TWI635703B - 可對訊號頻率成份進行部分抑制或衰減的凹口濾波器及相關的濾波電路 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種新穎的凹口濾波器，通過改變或調整一可調整參數A的數值，輕易實現適當調整該凹口濾波器之凹口頻帶之中心頻率的衰減量大小，適應性地控制通過該凹口濾波器之一輸入訊號在某一特定頻率成份的訊號衰減量大小，部分地抑制或部分衰減該特定頻率成份，不影響該凹口濾波器之頻帶寬度大小。
Description
本發明係關於一種凹口濾波機制，尤指一種可調整一凹口頻帶之中心頻率衰減量的凹口濾波器及相關的濾波電路，以部分抑制一訊號頻率成份。
一般而言，一凹口濾波器（Notch filter）係用以將某一特定頻率的訊號成份濾除，在頻率域來看是衰減該特定頻率的訊號成份，而現今傳統凹口濾波器之凹口頻寬的大小會隨該凹口濾波器用以衰減該特定頻率之訊號成份的衰減量而變，具體來說，當用以衰減該特定頻率之訊號成份的衰減量設計會較少（亦即僅部分衰減該特定頻率之訊號成份）時，傳統凹口濾波器的凹口頻寬會變得較窄，而不適用於某些有特定需求的訊號處理電路中。
因此本發明之目的之一在於提供一種可調整一凹口頻帶之中心頻率衰減量的凹口濾波器及相關的濾波電路，以解決上述的問題。
根據本發明之實施例，其係提供一種凹口濾波器。該凹口濾波器包含：一第一加法器，用以將一輸入訊號與一第一乘法器之一輸出相加以產生一輸出；一延遲單元，耦接至該第一加法器，用以對該第一加法器之該輸出進行單位延遲，產生一延遲訊號；該第一乘法器，耦接至該延遲單元與該第一加法器，用以接收該延遲訊號，根據一第一參數，將該第一參數與該延遲訊號相乘以產生第一乘法器之該輸出至該第一加法器；一第二乘法器，用以根據一第二參數與一可調整參數，將該第二參數與該可調整參數相乘以產生一特定訊號；一第三乘法器，耦接至該第二乘法器與該延遲單元，用以將該延遲訊號與該特定訊號相乘以產生一輸出；以及，一第二加法器，耦接至該第三乘法器與該輸入訊號，用以將該輸入訊號與該第二乘法器之該輸出的一反相訊號相加，以產生該凹口濾波器之一輸出訊號。
根據本發明之實施例，另提供一種凹口濾波器。該凹口濾波器包含：一第一延遲單元，用以接收並延遲一輸入訊號，產生一第一延遲訊號；一第一乘法器，耦接至該第一延遲單元，與該第一延遲訊號與一第一參數相乘，以產生一輸出；一第一加法器，用以接收該輸入訊號、該第一乘法器之該輸出與一回授訊號，產生該凹口濾波器之一輸出訊號；一第一延遲單元，用以接收並延遲該輸出訊號，產生一第二延遲訊號；以及，一第二乘法器，耦接至該第二延遲單元，用以將一第二參數與該第二延遲訊號相乘，以產生該回授訊號至該第一加法器。
根據本發明之實施例，提供一種濾波電路。該濾波電路包含：一凹口濾波器，用以通過一可調整參數A調整該凹口濾波器之一中心頻率之一訊號衰減量；以及一適應性預估電路，耦接至該凹口濾波器，用以預估一訊號；其中該凹口濾波器係用以先部分地抑制該濾波電路之一輸入訊號於該凹口濾波器之該中心頻率之一頻率成份，令該適應性預估電路接著對部分抑制後之該輸入訊號進行預估與追蹤。
本發明的優點在於，可在幾乎不改變（等效實質上不變動）該凹口濾波器之凹口頻寬參數及/或其他參數下，通過改變或調整一可調整參數A的數值，輕易實現適當調整該凹口濾波器之凹口頻帶之中心頻率的衰減量大小（亦即改變其振幅響應），適應性地控制通過該凹口濾波器之一輸入訊號在某一特定頻率成份的訊號衰減量大小，以部分地抑制或部分衰減該特定頻率成份，而不影響該凹口濾波器之凹口頻帶寬度大小。
本發明之實施例，其發明概念主旨在於提供一種新穎的凹口濾波器（Notch filter）電路結構，令可在幾乎不改變（等效實質上不變動）該凹口濾波器之凹口頻寬參數及/或其他參數下，通過改變或調整一可調整參數A的數值，輕易實現適當調整該凹口濾波器之凹口頻帶之中心頻率的衰減量大小（亦即改變其振幅響應），適應性地控制通過該凹口濾波器之一輸入訊號在某一特定頻率成份的訊號衰減量大小，以部分地抑制或部分衰減該特定頻率成份，不影響該凹口濾波器之頻帶寬度大小。以下提供了兩種可行的實施例，需注意，凡利用上述發明概念而實現之凹口濾波器的電路結構，均落入本案的範疇。
參照第1圖，第1圖為本發明第一實施例之凹口濾波器100的電路示意圖。凹口濾波器100包含一加法器105、一延遲單元110、乘法器115/120/125及一加法器130，其中加法器105係用以接收一輸入訊號x(n)與乘法器115的一輸出訊號，延遲單元110耦接至該加法器105並作為一緩衝器之用，對該加法器105之一輸出訊號進行一單位的時間延遲，產生一延遲訊號，乘法器115係耦接至延遲單元110與該加法器105，並用以接收該延遲訊號，根據一第一參數，產生該第一參數與該延遲訊號的乘積作為其輸出訊號，其中該第一參數為
，
為用以設定該凹口濾波器100之一凹口頻寬的參數，且一般而言，
為一小於1的數值，
為該凹口頻寬之一中心頻率參數。
乘法器125係根據一可調整參數A，產生該可調整參數A與一第二參數
的乘積作為其輸出訊號，接著，乘法器120將乘法器125的輸出訊號與該延遲訊號相乘作為其輸出訊號，而加法器130係耦接至乘法器120的輸出與該輸入訊號x(n)，並用以將該輸入訊號x(n)與該乘法器120之輸出訊號的反相訊號（以“–”標示之）相加來產生該輸出訊號y(n)。
根據第1圖所示之凹口濾波器100的電路結構，其轉換函數H(z)可表示為如下：
第2圖為第1圖所示之凹口濾波器100之一實施例的振幅響應及相位響應的示意圖，如第2圖之上半部所示，通過可調整參數A的大小調整，在不改變凹口濾波器100的凹口頻帶寬度下，可適當地改變其振幅響應的大小，並且實質上不影響其相位響應等等的特性，例如曲線CV1所示為可調整參數A之數值設定為1的振幅響應，而曲線CV2所示為可調整參數A之數值設定為0.8的振幅響應，如圖可知只需改變或調整可調整參數A的數值，在不改變頻寬參數
及/或其他參數下，輕易實現適當調整凹口濾波器100之振幅響應大小，適應性地控制輸入訊號x(n)在上述中心頻率之訊號衰減量，部分地抑制輸入訊號x(n)在上述中心頻率附近的頻率成份來產生輸入訊號y(n)。
參照第3圖，第3圖為本發明第二實施例之凹口濾波器300的電路示意圖。凹口濾波器300包含一延遲單元305（作為緩衝器）、一乘法器310、一加法器315、一延遲單元320（作為緩衝器）及一乘法器325，其中延遲單元305係用以接收並延遲該輸入訊號x(n)以產生一延遲訊號至乘法器310，乘法器310係根據一第一參數（亦即
），用以將該第一參數與該延遲訊號相乘以產生一輸出訊號至加法器315，加法器315係耦接至乘法器310、延遲單元320及乘法器325，並用以對輸入訊號x(n)、乘法器310的輸出訊號及乘法器325的輸出訊號相加，產生輸出訊號y(n)，延遲單元320係用以接收並延遲該輸出訊號y(n)以產生一延遲訊號至乘法器325，而乘法器325根據一第二參數（亦即
），用以將該第二參數與延遲單元320之延遲訊號相乘以產生一輸出訊號至加法器315，其中第一參數中的A為可調整參數，
為用以設定該凹口濾波器100之凹口頻寬的參數，
為該凹口頻寬之一中心頻率參數。
根據第3圖所示之凹口濾波器300的電路結構，其轉換函數H(z)可表示為如下：
第3圖所示之凹口濾波器300的電路結構之實施例的振幅響應及相位響應的示意圖，相似於第2圖所示之實施例的振幅響應及相位響應，可參照第2圖，於此不另繪示。
再者，本案實施例之新穎的凹口濾波器可與一適應性預估電路作搭配使用，使得可先利用該凹口濾波器並通過調整可調整參數A的數值以部分地抑制該輸入訊號x(n)中某一特定頻率的雜訊成份，接著再利用該適應性預估電路來預估與追蹤部分抑制後之該輸入訊號x(n)的雜訊成份，由於部分地抑制該輸入訊號x(n)中某一特定頻率的雜訊成份，所以可令該適應性預估電路以較快的收斂速度準確地預估與追蹤部分抑制後的該輸入訊號x(n)中某一特定頻率的雜訊成份，將此雜訊部分從x(n)中移除。
參照第4圖，第4圖為本發明第三實施例之一濾波電路401的電路示意圖。該濾波電路401包含凹口濾波器400與適應性預估電路405，凹口濾波器400的電路結構可採用前述第1圖所示之凹口濾波器100或第3圖所示之凹口濾波器300來實現，適應性預估電路405包含一延遲電路410（包括n個串聯連接的延遲單元，第一個延遲單元用以接收輸入訊號）、 一乘法器電路415（包括n個乘法器）、一加法器電路420（包括n個串聯連接的加法器）及一加法器425，n為大於或等於2的數值，每一乘法器連接於一對應的延遲單元之輸出，並將該輸出乘上一對應參數（C1、C2、…、Cn）來產生一對應的乘積至加法器電路420中之一對應加法器，該些n個加法器係用以將每一個乘法器所產生之乘積相加以產生一預估訊號Sp（預估雜訊訊號），加法器425係用以將所接收到之輸入訊號與該預估雜訊訊號Sp之反相訊號相加以產生一誤差訊號Sr，並輸出該誤差訊號Sr至乘法器電路415以調整該些對應的參數C1、C2、…、Cn。待適應性預估電路405收斂時，該預估雜訊訊號Sp即是所預估之輸入訊號的雜訊成份，而凹口濾波器400的輸出訊號y(n)減去預估雜訊訊號Sp即是作為濾波電路401的輸出。
上述濾波電路401的優點在於，通過利用凹口濾波器400調整可調整參數A的數值（如第2圖所示），可部分地抑制該訊號x(n)中某一特定頻率的雜訊成份而產生訊號y(n)，訊號y(n)即為被部分抑制後的訊號x(n)，且含有原來輸入訊號x(n)中某一特定頻率的雜訊成份訊號，適應性預估電路405可用較快的收斂速度準確地預估與追蹤雜訊成份訊號，以利雜訊成份由x(n)中移除，特別是當雜訊成份訊號包括跳動的頻率成份時。
另外，應注意的是，其他實施例中，凹口濾波器400與適應性預估電路405可分別操作在不同的頻率域，換言之，凹口濾波器400與適應性預估電路405有不同的操作頻率，而凹口濾波器400與適應性預估電路405之間亦可設置其他的電路來進行頻率轉換。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 100、300、400 </td><td> 凹口濾波器 </td></tr><tr><td> 105、130、315、425 </td><td> 加法器 </td></tr><tr><td> 110、305、320 </td><td> 延遲單元 </td></tr><tr><td> 115、120、125、325 </td><td> 乘法器 </td></tr><tr><td> 401 </td><td> 濾波電路 </td></tr><tr><td> 405 </td><td> 適應性預估電路 </td></tr><tr><td> 410 </td><td> 延遲電路 </td></tr><tr><td> 415 </td><td> 乘法器電路 </td></tr><tr><td> 420 </td><td> 加法器電路 </td></tr></TBODY></TABLE>
第1圖為本發明第一實施例之凹口濾波器的電路示意圖。 第2圖為第1圖所示之凹口濾波器之一實施例的振幅響應及相位響應的示意圖。 第3圖為本發明第二實施例之凹口濾波器的電路示意圖。 第4圖為本發明第三實施例之一濾波電路的電路示意圖。
Claims (9)
- 一種凹口濾波器，包含： 一第一加法器，用以將一輸入訊號與一第一乘法器之一輸出相加以產生一輸出； 一延遲單元，耦接至該第一加法器，用以對該第一加法器之該輸出進行單位延遲，產生一延遲訊號；其中，該第一乘法器，耦接至該延遲單元與該第一加法器，用以接收該延遲訊號，將一第一參數與該延遲訊號相乘以產生第一乘法器之該輸出至該第一加法器； 一第二乘法器，用以根據一第二參數與一可調整參數，將該第二參數與該可調整參數相乘以產生一特定訊號； 一第三乘法器，耦接至該第二乘法器與該延遲單元，用以將該延遲訊號與該特定訊號相乘以產生一輸出；以及 一第二加法器，耦接至該第三乘法器與該輸入訊號，用以將該輸入訊號與該第二乘法器之該輸出的一反相訊號相加，以產生該凹口濾波器之一輸出訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之凹口濾波器，其中該可調整參數係用以調整該凹口濾波器之一中心頻率的訊號衰減量，令調整該輸入訊號於該中心頻率之一訊號成份衰減量。
- 如申請專利範圍第1項所述之凹口濾波器，其中該第一參數為 ，該第二參數為 ， 為用以設定該凹口濾波器之一凹口頻寬的參數， 為一中心頻率參數。
- 一種凹口濾波器，包含： 一第一延遲單元，用以接收並延遲一輸入訊號，產生一第一延遲訊號； 一第一乘法器，耦接至該第一延遲單元，與該第一延遲訊號與一第一參數相乘，以產生一輸出； 一第一加法器，用以接收該輸入訊號、該第一乘法器之該輸出與一回授訊號，產生該凹口濾波器之一輸出訊號； 一第一延遲單元，用以接收並延遲該輸出訊號，產生一第二延遲訊號；以及 一第二乘法器，耦接至該第二延遲單元，用以將一第二參數與該第二延遲訊號相乘，以產生該回授訊號至該第一加法器。
- 如申請專利範圍第4項所述之凹口濾波器，其中該第一參數為 ，該第二參數為 ， 為用以設定該凹口濾波器之一凹口頻寬的參數， 為一中心頻率參數，以及A為一可調整參數，用以調整該凹口濾波器之一中心頻率的訊號衰減量，令調整該輸入訊號於該中心頻率之一訊號成份衰減量。
- 一種濾波電路，包含： 一凹口濾波器，用以通過一可調整參數A調整該凹口濾波器之一中心頻率之一訊號衰減量；以及 一適應性預估電路，耦接至該凹口濾波器，用以預估一訊號； 其中該凹口濾波器係用以先部分地抑制該濾波電路之一輸入訊號於該凹口濾波器之該中心頻率之一頻率成份，令該適應性預估電路接著對部分抑制後之該輸入訊號進行預估與追蹤。
- 如申請專利範圍第6項所述之濾波電路，其中該凹口濾波器包含： 一第一加法器，用以將一輸入訊號與一第一乘法器之一輸出相加以產生一輸出； 一延遲單元，耦接至該第一加法器，用以對該第一加法器之該輸出進行單位延遲，產生一延遲訊號；其中，該第一乘法器，耦接至該延遲單元與該第一加法器，用以接收該延遲訊號，將一第一參數與該延遲訊號相乘以產生第一乘法器之該輸出至該第一加法器； 一第二乘法器，用以根據一第二參數與一可調整參數，將該第二參數與該可調整參數相乘以產生一特定訊號； 一第三乘法器，耦接至該第二乘法器與該延遲單元，用以將該延遲訊號與該特定訊號相乘以產生一輸出；以及 一第二加法器，耦接至該第三乘法器與該輸入訊號，用以將該輸入訊號與該第二乘法器之該輸出的一反相訊號相加，以產生該凹口濾波器之一輸出訊號。
- 如申請專利範圍第6項所述之濾波電路，其中該凹口濾波器包含： 一第一延遲單元，用以接收並延遲一輸入訊號，產生一第一延遲訊號； 一第一乘法器，耦接至該第一延遲單元，與該第一延遲訊號與一第一參數相乘，以產生一輸出； 一第一加法器，用以接收該輸入訊號、該第一乘法器之該輸出與一回授訊號，產生該凹口濾波器之一輸出訊號； 一第一延遲單元，用以接收並延遲該輸出訊號，產生一第二延遲訊號；以及 一第二乘法器，耦接至該第二延遲單元，用以將一第二參數與該第二延遲訊號相乘，以產生該回授訊號至該第一加法器。
- 如申請專利範圍第6項所述之濾波電路，其中該適應性預估電路包含： 一延遲電路，包括複數個串聯連接之延遲單元； 一乘法器電路，包括複數個乘法器，每一乘法器分別連接至該些延遲單元中一對應延遲單元的一輸出，並根據一對應參數，將該對應延遲單元之該輸出與該對應參數相乘； 一加法器電路，包括複數個串聯連接之加法器，每一加法器分別連接至該些乘法器中一對應的乘法器之一輸出，該些加法器係以將該些乘法器之複數個輸出相加以產生一預估訊號； 一特定加法器，連接至該加法器電路，用以將部分抑制後之該輸入訊號與該預估訊號之一反相訊號相加，以產生一誤差訊號，該誤差訊號用以調整該些乘法器之複數個對應參數。
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