[发明专利]信号滤波器、滤波方法以及信号监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种信号滤波器、滤波方法以及信号监控系统。

背景技术

图1描述了一种现有技术的信号监控系统100。信号监控系统100包括差分电阻电容低通滤波器(resi stor-capacitor low-pass filter，简称为RC低通滤波器)102和差分模拟数字转换器(analog-to-digital converter，简称为AD转换器)104。AD转换器104包括与RC低通滤波器102连接的输入端INP和输入端INN。RC低通滤波器102接收输入信号V_IN，阻隔或减小混合在输入信号V_IN的高频噪声，并且将输入信号V_IN的低频部分V’_IN传递给AD转换器104。RC低通滤波器102能产生输出信号V_OUT1和输出信号V_OUT2，且控制输出信号V_OUT1和输出信号V_OUT2之差等于低频部分V’_IN与RC低通滤波器102的增益g₁₀₂的乘积，例如：V_OUT2-V_OUT1＝V’_IN×g₁₀₂。AD转换器104接收差分信号V_D，例如：V_D＝V_OUT2-V_OUT1，且产生表示差分信号V_D的数字信号106。

然而，在信号监控系统100中，需要对系统的响应速度和监测准确度进行折衷选择。更具体地说，根据低通滤波器的特性，RC低通滤波器102的主极点频率f_p(或称为第一极点频率)由下式给出：

f_p＝1/(2π×R×C)

其中，R表示RC低通滤波器102的等效电阻值，C表示RC低通滤波器102的等效电容值。由于RC低通滤波器102的等效电阻值和等效电容值恒定，RC低通滤波器102的主极点频率f_p恒定，因此由主极点频率f_p决定的RC低通滤波器102的带宽恒定。

为了提高RC低通滤波器102根据输入信号V_IN的变化来改变输出信号V_OUT1和输出信号V_OUT2的速度，RC低通滤波器102的带宽需要增加。然而，RC低通滤波器102的带宽越大，越多混合在输入信号V_IN中的噪声会被传递给AD转换器104。换句话说，增加RC低通滤波器102带宽会减小信号监控系统100的监测准确度。相反地，RC低通滤波器102的带宽越窄，RC低通滤波器102的响应速度就越慢。于是，需要对响应速度和监测准确度进行折衷选择。因此，现有技术的信号监控系统100很难同时实现增加响应速度和提高监测准确度。

此外，如果输入信号V_IN在0V到5V之间变化，并且RC低通滤波器102的增益g₁₀₂等于1，那么从RC低通滤波器102到AD转换器104的差分信号V_D也在0V到5V之间变化。由于AD转换器104为双极输入，AD转换器104的差分输入范围至少为-5V到5V。如果AD转换器104为12位AD转换器，AD转换器104的最低有效位(least significant bit，简称为L SB)的电压值由下式给出：

LSB＝5V/2¹¹＝2.44mV

LSB电压值越大，AD转换器104的测量精度就越低。然而，在信号监控系统100中，浪费了AD转换器104差分输入范围的一半，例如：-5V到0V的范围。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种信号滤波器、滤波方法以及信号监控系统，既加快监控系统的响应速度又提高其监测准确度。