滤波器电路的制作方法

1.本发明涉及滤波器(filter)电路。


背景技术：

2.以往，存在一种具有乘法要素的数字滤波器(digital filter)，其中，所述数字滤波器的特征在于，具有：乘法机构，乘以所述乘法要素的滤波器常数；积分机构，按照每一次乘法对所述乘法机构的乘法结果中的相当于小数部的低位字节的值进行积分；溢出(overflow)检测机构，通过所述积分机构的运算结果，检测出值溢出至
±
1以上，仅在发生了溢出时输出
±
1，其他时候输出0；以及加法机构，将所述乘法结果中的相当于整数部的高位字节的值与所述溢出检测机构的输出进行加法运算(例如参照专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开平07-030373号公报


技术实现要素：

6.发明将要解决的课题
7.然而，为了使截止(cutoff)频率的信号的衰减特性良好，数字滤波器的运算量增加。
8.在以往的数字滤波器中，为了获得截止频率的良好的衰减特性，为了与运算量的增加对应，需要对加法机构的输出进行保持的缓冲器的多级化，存储器(缓冲器)的尺寸增大。
9.因此，本发明的目的在于，提供可减少运算量并且获得良好的衰减特性的滤波器电路。
10.用于解决课题的手段
11.本发明的实施方式的滤波器电路包含：输入部，输入有信号；输出部，输出与所述信号的输入值相应的输出值；第一存储部，存储所述输入值以及所述输出值；比较部，将所述输入值与所述输出值比较；以及校正部，根据所述比较部的输出对输出值进行校正，其中，所述比较部进行本次的输入值与前次的输出值的比较，所述校正部在所述比较部的所述本次的输入值与所述前次的输出值的比较值大于规定值时，将所述本次的输入值以及所述前次的输出值与第一校正值相加，在所述比较值为所述规定值以下时，将所述本次的输入值以及所述前次的输出值与第二校正值相加，所述第二校正值小于所述第一校正值，所述输出部基于与所述第一校正值或者所述第二校正值相加后的本次的输入值以及前次的输出值，计算本次的输出值。
12.发明效果
13.本发明能够提供可减少运算量并且获得良好的衰减特性的滤波器电路。
附图说明
14.图1是表示实施方式的滤波器电路100的图。
15.图2是表示比较计算部150所执行的处理的流程图。
16.图3a是表示低通滤波器的应答的图。
17.图3b是表示低通滤波器的应答的图。
18.图4是表示滤波器电路100的频率的追随性的图。
19.图5是表示低通滤波器的输出波形的图。
具体实施方式
20.以下，对应用了本发明的滤波器电路的实施方式进行说明。
21.＜实施方式＞
22.图1是表示实施方式的滤波器电路100的图。滤波器电路100包含输入部110、缓冲器120、130、140、比较计算部150、输出计算部160以及输出部170。
23.滤波器电路100作为一个例子是通过8比特或者16比特的微计算机实现的数字滤波器。这里，对滤波器电路100被连接于规定的传感器、并被输入通过传感器检测出的信号的方式进行说明。通过传感器检测出的信号包含高频噪声。
24.滤波器电路100是将所输入的信号(输入信号)中的截止频率以上的成分切断、并仅输出低于截止频率的成分的低通滤波器。
25.输入部110是被连接于滤波器电路100、并被输入通过传感器检测出的输入信号input的输入端子。输入部110在滤波器电路100的内部被连接于缓冲器120的输入端子。输入部110是实现滤波器电路100的微计算机的输入端子。
26.缓冲器120具有被连接于输入部110的输入端子、以及被连接于缓冲器140和比较计算部150的输出端子，并将从输入部110输入的输入信号input输出至缓冲器140以及比较计算部150。
27.缓冲器130具有被连接于输出计算部160的输入端子、以及被连接于比较计算部150的输出端子。缓冲器130保持从输出计算部160输出的输出值output，并在接下来的控制周期中将该输出值output作为前次的输出值(前次输出值)preoutput输出至比较计算部150。
28.缓冲器140具有被连接于缓冲器120的输入端子、以及被连接于比较计算部150的输出端子。缓冲器140保持从缓冲器120输入的输入信号input，并在接下来的控制周期中将该输入信号input作为前次的输入信号(前次输入信号)preinput输出。
29.比较计算部150具有比较部151和校正部152。比较计算部150具有被连接于缓冲器120、130、140的输入端子、以及被连接于输出计算部160的输出端子。
30.比较部151将从缓冲器120输入的输入信号input与从缓冲器130输入的前次输出值preoutput比较。校正部152根据比较部151的比较结果，对从缓冲器120输入的输入信号input、从缓冲器130输出的前次输出值preoutput以及从缓冲器140输入的前次输入信号preinput进行校正并输出至输出计算部160。
31.输出计算部160具有被连接于比较计算部150的输入端子、以及被连接于输出部170和缓冲器130的输出端子。输出计算部160通过进行对于从比较计算部150输出的校正完
毕的输入信号input、前次输出值preoutput以及前次输入信号preinput进行规定的加权并求和的计算，输出输出值output。
32.输出计算部160按照下式进行加权并求和，从而计算输出值output并输出。
33.output＝preoutput/2 preoutput/4 preoutput/32 preoutput/16 input/8 preinput/32
34.输出计算部160对于上式的右边的各项(preoutput/2、preoutput/4、preoutput/32、preoutput/16、input/8、preinput/32)求出舍去小数点以下的整数值，并计算各项的整数值的和。对上式的右边的六个项赋予的权重分别是1/2、1/4、1/32、1/16、1/8、1/32。
35.高频噪声的信号电平的变化大。为了实现能够除去高频噪声的低通滤波器，输出计算部160增大前次输出值preoutput的权重，并减小对于输入信号input和前次输入信号preinput的权重。
36.增大前次输出值preoutput的权重是为了使输出值output不会从前次输出值preoutput大幅度地变化。此外，通过将前次输入信号preinput的权重设为1/8，使得输入信号input的信号电平加入输出值output，并且不会从前次输出值preoutput大幅度地变化。此外，通过将前次输入信号preinput的权重设为小于输入信号input的权重，使得前次输入信号preinput的信号电平加入输出值output，并且最小化对输出值output的影响。
37.输出计算部160通过进行这样的加权，实现了低通滤波器。
38.输出部170输出输出计算部160的输出值output。输出部170例如被连接于对连接有滤波器电路100的规定的传感器的检测结果进行利用的设备等。
39.以上那样的滤波器电路100以规定的控制周期重复执行输出将输入信号input中的截止频率以上的成分切断了的输出值output的处理。
40.图2是表示比较计算部150所执行的处理的流程图。比较计算部150以规定的控制周期重复执行图2所示的从开始到结束的处理。
41.比较部151求出从缓冲器120输入的输入信号input与从缓冲器130输入的前次输出值preoutput的差分的绝对值(abs(preoutput
–
input))，并对绝对值是否为4以上进行判断(步骤s1)。
42.步骤s1的处理是比较部151将从缓冲器120输入的输入信号input与从缓冲器130输入的前次输出值preoutput进行比较的处理。
43.如果通过比较部151判断为差分的绝对值为4以上(s1：是)，则校正部152使用大的校正值对输入信号input、前次输出值preoutput、以及前次输入信号preinput进行校正(步骤s2)。具体而言，校正部152进行将输入信号input、前次输出值preoutput、前次输入信号preinput与4相加的校正。
44.如果通过比较部151判断为差分的绝对值不是4以上(s1：否)，则校正部152使用小的校正值对输入信号input、前次输出值preoutput、以及前次输入信号preinput进行校正(步骤s3)。具体而言，校正部152进行将输入信号input、前次输出值preoutput、前次输入信号preinput与2相加的校正。
45.通过比较部151求出的差分的绝对值为4以上的情况是输入信号input与前次输出值preoutput的差分较大的情况，是输入信号input相对于前次输出值preoutput较大地变化的情况。
46.在输出计算部160计算输出值output时，由于舍去赋予了权重的各项的小数点以下，因此产生由舍去导致的舍入误差(日文：丸
め
誤差)。为了减小这样的舍入误差，在校正部152在输入信号input的变化大时，由于设为更大的值而容易被切断，因此将大的值相加，在输入信号input的变化小时，由于难以被切断，因此将小的值相加。
47.另外，步骤s2中的校正值并不限定于4，只要大于步骤s3中的校正值即可。此外，步骤s3中的校正并不限定于2，只要小于步骤s2中的校正值即可。
48.图3a以及图3b是表示低通滤波器的应答的图。在图3a中表示滤波器电路100的应答(虚线的特性)，在图3b中用于比较而表示从滤波器电路100除去了比较计算部150而获得的低通滤波器的应答(虚线的特性)。在图3a、图3b中，横轴是时间(毫秒(ms))，纵轴是信号电平(无单位)。
49.在图3a、图3b中，实线表示步骤输入的波形，虚线表示低通滤波器的输出值output的应答，单点划线表示在具有被多级化的缓冲器的以往的低通滤波器中也考虑小数点以下而求出的输出值的应答。图3a、图3b所示的实线的步骤输入的波形与单点划线的应答相同。
50.如图3a所示，滤波器电路100的输出值output相对于步骤输入的波形在约10ms处上升，相对于输入的100可获得约97的信号电平。可知与以往的低通滤波器(单点划线)相比，应答快。
51.此外，如图3b所示，比较用的滤波器电路100的输出值output相对于步骤输入的波形在约15ms处上升，相对于输入的100为约78的信号电平。可知应答比以往的低通滤波器(单点划线)快，但应答比滤波器电路100应答慢，并且信号电平小。
52.如此，能够确认滤波器电路100的应答快且对输入的追随性好。
53.图4是表示滤波器电路100的频率的追随性的图。图4所示的特性是通过模拟获得的特性。在图4中，横轴是时间(毫秒)，纵轴是信号电平(无单位)。此外，深色的线所示的特性是输入信号的特性，浅色的线所示的特性是输出值output的特性。在图4中，随着时间的经过，逐渐升高输入信号的频率，具体而言，从10hz连续地上升至10khz。
54.输出值output在输入信号的频率低时是比输入信号的信号电平稍小(振幅小)的程度，但如果输入信号的频率变高，则振幅衰减至约1/10。此外，可知对于频率的增大而平滑地跟随。
55.如此，可知由于衰减率在高频侧变大，因此可获得能够除去高频噪声的低通滤波器。
56.图5是表示低通滤波器的输出波形的图。图5所示的特性是通过实验获得的特性。在图5中，横轴表示时间(毫秒)，纵轴表示信号电平(无单位)。
57.在图5中，最深的颜色的特性是输入信号input，中间深度的特性是滤波器电路100的输出值output，最浅的颜色的特性是在具有被多级化的8个缓冲器的以往的低通滤波器中也考虑小数点以下而求出的输出值。
58.在图5中，与图4同样，随着时间的经过，逐渐升高输入信号的频率，具体而言，从10hz连续地上升至10khz。
59.可知滤波器电路100以及以往的低通滤波器的输出相对于输入信号input衰减，滤波器电路100的输出值output的衰减率比以往的低通滤波器的输出值的衰减率大(成为了更小的振幅)。
60.如以上那样，滤波器电路100应答快，且可获得比具有多级化的缓冲器的以往的低通滤波器的衰减率大的衰减率。滤波器电路100的缓冲器(120、130、140)的数量是三个，可仅通过比较计算部150的比较部151的差分的计算、校正部152的校正值的加法计算以及输出计算部160的加权和的计算来获得输出值output。
61.因而，本发明能够提供可减少运算量并且获得良好的衰减特性的滤波器电路100。滤波器电路100能够通过8比特、16比特程度的微计算机来实现。
62.另外，以上，对滤波器电路100包含缓冲器140的方式进行了说明，但也可以不包含缓冲器140。在这种情况下，输出计算部150的输出中不包含被校正后的前次输入信号preinput，输出计算部160不包含前次输入信号preinput而计算输出值output。
63.以上，对本发明的例示的实施方式的滤波器电路进行了说明，但本发明并不限定于具体公开的实施方式，能够在不脱离权利要求书的情况下进行各种变形、变更。
64.另外，本国际申请主张基于在2019年12月4日申请的日本专利申请2019-219817号的优先权，本国际申请通过这里的参照援引其全部内容。
65.附图标记的说明
66.100 滤波器电路
67.110 输入部
68.120、130、140 缓冲器
69.150 比较计算部
70.151 比较部
71.152 校正部
72.160 输出计算部
73.170 输出部