專利名稱：：跟蹤濾波器的制作方法參照以下一般指定的同時(shí)的專利申請(qǐng)，其內(nèi)容通過引用包括于此。</tables>本發(fā)明一般涉及跟蹤濾波器，尤其涉及具有用于在存在誤差和噪聲時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑的長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)(窄帶寬)，也具有對(duì)階躍輸入等持續(xù)誤差所需的無過沖(overshoot)的快速穩(wěn)定時(shí)間的跟蹤濾波器。在許多控制系統(tǒng)的應(yīng)用中，需要一種時(shí)間常數(shù)長(zhǎng)的(窄帶寬)濾波器，以濾除統(tǒng)計(jì)測(cè)量誤差值和噪聲。同時(shí)對(duì)階躍輸入等持續(xù)誤差值，需要進(jìn)行無過沖的快速穩(wěn)定?？墒雇ǔ５?型模擬(第二級(jí))跟蹤回路具有任意小的帶寬，以應(yīng)付濾波的需要。然而，為了得到快速穩(wěn)定，將在通帶內(nèi)產(chǎn)生過沖或阻尼振蕩(ringing)。雖然增加阻尼可使過沖和阻尼振蕩減少，但卻增加了對(duì)瞬時(shí)響應(yīng)的敏感性。常規(guī)的第二級(jí)回路的數(shù)字實(shí)現(xiàn)至少需要三個(gè)乘法器。此數(shù)字實(shí)現(xiàn)硬件密集且相當(dāng)昂貴。第二級(jí)回路的模擬實(shí)現(xiàn)至少需要兩個(gè)運(yùn)算放大器和相關(guān)的微調(diào)元件。一個(gè)常規(guī)的模擬濾波器(稱為Chebyshev濾波器)在濾波器的通頻帶內(nèi)具有很小等波紋特征。當(dāng)在許多控制系統(tǒng)應(yīng)用中用作低通濾波器時(shí)，很難在不使用高級(jí)濾波器(硬件密集且昂貴)的情況下獲得快速穩(wěn)定時(shí)間。在電視機(jī)等視頻顯示系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)的圖像終端中，顯示必須與視頻信號(hào)的垂直幀速率同步。一種同步方法需要準(zhǔn)確測(cè)量垂直同步VSYNC周期。通過計(jì)數(shù)在VSYNC脈沖之間產(chǎn)生的參考時(shí)鐘脈沖的數(shù)目來確定VSYNC周期。一般，使VSYNC周期數(shù)據(jù)通過低通濾波器，以濾除與信號(hào)上的噪聲、量化和異常(singularity)(可能由改變信道和從新的信道獲得新的VSYNC脈沖而產(chǎn)生)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量誤差。此外，顯示系統(tǒng)的輸入源可具有變化的VSYNC周期(由于不同的脈沖源具有不同的顯示速率)。例如，一個(gè)NTSC格式化信號(hào)具有60赫茲的顯示速率，因而垂直同步周期為16.67毫秒。在PAL顯示系統(tǒng)中，幀速率是50赫茲，則垂直同步周期為20毫秒。在計(jì)算機(jī)圖像產(chǎn)生的信號(hào)中，相應(yīng)于13.6毫秒的垂直同步周期，常用的顯示速率是72赫茲。例如當(dāng)將源從NTSC信號(hào)切換到PAL信號(hào)時(shí)，垂直同步周期將立即從16.66毫秒變到20毫秒。用于顯示系統(tǒng)的調(diào)制部分的代表該周期的模擬或數(shù)字跟蹤信號(hào)將從代表16.67毫秒的一個(gè)穩(wěn)定電平階躍到代表20毫秒的第二穩(wěn)定電平。運(yùn)用通帶寬小的濾波器，以濾除該瞬變狀態(tài)并防止響應(yīng)于此瞬變時(shí)的異常。此外，結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單的廉價(jià)的低通濾波器具有較慢的穩(wěn)定時(shí)間，并且會(huì)產(chǎn)生過沖和阻尼振蕩。需要提供一種成本低、簡(jiǎn)單并具有快速穩(wěn)定時(shí)間(在通帶寬范圍中沒有過沖或阻尼振蕩)的小帶寬跟蹤濾波器。這樣的濾波器適用于包括顯示系統(tǒng)等許多需要處理低頻信號(hào)的裝置中，在這些裝置中需要過沖或阻尼振蕩很小或沒有的快速穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的廉價(jià)的跟蹤濾波器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是，為進(jìn)行無過沖快速穩(wěn)定而在回路誤差趨于零時(shí)從2型回路轉(zhuǎn)變到1型回路。應(yīng)用誤差鑒別器在濾波器輸出和濾波器輸入之間把誤差值量化成為-1、0或+1。2型回路的阻尼增益設(shè)定為1，從而在數(shù)字實(shí)施例中量化和阻尼增益為1使累加器中的積分可用恰當(dāng)增量或減量。低阻尼增益對(duì)快速收斂產(chǎn)生了高度欠阻尼的回路響應(yīng)。為了防止過沖，一旦數(shù)字實(shí)施例中的累加器以及模擬實(shí)施例中的積分器的輸出符號(hào)與誤差不匹配就清除其內(nèi)容。應(yīng)用具有舍去小數(shù)的二進(jìn)制換算，在第一積分器(累加器)結(jié)果加到第二積分器前對(duì)此第一積分器進(jìn)行換算(被2n除)。因?yàn)榈谝环e分器(累加器)的輸出有限且積分不到顯著大小，所以當(dāng)來自階躍輸入的誤差從持續(xù)到隨機(jī)(噪聲變化)時(shí)，換算的舍去小數(shù)和清除使2型回路轉(zhuǎn)變到型1回路。濾波器沒有使用乘法器具有用于持續(xù)誤差條件的快速穩(wěn)定，并且它是用于長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)濾波的1型回路。可以用作為分立的模擬濾波器的硬件，或用微控制器在軟件中數(shù)字地實(shí)現(xiàn)來實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的濾波器。濾波器包括接收濾波器輸入信號(hào)和來自濾波器輸出的反饋信號(hào)的第一電路，該第一電路提供表示兩者之間差值(誤差)的第一信號(hào)。誤差鑒別器/量化器提供表示第一信號(hào)符號(hào)的第一輸出。具有接收鑒別器第一輸出的輸入端的第一積分器對(duì)其輸出端提供第二信號(hào)。該第一積分器還包括當(dāng)其第二信號(hào)的符號(hào)與接收到的第一信號(hào)的符號(hào)相反時(shí)把它的第二信號(hào)復(fù)位到預(yù)定值(最好為零)的裝置。在數(shù)字方式中，此第一積分器是一個(gè)累加器，當(dāng)其輸出的符號(hào)與其輸入的符號(hào)相反時(shí)，清除其內(nèi)容。第二電路把來自第一積分器的第二信號(hào)加到來自誤差鑒別器的第一輸出，并產(chǎn)生表示其和的第三信號(hào)。換一種做法，第二電路可加上表示誤差大小的來自誤差值鑒別器的第二信號(hào)。當(dāng)?shù)谝浑娐返牡谝恍盘?hào)在預(yù)定值的范圍內(nèi)時(shí)，鑒別器第二信號(hào)的大小最好與第一電路的第一信號(hào)相同。換句話說，當(dāng)?shù)谝浑娐返妮斎胄盘?hào)和反饋信號(hào)之間的差值(誤差)較大時(shí)，把相應(yīng)于第一電路的第一信號(hào)的鑒別器的第二輸出限制到最大和最小的預(yù)定值，從而限制每次迭代時(shí)濾波器的積分。第二積分器對(duì)此第三信號(hào)進(jìn)行積分，并把該輸出提供給濾波器輸出端。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，濾波器還包括具有舍去小數(shù)的整數(shù)除法電路，用于接收第一積分器的第二信號(hào)，以提供換算。該電路對(duì)第二信號(hào)進(jìn)行整數(shù)除法，并把經(jīng)過舍去小數(shù)的整數(shù)除法的第二信號(hào)輸出到用于相加的第二電路。于是，在整數(shù)除法電路的輸出遞增前需要對(duì)第一積分器(累加器)進(jìn)行幾次迭代。在數(shù)字實(shí)施例中，例如，當(dāng)使用微控制器把濾波器在軟件中實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明的方法包括以下步驟從濾波器輸入端的輸入信號(hào)中減去濾波器輸出端的反饋信號(hào)，以產(chǎn)生相應(yīng)于它們之間差值的差值(誤差)信號(hào)。接著，確定該差信號(hào)的符號(hào)。相應(yīng)于該差值信號(hào)的符號(hào)遞增或遞減第一累加器。然而，當(dāng)差值信號(hào)的符號(hào)與累加器先前輸出信號(hào)的符號(hào)相反時(shí)，把累加器復(fù)位到預(yù)定值(最好被清除并回到零)。換句話說，累加器繼續(xù)進(jìn)行具有界限的累加，直到確定輸入信號(hào)的符號(hào)與來自前次迭代的輸出信號(hào)的符號(hào)不同時(shí)為止，(在該時(shí)刻，累加器清除其內(nèi)容)。把第一累加器的輸出加到差值信號(hào)并把和送到第二累加器。第二累加器的輸出提供至濾波器輸出端。最好在把第一累加器輸出信號(hào)加到差值信號(hào)前對(duì)該信號(hào)進(jìn)行有舍去小數(shù)的整數(shù)除法運(yùn)算，以提供換算。差值信號(hào)提供了阻尼增益。累加器起積分器的作用，從而當(dāng)累加器內(nèi)容的符號(hào)與提供給第一累加器輸入端的差值信號(hào)的符號(hào)不相同時(shí)清除第一累加器的內(nèi)容。這樣減少了過沖，從而整數(shù)除法電路的舍去小數(shù)和清除使濾波器從2型回路轉(zhuǎn)變到1型回路，以用于長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的濾波。不使用乘法器，但濾波器對(duì)持續(xù)誤差條件實(shí)現(xiàn)了快速收斂。圖1是依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例以模擬電路示出的跟蹤濾波器的方框圖2是使用微控制器以軟件實(shí)現(xiàn)的濾波器的數(shù)字較佳實(shí)施例的方框圖；圖3是圖2所示數(shù)字跟蹤濾波器的流程圖，從而當(dāng)累加器的輸入和輸出符號(hào)不相同時(shí)清除第一累加器的內(nèi)容；以及圖4是與階躍輸入比較的濾波器響應(yīng)的曲線圖，從而濾波器輸出快速斜升以與輸入信號(hào)匹配，并具有極小過沖的快速穩(wěn)定時(shí)間。現(xiàn)在參考圖1，示出了以硬件作為模擬電路實(shí)現(xiàn)的依據(jù)本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例的跟蹤濾波器10。在線12上接收濾波器輸入，而在輸出線14上提供濾波器的輸出。從輸出線14向反饋線16提供反饋信號(hào)，在18處(使用運(yùn)算放大器等)從線12上的輸入信號(hào)中減去線16上的反饋信號(hào)。把線20上這兩個(gè)信號(hào)的差值(誤差)提供給誤差鑒別器/量化器22。誤差鑒別器/量化器22相應(yīng)于線20上提供的差信號(hào)的符號(hào)提供具有-1、0或+1符號(hào)的單位輸出。如果線20上提供的差信號(hào)具有正號(hào)，則在輸出線24上提供+1單位的輸出。如果線20上沒有差信號(hào)(即，線12上的輸入信號(hào)與線14上的輸出信號(hào)相同)，則誤差鑒別器22的輸出為零。如果輸入線20上的差信號(hào)的符號(hào)是負(fù)號(hào)，則在輸出線24上提供-1單位的輸出。如果使用濾波器10來處理代表與顯示系統(tǒng)要處理的數(shù)據(jù)相關(guān)的垂直同步VSYNC脈沖的時(shí)間間隔的模擬信號(hào)，則由誤差鑒別器/量化器22提供的單位也用時(shí)間單位。如果線12上提供的輸入信號(hào)的值相應(yīng)于大約16.67毫秒的VSYNC周期，該VSYNC周期相應(yīng)于60赫茲的顯示速率(NTSC信號(hào)一般如此)，則線24上的單位階躍輸出大約是0.4微秒。把線24上提供的單位輸出提供給第一積分器30(例如，它是運(yùn)算放大器等)的輸入端26。積分器30的輸出提供在線32上，從而該輸出作為在線34上的反饋提供給比較電路38。如圖所示，電路38也連到積分器30的輸入端26。電路38把對(duì)第一積分器30輸入的符號(hào)與積分器30的輸出信號(hào)的符號(hào)作比較，如果符號(hào)不匹配(即，互相相反)，則第一積分器30清除其內(nèi)容(即，使輸出返回到預(yù)定的零值)。另一方面，如果線26上輸入信號(hào)的符號(hào)與積分器30的輸出信號(hào)的符號(hào)相同，則電路38不工作，并允許積分器30對(duì)信號(hào)繼續(xù)積分。積分器30的輸出首先提供在線40上至限幅器42(諸如一對(duì)齊納二極管等)，此限幅器42限定積分器輸出的范圍。然后限幅器42的輸出提供在線43上至由44示出的具有舍去小數(shù)的整數(shù)除法電路。在較佳實(shí)施例中，該整數(shù)除法電路最好是除以4電路。因此，對(duì)于輸入線40上提供的每4個(gè)增量，整數(shù)除法電路44在線48上提供的輸出只增加1單位。此整數(shù)除法電路44使用具有舍去小數(shù)的二進(jìn)制，以在把第一積分器值加到由50示出的第二積分器前對(duì)此第一積分器值進(jìn)行換算。誤差鑒別器22也在線52把相對(duì)于線20上差信號(hào)大小和符號(hào)的輸出信號(hào)提供給單位增益放大器54(用于提供單位阻尼增益)。此輸出具有8單位的最大值和-8單位的最小值，當(dāng)輸出在該范圍內(nèi)時(shí)，此輸出與線20上的差信號(hào)成比例。在另一個(gè)實(shí)施例中，如果需要，線24可連到放大器54，以替代線52。放大器54的輸出提供至線56，并在60處與整數(shù)除法電路44的輸出相加。相加的輸出提供在線62上至第二積分器50的輸入端。如不久將參考圖3的流程圖的例子所示，當(dāng)一個(gè)大的階躍輸入提供在濾波器輸入線12上時(shí)，濾波器14的輸出將快速斜升，以與輸入線48和56上提供的值在60處相加產(chǎn)生的輸入相匹配。對(duì)于回路的每次迭代，由于線56上提供的單位阻尼增益，將加上至少一個(gè)單位。為了實(shí)現(xiàn)快速斜升到輸出值，積分器30連續(xù)對(duì)線26上的輸入信號(hào)進(jìn)行積分(有限幅)，此經(jīng)過積分的信號(hào)首先被具有舍去小數(shù)的整數(shù)除法電路44除，然后在60處相加。當(dāng)允許第一積分器30進(jìn)行積分時(shí)線48上的輸出信號(hào)最終成為60處信號(hào)的大部分，即，從而電路38確定輸入信號(hào)的符號(hào)和進(jìn)行匹配的輸出信號(hào)。一旦濾波器10實(shí)現(xiàn)了輸出等于(開始一般稍稍大于)輸入信號(hào)時(shí)，反饋線16上提供的輸出反饋到18引起誤差鑒別器22的值變化。此時(shí)，線26上輸入信號(hào)和32上提供的輸出信號(hào)的符號(hào)不匹配，即它們相反，因此第一積分器30將把其輸出復(fù)位為0。在此迭代中，由阻尼增益放大器54只能把-1單位的值傳送到加法電路60，而整數(shù)除法電路44沒有貢獻(xiàn)。于是第二積分器50將把14處的輸出遞減1單位。如果有任何過沖，則誤差保持-1且剛描述過的算法(使輸出斜升，從16.67毫秒表示的值升到20毫秒)將使輸出以同樣的方法遞減，直到輸入和輸出值大致相同，即，表示20毫秒的單位值。因?yàn)橛捎诘谝环e分器30和整數(shù)除法電路44的加權(quán)使輸出端14的值稍稍擺動(dòng)超過20毫秒，所以在使輸出返回到大約20毫秒前，需作幾次迭代。如果需要四次迭代，則將在第四次迭代時(shí)進(jìn)行用4作整數(shù)除法(如在44處所示)，并在48上提供輸出，即使提供的輸出將如56上的阻尼輸入單位一樣具有負(fù)的符號(hào)。來自60的輸出將使積分器50把14處的輸出回落到代表20毫秒的值。在平衡時(shí)，由于來自放大器54的阻尼增益將使第二積分器50的輸出在表示20毫秒的值左右來回抖動(dòng)。當(dāng)輸入和輸出信號(hào)的符號(hào)繼續(xù)相反時(shí)，第一積分器30將繼續(xù)不工作。若第一積分器30在功能上不運(yùn)轉(zhuǎn)，而只使用第二積分器50時(shí)，則濾波器從2型回路轉(zhuǎn)變?yōu)?型回路?，F(xiàn)在參考圖2，圖以80中示出了運(yùn)用微控制器的濾波器較佳實(shí)施例的數(shù)字實(shí)現(xiàn)的方框圖。與圖1的模擬濾波器相比，所有的信號(hào)處理在軟件中數(shù)字地進(jìn)行，其中，把累加器82用作第一積分器30，把累加器88用作第二積分器50。以82一般地示出第一累加器，而以84示出它所具有的累加器控制器?？刂破?4限定了累加器的范圍從-128到+127，且如果累加內(nèi)容的符號(hào)和在85處提供給其輸入端的誤差的符號(hào)相反，則清除累加器82的內(nèi)容。累加器82和88都包括具有鎖存器的加法器。累加器88總是在工作，并依據(jù)90處求和的值進(jìn)行遞增或遞減。而只有當(dāng)累加器82的輸入與輸出的符號(hào)匹配于該次迭代時(shí)，累加器82才遞增或遞減。允許累加器82遞增和鎖存的次數(shù)越多，則在輸出線92上至用4作整數(shù)除法的電路94的輸出越大，因而對(duì)在90處最終求和的貢獻(xiàn)也越大。誤差鑒別器/量化器96在線97上提供輸出，該輸出的符號(hào)和比例大小相應(yīng)于由加法器98在輸入線99上提供的差值(誤差)信號(hào)。在線97上輸出的最小和最大單位值分別是-8和+8單位。因此，如果線99上比輸入線20差值大于或等于8個(gè)單位，則線97上的輸出是8個(gè)單位。如果差值等于或小于-8的單位，則線97上的單位值是-8單位。當(dāng)然，這些最小和最大單位值的值可以不是8，在本發(fā)明中不作限定。此外，選擇最大和最小的單位值，以提供由累加器88在每次迭代時(shí)相加的基準(zhǔn)遞增/遞減值。當(dāng)濾波器的輸入明顯變化(如階躍輸入)時(shí)，在輸出被整數(shù)除法電路94相除后，將由累加器82的輸出提供在累加器88處的大部分累加結(jié)果。作為說明，如果使用2.5兆赫的時(shí)鐘，從而每個(gè)時(shí)鐘脈沖由.4毫秒表示，則對(duì)相應(yīng)于60赫茲幀速率的表示16.67毫秒VSYNC周期的數(shù)字輸入信號(hào)，有41667單位的數(shù)字輸入提供給加法器98。如果98處的輸入應(yīng)該變?yōu)楸硎?0毫秒的VSYNC周期(此例中相應(yīng)于50,000單位的數(shù)字輸入)，則在14處的輸出將首先緩慢遞增，然后當(dāng)累加器82的內(nèi)容增加時(shí)較快地遞增到最大累加器值127。由于除以4電路94，來自82在90處的增量貢獻(xiàn)是31單位，或12.4毫秒。對(duì)于15.6毫秒的總增量，來自97上的阻尼回路的最大增量值是8單位，或3.2毫秒。為了進(jìn)一步說明濾波器80的瞬時(shí)響應(yīng)，圖3中示出濾波器的工作流程圖且將進(jìn)行相當(dāng)詳細(xì)的描述。在步驟102，由加法器98確定信號(hào)ERROR是來自輸入端12處輸入信號(hào)RAW與輸出線14上SMOOTH信號(hào)的差值。在步驟104，誤差鑒別器96確定ERROR值是否等于零。如果ERROR值等于零，則在步驟105使濾波器輸出SMOOTH遞增到包括先前的值加上被4除經(jīng)舍去小數(shù)的累加器82的值。因此，如果輸入值RAW不變化，則當(dāng)累加器82的值為零(即，ACC為零)時(shí)，在14處的輸出值SMOOTH保持相同。當(dāng)確定ERROR的值不為零時(shí)，在步驟106確定99處由鑒別器96所看的ERROR的符號(hào)。如果ERROR的符號(hào)為負(fù)，則進(jìn)行步驟108，以確定ERROR的值是否小于-127的單位。如果小于-127單位，則在步驟110把ERROR的值設(shè)定為-127，否則，保持ERROR的值。在步驟112把增量值DEL設(shè)定為等于ERROR被16除-1的值。因?yàn)镋RROR的最小值等于-127，所以DEL的最小值是-8。然后把來自累加器88的輸出值SMOOTH設(shè)定為等于先前的值加上增量值DEL。接著，在步驟114，確定累加器82中內(nèi)容ACC的符號(hào)。如果來自累加器82前一次迭代的ACC的符號(hào)為正，且當(dāng)前鑒別器96提供的ERROR的符號(hào)為負(fù)，則兩者之間的符號(hào)有差別。因此，把累加器82中ACC的值復(fù)位到0，因而在步驟116清除其內(nèi)容。然而，如果在步驟114，來自前一次迭代的累加器ACC的符號(hào)也為負(fù)，則進(jìn)行步驟120，從而累加器的內(nèi)容ACC遞減一個(gè)單位。接著，進(jìn)行步驟122，以確定累加器的值A(chǔ)CC是否小于-128單位(它是允許的最小值)。如果小于-128，則累加器的值A(chǔ)CC保持在-128。如果不小于-128，則保留累加器的值A(chǔ)CC，從而進(jìn)行步驟105。把ACC被4除，舍去小數(shù)得到的整數(shù)值加到SMOOTH先前的值中。如果ACC為4或更大，則建立一個(gè)新的SMOOTH值?；剡^來參看步驟106，如果ERROR的符號(hào)確定為正，則進(jìn)行步驟130，以確定ERROR的值是否大于127。如果大于127，則在步驟132，ERROR的值保持在127。如果不大于127，則保留ERROR的值。接著，進(jìn)行步驟134，從而把增量值DEL設(shè)定為等于ERROR被16除+1的值。因此，DEL的最大值為+8。使SMOOTH的值遞增到等于先前的SMOOTH值加上此增量值DEL。接著，在步驟138，確定來自前一次迭代的累加器82的ACC的符號(hào)。如果它為負(fù)且現(xiàn)在ACC的輸入符號(hào)為正，則在步驟116把ACC的值復(fù)位到等于零，因此清除其內(nèi)容。如果來自前一次迭代的ACC的符號(hào)也為正，則在步驟140把累加器的值A(chǔ)CC遞增一個(gè)單位。在步驟142，確定ACC的值是否大于127個(gè)單位。如果大于127，則把ACC的值保持在127。如果不大于127，則保留ACC的值。接著，進(jìn)行步驟105，以把SMOOTH的值遞增到SMOOTH加上ACC被4除再舍去小數(shù)的整數(shù)值。可以看出，對(duì)于大的階躍輸入，在濾波器每次迭代時(shí)，累加器的值A(chǔ)CC將繼續(xù)遞增或遞減，SMOOTH的最大增量是39個(gè)單位，即，127被4除舍去小數(shù)后的整數(shù)值加上從線97上的阻尼增益部分加到加法器90的8個(gè)單位。一旦濾波器輸出SMOOTH已遞減或遞減到或超過輸入值RAW，則在下一次迭代期間，累加器控制器84將確定86處其輸入端上ERROR的符號(hào)不同于來自前一次迭代的累加器82中ACC的符號(hào)，因此清除其內(nèi)容。對(duì)此次迭代，只能由線90上的阻尼增益部分加上+8或-8個(gè)單位(DEL)。如果線14上的輸出SMOOTH擺動(dòng)到超過輸入值RAW幾個(gè)單位，則隨后的濾波器迭代將引起累加器82的內(nèi)容ACC遞增或遞減，從而由整數(shù)除法電路94將提供一個(gè)非零值，因此使線14上的輸出SMOOTH更快地等于線12上的輸入信號(hào)RAW。為了進(jìn)一步說明當(dāng)階躍輸入時(shí)，濾波器81如何以最小的過沖快速地轉(zhuǎn)換和斜升，現(xiàn)在參考圖4的曲線?？梢钥吹?，從時(shí)刻T0到T1，只有97上的阻尼增益DEL對(duì)濾波器輸出的增量有貢獻(xiàn)。從時(shí)刻T1到T2，累加器值A(chǔ)CC繼續(xù)增加直到最大值127，并開始對(duì)斜升有貢獻(xiàn)。在時(shí)刻T2，累加器82的值A(chǔ)CC等于127，而舍去小數(shù)的整數(shù)除法電路94的輸出為31個(gè)單位。此31個(gè)單位加上來自97上阻尼增益的8個(gè)單位，總數(shù)為39個(gè)單位，而從時(shí)刻T2到時(shí)刻T3的斜率是39個(gè)單位。在時(shí)刻T3，SMOOTH的輸出值等于或超過RAW的輸入值，而在下一次迭代上，將清除累加器82的內(nèi)容。如上所述，如果在前一次迭代期間累加器82的貢獻(xiàn)大到足以引起SMOOTH的新值稍稍超過RAW的輸入值，則濾波器的輸出值可稍稍過沖。從時(shí)刻T3到T4，SMOOTH將遞減，直到輸出值SMOOTH等于輸入值RAW。累加器82可短暫地貢獻(xiàn)，直到輸出值SMOOTH與輸入值RAW匹配。如圖4可以理解，經(jīng)過一次迭代，轉(zhuǎn)換曲線的速率將快速達(dá)到39個(gè)單位，因此對(duì)快速實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的收斂提供了快速的響應(yīng)時(shí)間。此收斂的持續(xù)時(shí)間用Tt示出。從表示16.67毫秒的數(shù)字計(jì)數(shù)變到表示20毫秒的數(shù)字計(jì)數(shù)，Tt的持續(xù)時(shí)間大約是5.5秒。可以看出，以最小的過沖得到快速收斂時(shí)間。參考以下的表1，當(dāng)輸入從相應(yīng)于16.67毫秒的41667個(gè)計(jì)數(shù)階躍到相應(yīng)于20毫秒的50000個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)每次迭代的濾波器輸出值SMOOTH。表1SMOOTHSMOOTH時(shí)間(秒)周期(數(shù)目)周期(毫秒)0.004166716.6670.024167516.6700.044168316.6730.064169116.6760.084170016.6800.104170916.6840.124171816.6870.144172716.6910.164173716.6950.184174716.6990.204175716.7030.224176716.7070.244177816.7110.264178916.7160.284180016.7200.304181116.7240.324182316.7290.344183516.7340.364184716.7390.384185916.7440.404187216.7490.424188516.7540.444189816.7590.464191116.7640.484192516.7700.504193916.7760.524195316.7810.544196716.7870.564198216.7930.584199716.7990.604201216.8050.624202716.8110.644204316.8170.664205916.8240.684207516.8300.704209116.8360.724210816.8430.744212516.8500.764214216.8570.784215916.8640.804217716.8710.824219516.8780.844221316.8850.864223116.8920.884225016.9000.904226916.9080.924228816.9150.944230716.9230.964232716.9310.984234716.9391.004236716.9471.024238716.9551.044240816.9631.064242916.9721.084245016.9801.104247116.9881.124249316.9971.144251517.0061.164253717.0151.184255917.0241.204258217.0331.224260517.0421.244262817.0511.264265117.0601.284267517.0701.304269917.0801.324272317.0891.344274717.0991.364277217.1091.384279717.1191.404282217.1291.424284717.1391.444287317.1491.464289917.1601.484292517.1701.504295117.1801.524297817.1911.544300517.2021.564303217.2131.584305917.2241.604308717.2351.624311517.2461.644314317.2571.664317117.2681.684320017.2801.704322917.2921.724325817.3031.744328717.3151.764331717.3271.784334717.3391.804337717.3511.824340717.3631.844343817.3751.864346917.3881.884350017.4001.904353117.4121.924356317.4251.944359517.4381.964362717.4511.984365917.4642.004369217.4772.024372517.4902.044375817.5032.064379117.5162.084382517.5302.104385917.5442.124389317.5572.144392717.5712.164396217.5852.184399717.5992.204403217.6132.224406717.6272.244410317.6412.264413917.6562.284417517.6702.304421117.6842.324424817.6992.344428517.7142.364432217.7292.384435917.7442.404439717.7592.424443517.7742.444447317.7892.464451117.8042.484455017.8202.504458917.8362.524462817.8512.544466717.8672.564470617.8822.584474517.8982.604478417.9142.624482317.9292.644486217.9452.664490117.9602.684494017.9762.704497917.9922.724501818.0072.744505718.0232.764509618.0382.784513518.0542.804517418.0704.864919119.6764.884923019.6924.904926919.7084.924930819.7234.944934719.7394.964938619.7544.984942519.7705.004946419.7865.024950319.8015.044954219.8175.064958119.8325.084962019.8485.104965919.8645.124969819.8795.144973719.8955.164977619.9105.184981519.9265.204985419.9425.224989319.9575.244993119.9725.264996719.9875.285000120.0005.305000020.0005.325000020.0005.345000020.0005.365000020.0005.385000020.0005.405000020.0005.425000020.0005.445000020.0005.465000020.0005.485000020.0005.505000020.000開始，相應(yīng)于圖4中的時(shí)段T0到T1，可看到只由阻尼增益使SMOOTH的計(jì)數(shù)值遞增。相應(yīng)于時(shí)段T1到T2，此增量快速變大，相應(yīng)于時(shí)段T2到T3，大多數(shù)迭代使SMOOTH遞增39個(gè)單位。在最后幾次迭代中，可看到輸出為快速收斂SMOOTH回落以等于輸入RAW?？傊梢杂梅至⒌哪M電路或使用微控制器數(shù)字地在軟件中實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明的濾波器。每當(dāng)對(duì)積分器或累加器呈現(xiàn)的誤差的符號(hào)與來自先前一次迭代的其輸出的符號(hào)不匹配時(shí)，清除第一積分器或累加器。這防止了過沖。限幅器限制了積分器/累加器輸出的范圍。在把積分器或累加器的值加到第二積分器或累加器前，用整數(shù)除法電路對(duì)其值提供了具有舍去小數(shù)的二進(jìn)制換算。當(dāng)來自鑒別器的誤差接近于零時(shí)，第一累加器或第一積分器輸出的清除引起濾波器從2型回路到1型回路的轉(zhuǎn)換。也應(yīng)用誤差鑒別器對(duì)誤差大小進(jìn)行量化成為正誤差、負(fù)誤差、或無誤差。第一積分器或第一累加器響應(yīng)于此誤差符號(hào)?？偸沁\(yùn)用第二積分器或第二累加器。如圖4中的曲線所示和表1所述，對(duì)于大的單位階躍輸入，在隨后的積分期間第一累加器或第一積分器以較大的權(quán)重貢獻(xiàn)。本發(fā)明的濾波器可容易和廉價(jià)地用硬件或軟件來實(shí)現(xiàn)，它非常適合于對(duì)用于顯示系統(tǒng)的VSYNC輸入進(jìn)行濾波，也非常適合于其它的控制系統(tǒng)應(yīng)用。雖然已依據(jù)特殊的較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但通過閱讀本申請(qǐng)，本發(fā)明的許多變化和改變對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員將變得很明顯。于是考慮到已有技術(shù)試圖把所附的權(quán)利要求闡述得盡可能寬，以包含這些所有的變化和改變。權(quán)利要求1.一種具有輸入端和輸出端的濾波器，其特征在于包括(a)第一電路，用于接收來自所述濾波器輸入端的輸入信號(hào)和來自所述濾波器輸出端的反饋信號(hào)，并提供由表示其差值的第一信號(hào)；(b)誤差鑒別器，提供表示所述第一信號(hào)的符號(hào)的第一輸出；(c)第一積分器，具有接收所述鑒別器第一輸出的輸入端，所述第一積分器對(duì)其輸出端提供第二信號(hào)，并且當(dāng)所述第二信號(hào)的符號(hào)與所述接收到的鑒別器第一輸出的符號(hào)不相同時(shí)，進(jìn)一步把所述第二信號(hào)復(fù)位到預(yù)定值；(d)第二電路，用于把來自所述第一積分器的所述第二信號(hào)與來自所述誤差鑒別器的所述第一輸出相加，并產(chǎn)生表示所述和的第三信號(hào)；以及(e)第二積分器，具有接收來自所述第二電路的所述第三信號(hào)的輸入端，而其輸出端連到濾波器的輸出端。2.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于還包括整數(shù)除法電路，用于接收所述第一積分器第二信號(hào)并對(duì)所述第二信號(hào)進(jìn)行整數(shù)除法，以及把所述以整數(shù)除法的第二信號(hào)輸出到所述第二電路。3.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于所述誤差鑒別器第一輸出也具有相對(duì)于第一電路第一信號(hào)的大小的大小。4.如權(quán)利要求3所述的濾波器，其特征在于當(dāng)所述第一電路第一信號(hào)小與預(yù)定值時(shí)，所述鑒別器第一輸出的大小與所述第一電路第一信號(hào)的大小相同。5.如權(quán)利要求1所述的濾波器，其特征在于還包括限幅器電路，用于把所述第一積分器第二信號(hào)的大小限制到預(yù)定的范圍。6.一種使用具有輸入端和輸出端的濾波器來處理信號(hào)的方法，其特征在于包括以下步驟(a)從濾波器輸入端處的輸入信號(hào)中減去濾波器輸出端處的反饋信號(hào)，并相對(duì)于它們的差值產(chǎn)生差值信號(hào)；(b)確定所述差值的符號(hào)；(c)相應(yīng)于所述差值的符號(hào)遞增或遞減第一累加器，以提供第一累加器輸出信號(hào)，但如果差值的符號(hào)與所述先前的第一累加器輸出信號(hào)的符號(hào)不相同，則把所述第一累加器輸出信號(hào)復(fù)位到預(yù)定值；(d)把所述第一累加器輸出信號(hào)加到所述差值信號(hào)，以產(chǎn)生相加信號(hào)；(e)遞增把所述相加信號(hào)提供到其輸入端的第二累加器，并對(duì)濾波器輸出端提供輸出；以及(f)重復(fù)所述步驟a)到f)。7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括在把所述步驟c)中的所述第一累加器輸出信號(hào)加到所述步驟d)中的所述差值信號(hào)前，對(duì)所述第一累加器輸出信號(hào)進(jìn)行整數(shù)除法的步驟。8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括當(dāng)所述第一累加器內(nèi)容的符號(hào)與提供至所述第一累加器的所述差值信號(hào)的符號(hào)不相同時(shí)，清除所述步驟c)中所述第一累加器內(nèi)容的步驟。9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于還包括把所述第一累加器輸出信號(hào)的值限制到預(yù)定范圍的步驟。全文摘要一種跟蹤濾波器(10，80)，當(dāng)用于無過沖或阻尼振蕩的快速穩(wěn)定和收斂回路誤差接近于0時(shí)，它可從2型回路轉(zhuǎn)換到1型回路。濾波器既可作為硬件中的模擬電路(10)來實(shí)現(xiàn)，也可數(shù)字地在軟件中實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的跟蹤濾波器具有用于在存在誤差和噪聲時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑的長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)(窄帶寬)，也具有對(duì)階躍輸入等持續(xù)誤差所需的無過沖快速穩(wěn)定時(shí)間。文檔編號(hào)G05B11/42GK1158027SQ96106119公開日1997年8月27日申請(qǐng)日期1996年6月13日優(yōu)先權(quán)日1995年6月13日發(fā)明者S·W·馬歇爾申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司