[其他]低频数字陷波滤波器

说明书

本发明是关于低频数字陷波滤波器以及包括这种滤波器的复合滤波器的设计的改进。

有许多数字信号处理（DSP）的应用，其中所需的功能元件之一是抑制任何低频信号的滤波器，可能的话还抑制该信号的任何直流成分。这样一个滤波器的典型应用场合是在被处理的数字信号是一个模拟信号的数字表示，且该模拟信号包含不需要的50赫或60赫信号时。这些信号会是从邻近电源设备线路耦合于系统所产生的信号;常常需要除去这些不需的信号及存在的任何直流成分。

至今已有许多不同的滤波器结构被考虑来实施这样的滤波器，特别是在需要清除的信号的频率大大小于系统采样频率（约1%）的应用场合。在考虑这种结构的适用性时，必须考虑它们的性能的许多方面。譬如为了能保证简易有效的实施，希望滤波器有合理的有规则的结构，并且考虑到价格因素，复杂性要最小。另外一个必要条件是乘法部件要保持最少，最好乘法器系数的字长也为最小，还有导向提高信号字长需要的其他性能考虑。循环滤波器结构倾向于放大任何分层噪声，这样噪声总是跟随在乘法器级后面的舍位处理时产生，通常在信号字长中采用附加位来补偿这种放大，从而使滤波器噪声保持在可接受水平。还必须考虑在滤波器内部结点处的信号大小。一个具有高有效Q-因素的滤波器在其内部结点处会有比输入信号大40dB的信号，在一定的频率上，即使总的增益是1。提高信号字长还可避免限幅。

例如，设想这样一种应用情况，在一个采样频率为8赫的系统内50赫和60赫的信号至少需要衰减25dB，并消除所有直流分量，而使200赫的信号衰减小于0.7dB。

一个包括双二次方节的滤波器将是很有规则且易于实施的。然而这样一个经选择具有最佳噪声和信号增加长性能的滤波器包括多至14个9位乘法器和6个延迟单元。在内部结点处的噪声增益为0d    B情况下，噪声放大约为13d    B，如前所述，信号字长需增加附加3位来补偿滤波器。但应注意到存在许多替换结构，例如，用11个乘法器和5个延迟单元实施的滤波器会具有相当可观的坏信号增长特性。

本发明的目的是提供一个具有合理通用结构的数字滤波器，但与已有的滤波器相比，结构简单，性能相当或更好。

根据本发明提供了一种低频数字陷波滤波器，它包括：

一个输入节点;

一个连接于上述节点的全通网络滤波器，包括至少一个延迟单元，至少一个具有乘法系数为K₁的系数乘法器，该滤波器的转换函数A（Z）由由下式给出：

A（Z）＝〔Z^-1+K₁〕/〔1+K₁Z^-1〕式中Z^-1是单位延迟算子;

一个T型滤波器，其输入与上述全通网络滤波器的输出连接，其输出与上述输入节点呈负反馈连接，该T型滤波器包括至少一个延迟单元和至少三个系数乘法器，其乘法系数分别为K₂、K₃和K₄。它的通过量转换函数B（Z）由下式给出：

B（Z）＝〔1+（K₂·K₄-K₃）Z^-1〕/〔1-K₃Z^-1〕，并且它的输入至抽头转换函数C（Z）由下式给出：

C（Z）＝K₂Z^-1/（1-K₃Z^-1）;以及

一个端输出节点，它与上述T型循坏滤波器的输出相连接，并连接到上述输入节点。

上述陷波滤波器根据应用情况可与一个直流抑制滤波器串联在一起。

本说明书的附图包括：

图1，是根据本发明实施的一个低频数字陷波滤波器的电路图;

图2，是与图1所示的陷滤波器联合使用的直流抑制滤波器的电路图;

图3，是说明典型的增益频率响应，和使用上述图1、图2所示滤波器的组合所能达到的频率响应的曲线图。

现在参考上述附图，举例描述本发明的实施例。

一个复合带阻滤波器的低频陷波滤波器部件示于图1中，该部件主要包括2个子滤滤器，即一个全通网络滤波器1和一个T型滤波器3。

全通网络滤波器1包括有一个延迟单元5和一个系数乘法器7。该滤波器的转换函数A（Z）由下式给出：