專利名稱：自適應(yīng)低通濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濾波器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一種自適應(yīng)低通濾波器。
背景技術(shù)：
目前，濾波器是無(wú)線電技術(shù)中許多設(shè)計(jì)問(wèn)題的中心，在數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和通信系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中低通濾波器更是許多信號(hào)處理過(guò)程中的必要環(huán)節(jié)。在信號(hào)頻率范圍較窄的場(chǎng)合可采用截止頻率固定的低通濾波器進(jìn)行濾波。但是在很多應(yīng)用領(lǐng)域所處理信號(hào)的頻率在較大范圍變化，這時(shí)采用截止頻率固定的低通濾波器很難滿足要求， 就需要設(shè)計(jì)截止頻率可變的低通濾波器?，F(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)截止頻率可變的現(xiàn)有技術(shù)是一是采用電容電阻網(wǎng)絡(luò)以及模擬開(kāi)關(guān)構(gòu)建的可調(diào)截止頻率的低通濾波器，這種實(shí)現(xiàn)方式精度不高、控制復(fù)雜、實(shí)時(shí)性差，而且由于各部分電容差異的存在對(duì)信號(hào)幅度和相位都會(huì)造成不可預(yù)料的影響；二是直接利用一些單片有源濾波芯片，通過(guò)時(shí)鐘控制濾波頻率，但構(gòu)成的濾波電路噪聲較大，且大范圍跟蹤頻率的誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、成本低、調(diào)節(jié)方便的自適應(yīng)低通濾波器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用截止頻率固定的低通濾波器，很難滿足許多應(yīng)用領(lǐng)域所處理信號(hào)的頻率在較大范圍變化要求這一技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是
一種自適應(yīng)低通濾波器，包括整形電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路及低通濾波電路，待測(cè)信號(hào)分為兩路一路待測(cè)信號(hào)輸入到整形電路進(jìn)行整形，將待測(cè)信號(hào)整形為脈沖信號(hào)，將該脈沖信號(hào)輸入到頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將該脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再將該電壓信號(hào)輸入到低通濾波電路中模擬乘法器的一端；另一路待測(cè)信號(hào)直接輸入到低通濾波電路中模擬乘法器的另一端，經(jīng)過(guò)低通濾波電路后，實(shí)現(xiàn)截止頻率到輸入頻率的自動(dòng)適應(yīng)。所述的整形電路中定時(shí)器選用的是NE555。所述的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路中頻率電壓轉(zhuǎn)換芯片選用的是LM331。所述的低通濾波電路中模擬乘法器采用四通道、四象限電壓輸出形式的MLT04。本發(fā)明提供的上述自適應(yīng)低通濾波器，是一種純硬件電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式，主要由整形電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路和低通濾波電路構(gòu)成，充分利用了頻率電壓轉(zhuǎn)換器和模擬乘法器的優(yōu)點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、成本低、調(diào)節(jié)方便，能夠?qū)崿F(xiàn)濾波器的截止頻率根據(jù)待測(cè)信號(hào)頻率自動(dòng)適應(yīng)的目的，適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域所處理信號(hào)的頻率在較大范圍變化的需要。另外，該自適應(yīng)低通濾波器的整形電路定時(shí)器選用的是NE555，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用方便、實(shí)時(shí)性好，能有效清除信號(hào)中摻雜的噪聲等特點(diǎn)；頻率電壓轉(zhuǎn)換電路中頻率電壓轉(zhuǎn)換芯片選用LM331，充分利用了 LM331的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路具有良好的線性度且轉(zhuǎn)換誤差能減小到0. 01% ；低通濾波電路中模擬乘法器選用MLT04，實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算無(wú)需外接其他元件，構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫度穩(wěn)定性好且功耗低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是整形電路原理圖3是頻率電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖； 圖4是低通濾波電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
及其附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明包括整形電路1、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路2 和低通濾波電路3，其中，整形電路1的作用是將正弦信號(hào)整形為脈沖信號(hào)；頻率電壓轉(zhuǎn)換電路2的作用就是將輸入的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，輸出的電壓信號(hào)能與輸入的脈沖頻率成線性關(guān)系，并可通過(guò)測(cè)量其輸出端的電壓值來(lái)間接測(cè)量輸入的脈沖頻率；低通濾波電路3中起主要作用的是模擬乘法器，其作用是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的相乘。具體電路設(shè)計(jì)為待測(cè)信號(hào)Vi分別接入整形電路1和低通濾波電路3 ；頻率電壓轉(zhuǎn)換電路2分別與整形電路1和低通濾波電路3連接。待測(cè)信號(hào)Vi分兩路，一路待測(cè)信號(hào)進(jìn)入整形電路1，經(jīng)過(guò)整形電路1 后的待測(cè)信號(hào)被整形為脈沖信號(hào)V1,該脈沖信號(hào)V1進(jìn)入頻率電壓轉(zhuǎn)換電路2，將脈沖信號(hào)V1 轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)V2，轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)V2再進(jìn)入低通濾波電路3中乘法器的一端，通過(guò)該電壓信號(hào)間接調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率；另一路待測(cè)信號(hào)進(jìn)入低通濾波電路3中的模擬乘法器的另一端，經(jīng)過(guò)低通濾波電路后實(shí)現(xiàn)截止頻率到輸入頻率的自適應(yīng)。圖2為整形電路原理圖。結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明的整形電路通過(guò)定時(shí)器NE555和一些特定值的電阻電容構(gòu)成。具體包括=U1為定時(shí)器ΝΕ555、&和&都為IOK電阻、C1和C2 都為0. OluF電容。其中=U1的第6引腳和第2引腳接電容C1的同一端，同時(shí)第6引腳接電阻&的一端，第2引腳接電阻隊(duì)的一端。電容C1的另一端接待測(cè)信號(hào)Vi,電阻隊(duì)的另一端接電源+5ν，電阻&的另一端接電源地GND。仏的第5引腳接電容C2的一端，電容C2的另一端接電源地GND。U1的第1引腳也接電源地GNDj1的第4引腳和第8引腳接電源+5v，U1 的第7引腳懸空，U1的第3引腳為整形后脈沖信號(hào)V1輸出端。圖3是本發(fā)明的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖。結(jié)合圖1、圖3，本發(fā)明的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路由頻率電壓轉(zhuǎn)換芯片LM331和一些特定值的電阻電容構(gòu)成。具體包括U2為頻率電壓轉(zhuǎn)換芯片LM331、C3為470pF電容、R3> R4為IOK電阻，R5為68K電阻、R8為12K電阻、R9 為漲電位器、C5為0. IuF電容、R6、R7為待定電阻、C4為待定電容。其中U2的第6引腳接電容C3、電阻R3的一端，電容C3的另一端接脈沖信號(hào)V1,電阻R3的另一端接電源+15v。U2 的第7引腳同時(shí)接電阻R4、電阻&的一端，電阻R4的另一端接電源+15v，電阻&的另一端接電源地GND。U2的第2引腳接電阻&的一端，電阻&的另一端接滑動(dòng)變阻器&的一端， 滑動(dòng)變阻器&的另一端接電源地GND。U2的第3、4引腳都接電源地GND。U2的第5弓丨腳同時(shí)接電阻&和電容C4的一端，電阻&的另一端接電源+15v，電容C4的另一端接電源地 GND。U2的第1引腳同時(shí)接電阻R7和電容C5的一端，電容C5和電阻R7的另一端同時(shí)接電源地GND。同時(shí)U2的第1引腳也作為轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)V2的輸出端。U2的第8引腳接電源 +15v。脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路后，輸出的電壓與輸入的脈沖信號(hào)的頻率之間的關(guān)系式如1式所示
(1)式中 < 為待測(cè)信號(hào)Vi的頻率，電阻Rs的值為# =R^R9，由(1)式可以看出
只要合理改變電容值和電阻值就可以改變輸出電壓與輸入頻率之間的線性關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)低通濾波器，其特征是它包括整形電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路及低通濾波電路，待測(cè)信號(hào)分為兩路一路待測(cè)信號(hào)輸入到整形電路進(jìn)行整形，將待測(cè)信號(hào)整形為脈沖信號(hào)，將該脈沖信號(hào)輸入到頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，經(jīng)過(guò)頻率電壓轉(zhuǎn)換電路將該脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再將該電壓信號(hào)輸入到低通濾波電路中模擬乘法器的一端；另一路待測(cè)信號(hào)直接輸入到低通濾波電路中模擬乘法器的另一端，經(jīng)過(guò)低通濾波電路后，實(shí)現(xiàn)截止頻率到輸入頻率的自動(dòng)適應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)低通濾波器，其特征是所述的整形電路中的定時(shí)器采用的是NE555。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)低通濾波器，其特征是所述的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路中的頻率電壓轉(zhuǎn)換芯片選用LM331。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)低通濾波器，其特征是所述的低通濾波電路中的模擬乘法器采用四通道、四象限電壓輸出形式的MLT04。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)低通濾波器，主要包括整形電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路和低通濾波電路，首先將待測(cè)信號(hào)分兩路，一路輸入整形電路將輸入信號(hào)變換為脈沖信號(hào)，然后將該脈沖信號(hào)輸入到頻率電壓轉(zhuǎn)換電路，將輸入的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再將該電壓信號(hào)輸入到低通濾波電路的模擬乘法器的一端，通過(guò)該電壓信號(hào)間接調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率，另一路信號(hào)直接輸入到低通濾波電路中模擬乘法器的另一端，從而實(shí)現(xiàn)截止頻率到輸入頻率的自動(dòng)適應(yīng)。該自適應(yīng)低通濾波器利用頻率電壓轉(zhuǎn)換的原理同時(shí)結(jié)合模擬乘法器而實(shí)現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、成本低、調(diào)節(jié)方便，適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域所處理信號(hào)的頻率在較大范圍變化的需要。
文檔編號(hào)H03H21/00GK102361437SQ201110327498
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者何玉霞, 冉興萍, 馮菁, 張亞輝, 張維昭, 李小勇, 王科寧, 范滿紅, 馬智峰, 馬勝前 申請(qǐng)人:西北師范大學(xué)