一種具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于信號(hào)處理電路領(lǐng)域，特別是涉及到一種能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換處理的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路。本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路具體包括減法電路、濾波電路、加法電路、采樣保持電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成，具體連接方式為：模擬電壓信號(hào)接至減法電路的正輸入端，采樣保持電路的輸出接至減法電路的負(fù)輸入端；濾波電路的輸入端與減法電路的輸出端連接在一起。本發(fā)明可以有效地從輸入信號(hào)中突出干擾信號(hào)的影響，進(jìn)而利用濾波電路將其濾除，具有優(yōu)異的濾波效果。
【專利說明】
一種具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)處理電路領(lǐng)域，特別是涉及到一種能夠?qū)δM信號(hào)進(jìn)行濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換處理的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動(dòng)化設(shè)備的工作過程中，需要利用傳感器將外界的物理量轉(zhuǎn)換為電氣的模擬信號(hào)，由于模擬信號(hào)中必不可免的包含有大量的干擾，因此必須要先對(duì)其進(jìn)行濾波處理，然后才能進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換等其他操作或分析?，F(xiàn)有的硬件濾波電路主要有慣性濾波器、一階低通或者二階低通有源濾波器等幾種，這些濾波器雖然可以有效消除干擾信號(hào)，使模擬信號(hào)的波形更加平滑，但是這也導(dǎo)致了濾波后的電壓波形存在波形畸變、交流信號(hào)相位滯后等問題，這些缺陷限制了硬件濾波電路在實(shí)際中的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種可以在有效解決模擬電壓信號(hào)濾波前后波形畸變、相位滯后等問題的前提下，對(duì)其進(jìn)行快速、高效的濾波處理，并最終實(shí)現(xiàn)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
[0005]本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路具體包括減法電路、濾波電路、加法電路、采樣保持電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成，具體連接方式為:模擬電壓信號(hào)接至減法電路的正輸入端，采樣保持電路的輸出接至減法電路的負(fù)輸入端;濾波電路的輸入端與減法電路的輸出端連接在一起;加法電路的一個(gè)輸入端與濾波電路的輸出端連接在一起，另一個(gè)輸入端與采樣保持電路的輸出端連接在一起;模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)輸入端與加法電路的輸出端連接在一起，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸出端為外界其他電路提供轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào);采樣保持電路的信號(hào)輸入端與加法電路的輸出端連接在一起;時(shí)鐘電路為采樣保持電路和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路提供其工作所必須的時(shí)鐘信號(hào)。
[0006]本發(fā)明的有益效果在于:
[0007](I)本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路，將當(dāng)前由外界電路提供的模擬電壓信號(hào)與上一個(gè)時(shí)鐘周期濾波后的模擬電壓信號(hào)作比較，通過減法電路減去相同的部分，得到電壓的變化量，即電壓增量，采用這種處理方法，可以有效地從輸入信號(hào)中突出干擾信號(hào)的影響，進(jìn)而利用濾波電路將其濾除，因此本發(fā)明提出的這種電路具有優(yōu)異的濾波效果。
[0008](2)在本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路中，雖然濾波電路也存在時(shí)滯問題，但是該時(shí)滯只是對(duì)電壓增量信號(hào)有一定的影響，經(jīng)過濾波后的電壓增量信號(hào)還要與上一個(gè)時(shí)鐘周期濾波后的模擬電壓信號(hào)相加，才能得到被濾波后的當(dāng)前的模擬電壓信號(hào)，由于電壓增量信號(hào)的幅值相對(duì)較小，所以加法電路輸出的濾波后的模擬電壓信號(hào)不會(huì)存在有明顯的時(shí)滯現(xiàn)象。時(shí)鐘電路輸出的時(shí)鐘信號(hào)頻率越高，電壓增量信號(hào)的幅值就會(huì)越小，對(duì)時(shí)滯現(xiàn)象的抑制就會(huì)越好。
[0009](3)在本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路中，時(shí)鐘電路同時(shí)為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和采樣保持電路提供時(shí)鐘信號(hào)，可以確保被模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換的濾波后的電壓信號(hào)同時(shí)被采樣保持電路采樣、保持，進(jìn)而在下一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，減法電路和加法電路都以該電壓信號(hào)為基準(zhǔn)，產(chǎn)生電壓增量信號(hào)和濾波后的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換所采用的信號(hào)的連續(xù)性。
【附圖說明】
[0010]圖1具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0012]本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路在工作過程中的運(yùn)行原理如下所述:
[0013](I)在某一個(gè)時(shí)鐘周期(時(shí)鐘周期由時(shí)鐘電路的輸出時(shí)鐘信號(hào)決定)內(nèi)，減法電路將當(dāng)前由外界電路提供的模擬電壓信號(hào)減去上一個(gè)時(shí)鐘周期濾波后的模擬電壓信號(hào)(即采樣保持電路的輸出信號(hào)，也可以理解為前一次進(jìn)行了模擬/數(shù)字的模擬電壓信號(hào))，其差值(即減法電路的輸出信號(hào))為當(dāng)前輸入的模擬電壓信號(hào)與上一次濾波后的模擬電壓信號(hào)之間的電壓增量，如果外界電路提供的模擬電壓信號(hào)中存在干擾信號(hào)，則該干擾信號(hào)必然存在于減法電路輸出的電壓增量信號(hào)中；
[0014](2)利用濾波電路對(duì)減法電路輸出的電壓增量信號(hào)進(jìn)行濾波，由于干擾信號(hào)的變化幅度遠(yuǎn)大于沒有干擾的電壓增量信號(hào)的變化(對(duì)于沒有干擾的連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)來說，其電壓增量的變化必然是小幅度且連續(xù)的)，因此設(shè)計(jì)合理的濾波電路必然會(huì)有效地濾除干擾信號(hào)；
[0015](3)濾波后的電壓增量經(jīng)過加法電路再與上一個(gè)時(shí)鐘周期濾波后的模擬電壓信號(hào)相加，就得到了被濾波后的當(dāng)前的模擬電壓信號(hào)；
[0016](4)當(dāng)由時(shí)鐘電路產(chǎn)生的下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和采樣保持電路被同時(shí)被觸發(fā)，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路對(duì)被濾波后的當(dāng)前的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，采樣保持電路對(duì)被濾波后的當(dāng)前的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行采樣保持；
[0017](5)隨著時(shí)間推移，時(shí)鐘電路產(chǎn)生連續(xù)的時(shí)鐘信號(hào)，以上過程不斷重復(fù)進(jìn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬電壓信號(hào)的濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換處理。
[0018]本發(fā)明提出的具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路在上電工作的第一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，由于采樣保持電路的輸出存在不確定性，會(huì)導(dǎo)致濾波效果有較大的誤差，但是經(jīng)過幾個(gè)時(shí)鐘周期后，該誤差就會(huì)被有效消除。因此當(dāng)外界電路使用本發(fā)明的電路提供的數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以通過軟件編程等方法，舍去最初幾個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而避免上電初始時(shí)刻的誤差影響。
[0019]實(shí)施方式一
[0020]減法電路的可采用以集成運(yùn)算放大器為核心的減法運(yùn)算電路來實(shí)現(xiàn)，其中的運(yùn)算放大器可選用0P07等芯片；
[0021]加法電路的可采用以集成運(yùn)算放大器為核心的減法運(yùn)算電路來實(shí)現(xiàn)，其中的運(yùn)算放大器可選用0P07等芯片；
[0022]濾波電路可根據(jù)實(shí)際需求選用現(xiàn)有的各種濾波電路，例如由電阻和電容構(gòu)成的阻容濾波電路等；
[0023]采樣保持電路可以采用現(xiàn)有的各種具有采樣、保持功能的芯片輔以外圍電路來實(shí)現(xiàn)，例如AD582芯片、LF198芯片等；
[0024]模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路可以采用現(xiàn)有的各種模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片輔以外圍電路來實(shí)現(xiàn)，例如ADC0809、AD7810等，要保證模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的工作頻率與采樣保持電路的工作頻率相一致；
[0025]時(shí)鐘電路可采用現(xiàn)有的各種能夠產(chǎn)生穩(wěn)定時(shí)鐘信號(hào)的電路或器件來實(shí)現(xiàn)，例如臥式晶振等，時(shí)鐘信號(hào)的頻率必須能夠滿足采樣保持電路和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有濾波和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換功能的電路，包括減法電路、濾波電路、加法電路、采樣保持電路、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和時(shí)鐘電路構(gòu)成，其特征在于:模擬電壓信號(hào)接至減法電路的正輸入端，采樣保持電路的輸出接至減法電路的負(fù)輸入端;濾波電路的輸入端與減法電路的輸出端連接在一起;加法電路的一個(gè)輸入端與濾波電路的輸出端連接在一起，另一個(gè)輸入端與采樣保持電路的輸出端連接在一起;模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的模擬信號(hào)輸入端與加法電路的輸出端連接在一起，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的輸出端為外界其他電路提供轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào);采樣保持電路的信號(hào)輸入端與加法電路的輸出端連接在一起;時(shí)鐘電路為采樣保持電路和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路提供其工作所必須的時(shí)鐘信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03M1/12GK105978567SQ201610289437
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】張強(qiáng), 姚任暢零, 張茜, 王珅, 付興利, 張煒, 白峻汀, 王云鵬, 宿小明, 王言暢
【申請(qǐng)人】哈爾濱工程大學(xué)