一种用于电能计量的希尔伯特滤波器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电能计量的希尔伯特滤波器，属于电能计量技术领域。包括：输入端口选择器，用于根据控制器的控制时序，对串行电流和电压信号与乘法累加结果进行选择的数据选择器，用于根据译码产生存储器读写操作地址的地址发生器，用于根据每个二阶节的计算时序，分别产生控制信号的控制器，用于存储计算中间数据的存储器，用于接收存储器输出的电流和电压信号，并将接收的电流和电压信号转化为并行电流和电压数据流后输出的输出端口选择器，用于对存储器输出的数据进行乘法累加操作后得到乘法累加结果的乘法累加器，用于根据控制器的时序产生滤波器的每个二阶节的系数的系数发生器。本发明专利技术滤波器的优点是：实现成本低，数据吞吐率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于电能计量的希尔伯特滤波器，具体是一种希尔伯特(Hilbert)滤 波器的超大规模集成电路实现装置，属于电能计量

技术介绍
在电能计量领域，计算无功功率，无功电能，功率因数的时候，都需要进行无功计量。 无功计量的一种方法'就是使用希尔伯特(Hi lbert)滤波器。无功计量的基本原理就是将电流或者电压信号移相90度，可以采用采样窗移相，积 分器移相，微分器移相，滤波器逼近等方法移相，这些方法的问题在于无法保证在较宽的 频率范围内增益为常数，移相为一致的90度，因此只能满足计量基波无功的需姜。对于大频率范围内的谐波计量，希尔伯特(Hilbert)滤波器可以提供理想的移相特性。 可以保证基波和谐波具有同样的增益和严格一致的90度移相。希尔伯特(Hilbert)滤波器设计的难点在于，要达到一定的设计精度要求，同时保证 滤波器的稳定，希尔伯特(Hilbert)滤波器一般都是高阶的滤波器，需要大量的乘法器和 存储器单元，釆用直接实现的方法将占用大量的硅片面积，大大增加了最终产品的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于电能计量的希尔伯特滤波器，利用超大规模集成电路首 先希尔伯特(Hilbert)滤波器各项功能，使希尔伯特滤波器占用的硅片面积小，以降低希 尔伯特(Hilbert)滤波器的硅片成本。本专利技术提出的用于电能计量的希尔伯特滤波器，包括输入端口选择器，用于接收来自电网的电流和电压信号，并将并行输入的电流和电压 信号数据流转换为串行数据流，所述的输入端口选择器与数据选择器相连接；数据选择器，用于根据控制器的控制时序，对来自输入端口选择器的串行电流和电压 信号与来自乘法累加器的乘法累加结果进行选择，将选择结果输入到存储器中；地址发生器，用于根据控制器译码产生存储器读写操作地址；控制器，用于根据希尔伯特滤波器每一个二阶节的计算时序，分别产生数据选择器、 地址发生器、输入端口选择器、输出端口选择器、乘法累加器和系数发生器的控制时序， 所述的控制器分别与数据选择器、地址发生器、输入端口选择器、输出端口选择器、乘法 累加器和系数发生器相连接；存储器，用于存储希尔伯特滤波器计算的中间数据；输出端口选择器，用于接收存储器输出的电流和电压信号，并将接收的电流和电压信 号转化为并行电流和电压数据流后输出；乘法累加器，用于对存储器输出的数据进行乘法累加操作后得到乘法累加结果，并将 累加结果输出至数据选择器，乘法累加器分别与存储器和系数发生器相连接;.系数发生器，用于根据控制器的时序产生滤波器的每个二阶节的系数，并将该系数输 出至乘法累加器。上述滤波器中的乘法累加器，包括乘法器，用于接收所述的存储器的数据输入和所述的系数发生器产生的滤波器系数， 将其相乘后得到乘积信号，乘法器与加法器相连接；加法器，用于将寄存器的数据和上述乘法器输出的乘积信号累加，输出累加信号；寄存器，用于将上述加法器输出的累加信号进行寄存，为下一次加法器的累加计算提 供输入，寄存器与加法器相连接。上述滤波器中的地址发生器，包括采样点计数器，用于计算滤波器计算的采样点数；加法器，用于将采样计数器的值和控制器输入的控制信号的值相加，产生存储器读写 操作地址，加法器分别与所述的控制器和所述的存储器相连接。 上述滤波器中的控制器，包括循环计数器，用于对滤波器执行的计数步骤进行计数，循环计数器和译码器相连接； 译码器，将循环计数器的输出译码为对所述的输入端口选择器、数据选择器、地址发 生器、乘法累加器、系数发生器的控制信号。本专利技术提出的用于电能计量的希尔伯特滤波器，其优点是使用的硅片面积较小，因此降低了希尔伯特(Hilbert)滤波器采用超大规模集成电路实现的成本。滤波器在处理一 个采样点时对存储器的访问次数较少，因此提高了数据的吞吐率。附图说明图1是本专利技术提出的希尔伯特滤波器的结构框图。图2是本希尔伯特滤波器中乘法累加器的结构图。图3是本希尔伯特滤波器中地址发生器的结构图。图4是本希尔伯特滤波器中控制器的结构图。图5是本专利技术滤波器控制器中数据生成的原理图。图6是三相电能无功计量装置的希尔伯特(Hilbert)滤波器算法图。图7是基于IIR滤波器组的希尔伯特(Hilbert)滤波器的示意图。图8是基于IIR滤波器组的希尔伯特(Hilbert)滤波器的二阶节分解的示意图。图9是滤波器计算中二阶节计算的示意图。具体实施例方式本专利技术提出的用于电能计量的希尔伯特滤波器，其结构框图如图l所示，包括输入端口选择器，用于接收来自电网的电流和电压信号，并将并行输入的电流和电压 信号数据流转换为串行数据流，所述的输入端口选择器与数据选择器相连接;数据选择器，用于根据控制器的控制时序，对来自输入端口选择器的串行电流和电压 信号与来自乘法累加器的乘法累加结果进行选择，将选择结果输入到存储器中；地址发生器，用于根据控制器译码产生存储器读写操作地址；控制器，用于根据希尔伯特滤波器每一个二阶节的计算时序，分别产生数据选择器、 地址发生器、输入端口选择器、输出端口选择器、乘法累加器和系数发生器的控制时序， 所述的控制器分别与数据选择器、地址发生器、输入端口选择器、输出端口选择器、乘法 累加器和系数发生器相连接；存储器，用于存储希尔伯特滤波器计算的中间数据；输出端口选择器，用于接收存储器输出的电流和电压信号，并将接收的电流和电压信 号转化为并行电流和电压数据流后输出；乘法累加器，用于对存储器输出的数据进行乘法累加操作后得到乘法累加结果，并将 累加结果输出至数据选择器，乘法累加器分别与存储器和系数发生器相连接；系数发生器，用于根据控制器的时序产生滤波器的每个二阶节的系数，并将该系数输 出至乘法累加器。以下结合附图，详细介绍本专利技术的内容本专利技术提出的如图l所示滤波器，其中的输入端口选择器，用于接收来自电网的电流 和电压信号，并将并行输入的电流和电压信号数据流转换为串行数据流。其中的输出端口选择器，用于接收存储器输出的电流和电压信号，并将接收的电流和 电压信号转化为并行电流和电压数据流后输出。其中的数据选择器用于根据控制器的控制时序，对籴自输入端口选择器的串行电流和 电压信号与来自乘法累加器的乘法累加结果进行选择，将选择结果输入到存储器中。其中的乘法累加器用于对存储器输出的数据进行乘法累加操作后得到乘法累加结果， 并将累加结果输出至数据选择器。乘法累加器的结构如图2所示，包括乘法器，用于接 收所述的存储器的数据输入和所述的系数发生器产生的滤波器系数，将其相乘后得到乘积 信号，乘法器与加法器相连接；加法器，用于将寄存器的数据和上述乘法器输出的乘积信 号累加，输出累加信号；寄存器，用于将上述加法器输出的累加信号进行寄存，为下一次 加法器的累加计算提供输入，寄存器与加法器相连接。当完成滤波器中一个二阶节的计算， 开始一个二阶节计算的时候，乘法累加器清零，从存储器输出的数据和系数发生器产生的 系数相乘，同一个二阶节产生的乘积累加，累加和送回到存储器中。累加器计算的方法如下:K<formula>formula see original document page 5</formula>为二阶节的系数。1)，4"-2)为连续3个采样点的输入数据<f本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电能计量的希尔伯特滤波器，其特征在于该滤波器包括：输入端口选择器，用于接收来自电网的电流和电压信号，并将并行输入的电流和电压信号数据流转换为串行数据流，所述的输入端口选择器与数据选择器相连接；数据选择器，用于根据控制 器的控制时序，对来自输入端口选择器的串行电流和电压信号与来自乘法累加器的乘法累加结果进行选择，将选择结果输入到存储器中；地址发生器，用于根据控制器译码产生存储器读写操作地址；控制器，用于根据希尔伯特滤波器每一个二阶节的计算时 序，分别产生数据选择器、地址发生器、输入端口选择器、输出端口选择器、乘法累加器和系数发生器的控制时序，所述的控制器分别与数据选择器、地址发生器、输入端口选择器、输出端口选择器、乘法累加器和系数发生器相连接；存储器，用于存储希尔伯特滤 波器计算的中间数据；输出端口选择器，用于接收存储器输出的电流和电压信号，并将接收的电流和电压信号转化为并行电流和电压数据流后输出；乘法累加器，用于对存储器输出的数据进行乘法累加操作后得到乘法累加结果，并将累加结果输出至数据选 择器，乘法累加器分别与存储器和系数发生器相连接；系数发生器，用于根据控制器的时序产生滤波器的每个二阶节的系数，并将该系数输出至乘法累加器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣华，门长有，杨昆，张岳，
申请(专利权)人：杭州万工科技有限公司，北京万工科技有限公司，万高杭州科技有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]