[发明专利]跟踪滤波器

说明书

参照以下一般指定的同时的专利申请，其内容通过引用包括于此。

  流  水  号  名    称  申  请  日  TI-20669(代理人的记录#)低成本锁相电动机控制方法和结构95年6月13日

本发明一般涉及跟踪滤波器，尤其涉及具有用于在存在误差和噪声时对信号进行平滑的长的时间常数(窄带宽)，也具有对阶跃输入等持续误差所需的无过冲(overshoot)的快速稳定时间的跟踪滤波器。

在许多控制系统的应用中，需要一种时间常数长的(窄带宽)滤波器，以滤除统计测量误差值和噪声。同时对阶跃输入等持续误差值，需要进行无过冲的快速稳定。可使通常的2型模拟(第二级)跟踪回路具有任意小的带宽，以应付滤波的需要。然而，为了得到快速稳定，将在通带内产生过冲或阻尼振荡(ringing)。虽然增加阻尼可使过冲和阻尼振荡减少，但却增加了对瞬时响应的敏感性。

常规的第二级回路的数字实现至少需要三个乘法器。此数字实现硬件密集且相当昂贵。第二级回路的模拟实现至少需要两个运算放大器和相关的微调元件。一个常规的模拟滤波器(称为Chebyshev滤波器)在滤波器的通频带内具有很小等波纹特征。当在许多控制系统应用中用作低通滤波器时，很难在不使用高级滤波器(硬件密集且昂贵)的情况下获得快速稳定时间。

在电视机等视频显示系统和计算机的图像终端中，显示必须与视频信号的垂直帧速率同步。一种同步方法需要准确测量垂直同步VSYNC周期。通过计数在VSYNC脉冲之间产生的参考时钟脉冲的数目来确定VSYNC周期。一般，使VSYNC周期数据通过低通滤波器，以滤除与信号上的噪声、量化和异常(singularity)(可能由改变信道和从新的信道获得新的VSYNC脉冲而产生)相关联的测量误差。

此外，显示系统的输入源可具有变化的VSYNC周期(由于不同的脉冲源具有不同的显示速率)。例如，一个NTSC格式化信号具有60赫兹的显示速率，因而垂直同步周期为16.67毫秒。在PAL显示系统中，帧速率是50赫兹，则垂直同步周期为20毫秒。在计算机图像产生的信号中，相应于13.6毫秒的垂直同步周期，常用的显示速率是72赫兹。

例如当将源从NTSC信号切换到PAL信号时，垂直同步周期将立即从16.66毫秒变到20毫秒。用于显示系统的调制部分的代表该周期的模拟或数字跟踪信号将从代表16.67毫秒的一个稳定电平阶跃到代表20毫秒的第二稳定电平。运用通带宽小的滤波器，以滤除该瞬变状态并防止响应于此瞬变时的异常。此外，结构相当简单的廉价的低通滤波器具有较慢的稳定时间，并且会产生过冲和阻尼振荡。

需要提供一种成本低、简单并具有快速稳定时间(在通带宽范围中没有过冲或阻尼振荡)的小带宽跟踪滤波器。这样的滤波器适用于包括显示系统等许多需要处理低频信号的装置中，在这些装置中需要过冲或阻尼振荡很小或没有的快速稳定。