CN210297665U - 一种滤波器参数自适应电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种滤波器参数自适应电路，包括顺序连接的二阶有源低通滤波器、信号增益放大器、一阶有源高通滤波器、信号比较器，第一数字开关、第二数字开关、第三数字开关，其中所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器、所述信号比较器共同使用数字电位器，所述二阶有源低通滤波器与所述第一数字开关、所述第二数字开关连接，所述一阶有源高通滤波器与所述第三数字开关连接，所述第二数字开关与所述数字电位器连接。

Description

一种滤波器参数自适应电路

技术领域

本实用新型涉及一种滤波器电路，特别涉及一种滤波器参数自适应电路。

背景技术

在电子和自动化技术运用中，常常需要对频率信号进行带通滤波及放大处理。目前市场上的频率测量仪表中，常规的带通滤波处理及放大电路的参数都是固定在恒定值上，导致滤波电路的带通范围过大，信号的放大增益无法自动变化，干扰信号则串入测量回路，影响真实信号的稳定性，大大降低了测量精度，严重时导致仪表无法正常工作。

实用新型内容

本实用新型提供了一种滤波器参数自适应电路，可根据输入频率信号实时动态调整电路的参数配置，有效解决上述问题。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供了一种滤波器参数自适应电路，包括顺序连接的二阶有源低通滤波器、信号增益放大器、一阶有源高通滤波器、信号比较器，还包括：第一数字开关U6、第二数字开关U7、第三数字开关U8，其中：所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器、所述信号比较器共同使用数字电位器U3，所述二阶有源低通滤波器与所述第一数字开关U6、所述第二数字开关U7连接，所述一阶有源高通滤波器与所述第三数字开关U8连接，所述第二数字开关U7与所述数字电位器U3连接。

作为进一步改进的，所述二阶有源低通滤波器包括：第一电容C10、第二电容C11，第三电容C12、第四电容C13、数字电位器U3、第一放大器U1B，其中：第一电容C10的一端、第二电容C11的一端均与数字电位器U3的PIN2、PIN7连接，第一电容C10的另一端与第一数字开关U6的PIN1连接，第二电容C11的另一端与第一数字开关U6的PIN2连接，第一数字开关U6的PIN3接地，第三电容C12的一端、第四电容C13的一端、数字电位器U3的PIN6均与第一放大器U1B的同相输入端连接，第三电容C12的另一端与第二数字开关U7的PIN1连接，第四电容C13的另一端与第二数字开关U7的PIN2连接，第二数字开关U7的PIN3接地，第四电容C13的另一端还与数字电位器U3的PIN8连接，第一放大器U1B的反向输入端与输出端连接后再与第二电容C11的另一端连接，数字电位器U3的PIN13与PIN8连接，数字电位器U3的PIN5接地。

进一步地，所述信号增益放大器包括：第一电阻R14、第五电容C19、数字电位器U3、第二放大器U4A，其中：第一电阻R14的一端、第五电容C19的一端、数字电位器U3的PIN14均与第二放大器U4A的反相输入端连接，第一电阻R14的另一端、第五电容C19的另一端均与第二放大器U4A的输出端连接。

进一步地，所述一阶有源高通滤波器，包括：第六电容C14、第七电容C15、数字电位器U3、第二放大器U4A，其中：第六电容C14的一端与第七电容C15的一端均与第一放大器U1B的输出端连接，第六电容C14的另一端与数字电位器U3的PIN9、第二放大器U4A的同相输入端、第三数字开关U8的PIN2连接，第七电容C15的另一端与第三数字开关U8的PIN1连接，第三数字开关U8的PIN3接地。

进一步地，所述信号比较器包括：第二电阻R15、第三电阻R16、第四电阻R17、第八电容C21、第三放大器U4B，其中：第二电阻R15的一端与数字电位器U3的PIN13连接，第二电阻R15的另一端与第三放大器U4B的同相输入端连接，第三电阻R16的一端、第四电阻R17的一端、第八电容C21的一端均与第三放大器U4B的反相输入端连接，第四电阻R17的另一端、第八电容C21的另一端均与第三放大器U4B的输出端连接，第三电阻R16的另一端与数字电位器U3的PIN13连接。

进一步地，所述的滤波器参数自适应电路，还包括：第九电容C16、第十电容C20，其中：第九电容C16一端接地，另一端与数字电位器U3的PIN12连接后再与电源连接；第十电容C20的一端与第二放大器U4A的输出端连接，第十电容C20的另一端与第三放大器U4B的正相输入端连接。

进一步地，所述数字电位器U3型号为ISL90842。

本实用新型具有以下优点：

1、所述二阶有源低通滤波器，通过所述第一数字开关U6、所述第二数字开关U7来动态设置工作参数，比如电容参数。如此一来，这种方式解决了原有电路的固定电容值不可调的问题，减少了干扰信号的串入，提高了信号的低通幅频特性；

2、所述信号增益放大器，根据信号幅值的大小，通过所述数字电位器U3动态改变了所述信号增益放大器的放大倍数，降低了不必要噪声干扰和零点漂移，提高了测量信号的稳定性；

3、所述一阶有源高通滤波器，根据信号的幅频特性，通过所述第三数字开关U8动态设置电容参数值，实现信号中心频率高通的选频特性。由于采用数字开关动态选择所述一阶有源高通滤波器的参数技术，消除了原有电路高通选频电容无法实时变化的特性，减少了低频信号的影响量，提高了电路的抗共模干扰性；

综上所述，所述第一数字开关U6、所述第二数字开关U7、所述第三数字开关U8、所述数字电位器U3通过动态调整所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器、所述信号比较器的工作参数值，如滤波器参数、放大器增益，解决了原有模拟电路固定电容值、固定电阻值不可调的问题，大大提高了信号处理的动态特性，改善了信号的稳定性和测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型第一实施例提供的一种滤波器参数自适应电路的原理框图；

图2是本实用新型第一实施例提供的一种滤波器参数自适应电路的电路图；

图3是本实用新型第一实施例提供的一种滤波器参数自适应电路的处理前后波形示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型第一实施例提供的一种滤波器参数自适应电路,如图1所示的原理框图和如图2所示的电路图，一种滤波器参数自适应电路，包括顺序连接的二阶有源低通滤波器、信号增益放大器、一阶有源高通滤波器、信号比较器，还包括：第一数字开关U6、第二数字开关U7、第三数字开关U8，其中：所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器、所述信号比较器共同使用数字电位器U3，所述二阶有源低通滤波器与所述第一数字开关U6、所述第二数字开关U7连接，所述一阶有源高通滤波器与所述第三数字开关U8连接，所述第二数字开关U7与所述数字电位器U3连接。

所述二阶有源低通滤波器包括：第一电容C10、第二电容C11，第三电容C12、第四电容C13、数字电位器U3、第一放大器U1B，其中：第一电容C10的一端、第二电容C11的一端均与数字电位器U3的PIN2、PIN7连接，第一电容C10的另一端与第一数字开关U6的PIN1连接，第二电容C11的另一端与第一数字开关U6的PIN2连接，第一数字开关U6的PIN3接地，第三电容C12的一端、第四电容C13的一端、数字电位器U3的PIN6均与第一放大器U1B的同相输入端连接，第三电容C12的另一端与第二数字开关U7的PIN1连接，第四电容C13的另一端与第二数字开关U7的PIN2连接，第二数字开关U7的PIN3接地，第四电容C13的另一端还与数字电位器U3的PIN8连接，第一放大器U1B的反向输入端与输出端连接后再与第二电容C11的另一端连接，数字电位器U3的PIN13与PIN8连接，数字电位器U3的PIN5接地。

所述信号增益放大器包括：第一电阻R14、第五电容C19、数字电位器U3、第二放大器U4A，其中：第一电阻R14的一端、第五电容C19的一端、数字电位器U3的PIN14均与第二放大器U4A的反相输入端连接，第一电阻R14的另一端、第五电容C19的另一端均与第二放大器U4A的输出端连接。

所述一阶有源高通滤波器，包括：第六电容C14、第七电容C15、数字电位器U3、第二放大器U4A，其中：第六电容C14的一端与第七电容C15的一端均与第一放大器U1B的输出端连接，第六电容C14的另一端与数字电位器U3的PIN9、第二放大器U4A的同相输入端、第三数字开关U8的PIN2连接，第七电容C15的另一端与第三数字开关U8的PIN1连接，第三数字开关U8的PIN3接地。

所述信号比较器包括：第二电阻R15、第三电阻R16、第四电阻R17、第八电容C21、第三放大器U4B，其中：第二电阻R15的一端与数字电位器U3的PIN13连接，第二电阻R15的另一端与第三放大器U4B的同相输入端连接，第三电阻R16的一端、第四电阻R17的一端、第八电容C21的一端均与第三放大器U4B的反相输入端连接，第四电阻R17的另一端、第八电容C21的另一端均与第三放大器U4B的输出端连接，第三电阻R16的另一端与数字电位器U3的PIN13连接。

此外，所述一种滤波器参数自适应电路还包括：第九电容C16、第十电容C20，其中：第九电容C16一端接地，另一端与数字电位器U3的PIN12连接后再与电源连接；第十电容C20的一端与第二放大器U4A的输出端连接，第十电容C20的另一端与第三放大器U4B的正相输入端连接。

在本实施例中，可以利用单片机芯片来实现，可称其为单片机控制模块，例如，采用一种型号为MSP430F2272的单片机芯片，在所述单片机控制模块中，所述第一数字开关U6、所述第二数字开关U7、所述第三数字开关U8、所述数字电位器U3其实是与单片机芯片连接的，单片机芯片内部还有采样模块，具有采样和频谱分析功能。所述第一数字开关U6、所述第二数字开关U7、所述第三数字开关U8型号均为SN74LVC1G66。所述数字电位器U3型号为ISL90842，内部有四组可变电阻器，可单独使用或者组合使用，所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器、所述信号比较器共同使用所述数字电位器U3。

结合附图2所示一种滤波器参数自适应电路的电路图，本实施例中频率信号处理原理是这样：

单片机芯片获取实时频率信号，由单片机芯片内部的采样模块获取实时频率信号，通过相应算法进行运算之后，计算出当前实时频率信号的幅频特性，然后根据此幅频特性确定此频率模拟信号的中心频率点和幅值的大小，单片机芯片则在此基础之上确定所述二阶有源低通滤波器、所述一阶有源高通滤波器的工作参数值、所述信号增益放大器的放大倍数值。

具体的，单片机芯片通过输出高电平或低电平的数字信号，通过控制数字开关来实时动态设置电容值，例如：通过所述第一数字开关U6来设置所述第一电容C10、所述第二电容C11的电容参数，通过所述第二数字开关U7来设置所述第三电容C12、所述第四电容C13的电容参数，通过所述第三数字开关U8来设置第六电容C14、第七电容C15的电容参数。同样地，单片机芯片可通过输出高电平或低电平的数字信号来控制进而实时动态设置所述数字电位器U3的电阻值，通过这种方式，完成滤波器和放大器的参数设置。

所述二阶有源低通滤波器在配置低通的电容值之后，完成信号低通滤波器的选频特性功能，对混入的高频信号进行抑制；所述一阶有源高通滤波器在配置高通的电容后，完成信号高通滤波器的选频特性功能，并对低频信号进行抑制；所述信号增益放大器则通过所述数字电位器U3中电阻动态的变化来调节所述信号增益放大器的增益值，在主测量频率信号时可减小增益值，这将在很大程度上降低了干扰信号的影响量，同时减弱了放大器的零点漂移；信号比较器则对经过所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器处理后的信号进行比较、整形处理。由于经过滤波器和放大器处理后的信号在信号幅度和坡度上有一定的延迟，影响一定的测量精度，经过所述信号比较器处理后，模拟频率信号波形达到了最优化，提高了频率测量的准确性。

常规的带通滤波处理及放大电路的参数都是固定在恒定值上，导致滤波电路的带通范围过大，信号的放大增益无法自动变化，干扰信号串入测量回路，影响真实信号的稳定性，大大降低了测量精度。而上述一种滤波器参数自适应电路，根据输入信号实时动态调整电路的参数配置，解决了原有电路的固定参数值不可调的问题，减小了干扰信号的影响量，提高了信号波形的稳定性，保证了仪表的测量精度。

结合附图3所示一种滤波器参数自适应电路的处理前后波形示意图，来描述本实施例中频率信号处理前后的波形示意图：

频率信号处理前，是一种类似于方波的波形，从波形信号中可看出其中包含了大量的杂波和干扰波形，经过所述一种滤波器参数自适应电路处理之后，得到了形状较好的的正弦波。这样一来，有利于仪表测量的准确性，保证了测量的精度。

在本实用新型第二实施例中，还提供了另一种滤波器参数自适应电路，具体是在第一实施例中电路连接关系的基础上，所述二阶有源低通滤波器、所述一阶有源高通滤波器之间还有顺序连接的关系。这种电路连接方式，可以进一步的对频率信号进行滤波处理，作为第一实施例提供的一种滤波器参数自适应电路的辅助作用电路，达到较好的滤波效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种滤波器参数自适应电路，包括顺序连接的二阶有源低通滤波器、信号增益放大器、一阶有源高通滤波器、信号比较器，其特征在于，还包括：第一数字开关(U6)、第二数字开关(U7)、第三数字开关(U8)，其中：

所述二阶有源低通滤波器、所述信号增益放大器、所述一阶有源高通滤波器、所述信号比较器共同使用数字电位器(U3)，所述二阶有源低通滤波器与所述第一数字开关(U6)、所述第二数字开关(U7)连接，所述一阶有源高通滤波器与所述第三数字开关(U8)连接，所述第二数字开关(U7)与所述数字电位器(U3)连接。

2.根据权利要求1所述的滤波器参数自适应电路，其特征在于，所述二阶有源低通滤波器包括：第一电容(C10)、第二电容(C11)，第三电容(C12)、第四电容(C13)、数字电位器(U3)、第一放大器(U1 B)，其中：

第一电容(C10)的一端、第二电容(C11)的一端均与数字电位器(U3)的PIN2、PIN7连接，第一电容(C10)的另一端与第一数字开关(U6)的PIN1连接，第二电容(C11)的另一端与第一数字开关(U6)的PIN2连接，第一数字开关(U6)的PIN3接地，第三电容(C12)的一端、第四电容(C13)的一端、数字电位器(U3)的PIN6均与第一放大器(U1 B)的同相输入端连接，第三电容(C12)的另一端与第二数字开关(U7)的PIN1连接，第四电容(C13)的另一端与第二数字开关(U7)的PIN2连接，第二数字开关(U7)的PIN3接地，第四电容(C13)的另一端还与数字电位器(U3)的PIN8连接，第一放大器(U1 B)的反向输入端与输出端连接后再与第二电容(C11)的另一端连接，数字电位器(U3)的PIN13与PIN8连接，数字电位器(U3)的PIN5接地。

3.根据权利要求1所述的滤波器参数自适应电路，其特征在于，所述信号增益放大器包括：第一电阻(R14)、第五电容(C19)、数字电位器(U3)、第二放大器(U4A)，其中：

第一电阻(R14)的一端、第五电容(C19)的一端、数字电位器(U3)的PIN14均与第二放大器(U4A)的反相输入端连接，第一电阻(R14)的另一端、第五电容(C19)的另一端均与第二放大器(U4A)的输出端连接。

4.根据权利要求1所述的滤波器参数自适应电路，其特征在于，所述一阶有源高通滤波器，包括：第六电容(C14)、第七电容(C15)、数字电位器(U3)、第二放大器(U4A)，其中：

第六电容(C14)的一端与第七电容(C15)的一端均与第一放大器(U1 B)的输出端连接，第六电容(C14)的另一端与数字电位器(U3)的PIN9、第二放大器(U4A)的同相输入端、第三数字开关(U8)的PIN2连接，第七电容(C15)的另一端与第三数字开关(U8)的PIN1连接，第三数字开关(U8)的PIN3接地。

5.根据权利要求1所述的滤波器参数自适应电路，其特征在于，所述信号比较器包括：第二电阻(R15)、第三电阻(R16)、第四电阻(R17)、第八电容(C21)、第三放大器(U4B)，其中：

第二电阻(R15)的一端与数字电位器(U3)的PIN13连接，第二电阻(R15)的另一端与第三放大器(U4B)的同相输入端连接，第三电阻(R16)的一端、第四电阻(R17)的一端、第八电容(C21)的一端均与第三放大器(U4B)的反相输入端连接，第四电阻(R17)的另一端、第八电容(C21)的另一端均与第三放大器(U4B)的输出端连接，第三电阻(R16)的另一端与数字电位器(U3)的PIN13连接。

6.根据权利要求1所述的滤波器参数自适应电路，其特征在于，还包括：第九电容(C16)、第十电容(C20)，其中：

第九电容(C16)一端接地，另一端与数字电位器(U3)的PIN12连接后再与电源连接；第十电容(C20)的一端与第二放大器(U4A)的输出端连接，第十电容(C20)的另一端与第三放大器(U4B)的正相输入端连接。

7.根据权利要求1所述的滤波器参数自适应电路，其特征在于，所述数字电位器(U3)型号为ISL90842。

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