一个逻辑“与”功能。因此，如图2所示，上升沿指示计滤波器信号P′分别在时间t1和t5包括两个脉冲P1′和P3′，产生逻辑“与”功能。同样地，第二混合装置M2从输入信号(G)和下降沿指示信号N中产生一个下降沿指示滤波器信号N′。所述的第二混合装置M2也根据已反相的输入信号(G)实现了逻辑“与”功能。因此他们实现了反相功能以及逻辑“与”功能。因此下降沿指示滤波信号N′包括三个分别在时间t2，t4和t6的脉冲N1′，N2′和N3′，其结果是逻辑“与”功能。滤波器信号P′或N′的脉冲持续时间等于上升或下降沿指示信号P或N的脉冲持续时间。

应当注意到在输入信号(G)和边缘指示信号P和N之间的逻辑“与”功能是有效的，也就是说，从一个或其他的边缘指示信号中去除一个脉冲是可能的，只有当所述的边缘指示信号P或N被充分时延时，一个脉冲与一个假信号G相对应。这意味着时延Δt必须至少等于一个假信号的最大持续时间。

这是因为，若时延Δt小于一个假信号G的最大持续时间，在输入信号(G)和边缘指示信号之间的逻辑“与”功能将无法使其完成从一个或其他所述的边缘指示信号中去除一个脉冲，一个脉冲与一个假信号G相对应。因此不但需要对于数字输入信号(G)并由此对于假信号G时延上升和下降沿指示信号P和N，而且还要检验时延Δt的持续时间。

因此，分别只有在数字输入信号(G)的高和低状态时才可从上升和下降沿指示信号P和N中获得上升和下降沿指示滤波器信号P′和N′。

在最后一步，上升和下降沿指示滤波器信号P′和N′产生了已去除任何假信号G的输出信号。因此第三混合装置M3接收作为输入的上升和下降沿指示滤波器信号P′和N′。当一个上升沿滤波器信号P′的脉冲出现时，所述的第三混合装置M3设置所述的输出信号为1。所述的输出信号只要没有下降沿滤波器信号脉冲N′则保持高状态。一旦有下降沿滤波器信号脉冲N′，所述的第三混合装置M3设置所述的输出信号为0。所述的输出信号只要没有上升沿滤波器信号脉冲P′则保持低状态。

因此，如图2所示，在时间t1，上升沿指示滤波信号P′包括一个第一脉冲P1′。因此所述的输出信号设置为1。在时间t2，所述的下降沿指示滤波信号N′包括一个第一脉冲N1′。因此所述的输出信号设置为0，在时间t4，下降沿指示滤波信号N′包括一个第二脉冲N2′。所述的输出信号仍然是一个低状态。在时间t5，所述的上升沿指示滤波信号P′包括一个第二脉冲P3′。因此所述的输出信号设置为1。在时间t6，所述的下降沿指示滤波信号N′包括一个第三脉冲N3′。因此所述的输出信号设置为0。因此可获得一个等于数字输入信号(G)的数字输出信号，该输出信号被时延了一个时延Δt并且没有假信号G。

因此，在申请所描述的上下文中，也就是所述的移动电话时钟，给定的时间是精确的。

应当注意到所述的输出信号根据所述的输入信号(G)被时延的事实不是一个问题因为所述的时延只有几毫微秒。这个时延对于组件的功能来讲是完全可以接受的。另外，在本申请所给出的实施例中，输出信号用作被组件所使用的其他信号的参考信号，例如由矩形波信号发生器时钟所产生的信号。这个信号给出了组件RTC中所有内部通信的脉冲。因此所述时延不会被任何内部信号察觉。

此外，应当注意到，与最初假定在两个边沿之间有一个假信号的情况不同，有可能发生的是在所述数字输入信号(G)出现连续的假信号。它会发生在当数字信号状态变化之后出现大的振荡。这是因为数字信号可以显示在这些高或低状态上的振荡。当它被转换成一个数字输入信号(G)时，所述振荡可导致几个假信号密集，直到所述对应的振荡衰减。如图3所描述的，存在这样的连续假信号G，它足以增加所述时延Δt的持续时间以便该时延大于或等于所有振动的衰减持续时间。

应当注意到若假信号G恰好在数字输入信号(G)的上升或下降沿之前到达，则可能发生边缘效应现象。如图4所示，在这种情况下，所述假信号G可以与上升和下降沿合并，其效果是对应于输出信号的上升或下降沿出现太快，在这里上升沿在时间t3而不是时间t5。只有当在假信号的结尾和下一个输入信号(G)的上升或下降沿之间的时延小于时延Δt时会出现这些现象这些现象很少出现。然而，若该现象发生，这些不影响组件RTC的功能，因为该输出信号包括一个等于输入信号(G)的时钟信号的平均频率。

在图5所示的一个非限定实施例中，该数字滤波器FILT的结构如下。

该延迟线T包括偶数个反相器INV，足够创建一个持续时间Δt的时延。在这里每个反相器INV具有等于Δt/4的时延。偶数使其有可能获得一个非反相时延的输入信号(G)+Δt。

该上升沿检测器PD包括一个具有异步复位的触发器D1和一个从其输出Q到其复位输入R的反相器INV连接。输入D总是1。它由电源VDD供给。触发器D1在每个已时延的输入信号(G)+Δt的上升沿触发。相应的表格通常如下。

H	D	Q	R
				上升沿	1	1	0

如图5所示，该连接包括奇数个反相器INV。因此在输出端Q信号被反相并且只有在0的情况下复位输入R被激活。当在输出端Q信号是1时，在通过反相器INV的传播时间之后，可导致触发器D1的异步复位。该输出Q回到0。触发器D1因此产生一个其持续时间等于反相器INV的传播时间的脉冲。

下降沿检测器ND包括一个异步触发器D2，位于其输出端的奇数个反相器INV以及位于其输入端H的一个反相器INV。输入端的反相器可使所述触发器D2在每个已时延的输入信号(G)+Δt的下降沿触发。所述的触发器D2以与上面介绍的触发器D1同样的方式实现运行。

应当注意到每个上升沿指示信号P或下降沿指示信号N的脉冲必须具有足够的持续时间，以导致第三混合装置M3状态的变化。为此根据本申请前述的说明，所述持续时间必须至少等于1ns。

第一混合装置M1包括一个可实现逻辑“与”功能的逻辑门“与”1。所述的第一装置M1接收作为一个输入的无延迟数字输入信号INPUT(G)和上升沿指示信号P。

第二混合装置M2包括一个可实现逻辑“与”功能的逻辑门“与”2和位于逻辑门“与”2输入端的反相器INV。所述的第二装置M2接收作为一个输入的无延迟数字输入信号(G)和下降沿指示信号P′。

第三混合装置M3是一个RS触发器。这个RS触发器在其输入端S接收上升沿指示滤波信号P′并且在其输入端R接收下降沿指示滤波信号N′。所述的触发器包括一个如下的对应表格。

S	R	Q	Q
				0011	0101	Q01X	Q10X

(保持它的状态)(禁止状态)

图5仅描述了所关心的输出Q，该输出产生了没有假信号G的输出信号。

在极端的情况下即在两个边缘之间存在几个假信号G，这问题当然通过增加串联与所存在的假信号G一样多的滤波器来解决，每个滤波器确定可以去除至少一个假信号G。在这种情况下一个滤波器的输入对应于前一个滤波器的输出。

因此本发明请求保护的数字滤波器具有这样的优点，即可以产生没有假信号G的信号，小于时延Δt的假信号G被去除并且是以简单的方式，而无需使用诸如电容器或电阻器这样的复杂模拟装置。因此仅使用配置有触发器的晶体管以及由所属技术领域的专业人员所了解的程序或数据库所提供的逻辑门。不存在模拟设备。因此不必利用路由定位单位来知道两个逻辑门之间的时延和距离。

另外，不用使用外部时钟。

实际上，本发明的内容决不限于上述的实施例并且在不脱离本发明的精神上和范围的情况下可以进行变化或修改。

实际上，本发明决不仅限于移动电话领域，并且可以扩展到其他的领域，特别是所有在诸如ASIC或FPGA可编程序芯片这样的组件中使用数字滤波器的领域，例如″蓝牙″领域，无线网络，成像，军事装备等等。

在目前文本中没有参考符号应解释为限定所述的文本。

动词″包含″和它的动词变化也不必解释为限定的，即，他们不必被解释为不包括在除了在所明确说明描述的步骤或部件，或不包括所述的动词并且有在先的冠词a或an之后已列表的之外有其他步骤或部件。

Claims (9)

1.适合于接收数字输入信号(G)的数字滤波器，该滤波器包括一个上升沿检测器(PD)，一个下降沿检测器(ND)，一个用于时延所述数字输入信号(G)并产生一个时延数字输入信号((G)+Δt)的延迟线装置(T)，所述的数字输入信号(G)包括一个被称为假信号的电压峰值，其特征在于：

上升沿检测器(PD)，用于从时延数字输入信号((G)+Δt)来产生一个上升沿指示信号(P)，

下降沿检测器(ND)，用于从时延数字输入信号((G)+Δt)来产生一个下降沿指示信号(N)，

并且还包括

第一混合装置(M1)，用于从所述的数字输入信号(G)和所述的上升沿指示信号(P)中产生一个上升沿滤波器指示信号(P′)，

第二混合装置(M2)，用于从所述的数字输入信号(G)和所述的下降沿指示信号(N)来产生一个下降沿滤波器指示信号(N′)，并且

第三混合装置(M3)，用于从上升沿滤波器指示信号(P′)和下降沿滤波器指示信号(N′)来产生一个没有假信号的数字输出信号。

2.如权利要求1所述的数字滤波器，其特征在于相对于数字输入信号(G)而言时延数字输入信号((G)+Δt)具有至少等于一个假信号的最长持续时间的时延(Δt)。

3.如权利要求1所述的数字滤波器，其特征在于第一混合装置(M)实现逻辑“与”功能，并且第二滤波器装置(M2)实现一个反相功能以及逻辑“与”功能。

4.如权利要求1所述的数字滤波器，其特征在于第三滤波器装置(M3)是一个RS触发器。

5.如权利要求1所述的数字滤波器，其特征在于上升沿检测器(PD)和下降沿检测器(ND)是D触发器，该触发器的输出(Q)通过反相器(INV)与其复位输入端(R)相连。

6.一种过滤包括假信号的数字输入信号(G)的方法，其特征在于包括步骤：

时延所述的数字输入信号(G)并产生一个时延数字输入信号((G)+Δt)，

检测来自时延数字输入信号(G)+Δt)的上升沿并产生一个上升沿指示信号(P)，

检测来自时延数字输入信号((G)+Δt)的下降沿并产生一个下降沿指示信号(N)，

从所述的数字输入信号(G)和所述的上升沿指示信号(P)来产生一个上升沿滤波器指示信号(P′)，

从所述的数字输入信号(G)和所述的下降沿指示信号(N)来产生一个下降沿滤波器指示信号(N’)，并且

从上升沿滤波器指示信号(P′)和下降沿滤波器指示信号(N′)来产生一个没有假信号的数字输出信号。

7.如权利要求6所述的过滤包括假信号的数字输入信号(G)的方法，其特征在于相对于数字输入信号(G)而言时延数字输入信号((G)+Δt)具有至少等于一个假信号的最长持续时间的时延(Δt)。

8.一个包括一矩形波信号发生器(CLK)的组件RTC，该信号发生器用于将模拟信号转换为数字输入信号(G)，其特征在于该组件RTC还包括一个如权利要求1到5的适用于接收所述的数字输入信号(G)的数字滤波器。

9.一个便携式电话，包括一个如权利要求8所述的组件RTC。

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