CN105553444A - 自适应滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自适应滤波器，包括：脉冲检测单元，检测所述输入信号的脉冲，输出各脉冲检测信号；脉冲宽度计时单元，用以接收脉冲检测信号，并对所述各脉冲的宽度进行计时，输出脉冲宽度计时信号；脉冲宽度典型值统计单元，接收脉冲宽度计时信号，确定并输出典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；死区定时单元，接收典型值，根据典型值确定一激活时间，在所述激活时间内，所述死区定时单元输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，所述死区定时单元输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。本发明能够自适应地对输入信号进行滤波，剔除数字信号边沿附近的抖动脉冲，滤波不会产生额外的相移或时延。

Description

自适应滤波器

技术领域

本发明属于电子信号处理技术领域，特别涉及的是根据输入信号而自适应滤除杂波、噪声的自适应数字滤波器。

背景技术

在电子技术领域，包括很多具有输入端和输出端的器件，通过对输入信号的处理输出所需的输出信号。例如比较器，比较器是常用的硬件单元之一，工作原理是对输入的时变模拟信号与参考信号进行比较，得到仅包含高低电平的数字输出信号以表征比较结果。由于输入信号存在噪声、谐波等现象，如果不对信号做任何处理，则比较器的输出结果在比较基准值(比较阈值)附近时常存在“抖动”现象，输出的数字信号将出现“伪边沿”(即模拟信号实际整体趋势并未越过基准值而数字输出却发生了一次或多次冗余翻转的现象，通常发生在理论上升或下降沿附近)，如果将此类信号用于脉冲计数、频率测量甚至输出控制等场景，将有极大可能导致后级单元无法正常工作。

为了解决抖动引发的伪边沿问题，一般比较器均引入了“滞回”(Hysteresis)特性，通过滞回比较器的滞回窗口来减弱噪声、谐波等问题带来的抖动现象。但是，滞回特性的弊端也是很明显的：第一，滞回将导致比较阈值与理论基准值产生明显的偏差，影响比较精度，无法满足示波器的触发功能等要求精确的场景的要求；第二，滞回将导致比较结果的输出产生一定时延，这对于运动控制***等要求实时响应的***是致命的缺陷。

实际上，如果能够对抖动引发的伪边沿直接进行过滤并剔除伪边沿，则无需再引入大幅度的滞回特性，从而避免影响精度和实时性。但伪边沿的周期、位置与脉宽等参数与输入的模拟信号有很大关系，而输入信号的频率、幅度和噪声强度等也不是恒定的，这是常规的模拟滤波器或数字滤波器无法做到的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应滤波器，能够自适应地对输入信号进行滤波，剔除数字信号边沿附近的抖动脉冲，滤波不会产生额外的相移或时延。

为解决上述问题，本发明提出一种自适应滤波器，包括：

脉冲检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲，输出各脉冲检测信号；

脉冲宽度计时单元，用以接收所述脉冲检测单元输出的各脉冲检测信号，并对所述各脉冲的宽度进行计时，输出脉冲宽度计时信号；

脉冲宽度典型值统计单元，接收所述脉冲宽度计时单元输出的脉冲宽度计时信号，并根据各脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；

死区定时单元，接收所述脉冲宽度典型值统计单元的典型值，根据典型值确定一激活时间，在所述激活时间内，所述死区定时单元输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，所述死区定时单元输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。

根据本发明的一个实施例，所述脉冲检测单元为边沿检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号各脉冲的边沿，输出各脉冲边沿检测信号。

根据本发明的一个实施例，所述边沿检测单元包括一个移位寄存器，移位寄存器响应于时钟信号而移位，所述移位寄存器存储在相应时钟边沿时刻的瞬时信号电平，根据移位寄存器存储内容确定各脉冲的上升沿和下降沿。

根据本发明的一个实施例，所述脉冲宽度计时单元响应于其输入端接收的下一脉冲而复位。

根据本发明的一个实施例，所述脉冲宽度计时单元配置为饱和截断，以在脉冲宽度计时信号达到设定最大值后保持不变。

根据本发明的一个实施例，所述脉冲宽度典型值统计单元在每一段设定时间或工作过程的全部时间内，根据该段时间内的各脉冲宽度计时信号确定一典型值。

根据本发明的一个实施例，所述典型值为每段设定时间内的最大脉冲宽度对应的脉冲宽度计时信号。

根据本发明的一个实施例，所述脉冲宽度典型值统计单元包括：

第一比较模块，其第一输入端接收所述脉冲宽度计时单元输出的脉冲宽度计时信号，其输出端输出比较结果；

第一锁存模块，其输入端接收所述比较结果，其使能端连接所述脉冲检测单元的输出端，其输出端输出所述典型值，同时其输出端还连接到所述第一比较模块的第二输入端；

其中，所述第一比较模块的第一输入端接收的信号大于第二端接收的信号时，将所述第一输入端接收的信号作为比较结果输出，否则将所述第二输入端接收的信号作为比较结果输出。

根据本发明的一个实施例，所述典型值为工作过程的全部时间内，新脉冲的脉冲宽度计时信号与历史脉冲的脉冲宽度计时信号的平均加权值，并以此迭代获得的脉冲宽度计时信号，公式如(a)：

PW_typ,n＝PW_typ,n-1*λ+PW_n*(1-λ)(a)

其中，λ为滑动平均因子，该因子的取值范围为[0,1]；PW_typ,n-1为历史脉冲的脉冲宽度计时信号，PW_n为新脉冲的脉冲宽度计时信号。

根据本发明的一个实施例，所述滑动平均因子取值为1/2^N或(1-1/2^N)，N为正整数。

根据本发明的一个实施例，所述死区定时单元的激活时间为所述典型值取一定比例后的值，公式如(b)：

T_deadzone＝r*PW_typ(0<r≤1)(b)

其中，r为典型值的取值比例，PW_typ为所述典型值，T_deadzone为所述激活时间。

根据本发明的一个实施例，所述典型值的取值比例r为1/2^M，M为非负整数。

根据本发明的一个实施例，所述死区定时单元还接收所述脉冲检测单元的各脉冲，并在每个脉冲出现时重新确定所述激活时间。

根据本发明的一个实施例，所述死区定时单元包括：

减法计数模块，其输入端接收脉冲宽度典型值统计单元输出的所述典型值，其根据所述时钟信号对典型值取一定比例后的值作减法计数，同时接收所述脉冲检测单元的各脉冲检测信号，在每个脉冲出现时载入最新的所述典型值，并对所述典型值取一定比例后的值重新开始作减法计数；

第二比较模块，其第一输入端接收所述减法计数模块的输出信号，其第二端输入零，其输出端输出所述保持信号或跟随信号。

根据本发明的一个实施例，所述减法计数模块为无符号减法时钟计数器，所述脉冲宽度典型值统计单元输出无符号的典型值。

根据本发明的一个实施例，所述减法计数模块的输入端的位数比所述脉冲宽度典型值统计单元的输出端的位数小M位，以使典型值在接收时被取值为1/2^M，M为非负整数。

根据本发明的一个实施例，还包括：

输出锁存单元，其使能端连接所述死区定时单元的输出端，其输入端输入所述输入信号，其根据所述保持信号或跟随信号使其输出端输出的信号相应保持或跟随所述输入信号。

本发明还提供一种自适应滤波器，包括：

第一脉冲单边沿检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲上升沿，输出脉冲上升沿检测信号；

第一脉冲宽度计时单元，用以接收所述第一脉冲单边沿检测单元输出的上升沿检测信号，并结合时钟信号对所述各脉冲的宽度进行计时，输出第一脉冲宽度计时信号；

第一脉冲宽度典型值统计单元，接收所述第一脉冲宽度计时单元输出的第一脉冲宽度计时信号，并根据各第一脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；

第二脉冲单边沿检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲下降沿，输出脉冲下降沿检测信号；

第二脉冲宽度计时单元，用以接收所述第二脉冲单边沿检测单元输出的下降沿检测信号，并结合时钟信号对所述各脉冲的宽度进行计时，输出第二脉冲宽度计时信号；

第二脉冲宽度典型值统计单元，接收所述第二脉冲宽度计时单元输出的第二脉冲宽度计时信号，并根据各第二脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；

数据选择器，选择所述第一脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值或第二脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值输出，当上升沿检测信号有效时，选择所述第一脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值，否则当下降沿检测信号有效时，选择所述第二脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值；

死区定时单元，接收所述数据选择器输出的典型值，将所述典型值取一定比例以获得一激活时间，在所述激活时间内，所述死区定时单元输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，所述死区定时单元输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。

根据本发明的一个实施例，输出锁存单元，其使能端连接所述死区定时单元的输出端，其输入端输入所述输入信号，其根据所述保持信号或跟随信号使其输出端输出的信号相应保持或跟随所述输入信号。

采用上述技术方案后，本发明相比现有技术具有以下有益效果：通过检测输入信号的脉冲，对各脉冲进行计时，根据各脉冲宽度计时信号获得一能够表征输入信号典型有效脉冲宽度的典型值，该典型值取一定比例(该取值比例可以为1)后的值的时间宽度范围内为死区激活状态，该激活状态对输入信号电平保持，而在非激活状态下则能够对输入信号的电平跟随，激活时间是根据有效脉冲宽度确定的，并根据脉冲检测信号激发的，在输入信号的首个有效脉冲出现时跟随该脉冲，当该有效脉冲结束时，即输入信号变为无脉冲，进入激活状态，在激活时间内保持输入信号，也就是保持该无脉冲状态，则紧接着在有效脉冲之后出现的抖动脉冲被滤除，在下一个有效脉冲出现之前激活时间用尽。本发明的自适应滤波器可以实现滤波参数自适应，与输入信号的频率等因素无关，这是模拟滤波器所无法比拟的；基本无时延且可还原占空比，可用在传统方案无法应用的高精度、高实时性场合；可完全数字化且占用资源极少，可直接集成在FPGA等数字信号处理***内部，减少因外部电路器件带来的硬件成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的自适应滤波器的结构框图；

图2为本发明一实施例的自适应滤波器的电路结构示意图；

图3为本发明一实施例的自适应滤波器的各单元的信号示意图；

图4为本发明另一实施例的自适应滤波器的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

本发明的滤波器可根据输入信号的实时状态自动调整内部参数，并且滤波不会产生额外的相移或时延。可与常规比较器相结合，取代传统的滞回比较器的滞回功能或比较器的前置模拟滤波器，适合应用于频率测量、阈值触发、输出控制等各种场合。

参看图1，在本实施例中，自适应滤波器可以包括脉冲检测单元1，脉冲宽度计时单元2，脉冲宽度典型值统计单元3，死区定时单元4。

脉冲检测单元1接收输入信号，并检测输入信号的脉冲，输出各脉冲检测信号。对于输入信号的脉冲检测例如可以是通过检测脉冲电平变化、检测脉冲的边沿变化等获知脉冲的出现。

在较佳的实施例中，脉冲检测单元1可以为边沿检测单元，边沿检测单元接收输入信号，并检测输入信号各脉冲的边沿，输出各脉冲边沿检测信号。

边沿检测单元例如可以通过差分运算电路或组合逻辑电路实时检测输入信号的边沿。当边沿发生时，差分运算电路输出脉冲或组合逻辑电路输出逻辑高(当然也可以是低，高和低为相对的名词，为了简洁起见，将其描述为高)；当无边沿时，边沿检测单元无有效输出，即处于逻辑低。

边沿检测单元不区分输入信号的边沿与噪声产生的伪边沿，无论何种边沿，只要其出现在它的输入端，则边沿检测单元将立即输出逻辑高，并在边沿结束后切换回逻辑低。

在一个具体的实施例中，脉冲检测单元1包括一个移位寄存器，移位寄存器响应于时钟信号而移位，所述移位寄存器存储在相应时钟边沿时刻的瞬时信号电平，根据移位寄存器的存储内容确定各脉冲的上升沿和下降沿，当移位寄存器中的内容均为高时，表明是有脉冲，均为低时，表明是无脉冲，而当内容包括高和低时，则表明出现了边沿。

更具体的，参看图2，脉冲检测单元1可以通过一个始终保持同步采样状态的2bit移位寄存器的输出来判定，当然也可以是更多位的移位寄存器，移位寄存器在时钟信号的驱动下，每一个时钟周期采样输入信号(输入端)并移动一位。当移位寄存器的输出为01时，说明发生了上升沿；当移位寄存器的输出为10时，说明发生了下降沿。移位寄存器输出信号为两比特位中内容的异或逻辑运算结果。

本发明的输入信号的一个实例是比较器的输出信号，由于比较器输入的是模拟信号，通常含有抖动，因而当其与比较值进行比较时，在比较值附近的抖动会产生不必要的脉冲，图3中，信号a作为测试信号，可见，从比较器输出的信号b在有效脉冲附近产生了抖动脉冲，若不对该输入信号进行处理，则会对后续数字电路的工作产生影响。

脉冲宽度计时单元2接收脉冲检测单元输出的各脉冲检测信号，并结合时钟信号对各脉冲的宽度进行计时，输出脉冲宽度计时信号。对脉冲的宽度通过计时后可以从时间上量化脉冲宽度，作为后续形成典型值的基础。

在一个实施例中，脉冲宽度计时单元2响应于其输入端接收的下一脉冲而复位。具体的，脉冲宽度计时单元2可以通过数字计数器或者电容充电等方式实现。脉冲宽度计时单元2可以包括时钟计数器，在各脉冲的宽度范围内对输入的时钟信号进行计数，以获得脉冲宽度计时信号。参看图3，信号c，脉冲宽度计时单元2测量从上一次边沿(本发明所述脉冲包括有效脉冲和抖动脉冲，边沿也相应包括有效边沿和伪边沿)结束到当前时刻所经历的时间，若没有新的边沿开始，则测量值随时间推移而线性递增。当新的边沿开始时，脉冲宽度计时单元2立即复位至零，并开始测量新的脉冲边沿到下一个脉冲边沿所经历的时间。脉冲宽度计时信号即为图3的信号c中各三角信号的时长。

脉冲宽度计时单元2可以通过一个时钟计数器来实现。在本实施例中，使用一个32bit无符号时钟计数器来对100MHz时钟信号进行计数，其内部各个参数计算方法如下：

总计允许计时长度约为：

$T_{\max }=(2^{32}-1)*\frac{1}{100MHz}\&ap;42.9s$

能够保证时钟计数器不饱和的最低输入信号频率为1/T_max，约为23.3mHz。优选地，可对时钟计数器做饱和截断处理，也就是时钟计数器达到设定最大值后保持不变，此时即使输入信号的频率再低，也不会导致计数器溢出(饱和而不溢出)，从而解除***最低输入信号频率的限制。

脉冲宽度计时单元2在输入信号的边沿到来时，复位至零并重新开始计数，周而复始地对每两个边沿之间的脉冲宽度进行测量，并以时钟个数作为测量结果提供给后置单元。

脉冲宽度典型值统计单元3接收脉冲宽度计时单元输出的脉冲宽度计时信号，并根据各脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出典型值，典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数。由于有效脉冲的宽度和抖动脉冲的宽度存在较大的差异，因而典型值可以用来很容易的区分有效脉冲和抖动脉冲。

脉冲宽度典型值统计单元3统计脉冲宽度计时单元的每一次测量结果，在每一段设定时间内，根据该段时间内的全部脉冲宽度计时信号确定一典型值，用以表征输入信号当前的稳态参数，用于后置的各级单元对输入信号执行过滤操作。

脉冲宽度典型值统计单元3的统计方法与实际需求相关，一般地，可优选以下几种方法:典型值为每段设定时间内(当然也可以是工作过程的全部时间内)的最大脉冲宽度对应的脉冲宽度计时信号；典型值为每段设定时间内，新脉冲的脉冲宽度计时信号与历史脉冲的脉冲宽度计时信号的平均加权值，并以此迭代获得的脉冲宽度计时信号。

典型值为每段设定时间内的最大脉冲宽度对应的脉冲宽度计时信号的方式，具体的：取一段设定时间内的脉冲宽度的最大值作为典型值，并在该段时间后复位该最大值的统计结果，以避免因偶然的边沿丢失导致持续的非正常状态。假设时间段内的脉冲宽度测量结果分别为{PW₁，PW₂，…，PW_n}，其中各次测量结果PW_i均为非负实数，则典型值PW_typ可用下式表达：

PW_typ＝MAX({PW₁，PW₂，…，PW_n})

使用最大值作为典型值的方法，能够最大限度地过滤任意位置的伪边沿，保证输出信号非常纯净，适用于需要尽最大可能执行过滤从而避免误动作的场合。

典型值为工作过程的全部时间内，新脉冲的脉冲宽度计时信号与历史脉冲的脉冲宽度计时信号的平均加权值，并以此迭代获得的脉冲宽度计时信号的方式，具体是：使用滑动平均算法，每次检测到新的边沿事件时，将上一次的脉冲宽度与历史脉冲宽度的平均值加权，得到新的平均值，按此法不断迭代，并将迭代的实时结果作为典型值。假设开始工作后的脉冲宽度测量结果分别为{PW₁，PW₂，…，PW_n}，其中各次测量结果PW_i均为非负实数，则典型值PW_typ的迭代过程可用下式表达：

PW_typ,1＝PW₁

PW_typ,2＝PW_typ,1*λ+PW₂*(1-λ)

…

且有通式(a)：

PW_typ,n＝PW_typ,n-1*λ+PW_n*(1-λ)(a)

其中，λ为滑动平均因子，该因子的取值范围为[0,1]；PW_typ,n-1为历史脉冲的脉冲宽度计时信号，PW_n为新脉冲的脉冲宽度计时信号。

该滑动平均因子的取值越小，则平滑效果越弱，滤波器随输入信号快速变化的能力则越强；该滑动平均因子的取值越大，则平滑效果越强，滤波器抑制偶发暂态信号的效果则越佳。优选地，以上滑动平均因子可以取值为1/2^N或(1-1/2^N)，方便数字逻辑电路实现，N为正整数。更优选的，滑动平均因子选择为7/8。

使用滑动平均值作为典型值的方法，能够较好地适应各种周期性与非周期性信号，并且稳定性较好，适用于绝大部分脉冲计数、频率测量等场合。

死区定时单元4接收脉冲宽度典型值统计单元的典型值，根据典型值确定一激活时间，在激活时间内，死区定时单元4输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，死区定时单元输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。

死区是指输出信号处于“保持”状态的一段时间，在这段时间(即死区)内，无论输入信号如何变化，本滤波装置输出的数字信号始终保持在进入死区前的状态，绝不会发生翻转，用死区的保持功能实现抖动脉冲的滤除。

在一个实施例中，自适应滤波器还包括输出锁存单元5。输出锁存单元5的使能端连接死区定时单元4的输出端，其输入端输入输入信号，其根据保持信号或跟随信号使其输出端输出的信号相应保持或跟随输入信号。

死区定时单元4直接控制输出锁存单元5，当死区处于激活状态时，输出锁存单元处于保持状态，无论输入信号如何变化，输出信号维持当前电平不变；相反地，当死区激活时间超时，死区切换至非激活状态时，输出锁存单元5输出信号与输入信号同步变化，也就是跟随输入信号。

死区定时单元4还可以接收脉冲检测单元的各脉冲，并在每个脉冲出现时重新确定激活时间。死区定时单元4的激活时间为脉冲宽度典型值统计单元的统计结果，每当检测到新的边沿产生时，无论此前的定时剩余时间为何值，死区定时单元均会立刻载入最新的典型值并开始倒计时，在死区定时单元超时之前，输出锁存单元均处于保持状态。

可选地，将死区定时单元4的激活时间设置为脉冲宽度典型值统计单元3的典型值的一定比例，而不是全部，以实现更稳定的滤波性能。换言之，死区定时单元的激活时间为所述典型值取一定比例后的值，公式如(b)：

T_deadzone＝r*PW_typ(0<r≤1)(b)

其中，r为典型值取值比例，PW_typ为所述典型值，T_deadzone为所述激活时间。

当取值比例r小于1时，滤波器允许新的边沿提前到达，避免因过度滤波而导致提前到达的边沿被本滤波装置推迟，从而更加适用于输入信号频率不稳定而输出的实时性或占空比要求又较高的场合。优选地，可以取r等于1/2^M，M为非负整数，方便数字逻辑电路实现。此时若采用最大值作为统计算法，则可以过滤周期性信号的真正边沿之后的四分之一信号周期范围内的全部伪边沿。

下面通过具体的电路连接示意图对本发明的自适应滤波器进行说明，但是仅是为了更好地阐述本发明而示出的具体的实施方式，并不作为限制。为了清晰地表达实施例所述逻辑与功能，示意图中省略了电源、复位以及部分用于时钟同步、信号延迟等的通用结构。

参看图2，脉冲检测单元包括DQ触发器101、DQ触发器102和异或门电路103。其中DQ触发器101的输入端接收输入信号，DQ触发器101的时钟端子接收时钟信号，DQ触发器101的输出端连接到DQ触发器102的输入端，DQ触发器102的时钟端子同样接收时钟信号，DQ触发器101的输出端和DQ触发器102的输出端分别连接到异或门电路103的两个输入端，异或门电路103的输出端输出脉冲检测信号。从而实现根据时钟信号对输入信号的移位，以检测上升沿和下降沿的产生。

脉冲宽度计时单元包括时钟计数器104，可以通过数字逻辑电路实现，时钟计数器104的时钟端子接收时钟信号，清零端连接异或门电路103的输出端，从而根据脉冲边沿的产生而开始计数，根据脉冲边沿的产生而清零，从而获得脉冲宽度计时信号。

脉冲宽度典型值统计单元包括：第一比较模块105，其第一输入端接收时钟计数器104输出的脉冲宽度计时信号，其输出端输出比较结果；第一锁存模块106的输入端接收第一比较模块105输出的比较结果，第一锁存模块106的使能端连接异或门电路103的输出端，第一锁存模块106的输出端输出典型值，同时第一锁存模块106的输出端还连接到第一比较模块105的第二输入端；其中，第一比较模块105的第一输入端接收的信号大于第二端接收的信号时，将第一比较模块105的第一输入端接收的信号作为比较结果输出，否则将第一比较模块105的第二输入端接收的信号作为比较结果输出。

脉冲宽度典型值统计单元的实施方式不限于此，在本实施例中，简单地选择最大值法，该方法可以保证滤波器能够最大限度地过滤伪边沿。在本实施例的数字逻辑中，最大值统计功能可以由一32bit无符号寄存器(第一锁存模块106)和一个32bit无符号数字比较器(第一比较模块105)组成。寄存器存储着最近一段时间内的临时最大值统计结果，并在每个指定极性的边沿到来时更新。数字比较器则负责完成所述寄存器与最新的脉冲宽度统计值的比较，并将比较得到的最大值送给所述寄存器的数据输入端。

优选地，最大值统计结果典型值在一段时间内复位至0，并重新开始统计，以避免因偶发的边沿丢失而导致滤波器持续无法正常工作。在本实施例中，可选每隔30s复位一次统计结果典型值。

死区定时单元包括减法计数模块107，减法计数模块107输入端接收第一锁存模块106的输出端输出的典型值，减法计数模块107根据时钟信号对典型值取一定比例后的值作减法计数，所取的一定比例即为典型值取值比例r，同时接收异或门电路103的输出端输出的各脉冲检测信号，在每个脉冲出现时载入最新的典型值，并对所述典型值取一定比例后的值重新开始作减法计数；第二比较模块108的第一输入端接收减法计数模块107的输出信号，第二比较模块108的第二端输入零，第二比较模块108的输出端输出保持信号或跟随信号。第二比较模块108的输出端连接输出锁存单元109的控制端，输出锁存单元109的输入端接收输入信号。

作为优选的实施例，死区定时单元通过一个减法计数的时钟计数器来实现。该减法时钟计数器在每个边沿到来时，按照典型值取值比例r载入脉冲宽度典型值统计结果，并立即启动倒计时。更优选的，减法计数模块为无符号减法时钟计数器，脉冲宽度典型值统计单元输出无符号的典型值，在一个实施例中，减法计数模块的输入端的位数比脉冲宽度典型值统计单元的输出端的位数小M位，M为非负整数，那么典型值在被减法计数模块接收时自动被取值为1/2^M，也就是说减法计数器同时可以实现典型值取值比例为1/2^M，而无需其他的用于实现取值比例的数字器件。具体的，当脉冲宽度计数器位宽为32bit时，那么可以使用一个31bit无符号减法时钟计数器来对100MHz***时钟进行减法计数，减法计数器同时可以实现典型值取值比例为1/2。

减法时钟计数器的输出直接控制死区的状态，当减法时钟计数器不为零时，则死区处于激活状态，死区判定输出信号为逻辑高，输出锁存单元109输出锁定输入信号保持不变；否则为逻辑低，输出锁存单元109输出跟随输入信号同步变化。

减法计数器在减至零之后则立即停止计数，并一直保持在零状态，直至下一个时钟信号到来并启动一次新的倒计时。

按照图2实施例，对某幅度为1Vpp，频率为100Hz的模拟信号进行测试，信号包含幅度为20％，频率约为1500Hz的高频噪声信号作为测试信号a。将测试信号a输入自适应滤波器的前置非滞回比较器，比较器参考电压设置为0.28V，此时比较器的原始输出信号中包含伪边沿，也就是信号b中的宽度较小的脉冲边沿。经过脉冲宽度计时单元计时后的信号c呈现为线性增长的三角信号，并在下降沿时陡降，各三角信号的底边宽度即为脉冲宽度。经过脉冲宽度典型值统计单元处理后的信号d是对脉冲宽度的统计，并经过取比例之后获得信号e，信号e的各三角信号为处于激活状态中，该状态下输出锁存器的控制信号f为低电平，用来控制保持输入信号，信号e的非三角信号为处于非激活状态中，该状态下输出锁存器的控制信号f为高电平，用来控制跟随输入信号。经过本自适应滤波器各级单元的处理之后，最终的稳定输出信号g不包含伪边沿起到了伪边沿过滤的效果。

本发明实施例的自适应滤波器可以使用FPGA(现场可编程门阵列)等数字逻辑器件作为载体，通过数字电路实现。在FPGA器件中，需要一个全局的***工作时钟来驱动本滤波装置的各个单元(例如脉冲宽度计时单元、死区定时单元)，该工作时钟越高，则能够处理的输入信号的最大频率越高，但内部各个计数器的位宽也就越大，占用的逻辑资源也就越多。在本实施例中，***工作时钟可选为100MHz，此时按照奈奎斯特准则，允许输入的最大信号频率为50MHz(不包括此值)。

参看图4，本发明还提供一种自适应滤波器，包括：第一脉冲单边沿检测单元21，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲上升沿，输出脉冲上升沿检测信号；第一脉冲宽度计时单元22，用以接收所述第一脉冲单边沿检测单元21输出的上升沿检测信号，并结合时钟信号对所述各脉冲的宽度进行计时，输出第一脉冲宽度计时信号；第一脉冲宽度典型值统计单元23，接收所述第一脉冲宽度计时单元22输出的第一脉冲宽度计时信号，并根据各第一脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；第二脉冲单边沿检测单元24，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲下降沿，输出脉冲下降沿检测信号；第二脉冲宽度计时单元25，用以接收所述第二脉冲单边沿检测单元24输出的下降沿检测信号，并结合时钟信号对所述各脉冲的宽度进行计时，输出第二脉冲宽度计时信号；第二脉冲宽度典型值统计单元26，接收所述第二脉冲宽度计时单元25输出的第二脉冲宽度计时信号，并根据各第二脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；数据选择器27，选择所述第一脉冲宽度典型值统计单元23输出的典型值或第二脉冲宽度典型值统计单元26输出的典型值输出，当上升沿检测信号有效时，选择所述第一脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值，否则当下降沿检测信号有效时，选择所述第二脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值；死区定时单元28，接收所述数据选择器27输出的典型值，根据典型值确定一激活时间，在所述激活时间内，所述死区定时单元28输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，所述死区定时单元28输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。死区定时单元28的输出信号控制输出锁存单元29，以控制输出该输入信号的保持状态或跟随状态。

图4的实施例为双边沿滤波器，与图1和2中的单边沿滤波器在结构上的区别包括：第一，将脉冲检测单元的双边沿检测功能拆分为独立的上升沿检测单元和下降沿检测单元，并分别进行脉冲宽度计时和脉冲宽度典型值统计。第二，死区定时单元需要在输入信号任意极性的边沿发生时，根据当前边沿的极性控制数据选择器，选择载入两个相反电平的脉冲宽度典型值统计结果之一。具体地，两个独立的脉冲宽度典型值统计单元的输出连接至数据选择器的输入端，数据选择器的输出连接至死区定时单元的输入端，而数据选择器的数据选择信号则由两个不同极性的边沿检测单元的输出进行控制。若上升沿边沿检测单元输出为1，下降沿边沿检测单元输出为0，则数据选择器选择上升沿边沿检测单元对应的脉冲宽度典型值统计结果，否则选择另一个。图4的实施例的双边沿滤波器在结构上的除该区别之外的方式，均可参考前述关于图1和2中的单边沿滤波器的描述，在此不再赘述。

双边沿滤波器可以精确地还原输入信号的占空比，同时过滤掉任意极性的边沿附近的伪边沿，适用于对占空比有要求的场合，例如功率分析、电能质量分析等测量类仪器。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (19)

1.一种自适应滤波器，其特征在于，包括：

脉冲检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲，输出各脉冲检测信号；

脉冲宽度计时单元，用以接收所述脉冲检测单元输出的各脉冲检测信号，并对所述各脉冲的宽度进行计时，输出脉冲宽度计时信号；

脉冲宽度典型值统计单元，接收所述脉冲宽度计时单元输出的脉冲宽度计时信号，并根据各脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；

死区定时单元，接收所述脉冲宽度典型值统计单元的典型值，根据典型值确定一激活时间，在所述激活时间内，所述死区定时单元输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，所述死区定时单元输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。

2.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，所述脉冲检测单元为边沿检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号各脉冲的边沿，输出各脉冲边沿检测信号。

3.如权利要求2所述的自适应滤波器，其特征在于，所述边沿检测单元包括一个移位寄存器，移位寄存器响应于时钟信号而移位，所述移位寄存器存储在相应时钟边沿时刻的信号瞬时电平，根据移位寄存器存储内容确定各脉冲的上升沿和下降沿。

4.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，所述脉冲宽度计时单元响应于其输入端接收的下一脉冲而复位。

5.如权利要求1或4所述的自适应滤波器，其特征在于，所述脉冲宽度计时单元配置为饱和截断，以在脉冲宽度计时信号达到设定最大值后保持不变。

6.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，所述脉冲宽度典型值统计单元在每一段设定时间或工作过程的全部时间内，根据该段时间内的各脉冲宽度计时信号确定一典型值。

7.如权利要求6所述的自适应滤波器，其特征在于，所述典型值为每段设定时间内的最大脉冲宽度对应的脉冲宽度计时信号。

8.如权利要求7所述的自适应滤波器，其特征在于，所述脉冲宽度典型值统计单元包括：

第一比较模块，其第一输入端接收所述脉冲宽度计时单元输出的脉冲宽度计时信号，其输出端输出比较结果；

第一锁存模块，其输入端接收所述比较结果，其使能端连接所述脉冲检测单元的输出端，其输出端输出所述典型值，同时其输出端还连接到所述第一比较模块的第二输入端；

其中，所述第一比较模块的第一输入端接收的信号大于第二端接收的信号时，将所述第一输入端接收的信号作为比较结果输出，否则将所述第二输入端接收的信号作为比较结果输出。

9.如权利要求6所述的自适应滤波器，其特征在于，所述典型值为工作过程的全部时间内，新脉冲的脉冲宽度计时信号与历史脉冲的脉冲宽度计时信号的平均加权值，并以此迭代获得的脉冲宽度计时信号，公式如(a)：

PW_typ,n＝PW_typ,n-1*λ+PW_n*(1-λ)(a)

其中，λ为滑动平均因子，该因子的取值范围为[0,1]；PW_typ,n-1为历史脉冲的脉冲宽度计时信号，PW_n为新脉冲的脉冲宽度计时信号。

10.如权利要求9所述的自适应滤波器，其特征在于，所述滑动平均因子取值为1/2^N或(1-1/2^N)，N为正整数。

11.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，所述死区定时单元的激活时间为所述典型值取一定比例后的值，公式如(b)：

T_deadzone＝r*PW_typ(0<r≤1)(b)

其中，r为典型值的取值比例，PW_typ为所述典型值，T_deadzone为所述激活时间。

12.如权利要求11所述的自适应滤波器，其特征在于，所述典型值的取值比例r的取值为1/2^M，M为非负整数。

13.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，所述死区定时单元还接收所述脉冲检测单元的各脉冲，并在每个脉冲出现时重新确定所述激活时间。

14.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，所述死区定时单元包括：

减法计数模块，其输入端接收脉冲宽度典型值统计单元输出的所述典型值，其根据所述时钟信号对典型值取一定比例后的值作减法计数，同时接收所述脉冲检测单元的各脉冲检测信号，在每个脉冲出现时载入最新的所述典型值，并对所述典型值取一定比例后的值重新开始作减法计数；

第二比较模块，其第一输入端接收所述减法计数模块的输出信号，其第二端输入零，其输出端输出所述保持信号或跟随信号。

15.如权利要求14所述的自适应滤波器，其特征在于，所述减法计数模块为无符号减法时钟计数器，所述脉冲宽度典型值统计单元输出无符号的典型值。

16.如权利要求15所述的自适应滤波器，其特征在于，所述减法计数模块的输入端的位数比所述脉冲宽度典型值统计单元的输出端的位数小M位，以使典型值在接收时被取值为1/2^M，M为非负整数。

17.如权利要求1所述的自适应滤波器，其特征在于，还包括：

输出锁存单元，其使能端连接所述死区定时单元的输出端，其输入端输入所述输入信号，其根据所述保持信号或跟随信号使其输出端输出的信号相应保持或跟随所述输入信号。

18.一种自适应滤波器，其特征在于，包括：

第一脉冲单边沿检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲上升沿，输出脉冲上升沿检测信号；

第一脉冲宽度计时单元，用以接收所述第一脉冲单边沿检测单元输出的上升沿检测信号，并结合时钟信号对所述各脉冲的宽度进行计时，输出第一脉冲宽度计时信号；

第一脉冲宽度典型值统计单元，接收所述第一脉冲宽度计时单元输出的第一脉冲宽度计时信号，并根据各第一脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；

第二脉冲单边沿检测单元，用以接收输入信号，并检测所述输入信号的脉冲下降沿，输出脉冲下降沿检测信号；

第二脉冲宽度计时单元，用以接收所述第二脉冲单边沿检测单元输出的下降沿检测信号，并结合时钟信号对所述各脉冲的宽度进行计时，输出第二脉冲宽度计时信号；

第二脉冲宽度典型值统计单元，接收所述第二脉冲宽度计时单元输出的第二脉冲宽度计时信号，并根据各第二脉冲宽度计时信号确定一典型值，并输出所述典型值，所述典型值能够反映所述输入信号的脉冲宽度的稳态参数；

数据选择器，选择所述第一脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值或第二脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值输出，当上升沿检测信号有效时，选择所述第一脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值，否则当下降沿检测信号有效时，选择所述第二脉冲宽度典型值统计单元输出的典型值；

死区定时单元，接收所述数据选择器输出的典型值，将所述典型值取一定比例以获得一激活时间，在所述激活时间内，所述死区定时单元输出用以保持所述输入信号的保持信号，否则，所述死区定时单元输出用以跟随所述输入信号的跟随信号。

19.如权利要求18所述的自适应滤波器，其特征在于，输出锁存单元，其使能端连接所述死区定时单元的输出端，其输入端输入所述输入信号，其根据所述保持信号或跟随信号使其输出端输出的信号相应保持或跟随所述输入信号。