低通滤波器单元、结构和锁相放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种低通滤波器单元，包括若干个正常滤波器组和若干个滑动平均滤波器，所述正常滤波器组中包含有若干个串联的正常滤波器，所述滑动平均滤波器的两端分别连接有所述正常滤波器组。本发明专利技术所述的正常滤波器单元通过插入滑动平均滤波器可以使用用小的时间常数提取信号的办法，这样加快了反应速度，节省用户等待时间，获得了与采用大时间常数单纯正常滤波器组级联的效果。

【技术实现步骤摘要】
低通滤波器单元、结构和锁相放大器
本专利技术属于微弱信号探测设备领域，具体涉及一种低通滤波器单元、结构和锁相放大器。
技术介绍
参见图1，图1是现有所述锁相放大器的结构示意图。其中，待测信号1经过ADC(模数转换模块)2后变成数字信号3，参考信号4通过测出频率交给正弦波振荡器6产生两路相差90度的正弦波7与正弦波8。数字信号3分别于乘法器7、乘法器8信号相乘，之后分别经过正常滤波器组9与9’中得到X与Y信号，这两个信号经过相应的转换就可以得到最后待测信号1的幅值A。上述信号处理过程使用数学过程表示为：信号3为Asin(ωt+α)，与正弦波产生的信号7即sin(ωt+β)相乘，结果为：另一路，信号3与信号8相乘结果为：假如待测信号中存在直流分量，则3中的信号可以表示为，3信号与信号7相乘结果为：-(3)]]>以上两个相乘的过程称为PSD过程。这两个结果会经过后面正常滤波器组9与9’。若该正常滤波器组是理想的滤波器组，即只能通过直流信号，不能通过任何频率的交流信号，相当于理想的积分器，这样将会得到信号10与11：最后经过相应的处理后得到待测信号3的幅值A，在锁相放大器中也称为R值。在实际应用中，往往需要根据具体的待测信号的需要来选择滤波器的时间常数，时间常数的定义为：时间常数＝1/(2*pi*截止频率)。当待测信号中频率较低(例如几Hz)，由于滤波器的滚降不足，会导致PSD过程中一些信号，例如1倍频(例如信号B*sin(wt+β))，2倍频(如信号Acos(2wt+α+β))的衰减不足，这样就会以噪声形式出现在输出端。为此，往往需要采用时间常数很长的滤波器。参见图2，图2是图1中滤波器单元的结构示意图，将若干个滤波器进行串联。然而，当待测信号频率极低(几mHz)时，虽然可以增加时间常数，但是还是会对正常滤波器组造成极大的负担，需要很长的等待时间才能得出结果，甚至无法满足要求。而且，在待测信号信噪比高的情况下主要的噪声就是出现在1倍频与2倍频上。由于采用时间常数越长，级联数越多的滤波器组，其测量需要的稳定时间(稳定到目标值的99.9％)很长，如四阶级联的正常滤波器组，稳定时间一般在13倍时间常数以上，如采用10s时间常数的滤波器组则需要等待130s，等待的时间过长，同时在某些需要较快提取待测信号的领域中无法满足要求。另外，目前的滤波器中只能同时测量单个通道，但是在很多应用中可能需要同时测量多路信号。比如光谱测量中，使用CCD获得整个光谱的信号，这时需要锁相放大器同时测量出多个频率的信号，如果将上述滤波器结构简单复制多个的话需要消耗过多的资源，实现起来困难。
技术实现思路
为此，本专利技术的目的在于提供一种低通滤波器单元和结构，以解决现有低通滤波器时间常数较高的情况下稳定时间过长的技术缺陷。为此，本专利技术一方面所述的低通滤波器单元采用的技术方案如下：一种低通滤波器单元，包括若干个正常滤波器组和若干个滑动平均滤波器，所述正常滤波器组中包含有若干个串联的正常滤波器，所述滑动平均滤波器的两端分别连接有所述正常滤波器组。作为一种优选的技术方案，所述正常滤波器组中包含有两个相互串联的正常滤波器。作为一种优选的技术方案，所述滑动平均滤波器沿信号传递的方向依次包括抽取器、滑动平均滤波器和内插器或零阶保持器。作为一种优选的技术方案，所述正常滤波器为IIR滤波器或者FIR滤波器。另一方面，本专利技术的目的在于提供一种低通滤波器结构，以解决现有低通滤波器结构对多通道的信号不能复用，结构过于庞大的技术缺陷。为此，本专利技术第二方面所述的低通滤波器结构采用的技术方案如下：一种低通滤波器结构，沿信号传递方向依次包括第一正常滤波器组、串转并模块、若干滑动平均滤波器、并转串模块和第二正常滤波器组，其中，所述正常滤波器组包含若干个相互串联的正常滤波器；所述滑动平均滤波器相互并联，首尾端分别与所述串转并模块和并转串模块连接。作为一种优选的技术方案，所述正常滤波器组中包含有两个相互串联的正常滤波器。作为一种优选的技术方案，所述滑动平均滤波器沿信号传递的方向依次包括抽取器、滑动平均滤波单元和内插器或零阶保持器。作为一种优选的技术方案，所述正常滤波器为IIR滤波器或者FIR滤波器。又一方面，本专利技术的目的在于提供一种锁相放大器，包含上述任一技术方案涉及的低通滤波器单元或者低通滤波器结构。与现有技术相比，在信噪比较高或者测量频率较低时，由于滑动平均滤波器可以以较高的截止频率(较高的截止频率意味着较小的时间常数)滤除噪声集中的低频分量，本专利技术所述的正常滤波器单元通过插入滑动平均滤波器可以得到小的时间常数提取信号，这样加快了反应速度，节省用户等待时间，获得了与采用大时间常数单纯正常滤波器组级联的效果。另外一方面，本专利技术的低通滤波器结构可以复用正常滤波器组，扩展实现多通道滤波，实现多通道信号同时测量。与现有技术相比，将滤波器模块时分复用的方法节约了大量资源。附图说明图1是现有所述锁相放大器的结构示意图。图2是图1中滤波器单元的结构示意图，为了提高滤波器单元通带到阻带的滚降而将若干个滤波器进行串联；图3是本专利技术所述低通滤波器单元一实施方式的结构示意图；图3a是本专利技术所述滑动平均滤波器对正弦信号求滑动平均的示意图；图4是图3中所述滑动平均滤波器的幅频响应示意图；图5是图3中所述滑动平均滤波器一实施方式的结构示意图；图6是本专利技术所述低通滤波器结构一实施方式的结构示意图；图7是图6中所述低通滤波器结构的输入信号的示意图；图中：100：低通滤波器单元；110：正常滤波器组；120：滑动平均滤波器；121：抽取器；122：滑动平均滤波件；123：内插器；200：低通滤波器结构；210：第一正常滤波器组；220：串转并模块；230：并转串模块；240：第二正常滤波器组。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的若干具体实施方式做进一步说明。参见图3，图3是本专利技术所述低通滤波器单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低通滤波器单元，其特征在于其包括：若干个正常滤波器组和若干个滑动平均滤波器，所述正常滤波器组中包含有若干个串联的正常滤波器，所述滑动平均滤波器的两端分别连接有所述正常滤波器组。

【技术特征摘要】
1.一种低通滤波器单元，其特征在于其包括：沿信号传递方向依次包括第一正常滤波器组、若干个滑动平均滤波器和第二正常滤波器组，所述第一、第二正常滤波器组中包含有若干个串联的正常滤波器，所述滑动平均滤波器的两端分别连接有所述正常滤波器组；所述滑动平均滤波器沿信号传递的方向依次包括抽取器、滑动平均滤波器和内插器或零阶保持器。2.如权利要求1所述的低通滤波器单元，其特征在于：所述第一正常滤波器为IIR滤波器或者FIR滤波器。3.一种低通滤波器结构，其特征在于：沿信号传递方向依次包括第一正常滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王自鑫，何振辉，陈弟虎，王甲荣，曾超杰，林庆港，王敏，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44