TW527786B - Filtering device with bandwidth adjustment capability - Google Patents

Description

527786 五、發明說明（1) 【發明領域】 本發明是有關於一種濾波裝置，且特別是有關於一種 可自動針對不同性質的訊號而改變頻寬之濾波裝置。 【發明背景】 近年來，由於科技的進步，一般的整合系統在處理視 訊影音資料方面的功能也日益增強。舉聲音訊號為例，以 往處理的訊號大多是人類的語音訊號，例如，電話中談話 的聲音，但是，隨著網路的發達，一些電子音樂檔案，例 如是MP 3也隨之盛行。因此，整合系統中的輸出單元所要 處裡的是兩種對頻寬要求完全不相同的訊號。一些講求高 傳真的MP3音樂檔案，其頻寬可達22KHz，但是，電話語音 因為受電信法規之限制，其頻寬只有3KHz。 由於訊號在處理及傳送的過程中難免會產生一些噪音 及雜訊，因此一般整合系統的輸出單元都具有一個濾波 器，而此濾波器的功能即在於把不必要的噪音及雜訊過濾 掉，僅留下欲輸出的聲音訊號。而濾波器的頻寬即是決定 了哪些訊號可以留下來，哪些訊號會被濾掉的標準。但 是，由於MP 3音樂和電話語音的頻寬範圍相差太大，因 此，輸出單元若僅是安裝一個固定頻寬的濾波器是無法達 成上述的功能的。 為了使輸出單元能順利處理不同頻寬的訊號，一般的 作法為使用一數位訊號處理器（D i g i t a 1 S i g n a 1 Processor， DSP)，而這個數位訊號處理器内還包括有數

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位濾波器，所以數位訊號處理器可在對訊號做快速傅利葉 轉換（Fast Fourier Transform， FFT)後取得一適當頻率 範圍内的數位訊號。而後再將此數位訊號饋入一數位/類 比轉換器，而此數位/類比轉換器即可輸出一適當頻率範 圍内的數位訊號。但是，數位處理器本身的價錢昂貴，而 且數位訊號處理器還需要搭配軟體來使用，因此花在軟體 上的成本亦會增加，此外，在硬體上，還需要使用較大的 記憶體來儲存所需要的程式。綜合上述理由可知，若使用 數位處理器則整合系統不論在硬體或是軟體上的成本均會 提高。 除了使用數位處理器外，目前還有另一作法可使輸出 單元能順利處理不同頻寬的訊號。此方法在輸出單元内裝 設兩種不同頻寬之濾波器，其中，頻寬較小的濾波器為輸 出電話語音時使用，而頻寬較寬的則為播放MP 3音樂檔案 時使用。但是，這種使用兩個濾波器的作法，其成本仍是 不低。 【發明目的及概述】

有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種可自動針對 不同性質的訊號而調整頻寬之濾波裝置，以代替數位訊號 處理器進而達到減低成本之目的。 根據本發明的目的，提出一種可調整頻寬之濾波裝 置，此濾波裝置係裝設於一整合系統之輸出單元中，此濾 波裝置係用以接收一第一輸出訊號，而第一輸出訊號係包

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括一交流訊號及一直流偏壓，且濾波裝置包括：一直流偏 壓偵測器，係用以接收第一輸出訊號，並根據第一輸出訊 號之直流偏壓得到一控制電壓。一低通濾波器，係與直流 偏壓偵測器電性連接，且接收控制電壓，以調整低通濾波 器之頻寬。其中，低通濾波器係用以接收第一輸出訊號並 從第一輸出訊號中得到一第二輸出訊號以作為可調整頻寬 之濾波裝置之輸出。而且低通濾波器中包括一可變電阻， 且可變電阻之電阻值係隨著控制電壓之大小而改變。

為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下： 【較佳實施例】

請參照第1圖，其繪示依照本發明一較佳實施例的方 塊圖。如第1圖所示，濾、波裝置1 5 0所要處裡的第一輸出訊 號S3的來源有兩種，一種是語音訊號S1 ，一種是MP3訊號 S2。而語音訊號S1與MP3訊號S2都各自包括一個交流訊號 以及一個直流偏壓，而語音訊號與MP 3訊號的直流偏壓可 被設定為不相同之直流偏壓。例如，語音訊號S 1之直流偏 壓為2伏特，而Μ P 3訊號S 2的直流偏壓為4伏特。而在濾波 裝置150之前可設置一多工器130 ，此多工器130可接收來 源不同的訊號，例如是語音訊號S1或是MP3訊號S2，並輸 出第一輸出訊號S 3至本發明之濾波裝置1 5 0中。

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濾波裝置1 5 0包括一個直流電壓偵測器1 5 2以及一個低 通濾波器1 5 4。直流電壓偵測器1 5 2的功能在於接收第一輸 出訊號S 3，並根據第一輸出訊號S 3中的直流偏壓得到一控 制電壓S 4，因此，不同的直流偏壓所產生的控制電壓S 4也 會不同。舉例來說，若直流電壓偵測器1 5 2所產生的控制 電壓S4 ，其函式為： 控制電壓=(1 / 2 )(直流偏壓）

則，饋入語音訊號S 1進入直流電壓偵測器1 5 2時，產 生的控制電壓S4為1伏特。而饋入MP3訊號S2進入該直流電 壓偵測器1 5 2時，產生的控制電壓S4為2伏特。 如第1圖所示，低通濾波器1 5 4與直流電壓偵測器1 5 2 相連接，且直流電壓偵測器1 5 2將控制電壓S 4饋入低通濾 波器1 5 4。低通濾波器1 5 4之作用在於接收第一輸出訊號 S3，並從第一輸出訊號S3中將一定頻率範圍内之訊號萃取 出來，以輸出一第二輸出訊號S 5至輸出裝置180 ，而此輸 出裝置1 8 0 ，例如是一喇A。

低通濾波器1 5 4為一個電壓控制濾波器，也就是說， 低通濾波器1 5 4的頻寬會隨著控制電壓S 4而改變。因此， 當饋入低通濾波器1 5 4的控制電壓S4不同時，低通濾波器 1 5 4的頻寬也會隨之改變。舉例來說，低通濾波器1 5 4可被 設計成一個控制電壓越大，頻寬就越大之低通濾波器。因 此，當第一輸出訊號S 3其來源為Μ P 3訊號S 2時，由於Μ P 3訊 號S 2的4伏特直流偏壓會使得直流電壓偵測器1 5 2產生一個 2伏特的控制電壓S 4，而此2伏特的控制電壓S 4被饋入低通

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濾波器1 54，使得低通濾波器1 54的頻寬為X KHz。而當第 一輸出訊號S3其來源為語音訊號S1時，由於語音訊號S1的 2伏特直流偏壓會使得直流電壓偵測器1 5 2產生一個1伏特 的控制電壓S 4，而此1伏特的控制電壓S 4被饋入低通濾波 器1 54，使得低通濾波器1 54的頻寬為Y KHz。而由於低通 濾波器1 5 4之設計為控制電壓S 4越大，濾波器之頻寬就越 大，因此，X > Y。由上述可知，濾波裝置1 5 0因應不同來 源且頻寬要求不同的第一輸出訊號1 3 0時，可自動調整低 通濾波器1 5 4的頻寬，以輸出一具適當頻寬之第二輸出訊 號S 5 〇 請參照第2圖，其繪示一種實施第1圖之低通濾波器之 示意圖。如第2圖所示，當低通濾波器1 5 4 為一階濾波器 時，低通濾波器154可由一可變電阻201及一電容203組 成。當輸入電壓V S輸入至低通濾波器1 5 4後，低通濾波器 154係得到輸出電壓VO，且輸出電壓VO係等於電容203兩端 點之間之電壓差。而設可變電阻2 0 1之阻抗為R，電容2 0 3 之阻抗為1 / j wC。則濾波器之移轉函式為： H(w) - VO/VS= l/(jwCR+l)

其截止頻率f為1/2ttRC

由上述之方程式可知，濾波器之可變電阻之R值與其 截止頻率成反比，當R值越大時，濾波器之截止頻率就越 小，因此，只要能調整濾波器之可變電阻之R值就能調整 濾波器之頻寬。第2圖中之頻寬可調之低階濾波器1 5 4雖以 一階濾波器為例做說明，不過，頻寬可調之濾波器並不限

第8頁 527786 五、發明說明（6) 於一階濾波器，一階以上具有可變電阻之濾波器均可作為 頻寬可調之濾、波器。 請參照第3圖，其繪示一種實施第2圖之可變電阻之光 電雜合器（photo-coupler)之示意圖。一光電搞合器300 可作為可變電阻使用。如第3圖所示，光電耦合器300之等 效電路包括一發光二極體（Light Emitting Diode, LED)310，一光電二極體（photodiode) 3 2 0以及一電晶體 330。而光電二極體320之一端與電晶體330之集極C相接， 且光電二極體3 2 0之另一端與電晶體3 3 0之基極B相接。光 電耦合器300内更包括一第一電容340及一第二電容350， 其中，第一電容3 4 0之兩端分別與電晶體3 3 0之基極B及集 極C相接，而第二電容3 5 0之兩端則分別與電晶體3 3 0之基 極B及射極E相接。 由於發光二極體310係接收一推動電壓VD而發光，且 發光二極體310發光的強度是根據推動電壓VD之大小來決 定，推動電壓越大，發光強度就越強。而光電二極體320 會感應到發光二極體3 1 0所產生的光並因此而產生一感光 電流I P，而感光電流I P的大小係由發光二極體3 1 0所產生 的光的強度所決定，光的強度越強，感光電流I P就越大。 如第3圖所示，電晶體3 3 0之基極電流I B幾乎與光電二極體 320所產生的感光電流IP相等，而由上述之敘述可推知當 推動電壓V D改變時，感光電流I P也會改變，使得電晶體 3 3 0之基極電流I B亦隨之而改變。 請參照第4圖，其繪示乃第1圖中，使用第3圖之光耦

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合器之低通濾、波器之詳細電路圖。低通濾、波器1 5 4包括光 電耦合器410，電阻R1及電容C1。從第3圖之敘述可知，光 電耦合器410之輸入端為一發光二極體D1且光電耦合器410 之輸出端為一電晶體T1 ，其中，提供給發光二極體D1之電 壓為一推動電壓VD。由第6圖可知，發光二極體D1與一電 阻R2之一端相接，而電阻R2之另一端接地。電晶體T 1之集 極與電阻R1之一端相接，而電阻R1之另一端與多工器130 之輸出端相接。電晶體T 1之射極與電容C 1之一端相接，而 電容C1之另一端與接地，電容C1之跨壓VO係作為低通濾波 器410之輸出訊號。 如第4圖所示，電晶體T1之電晶體跨壓VCE，也就是電 晶體集極與射極間的電壓，對應至多工器1 3 0輸出之第一 輸出訊號S3之直流偏壓，而光電二極體D1之感光電流IP之 大小亦受到第一輸出訊號S 3之直流偏壓之影響，進而影響 電晶體T 1之基極電流I B。因此，當輸入不同之訊號進入多 工器1 3 0時，除了電晶體T 1之基極電流I B會隨之改變外， 電晶體跨壓V C E亦會隨之改變。

請參照第5圖，其繪示第4圖之電晶體之集極電流與電 晶體跨壓之示意圖。如第5圖所示，縱軸顯示的為電晶體 T1的集極電流1C，而橫軸顯示的為電晶體跨壓VCE。第5圖 的三條曲線顯示輸入不同的基極電流I B ( 1 )，I B ( 2 )及 IB(3)至電晶體3 3 0時，電晶體跨壓VCE與集極電流1C之關 係。 請同時參考第4圖與第5圖，當輸入多工器130之訊號

第10頁 527786 、發明說明（8) 為浯音詋號S1時，電晶體T1之跨壓vce為VCE(l)，且電曰 體極電流為^(1)。當輸入多工器13〇之訊號為語曰曰音 汛#uS2 k，電晶體T1之跨壓VCE為VCE(1)，且電晶體T1夕 基極電流為IB(2)。如第5圖所示，美極 T1之 晶體跨壓為VCE(l)之直流工作點主土電，瓜為B(1)且電 IB(2)且電晶體跨壓為VCE(2)之直柞而基極電流為 工作點為點P時，t晶體33〇之集極為點Q。f直流 阻值，亦即是電晶體33〇之〃 ”射極E之間之等效電 數。同理，直流工作點為點Q時，之切線斜率之倒 線斜率之倒數。由第5圖可知， ^ '且值則為點Q之切 阻值。 ’點P之電阻值大於點Q之電 以上說明本發明以_井 可變電阻使得濾波器在接合器作為一低通濾波器之 自動調整頻寬。 -直流偏壓之訊號時，可以 請參照第6圖，其繪八 號S 5與頻率之關係圖。第下二圖之濾波裝置之第二輸出訊 訊號。如第6圖所示，其縱1出*成號包括直流偏歷及交流 號部分之電壓，其單位為^第二輸出訊號S 5之交流訊 頻率，其單位為千赫（KH ，而橫軸為交流訊號之 選擇MP3訊號S2所得到的结杲線6〇1代表的是多工器13〇 U0選擇語音訊號S1所得g =姓而曲線6 0 3代表的是多工器 號及語音訊號的最大交流却％、'、"果。如第6圖所示，MP3訊 電壓下降至〇· 5伏特時，曲1為1伏特，而當交流訊號丄 在f2之處，曲線6〇3也就 也就是MP3訊號S2之頻率 把曰訊號S1之頻率約在f丨之

527786 五、發明說明（9) 處，其中f2>fl 。 【發明效果】 本發明上述實施例所揭露之濾波裝置，在處理不同頻 寬限制之訊號時，可以調整濾波裝置的頻寬以符合不同的 訊號。此濾波裝置較目前使用數位訊號處理器或是裝設兩 個頻寬不同之濾波器之作法節省成本。

綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， 然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離 本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為 平 0

第12頁 527786 圖式簡單說明 【圖式之簡單說明】 第1圖繪示依照本發明一較佳實施例的方塊圖。 第2圖繪示一種實施第1圖之低通濾波器之示意圖。 第3圖繪示一種實施第2圖之可變電阻之光電耦合器 (photo-coupler)之示意圖。 第4圖繪示第1圖中使用第3圖之光電耦合器之低通濾 波器之詳細電路圖。 第5圖繪示第4圖之電晶體之集極電流與電晶體跨壓之 示意圖。 第6圖繪示第1圖之濾波裝置之第二輸出訊號與頻率之 關係圖。 【圖式標號說明】 1 5 0 :濾波裝置 130 :多工器 1 5 2 :直流電壓偵測器 1 5 4 :低通遽波器 180 :輸出裝置 201 、R1 、R2 :電阻 2 0 3、C1 :電容 300、410 :光電耦合器 310、D1 :發光二極體 3 2 0 :光電二極體 3 3 0 、T 1 :電晶體

第13頁 527786 圖式簡單說明 6 0 1 : Μ P 3 訊號 6 0 3 :語音訊號 mm 第14頁

Claims (1)

1. 527786 六、申請專利範圍 1. 一種可調整頻寬之濾波裝置，該濾波裝置係裝設 於一整合系統之輸出單元中，該濾波裝置係用以接收一第 一輸出訊號，該第一輸出訊號係包括一交流訊號及一直流 偏壓，該濾波裝置包括： 一直流偏壓偵測器，係用以接收該第一輸出訊號， 並根據該第一輸出訊號之該直流偏壓得到一控制電壓；以 及

   一低通濾波器，係與該直流偏壓偵測器電性連接， 且接收該控制電壓，以調整該低通濾波器之頻寬，其中， 該低通濾波器係用以接收該第一輸出訊號並從該第一輸出 訊號中得到一第二輸出訊號以作為可調整頻寬之濾波裝置 之輸出，且該低通濾波器中包括一可變電阻，該可變電阻 之電阻值係隨著該控制電壓之大小而改變。 2. 如申請專利範圍第1項所述之濾波裝置，其中該控 制電壓係為一直流電壓。 3. 如申請專利範圍第1項所述之濾波裝置，其中該低 通濾波器包括：

   一光電轉合器，該光電搞合器包括一發光二極體及 一電晶體，該發光二極體係接收該控制電壓以調整該發光 二極體之發光強度，該電晶體之導通電阻係隨著該控制電 壓之大小而改變；以及 一電容，係與該電晶體之射極電性耦接。 4. 如申請專利範圍第1項所述之濾波裝置，其中第一 輸出訊號為一語音訊號。

   第15頁 527786 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1項所述之濾波裝置，其中該第 一輸出訊號為一 Μ P 3訊號。 6. —種可調整頻寬之濾波裝置，包括： 一多工器，係用以接收不同來源的輸出訊號，且該 輸出訊號同時具有一交流訊號及一直流偏壓； 一直流偏壓偵測器，係連接於前述多工器用以接收 該輸出訊號，並根據該輸出訊號之該直流偏壓得到一控制 電壓；以及

   一低通濾波器，係與該直流偏壓偵測器電性連接， 且藉由該控制電壓以調整頻寬，其中，該低通濾波器中包 括一可變電阻，該可變電阻之電阻值係隨著該控制電壓之 大小而改變頻寬。 7. 如申請專利範圍第6項所述之濾波裝置，其中該控 制電壓係為一直流電壓。 8. 如申請專利範圍第6項所述之濾波裝置，其中該低 通濾波器包括： 一光電耦合器，該光電耦合器包括一發光二極體及 一電晶體，該發光二極體係接收該控制電壓以調整該發光 二極體之發光強度，該電晶體之導通電阻係隨著該控制電 壓之大小而改變；以及

   一電容，係與該電晶體之射極電性耦接。 9. 如申請專利範圍第6項所述之濾波裝置，其中該輸 出訊號為一語音訊號。 10. 如申請專利範圍第6項所述之濾波裝置，其中該

   第16頁 527786 六、申請專利範圍 輸出訊號為一 Μ P 3訊號。 ΙΙϋϋΙ 第17頁