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數(shù)字電路噪聲濾波器及數(shù)字濾波方法

文檔序號:7542594閱讀:473來源:國知局
數(shù)字電路噪聲濾波器及數(shù)字濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種數(shù)字電路濾波器,包括:獨立毛刺濾除模塊,用于接收輸入信號,濾除信號中的獨立毛刺;關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊,其信號輸入端與所述獨立毛刺濾除模塊的輸出端連接,用于接收濾除了獨立毛刺的輸入信號,將與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺濾除;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺包括在信號波形之前出現(xiàn)的毛刺和在信號波形之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺與信號波形相距不超過毛刺的脈沖寬度;所述獨立毛刺濾除模塊和關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊在時間方向上分辨和濾除毛刺。還公開一種相應(yīng)的數(shù)字濾波方法。上述數(shù)字濾波器和數(shù)字濾波方法,采用在時間方向上分辨和濾除毛刺的方法,能夠消除幅值較大的脈沖噪聲,避免出現(xiàn)時鐘或信號錯誤。
【專利說明】數(shù)字電路噪聲濾波器及數(shù)字濾波方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字電路【技術(shù)領(lǐng)域】,特別是涉及一種數(shù)字電路噪聲濾波器和一種數(shù)字 濾波方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 芯片在系統(tǒng)中經(jīng)常會遭受外在干擾,例如靜電放電、瞬間的電源開關(guān)跳動或者閃 電引發(fā)的瞬間信號抖動等。以上干擾會引入時間短暫但幅度大的噪聲脈沖,其效果對于數(shù) 字電路近似毛刺,可能導(dǎo)致時鐘脈沖錯誤,或者信號傳輸錯誤。
[0003] 對于串?dāng)_引發(fā)的毛刺,一般的做法是采用施密特觸發(fā)器,使輸入信號的幅值在某 個范圍內(nèi)不會造成輸出信號跳動。施密特觸發(fā)器的輸入輸出曲線如圖1所示。輸入在小 于-T和從-T到T的范圍增大時,輸出為-M;輸入在大于T和從T到-T減小時,輸出為M。 這樣可以保證從-T到T的范圍內(nèi)輸出信號的平穩(wěn)。其中T是閾值電壓。
[0004] 但是施密特觸發(fā)器并不能很好地消除幅值很大的噪聲。當(dāng)噪聲幅值超過閾值電壓 T時(例如靜電放電),噪聲脈沖仍然會出現(xiàn)在輸出端。如圖2所示,是采用施密特觸發(fā)器對 噪聲抑制的效果。輸入信號IN中,方波為原有數(shù)字信號。標(biāo)記為1、2、3、4、5的毛刺為噪聲。 可以看到,施密特觸發(fā)器可以消除毛刺5,但毛刺1?4都無法消除。如果輸入信號是時鐘 信號,經(jīng)施密特觸發(fā)器后,原有時鐘信號中就會出現(xiàn)遠高于工作頻率的時鐘脈沖。如果輸入 信號是控制信號或資料信號,就會產(chǎn)生傳輸錯誤。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此,有必要提供一種能夠消除幅值較大的噪聲信號的數(shù)字電路濾波器。
[0006] -種數(shù)字電路濾波器,包括:獨立毛刺濾除模塊,用于接收輸入信號,濾除信號中 的獨立毛刺;關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊,其信號輸入端與所述獨立毛刺濾除模塊的輸出端連接,用 于接收濾除了獨立毛刺的輸入信號,將與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺濾除;所述與信號波形關(guān)聯(lián) 的毛刺包括在信號波形之前出現(xiàn)的毛刺和在信號波形之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān) 聯(lián)的毛刺與信號波形相距不超過毛刺的脈沖寬度;所述獨立毛刺濾除模塊和關(guān)聯(lián)毛刺濾除 模塊在時間方向上分辨和濾除毛刺。
[0007] 在其中一個實施例中,所述獨立毛刺濾除模塊包括第一延遲鏈、第二延遲鏈和加 法器,所述第一延遲鏈的信號輸入端接收輸入信號,所述第一延遲鏈的信號輸出端與第二 延遲鏈的信號輸入端連接,所述第一延遲鏈的信號輸入端、第一延遲鏈的信號輸出端以及 第二延遲鏈的信號輸出端均與所述加法器的輸入端連接。
[0008] 在其中一個實施例中,所述關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊包括第一D觸發(fā)器和第三延遲鏈, 所述第一D觸發(fā)器的D輸入端輸入常高電平、觸發(fā)端連接所述加法器的進位輸出端、Q輸出 端經(jīng)所述第三延遲鏈連接所述第一D觸發(fā)器的清零端。
[0009] 在其中一個實施例中,還包括除頻器,所述除頻器的信號輸入端與所述關(guān)聯(lián)毛刺 濾除模塊的輸出端連接,用于將濾除了獨立毛刺和關(guān)聯(lián)毛刺的信號進行分頻。
[0010] 在其中一個實施例中,所述除頻器為采用第二D觸發(fā)器的二分頻器,所述第二D觸 發(fā)器的觸發(fā)端連接所述關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊的信號輸出端、D輸入端與&輸出端連接、Q輸出 端輸出分頻信號。
[0011] -種數(shù)字濾波方法,包括如下步驟:濾除輸入信號中的獨立毛刺;濾除與信號波 形關(guān)聯(lián)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺包括在信號波形之前出現(xiàn)的毛刺和在信號波形 之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺與信號波形相距不超過毛刺的脈沖寬度;所 述濾除信號中的獨立毛刺和濾除與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的步驟中,均在時間方向上分辨和 濾除毛刺。
[0012] 在其中一個實施例中,所述濾除信號中的獨立毛刺的步驟具體包括:在當(dāng)前采樣 點、間隔第一延遲的采樣點以及間隔第二延遲的采樣點分別采樣獲得第一采樣值、第二采 樣值以及第三采樣值;將所述第一采樣值、第二采樣值以及第三采樣值按照數(shù)字邏輯相加, 并取進位輸出。
[0013] 在其中一個實施例中,所述濾除與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的步驟具體包括:接收所 述進位輸出信號,并將其輸入第一D觸發(fā)器的觸發(fā)端;所述第一D觸發(fā)器的觸發(fā)端的D輸入 端輸入常高電平;將所述第一D觸發(fā)器的Q輸出端經(jīng)過第三延遲后輸入所述第一D觸發(fā)器 的清零端;所述第一D觸發(fā)器的Q輸出端輸出所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波 形。
[0014] 在其中一個實施例中,還包括將濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形進行分 頻的步驟。
[0015] 在其中一個實施例中,對所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形進行二分 頻,具體為:將所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形輸入第二D觸發(fā)器的觸發(fā)端; 將所述第二D觸發(fā)器的D輸入端與&輸出端連接;所述第二D觸發(fā)器的Q輸出端輸出分頻 信號。
[0016] 上述數(shù)字濾波器和數(shù)字濾波方法,采用在時間方向上分辨和濾除毛刺的方法,能 夠消除幅值較大的脈沖噪聲,避免出現(xiàn)時鐘或信號錯誤。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為施密特觸發(fā)器的特性曲線圖;
[0018] 圖2為采用施密特觸發(fā)器消除幅度較大的脈沖噪聲時的波形圖;
[0019] 圖3為一實施例的數(shù)字電路濾波器模塊圖;
[0020] 圖4a為獨立毛刺波形示意圖;
[0021] 圖4b為關(guān)聯(lián)毛刺波形示意圖;
[0022] 圖5為一實施例的數(shù)字電路濾波器的電路原理圖;
[0023] 圖6為濾波波形示意圖;
[0024] 圖7為一實施例的數(shù)字電路濾波方法流程圖。

【具體實施方式】
[0025] 如圖3所示,為一實施例的數(shù)字電路濾波器模塊圖。該數(shù)字電路濾波器10包括獨 立毛刺濾除模塊100和關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊200。
[0026] 獨立毛刺濾除模塊100用于接收輸入信號IN,并濾除輸入信號IN中的獨立毛刺。 關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊200的信號輸入端與獨立毛刺濾除模塊100的信號輸出端連接,用于接 收濾除了獨立毛刺的輸入信號IN1,將與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺濾除。其中獨立毛刺是指在一 定時間范圍內(nèi)單獨存在,附近沒有其他毛刺和/或信號波形的毛刺,參考圖4a。此處的"一 定時間范圍"至少大于毛刺的脈沖寬度。所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺包括在信號波形之前 出現(xiàn)的毛刺和在信號波形之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺與信號波形相距不 超過毛刺的脈沖寬度。所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺可以是兩個以上,既可以出現(xiàn)在信號波 形之前,也可以出現(xiàn)在信號波形之后,參考圖4b。
[0027] 獨立毛刺濾除模塊100和關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊200在時間方向上分辨和濾除毛刺。 所述"在時間方向上分辨和濾除毛刺"具體是指通過檢測噪聲和信號的持續(xù)時間來分辨和 濾除毛刺。由于毛刺通常都是具有突發(fā)性的脈沖信號,持續(xù)時間通常都很短,通過在時間方 向上來分辨和濾除毛刺相比于傳統(tǒng)的施密特觸發(fā)器依靠幅值判斷的方式,可避免噪聲幅值 太大時無法判斷的情況。
[0028] 具體地,如圖5所示,獨立毛刺濾除模塊100包括第一延遲鏈110、第二延遲鏈120 和加法器130。第一延遲鏈110的信號輸入端接收輸入信號IN,第一延遲鏈110的信號輸 出端與第二延遲鏈120的信號輸入端連接。第一延遲鏈110的信號輸入端、第一延遲鏈110 的信號輸出端以及第二延遲鏈120的信號輸出端均與加法器130的輸入端連接。其中第一 延遲鏈110和第二延遲鏈120的延遲時間相同,均為T1,且都大于毛刺本身的脈沖寬度。使 用延遲鏈將數(shù)字信號進行延遲輸出是本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù),在此不贅述。
[0029] 采用兩個延遲鏈,可以間隔兩個延遲時間T1采樣3個電壓值,若輸入信號IN中出 現(xiàn)單獨的毛刺,位于毛刺出現(xiàn)周期內(nèi)的采樣值將可能被判定為數(shù)字信號1,但其他兩個采樣 點則都被判定為數(shù)字信號〇,經(jīng)加法器130相加后,進位仍為0,則獨立毛刺濾除模塊100的 輸出信號IN1為0,也即意味著獨立毛刺濾除模塊100將獨立毛刺消除。
[0030] 正常的信號波形通過獨立毛刺濾除模塊100時,輸出信號IN1都會為1。
[0031] 可以理解,根據(jù)前述原理,也可以采用其他類似的電路實現(xiàn)獨立毛刺的濾除。
[0032] 繼續(xù)參考圖5,關(guān)聯(lián)毛刺濾除模200包括第一D觸發(fā)器210和第三延遲鏈220。第 一D觸發(fā)器210的D輸入端輸入常高電平(也即數(shù)字信號1 )、觸發(fā)端連接加法器130的進位 輸出端、Q輸出端經(jīng)第三延遲鏈220連接第一D觸發(fā)器210的清零端CLR。其中第三延遲鏈 220的延遲時間為T2,也大于毛刺本身的脈沖寬度并且一般也與表示數(shù)字信號的波形寬度 相當(dāng)。使用延遲鏈將數(shù)字信號進行延遲輸出是本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù),在此不贅述。
[0033] 經(jīng)分析可知,當(dāng)?shù)谝籇觸發(fā)器210上電復(fù)位后,其Q輸出端為低電平。在輸入信號 IN1上升為高電平時,觸發(fā)第一D觸發(fā)器210的Q輸出端的低電平翻轉(zhuǎn)為高電平,并一直維 持,直至經(jīng)第三延遲鏈220的延遲時間T2后,高電平信號到達第一D觸發(fā)器210的清零端, 第一D觸發(fā)器210被清零復(fù)位。第一D觸發(fā)器210被清零復(fù)位后,第一D觸發(fā)器210的Q 輸出端變?yōu)榈碗娖?。則第一D觸發(fā)器210的Q輸出端輸出了一個持續(xù)時間為T2的高電平。 也即關(guān)聯(lián)毛刺濾除模200可以把伴隨信號波形的毛刺和信號波形一起修整為沒有毛刺的 信號波形。
[0034] 上述延遲時間T1和T2均可通過延遲鏈電路進行改變,以適應(yīng)不同電路中的毛刺 和信號波形。
[0035] 進一步地,本實施例的數(shù)字電路濾波器10還包括除頻器300。除頻器300的信號 輸入端與關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊200的信號輸出端連接,用于將濾除了獨立毛刺和關(guān)聯(lián)毛刺的 信號進行分頻,使得輸出信號波形的寬度保持一致。
[0036] 具體地,參考圖5,除頻器300為采用第二D觸發(fā)器的二分頻器,第二D觸發(fā)器的觸 發(fā)端連接關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊200的信號輸出端、D輸入端與g輸出端連接、Q輸出端輸出分 頻信號。
[0037] 可以理解,除頻器300還可以采用其他分頻電路,得到其他倍數(shù)的分頻。
[0038] 圖6為采用上述數(shù)字濾波器將輸入信號IN進行噪聲濾除后得到輸出信號OUT的 波形示意圖。
[0039] 如圖7所示,為一實施例的數(shù)字濾波方法流程圖。該方法包括如下步驟。
[0040] 步驟S101 :濾除輸入信號中的獨立毛刺。
[0041] 具體包括:
[0042] 在當(dāng)前采樣點、間隔第一延遲的采樣點以及間隔第二延遲的采樣點分別采樣獲得 第一采樣值、第二采樣值以及第三采樣值。
[0043] 將所述第一采樣值、第二采樣值以及第三采樣值按照數(shù)字邏輯相加,并取進位輸 出。第一延遲和第二延遲相同。
[0044] 若輸入信號中出現(xiàn)單獨的毛刺,位于毛刺出現(xiàn)周期內(nèi)的采樣值將可能被判定為數(shù) 字信號1,但其他兩個采樣點則都被判定為數(shù)字信號〇,按照數(shù)字邏輯相加后,進位仍為〇, 則輸出信號為〇,也即意味著將獨立毛刺消除。
[0045] 步驟S102:濾除與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺。所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺包括在信號 波形之前出現(xiàn)的毛刺和在信號波形之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺與信號波 形相距不超過毛刺的脈沖寬度。
[0046] 具體包括:
[0047] 接收所述進位輸出信號,并將其輸入第一D觸發(fā)器的觸發(fā)端;所述第一D觸發(fā)器的 觸發(fā)端的D輸入端輸入常高電平。
[0048] 將所述第一D觸發(fā)器的Q輸出端經(jīng)過第三延遲后輸入所述第一D觸發(fā)器的清零 端;所述第一D觸發(fā)器的Q輸出端輸出所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形。
[0049] 步驟S103:將濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形進行分頻。
[0050] 具體為:
[0051] 將所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形輸入第二D觸發(fā)器的觸發(fā)端。
[0052] 將所述第二D觸發(fā)器的D輸入端與g輸出端連接。
[0053] 所述第二D觸發(fā)器的Q輸出端輸出分頻信號。
[0054] 上述步驟S103為利用D觸發(fā)器進行二分頻的典型方式,可以將信號波形進行二分 頻,得到寬度一致的脈沖信號輸出。
[0055] 上述數(shù)字濾波器和數(shù)字濾波方法,采用在時間方向上分辨和濾除毛刺的方法,能 夠消除幅值較大的脈沖噪聲,避免出現(xiàn)時鐘或信號錯誤。
[0056]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式,其描述較為具體和詳細,但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進,這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此,本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)字電路濾波器,其特征在于,包括: 獨立毛刺濾除模塊,用于接收輸入信號,濾除信號中的獨立毛刺; 關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊,其信號輸入端與所述獨立毛刺濾除模塊的輸出端連接,用于接收 濾除了獨立毛刺的輸入信號,將與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺濾除;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺 包括在信號波形之前出現(xiàn)的毛刺和在信號波形之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛 刺與信號波形相距不超過毛刺的脈沖寬度; 所述獨立毛刺濾除模塊和關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊在時間方向上分辨和濾除毛刺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字電路濾波器,其特征在于,所述獨立毛刺濾除模塊包括 第一延遲鏈、第二延遲鏈和加法器,所述第一延遲鏈的信號輸入端接收輸入信號,所述第一 延遲鏈的信號輸出端與第二延遲鏈的信號輸入端連接,所述第一延遲鏈的信號輸入端、第 一延遲鏈的信號輸出端以及第二延遲鏈的信號輸出端均與所述加法器的輸入端連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字電路濾波器,其特征在于,所述關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊包括 第一 D觸發(fā)器和第三延遲鏈,所述第一 D觸發(fā)器的D輸入端輸入常高電平、觸發(fā)端連接所述 加法器的進位輸出端、Q輸出端經(jīng)所述第三延遲鏈連接所述第一 D觸發(fā)器的清零端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字電路濾波器,其特征在于,還包括除頻器,所述除頻器的 信號輸入端與所述關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊的輸出端連接,用于將濾除了獨立毛刺和關(guān)聯(lián)毛刺的 信號進行分頻。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字電路濾波器,其特征在于,所述除頻器為采用第二D觸發(fā) 器的二分頻器,所述第二D觸發(fā)器的觸發(fā)端連接所述關(guān)聯(lián)毛刺濾除模塊的信號輸出端、D輸 入端與泛輸出端連接、Q輸出端輸出分頻信號。
6. -種數(shù)字濾波方法,包括如下步驟: 濾除輸入信號中的獨立毛刺; 濾除與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺包括在信號波形之前出現(xiàn)的 毛刺和在信號波形之后出現(xiàn)的毛刺;所述與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺與信號波形相距不超過毛 刺的脈沖寬度; 所述濾除信號中的獨立毛刺和濾除與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的步驟中,均在時間方向上 分辨和濾除毛刺。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字濾波方法,其特征在于,所述濾除信號中的獨立毛刺的 步驟具體包括: 在當(dāng)前采樣點、間隔第一延遲的采樣點以及間隔第二延遲的采樣點分別采樣獲得第一 采樣值、第二采樣值以及第三采樣值; 將所述第一采樣值、第二采樣值以及第三采樣值按照數(shù)字邏輯相加,并取進位輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的數(shù)字濾波方法,其特征在于,所述濾除與信號波形關(guān)聯(lián)的毛 刺的步驟具體包括: 接收所述進位輸出信號,并將其輸入第一 D觸發(fā)器的觸發(fā)端;所述第一 D觸發(fā)器的觸發(fā) 端的D輸入端輸入常高電平; 將所述第一 D觸發(fā)器的Q輸出端經(jīng)過第三延遲后輸入所述第一 D觸發(fā)器的清零端;所 述第一 D觸發(fā)器的Q輸出端輸出所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字濾波方法,其特征在于,還包括將濾除了與信號波形關(guān) 聯(lián)的毛刺的信號波形進行分頻的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)字濾波方法,其特征在于,對所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián) 的毛刺的信號波形進行二分頻,具體為: 將所述濾除了與信號波形關(guān)聯(lián)的毛刺的信號波形輸入第二D觸發(fā)器的觸發(fā)端; 將所述第二D觸發(fā)器的D輸入端與g輸出端連接; 所述第二D觸發(fā)器的Q輸出端輸出分頻信號。
【文檔編號】H03H17/02GK104518755SQ201310450866
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】張希氾, 盧裕階 申請人:無錫華潤微電子有限公司
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