CN212811654U - 截止频率分档精细的滤波单元及包含该单元的滤波装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了截止频率分档精细的滤波单元及包含该单元的滤波装置。涉及滤波器的改进。提供一种截止频率分档精细、能满足更多测试需求的截止频率分档精细的高低通滤波器。包括三组滤波组件，每个所述滤波组件的输出端均设有双路切换开关，能通过双路切换开关切换，既可以作为六阶巴特沃斯低通滤波器使用，也可以用作六阶巴特沃斯高通滤波器，非常的方便，经济实用。同时，让二台高低通滤波器接连起来，可根据要求，组合成带通滤波器、高低通滤波器、陷波滤波器。截止频率分档精细的高低通滤波单元的截止频率范围广，可连续数字设置，突破了传统滤波器截止频率范围窄、分档粗的束缚，特别适用于模态分析、故障检测等数据分析的预处理。

Description

截止频率分档精细的滤波单元及包含该单元的滤波装置

技术领域

本实用新型涉及一种滤波装置，尤其涉及滤波器的改进。

背景技术

在一般测试中，需要用低通滤波器来滤除高频杂波，或者用高通滤波器来滤除低频干扰，或者用带通滤波器来同时滤除无用的高频、低频信号，或者用带阻滤波器来滤除某个特定频率信号，这样就需要配备低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等多种滤波器以供测试使用。

传统的滤波器在使用时，滤波器的截止频率（-3dB±1dB）需要换挡，一般按1、3分档，比如…1、3、10、30…；或者按1、2、5分档，比如…1、2、5、10、20、50…。在有些信号测试中，这些滤波器截止频率（-3dB±1dB）分档是不敷使用的，因此怎样使得滤波器在使用时分档更加精细满足测试需要是本领域技术人员需要解决的问题。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种截止频率分档精细、能满足更多测试需求的截止频率分档精细的高低通滤波器。

本实用新型采用如下技术方案实现：截止频率分档精细的滤波单元，包括三组滤波组件，每个所述滤波组件的输出端均设有双路切换开关，相邻滤波组件之间的双路切换开关的输入端接后一组滤波组件的输入端，相邻滤波组件之间的双路切换开关的第一输出端接前一组滤波组件的高通输出端，相邻滤波组件之间的双路切换开关的第二输出端接前一组滤波组件的低通输出端，最后一组所述双路切换开关的输入端为信号输出端V0。

所述滤波组件包括反向放大器A1、反向放大器A2和反向放大器A3，所述反向放大器A1的正向输入端接地，所述反向放大器A1的输出端为高通输出端V2；

所述高通输出端V2连接反向放大器A2的反向输入端，所述反向放大器A2的正向输入端接地，所述反向放大器A2的输出端接反向放大器A3的反向输出端；

所述反向放大器A3的正向输入端接地，所述反向放大器A3的输出端为低通输出端V4；

反向放大器A1的反向输入端与信号输入端V1之间设有电阻R1，所述反向放大器A1的反向输入端与高通输出端V2之间设有电阻R2，所述反向放大器A1的反向输入端与所述反向放大器A2的输出端之间设有电阻R3，所述反向放大器A1的反向输入端与所述低通输出端V4之间设有电阻R4；

所述反向放大器A1的输出端与所述反向放大器A2的反向输入端之间以及所述反向放大器A2的输出端与所述反向放大器A3的反向输入端分别设有一个反向放大器-K。

每个所述反向放大器-K的输出端均设有电阻R。

所述反向放大器为四象限乘法型D/A转换器，所述反向放大器-K的型号为AD7523。

一种滤波装置，包括至少两个截止频率分档精细的滤波单元，两个所述截止频率分档精细的滤波单元并联连接。

相比现有技术，本实用新型能通过双路切换开关切换，既可以作为六阶巴特沃斯低通滤波器使用，也可以用作六阶巴特沃斯高通滤波器，非常的方便，经济实用。同时，让二台高低通滤波器接连起来，可根据要求，组合成带通滤波器、高低通滤波器、陷波滤波器。截止频率分档精细的高低通滤波单元的截止频率范围广，可连续数字设置，突破了传统滤波器截止频率范围窄、分档粗的束缚，特别适用于模态分析、故障检测等数据分析的预处理。

附图说明

图1是本实用新型中截止频率分档精细的滤波单元的结构示意图；

图2是本实用滤波组件的电路原理图；

图3是本实用新型中反向放大器-K的电路原理图；

图4是本实用新型中滤波装置结构示意图；

图中V11是第一组滤波组件的反向输入端，V12是第二组滤波组件的反向输入端，V13是第三组滤波组件的反向输入端，V21是第一组滤波组件的高通输出端，V22是第二组滤波组件的高通输出端，V23是第三组滤波组件的高通输出端，V41是第一组滤波组件的低通输出端，V42是第二组滤波组件的低通输出端，V43是第三组滤波组件的低通输出端；

S1是第一组滤波组件和第二组滤波组件之间的双路切换开关，S2是第二组滤波组件和第三组滤波组件之间的双路切换开关，S3是第三组滤波组件的输出端接入的双路切换开关。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-2所示，截止频率分档精细的滤波单元，包括三组滤波组件，滤波组件为二阶滤波器，每个所述滤波组件的输出端均设有双路切换开关，相邻滤波组件之间的双路切换开关的输入端接后一组滤波组件的输入端，相邻滤波组件之间的双路切换开关的第一输出端接前一组滤波组件的高通输出端，相邻滤波组件之间的双路切换开关的第二输出端接前一组滤波组件的低通输出端，最后一组所述双路切换开关的输入端为信号输出端V0。所述滤波组件包括反向放大器A1、反向放大器A2和反向放大器A3，所述反向放大器A1的正向输入端接地，所述反向放大器A1的输出端为高通输出端V2；所述高通输出端V2连接反向放大器A2的反向输入端，所述反向放大器A2的正向输入端接地，所述反向放大器A2的输出端接反向放大器A3的反向输出端；所述反向放大器A3的正向输入端接地，所述反向放大器A3的输出端为低通输出端V4；反向放大器A1的反向输入端与信号输入端V1之间设有电阻R1，所述反向放大器A1的反向输入端与高通输出端V2之间设有电阻R2，所述反向放大器A1的反向输入端与所述反向放大器A2的输出端之间设有电阻R3，所述反向放大器A1的反向输入端与所述低通输出端V4之间设有电阻R4。

信号从V11输入到第一个二阶滤波器（二阶滤波器Ⅰ），第一个二阶滤波器有高通输出V21和低通输出V41；高通输出V21和低通输出V41经双路切换开关S1切换至第二个二阶滤波器的反向输入V12；

第二个二阶滤波器（二阶滤波器Ⅱ）有高通输出V22和低通输出V42，高通输出V22和低通输出V42经开关S2切换至第三个二阶滤波器的反向输入V13；

第三个二阶滤波器（二阶滤波器Ⅲ）有高通输出V23和低通输出V43，高通输出V23和低通输出V43经开关S3切换至信号输出V0。

作为高通滤波器使用时，由双路切换开关S1切换信号V21至二阶滤波器Ⅱ的输入V12，由双路切换开关S2切换信号V22至二阶滤波器Ⅲ的输入V13，由双路切换开关S3切换信号V23至信号输出V0。当六阶巴特沃斯状态变量型滤波器作为低通滤波器使用时，由双路切换开关S1切换信号V41至二阶滤波器Ⅱ的输入V12，由双路切换开关S2切换信号V42至二阶滤波器Ⅲ的输入V13，由双路切换开关S3切换信号V43至信号输出V0。这样通过开关的切换，一个六阶巴特沃斯状态变量型滤波器既可以当六阶巴特沃斯高通滤波器使用，亦可当六阶巴特沃斯低通滤波器使用。

如图2-3所示，所述反向放大器A1的输出端与所述反向放大器A2的反向输入端之间以及所述反向放大器A2的输出端与所述反向放大器A3的反向输入端分别设有一个反向放大器-K。每个所述反向放大器-K的输出端均设有电阻R。所述反向放大器为四象限乘法型D/A转换器，所述反向放大器-K的型号为AD7523。

如图4所示，一种滤波装置，包括至少两个截止频率分档精细的滤波单元，两个所述截止频率分档精细的滤波单元并联连接。通过两台截止频率分档精细的滤波单元并联而成的滤波装置可以组成一台陷波滤波装置、一台高低通滤波装置。

陷波滤波装置的设置如下：第一台滤波单元设置为高通滤波，第二台滤波单元设置为低通滤波。高通滤波的截止频率（-3dB±1dB）设置为f1,低通滤波的截止频率（-3dB±1dB）设置为f2，陷波滤波器的陷波频率为f3。

第一台滤波器模式开关处于高通状态，信号从V11输入到第二阶滤波器Ⅰ，二阶滤波器Ⅰ有高通输出V21和低通输出V41，高通输出V21经双路切换开关S1切换至二阶滤波器Ⅱ的输入V12；二阶滤波器Ⅱ有高通输出V22和低通输出V42，高通输出V22经双路切换开关S2切换至二阶滤波器Ⅲ的输入V13；二阶滤波器Ⅲ有高通输出V23和低通输出V43,高通输出V23经双路切换开关S3切换至输出。

第二台滤波器模式开关处于低通通状态，信号从V11输入到二阶滤波器Ⅰ，二阶滤波器Ⅰ有高通输出V21和低通输出V41，低通输出V41经双路切换开关S1切换至二阶滤波器Ⅱ的输入V12；二阶滤波器Ⅱ有高通输出V22和低通输出V42，低通输出V42经双路切换开关S2切换至二阶滤波器Ⅲ的输入V13；二阶滤波器Ⅲ有高通输出V23和低通输出V43,低通输出V43经双路切换开关S3切换至输出。

陷波滤波器的输入输出传递函数为H（ω） 应等于六阶低通滤波器的输入输出传递函数与六阶高通滤波器的输入输出传递函数之积，即H（ω）=1/√（1+（f3/f2）12）*1/√（1+（f1/f3）12）。当f3/f2(或f1/f3)≥√2时，H（ω）≈1/(f1/f2)6。令f1/f2=2，则有H（ω）≈1/64,也就是说当f1/f2 ≥ 2时，用2台高通（低通）滤波器接连使用，便可组合成陷波滤波器，陷波频率f3=√(f1*f2)。

高低通滤波装置和带通滤波装置的具体设置如下：第一台滤波单元设置为高通滤波，第二台滤波单元设置为低通滤波。高通滤波的截止频率（-3dB±1dB）设置为f1,低通滤波的截止频率（-3dB±1dB）设置为f2。当f2/f1大于2时，用2台高通或两台低通滤波单元接连使用，便可组合成高低通滤波装置。

带通滤波装置中第一台滤波单元设置为高通滤波器，第二台滤波单元设置为低通滤波。第一台滤波器处于高通状态，信号从V11输入到二阶滤波器Ⅰ，二阶滤波器Ⅰ有高通输出V21和低通输出V41，高通输出V21双路切换开关S1切换至二阶滤波器Ⅱ的输入V12；二阶滤波器Ⅱ有高通输出V22和低通输出V42，高通输出V22经双路切换开关S2切换至二阶滤波器Ⅲ的输入V13；二阶滤波器Ⅲ有高通输出V23和低通输出V43,高通输出V23经双路切换开关S3切换至输出。

带通滤波装置中第二台滤波单元处于低通通状态，信号从V11输入到二阶滤波器Ⅰ，二阶滤波器Ⅰ有高通输出V21和低通输出V41，低通输出V41经双路切换开关S1切换至二阶滤波器Ⅱ的输入V12；二阶滤波器Ⅱ有高通输出V22和低通输出V42，低通输出V42经双路切换开关S2切换至二阶滤波器Ⅲ的输入V13；二阶滤波器Ⅲ有高通输出V23和低通输出V43,低通输出V43经双路切换开关S3切换至输出。

六阶巴特沃斯低通滤波器（高通滤波器）的输入输出传递函数为H（ω），当0.992≤ H（ω） ≤ 1时，即为高低通滤波器通带（有用频率），高低通滤波器通带频率f的范围如下：1.414 f1 < f < 0.707 f2。

因此，一台高低通滤波器能通过开关切换，既可以作为六阶巴特沃斯低通滤波器使用，也可以用作六阶巴特沃斯高通滤波器，非常的方便，经济实用。同时，让二台高低通滤波器接连起来，可根据要求，组合成带通滤波器、高低通滤波器、陷波滤波器。截止频率分档精细的高低通滤波单元的截止频率范围广，可连续数字设置，突破了传统滤波器截止频率范围窄、分档粗的束缚，特别适用于模态分析、故障检测等数据分析的预处理。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (5)

1.截止频率分档精细的滤波单元，其特征在于：包括三组滤波组件，每个所述滤波组件的输出端均设有双路切换开关，相邻滤波组件之间的双路切换开关的输入端接后一组滤波组件的输入端，相邻滤波组件之间的双路切换开关的第一输出端接前一组滤波组件的高通输出端，相邻滤波组件之间的双路切换开关的第二输出端接前一组滤波组件的低通输出端，最后一组所述双路切换开关的输入端为信号输出端V0。

2.根据权利要求1所述的截止频率分档精细的滤波单元，其特征在于：所述滤波组件包括反向放大器A1、反向放大器A2和反向放大器A3，所述反向放大器A1的正向输入端接地，所述反向放大器A1的输出端为高通输出端V2；

所述高通输出端V2连接反向放大器A2的反向输入端，所述反向放大器A2的正向输入端接地，所述反向放大器A2的输出端接反向放大器A3的反向输出端；

所述反向放大器A3的正向输入端接地，所述反向放大器A3的输出端为低通输出端V4；

反向放大器A1的反向输入端与信号输入端V1之间设有电阻R1，所述反向放大器A1的反向输入端与高通输出端V2之间设有电阻R2，所述反向放大器A1的反向输入端与所述反向放大器A2的输出端之间设有电阻R3，所述反向放大器A1的反向输入端与所述低通输出端V4之间设有电阻R4；

所述反向放大器A1的输出端与所述反向放大器A2的反向输入端之间以及所述反向放大器A2的输出端与所述反向放大器A3的反向输入端分别设有一个反向放大器-K。

3.根据权利要求2所述的截止频率分档精细的滤波单元，其特征在于：每个所述反向放大器-K的输出端均设有电阻R。

4.根据权利要求2或3所述的截止频率分档精细的滤波单元，其特征在于：所述反向放大器为四象限乘法型D/A转换器，所述反向放大器-K的型号为AD7523。

5.一种滤波装置，其特征在于：包括至少两个权利要求1-4任一所述的截止频率分档精细的滤波单元，两个所述截止频率分档精细的滤波单元并联连接。

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