TWI595747B - 具有頻率校正功能的低階濾波電路、低階濾波電路的頻率校正方法以及高階濾波電路 - Google Patents

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Description

具有頻率校正功能的低階濾波電路、低階濾波電路的頻率校正方法以及高階濾波電路
本發明係涉及一種信號處理技術，特別涉及一種具有頻率校正功能的低階濾波電路、低階濾波電路的頻率校正方法及高階濾波電路。
隨著傳輸技術、無線通訊技術等相關技術快速發展，使得遠距離醫療在非臨床領域的應用續增。遠距離健康照護系統中的遠距離病人監測系統，主要用於提供慢性疾病病患的居家健康照護服務，使病患在自我健康管理扮演主動角色。運用此技術，將居家醫療使用者的生理狀況，如心電訊號、血壓、體溫、血糖等生理訊息，經由網路傳輸至中央資料庫儲存，並建立個人的生理資料庫。一旦生理訊息發生非常態的改變時，即可發出警告信號，進行醫療的處理。
上述遠距離健康照護系統在實際測量訊號時，雜訊干擾藉由人體或導線感應，進而對訊號造成失真與影響線路效能。因此感測通道中需加入一個帶拒濾波器，以濾除干擾的雜訊，如市電訊號，或帶通濾波器擷取需要的訊號頻段，以輸出所要擷取的的信號，如ECG訊號中的R波訊號或通訊系統的通道(Channel)訊號。圖1、圖2所示者為現有遠距離健康照護系統之感測通道濾波電路（即類比前端電路-以二階濾波電路為例），如圖1所示為感測通道濾波電路基本架構圖，該濾波電路包括：前置放大器（Preamplifier）10、低通濾波器（Low-pass Filter）11、帶拒濾波器（Notch Filter）12、後置放大器（Post-Ampliter）14、類比數位轉換器（A/D Converter）15，而圖2與圖1之區別在於以帶通濾波器（Band-pass）13取代圖1所示的帶拒濾波器12。訊號經由前置放大器10進行第一次放大，再經由低通濾波器11與帶拒濾波器12(或帶通濾波器13)，分別將高頻雜訊與干擾信號濾除，緊接著利用後置放大器14增大訊號振幅，再輸入至類比數位轉換器15將擷取的訊號轉換為數位信號，交由遠距離健康照護系統之後端做數位訊號處理（DSP）。
因上述圖1及圖2所示之濾波器12、13的帶拒中心頻率或帶通中心頻率受製程（Process, P）、電壓（Voltage, V）、溫度（Temperature, T）與使用時間的影響而造成偏移，濾波器12、13將無法確實濾除干擾雜訊或擷取所需訊號，且感測到的訊號將遭受非預期的衰減。
因此如何提出一種新的濾波技術以架構上述類比前端電路作為感測通道，其能有效校正濾波器12、13帶拒或帶通中心頻率已經成為目前業界亟待解決的難題。
鑒於上述習知技術的諸多缺失，本發明之目的在於提出一種新的具有頻率校正功能的低階濾波電路、低階濾波電路的頻率校正方法以及高階濾波電路，其可對所述電路中包含的帶拒或帶通濾波器進行頻率校正，消除習知技術中帶拒/帶通濾波器的帶拒/帶通中心頻率因製程、電壓、溫度與使用時間的影響而造成的偏移。
本發明之另一目的在於提出一種新的高階濾波電路，其由本發明之低階濾波電路架構而成，可透過串接架構(cascade structure)與梯型架構 (ladder-type structure)完成高階濾波器，並應用於遠距離健康照護系統，以保證所述系統感測到的信號不遭受非預期衰減。
為達上述及其他目的，本發明提出一種具有頻率校正功能的低階濾波電路，包括：二階濾波單元，接收一輸入信號並對其進行濾波處理，以擷取預定頻段信號並輸出；類比數位轉換單元，具有第一工作態及第二工作態，當處於第一工作態時檢測該二階濾波單元的的預定頻段信號的峰值並將該峰值數位化，當處於第二工作態時檢測該二階濾波單元的預定頻段信號並轉換為數位訊號輸出；以及數位校正單元，用於將該數位化峰值與一預設值進行比較，並根據比較結果產生頻率控制信號及工作態控制信號分別回授給所述二階濾波單元進行工作頻率調整及類比數位轉換單元進行工作態切換。
本發明之二階濾波單元為二階帶拒濾波單元或二階帶通濾波單元，所述工作頻率為所述帶拒濾波單元的帶拒中心頻率，或為所述帶通濾波單元的帶通中心頻率。
本發明中之二階帶拒濾波單元包括串接之前置放大器、低通濾波器、帶拒濾波器及後置放大器。
本發明之二階帶通濾波單元包括串接的前置放大器、低通濾波器、帶通濾波器及後置放大器。
本發明之二階濾波單元由傳導電容式放大器（OTA）組成。所述二階濾波單元的工作頻率是透過改變所述傳導電容式放大器的傳導值來調整校正。
本發明之數位校正單元包括：暫存單元，用於儲存該數位化的峰值；比較單元，用於將該數位化的峰值與該預設值進行比較；控制單元，用於根據所述比較單元的比較結果產生所述工作態控制信號及計數模式控制信號；以及計數單元，用於根據所述計數模式控制信號進行正向或反向計數操作以產生所述頻率控制信號。
本發明還提出一種低階濾波電路的頻率校正方法，包括以下步驟：步驟S1，透過該計數單元設置一初始頻率控制信號，並透過類比數位轉換單元檢測在該初始頻率控制信號下二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值，數位化後形成第一數位化峰值儲存至暫存單元作為該預設值；步驟S2，所述計數單元持續形成下一頻率控制信號，該類比數位轉換單元檢測在此頻率控制信號下二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值，並將其數位化後形成第二數位化峰值輸出至暫存單元儲存；步驟S3：比較單元比較所述步驟S2獲得的第二數位化峰值與步驟S1獲得的第一數位化峰值，若二者比較的結果符合設定則進行步驟S4，否則進行步驟S5；步驟S4：透過控制單元保持所述計數單元的計數模式，進而不改變其計數方向繼續同向計數後產生頻率控制信號給所述二階濾波單元進行工作頻率調整，並繼續返回步驟S3；步驟S5：透過控制單元改變所述計數單元的計數模式，進而改變其計數方向使其反向計數後產生頻率控制信號所述二階濾波單元進行工作頻率調整，並進行步驟S6；步驟S6：判斷所述計數單元的計數模式改變的次數是否達到預定次數，若是，則結束本方法的步驟，若否，則返回步驟S3。
本發明之方法步驟S2中，若所述二階濾波單元為二階帶拒濾波單元，則如果步驟S2獲得第二數位化峰值小於步驟S1獲得的第一數位化峰值則表示比較結果符合設定，若所述二階濾波單元為二階帶通濾波單元，則如果步驟S2獲得第二數位化峰值大於步驟S1獲得的第一數位化峰值則表示比較結果符合設定。
本發明還提出一種高階濾波電路，其由本發明之低階濾波電路架構而成，包括：多數二階濾波單元，用於對輸入信號進行濾波處理；多數開關單元，用於在閉合狀態時串接所述二階濾波單元以形成高階濾波單元，並可在打開狀態時將該高階濾波單元還原為該多數二階濾波單元；類比數位轉換單元，具有第一工作態及第二工作態，當處於第一工作態時檢測所述二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值並將所述峰值數位化，當處於第二工作態時將檢測該二階濾波單元的預定頻段信號並轉換為數位訊號輸出；數位校正單元，用於該數位化的峰值與一預設值進行比較，並根據比較結果產生頻率控制信號及工作態控制信號分別回授給所述二階濾波單元進行工作頻率調整及類比數位轉換單元進行工作態切換。
由上述說明可知，本發明可透過數位校正單元將低階濾波電路中的二階濾波單元的工作頻率（若二階濾波單元為帶拒濾波單元，則工作頻率為其帶拒中心頻率，若二階濾波單元為帶通濾波單元，則工作頻率為其帶通中心頻率）進行校正，進而可克服現有具有帶拒或帶通濾波器的電路中，帶拒或帶通濾波器的中心頻率偏移引起的諸多缺失。
此外，本發明提出的高階濾波電路，其是由本發明之具有頻率校正功能的低階濾波電路架構而成，其架構可透過串接(cascade)與梯型 (ladder-type)架構連結完成，架構完成後可透過電路中的開關單元將高階濾波電路分接為多數個本發明之低階濾波電路，進而可透過本發明提供的頻率校正方法進行頻率校正。校正完成後，再經由開關單元將所有二階濾波電路串聯組合成原高階濾波電路，供檢測訊號用。透過本發明可大大簡化高階濾波電路中濾波單元（帶拒或帶通濾波單元）的頻率校正操作，且極大提升高階濾波電路集成性，以達到設計精巧及省電之功效。此外，還可將本發明之高階濾波電路廣泛應用對訊號質量要求高的產品、系統中，例如遠距離健康照護系統，以保證所述系統感測到的信號不遭受非預期衰減。
以下將藉由具體實施例搭配所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
以下內容將搭配圖式，藉由特定的具體實施例說明本發明之技術內容，熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明之精神下，進行各種修飾與變更。尤其是，於圖式中各個元件的比例關係及相對位置僅具示範性用途，並非代表本發明實施的實際狀況。
本發明提出一種具有頻率校正功能的低階濾波電路、所述低階濾波電路的頻率校正方法，以及由所述低階濾波電路架構成的高階濾波電路。於本發明中，所述低階濾波電路及高階濾波電路中包含：帶拒或帶通濾波單元，為消除帶拒或帶通濾波單元的工作頻率（即帶拒濾波單元的帶拒中心頻率或帶通濾波單元的帶通中心頻率）受製程、溫度、電壓與使用時間的影響而造成頻率偏離參考頻率，以下實施例中，是在習知濾波電路的基礎上增加了數位校正技術，以調整帶拒或帶通濾波單元的工作頻率，進而可確實濾除輸入信號中的干擾雜訊或擷取所需要的輸入訊號。
請參閱圖3，其顯示本發明之具有頻率校正功能的低階濾波電路基本架構示意圖。如圖3所示，所述低階濾波電路包括：二階濾波單元20、類比數位轉換單元（Analog-to-Digital Converter；ADC）21及數位校正單元22。以下即對該些組成部分進行詳細說明。
二階濾波單元20用於對輸入信號（類比輸入信號）進行濾波處理以濾除輸入信號中的干擾雜訊，進而獲取預定頻段信號。
類比數位轉換單元(ADC)21與二階濾波單元20連接，其具有峰值檢測功能，包括第一工作態及第二工作態，處於第一工作態時可檢測所述預定頻段信號的峰值，並將所述峰值數位化後輸出；處於第二工作態時可將所述預定頻段信號轉換為數位信號輸出。
數位校正單元22用於將類比數位轉換單元21輸出的數位化峰值與預設值進行比較，並根據比較結果產生頻率控制信號回授給二階濾波單元20進行工作頻率調整，以及產生工作態控制信號回授給類比數位轉換單元21進行工作態切換。
請一併參閱圖4及圖5，其分別顯示前述本發明圖3所示低階濾波電路具體實施態樣之電路結構，圖5與圖4間之區別在於以帶通濾波器204取代圖4所示的帶拒濾波器202，如圖4及圖5所示，前述圖3所述二階濾波單元20包括:前置放大器200、低通濾波器201、帶拒濾波器202（或圖5所示帶通濾波器204)以及後置放大器203，前述外部輸入信號經由前置放大器200進行第一次放大，再經由低通濾波器201與帶拒濾波器202或帶通濾波器204後將高頻雜訊與干擾信號濾除以獲取預定頻段信號，緊接著利用後置放大器203將預定頻段信號再次放大後輸入至類比數位轉換單元(ADC)21。之後類比數位轉換單元21可對所述預定頻段信號進行如下處理：檢測所述預定頻段信號峰值並數位化後輸出給數位校正單元22或直接將所述預定頻段信號轉換為數位信號輸出給後續電路。
請繼續參閱圖4及圖5，本發明之數位校正單元22用於根據上述類比數位轉換單元21輸出的數位化峰值比較判斷以產生控制上述帶拒或帶通濾波器工作頻率調整的頻率控制信號以及控制類比數位轉換單元進行工作態切換的工作態控制信號。如圖所示，數位校正單元22包括：暫存單元220、比較單元221、控制單元222以及計數單元223。該暫存單元220用於儲存上述類比數位轉換單元21輸出的數位化峰值；該比較單元221用於將所述數位化峰值與預設值進行比較；該控制單元222用於根據比較單元221的比較結果產生所述工作態控制信號及計數模式控制信號；以及計數單元223用於根據所述控制單元222的計數模式控制信號進行正向或反向計數操作以產生所述頻率控制信號回授給上述圖4所示的帶拒濾波器202或圖5所示的帶通濾波器204，以供所述帶拒濾波器202或帶通濾波器204進行帶拒中心頻率或帶通中心頻率調整。
本發明還揭示了上述低階濾波電路的頻率校正方法。本發明提出兩種校正方法分別針對上述二階帶拒濾波單元及二階帶通濾波單元。針對二階帶拒濾波單元的校正方法為：輸入參考頻率的訊號（即上述輸入信號），所述訊號經過待校正的二階帶拒濾波單元後獲取的預定頻段信號，輸出給具峰值檢測功能的類比數位轉換單元21，將二階帶拒濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值作數位化，之後數位校正單元22將比較二階帶拒濾波單元調整前後之數位峰值（調整前的數位峰值作為前述預定值），經數位校正單元22判斷後，輸出數位碼（Xn）作為頻率控制信號數位碼回授給二階帶拒濾波單元做調整。
再者，針對二階帶通濾波單元的校正方法為：輸入參考頻率的訊號（即上述輸入信號），所述訊號經過待校正的二階帶通濾波單元後獲取的預定頻段信號，輸出給具峰值檢測功能的類比數位轉換單元21，將二階帶通濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值作數位化，之後數位校正單元22將比較二階帶通濾波單元調整前後之數位峰值（調整前的數位峰值作為前述預定值），經數位校正單元22判斷後，輸出數位碼（Xn）作為頻率控制信號回授給二階帶通濾波單元做調整。此外，數位校正單元22還產生工作態控制信號回授給上述類比數位轉換單元21以供其進行工作態切換，其工作態切換處理為：若數位校正單元比較判斷後確定上述二階帶拒或帶通濾波單元的中心頻率校正完成，則其產生的工作態控制信號使類比數位轉換單元切換至第二工作態，否則產生的工作態控制信號使類比數位轉換單元處於第一工作態執行上述信號峰值檢測功能。
以下將以圖4所示的包含帶拒濾波器202的二階濾波電路為例，詳細闡述其帶拒濾波器的帶拒中心頻率校正流程。如圖6所示，所述校正流程包括以下步驟。
首先執行步驟S1：透過計數單元223設置例如4位元的數位碼（Xn）為1000，將其作為一初始頻率控制信號，並透過類比數位轉換單元檢測在該初始頻率控制信號下二階帶拒濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值，數位化後形成數位化峰值儲存至暫存單元作為預設值An-1（即未進行帶拒中心頻率調整前的二階帶拒濾波單元的峰值數位化值An-1）,且透過控制單元產生的計數模式控制信號（C）例如為0使所述計數單元223向上計數（即正向計數），下一筆數位碼（Xn）即為1001，接著進行步驟S2。
步驟S2：計數單元223向上計數，下一筆數位碼（Xn）即為1001，二階帶拒濾波單元在此數位碼的作用下進行帶拒中心頻率調整，類比數位轉換單元21檢測頻率調整後的二階帶拒濾波單元所輸出的預定頻段信號的峰值，並將其數位化，數位化峰值An儲存至暫存單元220。接著進行步驟S3。
步驟S3：比較單元221比較數位化峰值An及預設值An-1，若An小於An-1，表示二階帶拒濾波單元的帶拒中心頻率調整後，二階帶拒濾波單元輸出峰值有縮小的趨勢，則繼續執行步驟S4使帶拒中心頻率校正將單方向繼續執行，控制單元222輸出控制碼C=0(Keep mode)給計數單元223，使數位碼（Xn）繼續同向計數後供給二階帶拒濾波單元，此時計數單元223為向上計數，並返回之步驟S3持續執行比較作業；若An大於An-1，表示二階帶拒濾波單元的帶拒中心頻率調整後，二階帶拒濾波單元的輸出峰值變大，數位校正單元22判斷此時計數單元223的計數方向調整錯誤，則執行步驟S5令控制單元222輸出控制碼C=1(Change mode)，使計數單元223的數位碼反向計數後供給二階帶拒濾波單元做帶拒中心頻率調整。
步驟S6：判斷計數單元223的計數模式切換的次數是否達到預定次數，若達到，則結束本校正流程；若否，則繼續執行校正流程並返回步驟S3。本發明之頻率校正機制最終會出現三筆資訊來回調整，此時需一個機制將調整的帶拒中心頻率固定在中間值，在此設置步驟S6中的切換次數為3次，當計數單元223的計數模式切換到第三次時，二階帶拒濾波單元將完成校正，即圖6所示之校正流程結束。
圖7所示者為上述二階帶拒濾波電路的帶拒中心頻率在校正過程中的偏移情況。例一(CASE1)為濾波單元的帶拒中心頻率往高頻方向偏移後的校正，例二(CASE2)為濾波單元的帶拒中心頻率往低頻方向偏移後的校正，例三(CASE3)為濾波單元校正過程最短的情況。三種例子皆在計數單元的計數模式切換次數為第三次時，停止動作。(註: 虛線L1為計數單元223的計數模式切換點，實線L2為帶拒濾波單元的頻率響應，箭頭為參考訊號的頻率)。
以下將結合圖5及圖8敘述二階帶通濾波電路的校正流程。所述校正方法包括以下步驟。
首先執行步驟S11：透過計數單元223設置例如4位元的數位碼（Xn）為1000，將其作為一初始頻率控制信號，並透過類比數位轉換單元檢測在該初始頻率控制信號下二階帶通濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值，數位化後形成數位化峰值儲存至暫存單元作為預設值An-1（即未進行帶拒頻率調整前的二階帶通濾波單元的峰值數位化值An-1）,且透過控制單元產生的計數模式控制信號（C）例如為0使所述計數單元223向上計數（即正向計數），下一筆數位碼（Xn）即為1001，接著進行步驟S12。
步驟S12：計數單元223向上計數，下一筆數位碼（Xn）即為1001，二階帶通濾波單元在此數位碼的作用下進行中心頻率調整，類比數位轉換單元21檢測頻率調整後的二階帶通濾波單元所輸出的預定頻段信號的峰值，並將其數位化，數位化峰值An儲存至暫存單元220。接著進行步驟S13。
步驟S13：比較單元221比較數位化峰值An及預設值An-1，若An大於An-1，表示二階帶通濾波單元的頻率調整後，二階帶通濾波單元輸出峰值有放大的趨勢，則繼續執行步驟S14使二階帶通濾波單元的中心頻率校正單方向繼續執行，控制單元222輸出控制碼C=0(Keep mode)給計數單元223，使數位碼（Xn）繼續同向計數後供給二階帶通濾波單元，此時計數單元223為向上計數，並返回之步驟S13持續執行比較作業；若An小於An-1，表示二階帶通濾波單元的中心頻率調整後，二階帶通濾波單元的輸出峰值變小，數位校正單元22判斷此時計數單元223的計數方向調整錯誤，則執行步驟S15令控制單元222輸出控制碼C=1(Change mode)，使計數單元223的數位碼反向計數後供給二階帶通濾波單元做頻率調整。
步驟S16：判斷計數單元223的計數模式切換的次數是否達到預定次數，若達到則結束本校正流程，若否則繼續執行校正流程並返回步驟S13。本發明之頻率校正機制最終會出現三筆資訊來回調整，此時需一個機制將調整的二階帶通濾波單元的中心頻率固定在中間值，因此本發明設置當計數單元的計數模式切換次數為第三次時，帶通濾波單元將完成校正，即結束圖8所示之校正流程。
圖9所示者為上述二階帶通濾波電路的中心頻率在校正過程中的偏移情況。例一(CASE1)為濾波單元的中心頻率往高頻方向偏移後的校正，例二(CASE2)為濾波單元的中心頻率往低頻方向偏移後的校正，例三(CASE3)為濾波單元校正過程最短的情況。三種例子皆在計數單元223的計數模式切換次數為第三次時，停止動作。(註:虛線L1為計數單元的切換點，實線L2為帶通濾波單元的頻率響應，箭頭為參考訊號的頻率)。
本發明還提出一種高階濾波電路，將高階濾波電路做轉移函式作分析，發現高階帶拒濾波器的帶拒中心頻率或高階帶通濾波器的中心頻率是由多組的參數組合所決定，因此本發利用上述低階濾波電路及開關單元的設置將設計高階濾波電路，高階濾波電路包括：高階濾波單元、多數開關單元、類比數位轉換單元以及數位校正單元。該高階濾波單元包括多數二階濾波單元，用於對輸入信號進行濾波處理；該多數開關單元用於在閉合狀態時串接所述二階濾波單元形成所述高階濾波單元，並可在打開狀態時將所述高階濾波分解成所述多數二階濾波單元；該類比數位轉換單元具有第一工作態及第二工作態，當處於第一工作態時檢測所述二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值並將所述峰值數位化，當處於第二工作態時將所述預定頻段信號轉換為數位訊號輸出；以及數位校正單元，用於將所述數位化峰值與預設值進行比較，並根據比較結果產生頻率控制信號及工作態控制信號分別回授給所述二階濾波單元進行工作頻率調整及類比數位轉換單元進行工作態切換。在上述高階濾波單元架構完成後，進行頻率校正時，可透過開關單元的切換功能將原高階濾波器分成多組二階濾波器（如圖3、4、5所示的二階濾波電路），先例如圖6或圖8所示之校正方法依序校正各組的二階濾波器，待二階濾波器皆校正完成之後，再經由開關單元，將濾波器架構組合成原高階濾波電路，供檢測訊號使用。其中，濾波器可例如由轉導電容(Transconductance-C ,OTA-C)的方式組成，頻率的校正調整是由改變轉導放大器(OTA)的轉導值(Gm)，進而改變濾波器的帶拒中心頻率或帶通中心頻率。
圖10為顯示本發明圖4所示之低階帶拒濾波電路中的二階帶拒濾波單元的RLC電路圖，圖11所示者為利用傳導放大器及電容等效取代圖10所示之被動元件所形成的二階傳導電容式（OTA）帶拒濾波單元電路圖。本發明在圖10、11技術上集合上述數位校正技術及數位開關（即後述開關單元）構成本發明之高階帶拒濾波電路。例如六階梯型OTA帶拒濾波器電路如圖12所示。電路經由KCL、KVL列出(1.1)式、(1.2)式、(1.3)式、(1.4)式、(1.5)式，推導出關係式(1.6)式、(1.7)式、(1.8)式，代入(1.5)式推得(1.9)式，轉移函式經代入整理得(1.10)式。 (1.1) (1.2) (1.3) (1.4) (1.5) (1.6) (1.7) (1.8)
由推導的式子中得知，帶拒中心頻率由係數c1、c2、c3所決定，其中電容值設計已固定，帶拒中心頻率可經由調整部分轉導大器的轉導值(Gm5、Gm6、Gm7、Gm10、Gm13、Gm14)來有效調整帶拒中心頻率。發現六階帶拒濾波器的零點c1、c2、c3，可由三組二階帶拒濾波器組合而成。
此歸納本發明之所例舉之六階帶拒濾波器之帶拒中心頻率校正架構的想法，系統輸入參考頻率，經由本發明所闡述的數位校正機制先校正各二階濾波單元的帶拒中心頻率，即調整取代等效電感值的轉導放大器，各二階帶拒濾波單元校正完成後，再經由本發明所述的開關單元，將二階帶拒濾波器單元重新架構組成圖12所示之六階梯型轉導電容式帶拒濾波器。
上述實施例僅例示性說明本發明之原理及功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技術之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如本發明申請專利範圍所列。
10、200‧‧‧前置放大器 11、201‧‧‧低通濾波器 12、202‧‧‧帶拒濾波器 13、204‧‧‧帶通濾波器 14、203‧‧‧後置放大器 15‧‧‧類比數位轉換器 20‧‧‧二階濾波單元 21‧‧‧類比數位轉換單元 22‧‧‧數位校正單元 220‧‧‧暫存單元 221‧‧‧比較單元 222‧‧‧控制單元 223‧‧‧計數單元 RS、RL‧‧‧電阻 LBS、LN1、LN2、LN3‧‧‧電感 CBS、C1~C13、CN1、CN2、CN3‧‧‧電容 Vi、Vout‧‧‧輸入電壓、輸出電壓 OTA‧‧‧傳導放大器 Gm0~ Gm14‧‧‧傳導值
圖1、圖2為習知二階濾波電路基本架構圖。
圖3為本發明之具有頻率校正功能的低階濾波電路架構圖。
圖4、圖5為圖3所示之低階濾波電路的具體實施態樣示意圖。
圖6、圖8分別為本發明之低階帶拒濾波電路及低階帶通濾波電路的頻率校正方法流程圖。
圖7、圖9分別為本發明之二階帶拒、帶通通濾波電路的帶拒中心頻率、帶通中心頻率在校正過程中的偏移情況示意圖。
圖10及圖11分別為本發明之低階濾波電路的RLC結構電路圖，以與RLC電路等效之二階傳導電容式濾波電路圖。
圖12為本發明構建之六階梯型帶拒濾波器之電路圖。
20‧‧‧二階濾波單元
21‧‧‧類比數位轉換單元
22‧‧‧數位校正單元

Claims (15)

  1. 一種具有頻率校正功能的低階濾波電路，包括：二階濾波單元，接收一輸入信號並對其進行濾波處理，以擷取預定頻段信號並輸出；類比數位轉換單元，具有第一工作態及第二工作態，當處於該第一工作態時檢測該二階濾波單元的該預定頻段信號的峰值並將該峰值數位化，當處於該第二工作態時檢測該二階濾波單元的該預定頻段信號並轉換為數位訊號輸出；以及數位校正單元，用於將該數位化的峰值與一預設值進行比較，並根據比較結果產生頻率控制信號及工作態控制信號分別回授給該二階濾波單元進行工作頻率調整及該類比數位轉換單元進行工作態切換，其中，該數位校正單元包括：暫存單元，用於儲存該數位化的峰值；比較單元，用於將該數位化的峰值與該預設值進行比較；控制單元，用於根據所述比較單元的比較結果產生所述工作態控制信號及計數模式控制信號；以及計數單元，用於根據所述計數模式控制信號進行正向或反向計數操作以產生所述頻率控制信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路，其中，該二階濾波單元為二階帶拒濾波單元或二階帶通濾波單元，該工作頻率為該帶拒濾波單元的帶拒中心頻率，或為該帶通濾波單元的帶通中心頻率。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路，其中，該二階帶拒濾波單元包括串接的前置放大器、低通濾波器、帶拒濾波器及後置放大器。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路，其中，該二階帶通濾波單元包括串接的前置放大器、低通濾波器、帶通濾波器及後置放大器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路，其中，該二階濾波單元由傳導電容式放大器(OTA)組成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路，其中，該二階濾波單元的工作頻率是透過改變該傳導電容式放大器的傳導值來調整。
  7. 一種如申請專利範圍第1項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路之頻率校正方法，包括以下步驟：透過該計數單元設置一初始頻率控制信號，並透過該類比數位轉換單元檢測在該初始頻率控制信號下該二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值，數位化後形成一第一數位化峰值儲存至該暫存單元作為該預設值；該計數單元持續形成下一頻率控制信號，該類比數位轉換單元檢測在該頻率控制信號下二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值，並將其數位化後形成一第二數位化峰值輸出至該暫存單元儲存；該比較單元比較該第二數位化峰值與該第一數位化峰值，若比較結果符合設定則透過該控制單元保持該計數單元的計數模式，進而不改變其計數方向繼續同向計數後產生頻率控制信號給該二階濾波單元進行工作頻率調整，並該比較單元持續進行比較；若比較結果不符合設定，則透過該控制單元改變該計數單元的計數模式，進而改變其計數方向使其反向計數後產生頻率控制信號，且使該二階濾波單元進行工作頻率調整；以及 判斷該計數單元的計數模式改變的次數是否達到預定次數，若是則結束本方法；若否，則進行該比較單元比較該第一數位化峰值與第二數位化峰值的比較步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的具有頻率校正功能的低階濾波電路之頻率校正方法，其中，若該二階濾波單元為二階帶拒濾波單元，則在前述透過比較單元比較該第二數位化峰值與該第一數位化峰值的比較步驟，若該第二數位化峰值小於該第一數位化峰值，則表示比較結果符合設定；若該二階濾波單元為二階帶通濾波單元，則在該比較單元進行該第二數位化峰值與該第一數位化峰值的比較步驟，若該第二數位化峰值大於該第一數位化峰值，則表示比較結果符合設定。
  9. 一種高階濾波電路，包括：多數二階濾波單元，用於對輸入信號進行濾波處理；多數開關單元，用於在閉合狀態時串接該多數二階濾波單元以形成高階濾波單元，並可在打開狀態時將該高階濾波單元還原為該多數二階濾波單元；類比數位轉換單元，具有第一工作態及第二工作態，當處於該第一工作態時檢測該二階濾波單元輸出的預定頻段信號的峰值並將該峰值數位化，當處於該第二工作態時檢測該二階濾波單元的預定頻段信號並轉換為數位訊號輸出；以及數位校正單元，用於將該數位化的峰值與一預設值進行比較，並根據比較結果產生頻率控制信號及工作態控制信號分別回授給該二階濾波單元進行工作頻率調整及該類比數位轉換單元進行工作態切換。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的高階濾波電路，其中，該二階濾波單元為二階帶拒濾波單元或二階帶通濾波單元，該工作頻率為該帶拒濾波單元的帶拒中心頻率，或為該帶通濾波單元的帶通中心頻率。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的高階濾波電路，其中，該二階帶拒濾波單元包括串接的前置放大器、低通濾波器、帶拒濾波器及後置放大器。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的高階濾波電路，其中，該二階帶通濾波單元包括串接的前置放大器、低通濾波器、帶通濾波器及後置放大器。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的高階濾波電路，其中，該二階濾波單元由傳導電容式放大器組成。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的高階濾波電路，其中，該二階濾波單元的工作頻率是透過改變該傳導電容式放大器的傳導值來調整。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的高階濾波電路，其中，該數位校正單元包括：儲存單元，用於儲存該數位化的峰值；比較單元，用於將該數位化的峰值與該預設值進行比較；控制單元，用於根據該比較單元的比較結果產生該工作態控制信號及計數模式控制信號；以及計數單元，用於根據該計數模式控制信號進行正向或反向計數操作以產生該頻率控制信號。
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