專利名稱：一種自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及設(shè)備故障診斷技術(shù)的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)范疇，特別是一種低頻特性可達(dá)到直流信號(hào)的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器。
背景技術(shù)：
在故障診斷的信號(hào)檢測(cè)領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化處理，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通抗混濾波后，由AD變換器進(jìn)行采樣。根據(jù)采樣定理，為了避免混疊的發(fā)生，采樣頻率應(yīng)該為最高信號(hào)頻率的兩倍以上，也就是說(shuō)，當(dāng)采樣頻率為FC時(shí)，允許的信號(hào)頻率FM應(yīng)滿足條件FM<FC/2，否則將發(fā)生混疊效應(yīng)。為了克服混疊失真，需要對(duì)信號(hào)采集中的輸入信號(hào)UI進(jìn)行抗混(低通)濾波，抗混(低通)濾波器的轉(zhuǎn)折頻率FH應(yīng)該滿足條件! 彡FM彡FC/2。例如常用MAX293之類的開關(guān)電容濾波器構(gòu)成所需抗混濾波器時(shí)，需要預(yù)先給定一個(gè)抗混 控制信號(hào)，當(dāng)其抗混控制頻率FK為FK=X*ra時(shí)，濾波器自動(dòng)將抗混頻率FH控制為FH=FK/X。式中的X為抗混控制系數(shù)，由所選擇的抗混濾波器決定，例如MAX293抗混濾波器的抗混控制系數(shù)為X=100，MAX294抗混濾波器的抗混控制系數(shù)為X=50。傳統(tǒng)方法在需要改變抗混濾波器的轉(zhuǎn)折頻率ra時(shí)，是通過人為事先給定抗混控制頻率FK=x*ra來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱為“有級(jí)抗混濾波”，僅適用于信號(hào)的頻率F為穩(wěn)定頻率的范疇。在信號(hào)采樣的過程中，傳統(tǒng)方法事先按照采樣之前的初始轉(zhuǎn)速頻率FNO來(lái)設(shè)定采樣頻率FC :FC=FC0=N*FN0，N為采樣頻率倍頻系數(shù)，并按照預(yù)設(shè)的采樣頻率FC=N*FN0來(lái)給定抗混控制頻率FK=X*FC=X*N*FN0，這是一種“有級(jí)抗混濾波”;傳統(tǒng)的這種“有級(jí)抗混濾波”存在的問題是當(dāng)信號(hào)頻率F隨轉(zhuǎn)速頻率FN發(fā)生變化時(shí)，采樣頻率FC卻不能隨時(shí)變化，也不可能在采樣的全過程始終保證轉(zhuǎn)折頻率FH=FC/2= N*FN/2，即不可能在采樣的全過程始終保證轉(zhuǎn)折頻率FH等于N *FN /2以達(dá)到最大抗混頻帶要求；有可能在轉(zhuǎn)速頻率FN變化到大于初始頻率FNO時(shí)，發(fā)生N *FN /2大于N*FN0/2而產(chǎn)生混疊失真的風(fēng)險(xiǎn)；而在轉(zhuǎn)速跟蹤采樣中，雖然可以保證采樣頻率FC=N*FN，但因?yàn)槭孪仍O(shè)置的抗混控制頻率為FK=X*FC0=X*N*FN0，所能允許的分析頻率上限為FH= N*FN0/2，若轉(zhuǎn)速頻率降低到FN〈FN0，則采樣頻率也降低到N*FN〈N*FN0，便必然發(fā)生采樣頻率低于抗混頻率從而出現(xiàn)混疊失真的風(fēng)險(xiǎn)。由于抗混濾波器的低頻頻率響應(yīng)為OHz (即為直流)，而且使用的需求，例如對(duì)共振解調(diào)信號(hào)濾波時(shí)，也需要低頻響應(yīng)達(dá)到0Hz，而大多數(shù)抗混濾波器的直流工作點(diǎn)穩(wěn)定性都不能滿足要求，例如MAX293在不同的濾波頻率使用時(shí)，不僅最大的直流工作點(diǎn)偏移可達(dá)到IV，而且在不同的頻率時(shí)的偏移量還可能是不同的。為了解決直流工作點(diǎn)偏移問題，在所要求的低頻響應(yīng)頻率不很低時(shí)，通常用隔直流的CR耦合電路來(lái)解決，但這不僅帶來(lái)了 CR電路的過渡過程，還使得直流信號(hào)通過抗混濾波器的需求不能實(shí)現(xiàn)。附圖I為一個(gè)內(nèi)部抗混濾波器單元存在直流工作點(diǎn)偏移或漂移的經(jīng)典電路模型，雖然它能傳輸直流信號(hào)，并具有濾波通帶內(nèi)平坦的傳輸特性，如附圖2 ;但當(dāng)輸入信號(hào)的工作點(diǎn)為零時(shí)，若內(nèi)部抗混濾波器單元存在失調(diào)電壓為VSl=IV,則引起抗混濾波輸出出現(xiàn)IV的直流工作點(diǎn)偏移，如果后續(xù)的后置濾波器單元的直流放大系數(shù)為G=2，則經(jīng)過后置濾波器單元的輸出便出現(xiàn)2V的直流工作點(diǎn)偏移，如附圖I。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，克服抗混濾波器單元、后置濾波器單元因?yàn)榇嬖谑д{(diào)電壓或開關(guān)電容濾波環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的漂移電壓所致的直流工作點(diǎn)偏移問題，解決變速機(jī)械故障診斷中所需的精確量化檢測(cè)問題。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，包括抗混濾波器單元、后置濾波器單元，還包括反相放大器、控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器、電阻、電容，當(dāng)要求所述抗混濾波器濾波放大系數(shù)為K時(shí)，第一反相放大器OPl通過第一電阻Rl接入第二反相放大器0P2的負(fù)輸入端，第二反相放大器0P2的正輸入端接地，第二反相放大器0P2的輸出端與抗混濾波器單元的輸入端、第二電容C2連接，第二電容C2與第二電阻R2串聯(lián)，第二電阻R2接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，抗混濾波器單元的輸出端接入后置濾波器單元的輸入端，后置濾波器單元的輸出端與第四電阻R4連接，第四電阻R4與第三電阻R3串聯(lián)，第三電阻R3接入第一電·阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，第一電容Cl 一端接入第三電阻R3和第四電阻R4之間，第一電容Cl另一端接地，抗混濾波器單元的抗混頻率輸入端與控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器連接；當(dāng)要求所述抗混濾波器濾波放大系數(shù)為-K時(shí)，第一電阻Rl接入第二反相放大器0P2的負(fù)輸入端，第二反相放大器0P2的正輸入端接地，第二反相放大器0P2的輸出端與抗混濾波器單元的輸入端、第二電容C2連接，第二電容C2與第二電阻R2串聯(lián)，第二電阻R2接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，抗混濾波器單元的輸出端接入后置濾波器單元的輸入端，后置濾波器單元的輸出端與第四電阻R4連接，第四電阻R4與第三電阻R3串聯(lián)，第三電阻R3接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間,第一電容Cl 一端接入第三電阻R3和第四電阻R4之間，第一電容Cl另一端接地，抗混濾波器單元的抗混頻率輸入端與控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器連接。所述第一反相放大器OPl的放大系數(shù)為-I。所述電阻Rl、R2、R3、R4和電容Cl、C2的參數(shù)設(shè)計(jì)須符合下述公式R3=R4 ；R3+R4=K*R1 ;R2=K*R1/G;C1*R3*R4/(R3+R4)=C2*R2。所述第二反相放大器0P2和抗混濾波器單元分別為八階低通橢圓函數(shù)開關(guān)電容濾波器MAX293集成電路芯片內(nèi)的反相放大器和抗混濾波器單元；輸入第一反相放大器OPl的輸入端，第一反相放大器OPl的輸出端接到第一電阻Rl的一端，第一電阻Rl的另一端接到MAX293的CPIN，MAX293的CPOUT接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端接MAX293的CPIN端；MAX293的CPOUT端接到MAX293的IN端，MAX293的OUT端接到后置濾波單元的輸入端IN2，后置濾波單元的輸出端02輸出最終的克服了直流工作點(diǎn)偏移或漂移的濾波信號(hào)；后置濾波單元的輸出端02還接到第四電阻R4的一端,第四電阻R4的另一端接到第一電容Cl的一端和第三電阻R3的一端,第三電容Cl的另一端接地GND，第三電阻R3的另一端接到MAX293的CPIN端，采樣與抗混頻率發(fā)生器3輸出的控制信號(hào)FK接到MAX293的KLC端，MAX293的AGND端接地GND，MAX293的V+端接電源+5V，MAX293的V-端接電源-5V。所述控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器包括安裝在被檢測(cè)的機(jī)器的轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器、采樣頻率發(fā)生器和抗混頻率發(fā)生器，轉(zhuǎn)速傳感器輸出的等于軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率FN之A倍的轉(zhuǎn)速信號(hào)AFN，接到采樣頻率發(fā)生器的輸入端FNIN，但需要的采樣頻率FC=N*FN時(shí)，采樣頻率發(fā)生器內(nèi)部對(duì)AFN信號(hào)進(jìn)行B=N/A倍頻，輸出FC=N*FN的信號(hào)，提供AD變換器進(jìn)行轉(zhuǎn)速跟蹤采樣的控制頻率；該？(信號(hào)還接到抗混頻率發(fā)生器的FKIN輸入端，當(dāng)所用的抗混濾波器單元的抗混控制系數(shù)為X時(shí)，為了保證抗混濾波上限頻率FH〈=FC/2，則抗混頻率發(fā)生器的輸出頻率FK〈=X*FH=X*FC/2，為此，由抗混頻率發(fā)生器對(duì)FKIN輸入的頻率為FC的信號(hào)進(jìn)行C〈=X/2的倍頻，由抗混頻率發(fā)生器的FK端輸出FK信號(hào)，接到抗混濾波器單元的FK輸入端，如附圖12 ;當(dāng)作為自動(dòng)穩(wěn)零固定頻率抗混濾波器使用時(shí)，控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器3用頻率固定為FK=X*FC的信號(hào)發(fā)生器取代。本發(fā)明較之現(xiàn)有的經(jīng)典的抗混混濾波器的優(yōu)點(diǎn)在于能夠克服抗混濾波器單元、后置濾波器單元因?yàn)榇嬖谑д{(diào)電壓或開關(guān)電容濾波環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)的漂移電壓所致的直流工作點(diǎn)偏移問題，又能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波易于與轉(zhuǎn)速跟蹤采樣匹配的目的，完美地解決了變速機(jī)械故障診斷中所需的精確量化檢測(cè)問題，在軌道交通、風(fēng)力發(fā)電和其他變速機(jī)械故障診斷中有廣泛的應(yīng)用前景。


圖I為內(nèi)部抗混濾波器單元存在直流工作點(diǎn)偏移或漂移的經(jīng)典電路；圖2為經(jīng)典電路具有濾波通帶內(nèi)平坦的傳輸特性示意圖；圖3為本發(fā)明一實(shí)施例放大系數(shù)為I的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器之一；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例放大系數(shù)為I的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器之二 ；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例放大系數(shù)為I的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器能夠準(zhǔn)確傳輸輸入的直流信號(hào)；圖6為本發(fā)明一實(shí)施例放大系數(shù)為I的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器之一具有良好的低頻傳輸特性示意圖；圖7為參數(shù)設(shè)計(jì)不符合設(shè)計(jì)公式的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器電路；圖8為參數(shù)設(shè)計(jì)不符合設(shè)計(jì)公式的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器電路的低頻傳輸特性不合格示意圖；圖9為本發(fā)明一實(shí)施例放大系數(shù)為I的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器之二具有良好的低頻傳輸特性示意圖；圖10為本發(fā)明一實(shí)施例放大系數(shù)為-I的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器；圖11為本發(fā)明一實(shí)施例使用MAX293及其內(nèi)部反相放大器的自動(dòng)穩(wěn)零并放大系數(shù)為I的抗混濾波器；圖12為本發(fā)明一實(shí)施例控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；圖13為本發(fā)明一實(shí)施例后置濾波器放大系數(shù)為4抗混濾波傳輸系數(shù)為I自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器原理圖；、
圖14為本發(fā)明一實(shí)施例后置濾波器放大系數(shù)為4抗混濾波傳輸系數(shù)為I自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器抑制失調(diào)電壓的效果圖；圖15為本發(fā)明一實(shí)施例后置濾波器放大系數(shù)為4抗混濾波傳輸系數(shù)為I自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器抑制失調(diào)電壓、傳輸直流信號(hào)的效果圖；圖16為本發(fā)明一實(shí)施例后置濾波器放大系數(shù)為4抗混濾波傳輸系數(shù)為I自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器的傳輸特性；圖17為本發(fā)明一實(shí)施例后置濾波器放大系數(shù)為4抗混濾波傳輸系數(shù)為I自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器傳輸通帶內(nèi)信號(hào)并抑制失調(diào)電壓的波形圖；其中I :抗混濾波器單元；2 :后置濾波器單元；3 :頻率發(fā)生器；31 :轉(zhuǎn)速傳感器；32 :采樣頻率發(fā)生器；33 :抗混頻率發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式如圖3所示，本發(fā)明一實(shí)施例包括抗混濾波器單元、后置濾波器單元，還包括反相放大器OPl和0P2、控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器、電阻、電容，第一反相放大器OPl通過第一電阻Rl接入第二反相放大器0P2的負(fù)輸入端，第二反相放大器0P2的正輸入端接地，第二反相放大器0P2的輸出端與抗混濾波器單元的輸入端、第二電容C2連接，第二電容C2與第二電阻R2串聯(lián)，第二電阻R2接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，抗混濾波器單元的輸出端接入后置濾波器單元的輸入端，后置濾波器單元的輸出端與第四電阻R4連接，第四電阻R4與第三電阻R3串聯(lián)，第三電阻R3接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，第一電容Cl 一端接入第三電阻R3和第四電阻R4之間，第一電容Cl另一端接地，抗混濾波器單元的抗混頻率輸入端與控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器連接。為了保證得到良好的傳輸系數(shù)K=I的低頻特性，當(dāng)后置濾波器單元2的直流放大系數(shù)G=2時(shí)，電阻器Rl、R2、R3、R4和電容器Cl、C2的參數(shù)及的設(shè)計(jì)須符合下述公式R3=R4 ；R3+R4=K*R1=R1 ；R2=K*R1/G= Rl/2 ； C1*R3*R4/(R3+R4)=C2*R2例如附圖3，設(shè) R3=R4=100k，R1=R3+R4=200k，R2=Rl/2=100k，當(dāng) C2 為 470nF 時(shí)，Cl=2*C2=940nF ;由于符合上述設(shè)計(jì)公式，故其具有平坦的直到直流的平坦低頻頻率響應(yīng)如附圖6。否則，如果任意變化參數(shù)，例如附圖7將附圖3的Cl增大I倍到I. 88uF，則低頻特性變差如附圖8，在2. 5Hz出現(xiàn)3. 54dB的諧振峰。例如，為了保證得到良好的傳輸系數(shù)K=I的低頻特性，當(dāng)后置濾波器單元2的直流 放大系數(shù)G=I時(shí)，電阻器Rl、R2、R3、R4和電容器Cl、C2的參數(shù)及的設(shè)計(jì)須符合下述公式R3=R4 ；R3+R4=K*R1=R1 ；R2=K*R1/G= Rl ；C1*R3*R4/(R3+R4)=C2*R2
如附圖4，設(shè) R3=R4=100k，R1=R3+R4=200k，R2=Rl=200k，當(dāng) C2 為 470nF 時(shí)，C1=4*C2=1. 88uF ;由于符合上述設(shè)計(jì)公式，故其具有直到直流的平坦低頻頻率響應(yīng)如附圖9。若允許本濾波器的輸出反相，即濾波放大系數(shù)為-1，則可以省去反相放大器0P1，將輸入信號(hào)直接接到電阻器Rl的一端。如附圖10。如果采用八階低通橢圓函數(shù)開關(guān)電容濾波器MAX293集成電路芯片，抗混濾波器單元使用MAX293內(nèi)部的抗混濾波器單元，如果允許MAX293的內(nèi)部的反相放大器存在大的失調(diào)電壓及對(duì)輸出工作點(diǎn)穩(wěn)定性的影響，反相放大器0P2使用MAX293的內(nèi)部的反相放大器，如附圖11所示，則電路含有反相放大器0P1、內(nèi)含反相放大器0P2和抗混濾波單元的MAX293、后置濾波器單元和電阻器Rl、R2、R3、R4，電容器Cl、C2，輸入信號(hào)接到放大系數(shù)為-I的反相放大器OPl的輸入端，OPl的輸出端接到電阻器Rl的一端，電阻器Rl的另一端接到MAX293的CPIN亦即其內(nèi)含反相放大器0P2的負(fù)輸入端，反相放大器0P2的正輸入端接地GND，反相放大器0P2的輸出端亦即MAX293的CPOUT接電容器C2的一端，電容器C2的另一端接電阻器R2的一端，電阻器R2的另一端接反相放大器0P2的負(fù)輸入端亦即MAX293的CPIN端；反相放大器0P2的輸出端亦即MAX293的CPOUT端，還接到MAX293的IN端亦即抗混濾波單元的輸入端IN1，抗混濾波單元的輸出端01亦即MAX293的OUT端，接到后置濾波器單元的輸入端IN2，后置濾波器單元的輸出端02輸出最終的克服了直流工作點(diǎn)偏移或漂移的濾波信號(hào)；后置濾波器單元的輸出端02還接到電阻器R4的一端，電阻器R4的另一端接到電容器Cl的一端和電阻器R3的一端，電容器Cl的另一端接地GND，電阻器R3的另一端接到反相放大器0P2的負(fù)輸入端亦即MAX293的CPIN端，頻率發(fā)生器輸出的控制信號(hào)FK接到MAX293的KLC端，亦即抗混濾波單元的抗混頻率輸入端FK，MAX293的AGND端接地GND, MAX293的V+端接電源+5V，MAX293的V-端接電源-5V ;如附圖11。 供給MAX293的KLC端的抗混控制信號(hào)之抗混控制頻率FK由控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器提供，該頻率發(fā)生器含有安裝在被檢測(cè)的機(jī)器的轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速傳感器、采樣頻率發(fā)生器和抗混頻率發(fā)生器，轉(zhuǎn)速傳感器輸出的等于軸轉(zhuǎn)動(dòng)頻率FN之A倍的轉(zhuǎn)速信號(hào)AFN，接到采樣頻率發(fā)生器的輸入端FNIN，但需要的采樣頻率FC=N*FN時(shí)，采樣頻率發(fā)生器內(nèi)部對(duì)AFN信號(hào)進(jìn)行B=N/A倍頻，輸出FC=N*FN的信號(hào)，提供AD變換器作為進(jìn)行轉(zhuǎn)速跟蹤采樣的控制頻率；該FC信號(hào)還接到抗混頻率發(fā)生器的FKIN輸入端，當(dāng)所用的抗混濾波單元的抗混控制系數(shù)為X時(shí)，為了保證抗混濾波上限頻率FH〈=FC/2，則抗混頻率發(fā)生器的輸出頻率FK〈=X*FH=X*FC/2，為此，由抗混頻率發(fā)生器對(duì)FKIN輸入的頻率為FC的信號(hào)進(jìn)行C〈=X/2的倍頻，由抗混頻率發(fā)生器的FK端輸出FK信號(hào)，接到抗混濾波單元的FK輸入端，如附圖12。其中，采樣頻率發(fā)生器和抗混頻率發(fā)生器，均由公知的分頻器和倍頻器組合而成。例如采樣頻率發(fā)生器中，可以對(duì)輸入的信號(hào)頻率FNIN=A*FN進(jìn)行N倍頻，然后進(jìn)行A分頻而實(shí)現(xiàn)B=A *N/A=N的倍頻，得到FC=N*FN ;例如抗混頻率發(fā)生器中，可以對(duì)輸入的信號(hào)頻率FKIN=N*FN=FC進(jìn)行C ( X/2倍頻，而得到FK=N*FN*C ( N*FN*X/2的倍頻要求；所述的倍頻器可以使用公知的CD4046鎖相倍頻器或其他倍頻器。 如附圖13，由于由前置低通濾波器輸出到本抗混濾波器的信號(hào)UI的幅度達(dá)到10VP,而本抗混濾波器使用MAX293作抗混濾波單元時(shí)，允許使用的電源電壓為V+=5V、V-=-5V,為了保證得到良好的傳輸系數(shù)為K=I的低頻特性，而又不至于使MAX293發(fā)生限幅，需要對(duì)輸入信號(hào)衰減到1/4，故后置濾波器應(yīng)設(shè)計(jì)為直流和低通頻帶放大系數(shù)是G=4的固定低通濾波器，則電阻器R1、R2、R3、R4和電容器C1、C2的參數(shù)用下述公式設(shè)計(jì)推薦R3=R4=150k ；R3+R4=K*R1 ;則 Rl= (R3+R4) /K=300kR2=K*Rl/G=l*300k/4=75k取C2=470nF，則由C1*R3*R4/(R3+R4)=C2*R2則Cl= C2*R2*(R3+R4)/( R3*R4)=C2*75*(150+150)/(150*150)=C2=470nF
當(dāng)輸入信號(hào)的直流分量為IV，抗混濾波單元沒有失調(diào)電壓(VSl=OV)時(shí)，后置濾波輸出電壓為IV，電路正確地傳輸了信號(hào)的直流電壓，如附圖13。當(dāng)輸入信號(hào)的直流分量為0V，抗混濾波單元存在IV失調(diào)電壓(VSl=IV)時(shí)，后置濾波輸出電壓為0V，電路有效地抑制了抗混濾波單元的失調(diào)電壓，如附圖14。當(dāng)輸入信號(hào)的直流分量為IV，抗混濾波單元存在IV失調(diào)電壓(VSl=IV)時(shí)，后置濾波輸出電壓為IV，電路有效地抑制了抗混濾波單元的失調(diào)電壓，同時(shí)正確地傳輸了信號(hào)的直流電壓，如附圖15。當(dāng)抗混控制頻率FK=IOOkHz時(shí)，后置濾波輸出端的頻率響應(yīng)在FK/X=100kHz/100=lkHz時(shí)為_2. 96dB，符合要求；在IuHz IkHz頻帶內(nèi)有OdB的平坦頻率響應(yīng)，符合要求；見附圖16。當(dāng)輸入信號(hào)中沒有直流分量，但有1VP50HZ的交流信號(hào)，抗混濾波單元存在IV失調(diào)電壓(VSl=IV)時(shí)，后置濾波輸出的直流電壓(平均值)為O. 0001036V,電路有效地抑制了抗混濾波單元的失調(diào)電壓；同時(shí)交流信號(hào)約為I. 01019VP50HZ,以1%的誤差傳輸了信號(hào)的交流電壓，如附圖17。
權(quán)利要求
1.、一種自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，包括抗混濾波器単元、后置濾波器単元，其特征在干，還包括反相放大器、控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器、電阻、電容，當(dāng)要求所述抗混濾波器濾波放大系數(shù)為K時(shí)，第一反相放大器OPl通過第一電阻Rl接入第二反相放大器0P2的負(fù)輸入端，第二反相放大器0P2的正輸入端接地，第二反相放大器0P2的輸出端與抗混濾波器單元的輸入端、第二電容C2連接，第二電容C2與第二電阻R2串聯(lián)，第二電阻R2接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，抗混濾波器単元的輸出端接入后置濾波器単元的輸入端，后置濾波器単元的輸出端與第四電阻R4連接，第四電阻R4與第三電阻R3串聯(lián)，第三電阻R3接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，第一電容Cl 一端接入第三電阻R3和第四電阻R4之間，第一電容Cl另一端接地，抗混濾波器単元的抗混頻率輸入端與控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器連接；當(dāng)要求所述抗混濾波器濾波放大系數(shù)為-K時(shí)，第一電阻Rl接入第二反相放大器0P2的負(fù)輸入端，第二反相放大器0P2的正輸入端接地，第二反相放大器0P2的輸出端與抗混濾波器単元的輸入端、第二電容C2連接，第二電容C2與第二電阻R2串聯(lián)，第二電阻R2接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，抗混濾波器単元的輸出端接入后置濾波器単元的輸入端，后置濾波器單元的輸出端與第四電阻R4連接，第四電阻R4與第三電阻R3串聯(lián)，第三電阻R3接入第一電阻Rl和第二反相放大器0P2負(fù)輸入端之間，第一電容Cl 一端接入第三電阻R3和第四電阻R4之間，第一電容Cl另一端接地，抗混濾波器単元的抗混頻率輸入端與控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，其特征在于，所述第一反相放大器OPl的放大系數(shù)為-I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，其特征在于，所述電阻R1、R2、R3、R4和電容Cl、C2的參數(shù)設(shè)計(jì)符合下述公式R3=R4 ；R3+R4=K*R1 ；R2=K*R1/G ；C1*R3*R4/(R3+R4)=C2*R2。
其中，K為自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器的低頻傳輸系數(shù)，G為后置濾波器単元2的直流放大系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，其特征在于，所述第二反相放大器0P2和抗混濾波器単元分別為八階低通橢圓函數(shù)開關(guān)電容濾波器MAX293集成電路芯片內(nèi)的反相放大器和抗混濾波器単元；輸入信號(hào)接到第一反相放大器OPl的輸入端，第一反相放大器OPl的輸出端接到第一電阻Rl的一端，第一電阻Rl的另一端接到MAX293的CPIN, MAX293的CPOUT接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端接MAX293的CPIN端；MAX293的CPOUT端接到MAX293的IN端，MAX293的OUT端接到后置濾波單元的輸入端IN2，后置濾波單元的輸出端02輸出最終的克服了直流工作點(diǎn)偏移或漂移的濾波信號(hào)；后置濾波單元的輸出端02還接到第四電阻R4的一端，第四電阻R4的另一端接到第一電容Cl的一端和第三電阻R3的一端,第三電容Cl的另一端接地GND，第三電阻R3的另一端接到MAX293的CPIN端，采樣與抗混頻率發(fā)生器3輸出的控制信號(hào)FK接到MAX293的KLC端，MAX293的AGND端接地GND，MAX293的V+端接電源+5V，MAX293的V-端接電源-5V。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，其特征在于，所述控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器包括依次連接的轉(zhuǎn)速傳感器、采樣頻率發(fā)生器和抗混頻率發(fā)生器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，其特征在干，當(dāng)所述自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器作為自動(dòng)穩(wěn)零固定頻率抗混濾波器使用吋，控制采樣與抗混濾波頻率的頻率發(fā)生器為頻率固定的信號(hào)發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)穩(wěn)零轉(zhuǎn)速跟蹤抗混濾波器，含有反相放大器OP1、OP2，抗混濾波單元、后濾波器單元、采樣與抗混頻率發(fā)生器和電阻器R1、R2、R3、R4，電容器C1、C2，是一種低頻特性可達(dá)到直流信號(hào)的自動(dòng)穩(wěn)零抗混濾波器，主要用于解決對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速自動(dòng)跟蹤采樣的自適應(yīng)低通抗混濾波時(shí)實(shí)現(xiàn)從直流到抗混濾波頻率上限的整個(gè)頻帶的自動(dòng)穩(wěn)零，并保證濾波頻帶內(nèi)有平坦的頻率響應(yīng)，以克服傳統(tǒng)原理型的經(jīng)典抗混濾波器的直流工作點(diǎn)無(wú)規(guī)律偏移問題和隔直流傳輸時(shí)低頻傳輸特性變差的問題。
文檔編號(hào)H03H9/46GK102664603SQ201210185888
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者唐德堯, 施文欽 申請(qǐng)人:唐德堯