專利名稱：高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，屬于高斯濾波器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高斯濾波器作為一種理想的濾波器被廣泛應(yīng)用于圖像處理、移動(dòng)通信、表面及圓度測(cè)量、取樣濾波及時(shí)頻分析等領(lǐng)域。高斯濾波器的實(shí)現(xiàn)方式有數(shù)字濾波器和模擬濾波器兩種，其中數(shù)字濾波器在圖像處理、表面及圓度測(cè)量和時(shí)頻分析等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用；而模擬濾波器在移動(dòng)通信及取樣濾波技術(shù)中有著獨(dú)特的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)字濾波器依然不能完全取代模擬濾波器，模擬濾波器在一些需要信號(hào)實(shí)時(shí)處理的領(lǐng)域，仍然廣泛發(fā)揮作用?，F(xiàn)有模擬濾波器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)通常都很復(fù)雜，并且通用性差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有模擬濾波器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并且通用性差的問(wèn)題， 設(shè)計(jì)了一種高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路。本實(shí)用新型的第一種技術(shù)方案為它由η個(gè)二階系統(tǒng)電路組成，η為正整數(shù)，所述 η個(gè)二階系統(tǒng)電路串聯(lián)連接。本實(shí)用新型的第二種技術(shù)方案為它由η個(gè)二階系統(tǒng)電路和一個(gè)一階系統(tǒng)電路組成，η為正整數(shù)，η個(gè)二階系統(tǒng)電路和一個(gè)一階系統(tǒng)電路串聯(lián)連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)了高斯濾波器的濾波功能， 使高斯濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變得簡(jiǎn)單可行，使復(fù)雜的高斯濾波器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的一階系統(tǒng)電路和二階系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，并且更具有通用性，本實(shí)用新型簡(jiǎn)單實(shí)用，能夠有效地實(shí)現(xiàn)高斯濾波。

圖1為具體實(shí)施方式
一的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2為具體實(shí)施方式
二的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖3為一階系統(tǒng)電路的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4為二階系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由η個(gè)二階系統(tǒng)電路 2組成，η為正整數(shù)，所述η個(gè)二階系統(tǒng)電路2串聯(lián)連接。本實(shí)施方式由逼近理論得出高斯濾波器的逼近濾波器模型，將這一模型分解成一系列二階系統(tǒng)，設(shè)計(jì)相應(yīng)電路，進(jìn)行串聯(lián)，即可有效地實(shí)現(xiàn)高斯濾波器的功能。本實(shí)施方式所述的高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的高斯濾波，對(duì)高斯濾波器進(jìn)行2η階次濾波，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有高斯函數(shù)形式幅頻響應(yīng)的高斯濾波器。[0014]具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由η個(gè)二階系統(tǒng)電路 2和一個(gè)一階系統(tǒng)電路1組成，η為正整數(shù)，η個(gè)二階系統(tǒng)電路2和一個(gè)一階系統(tǒng)電路1串聯(lián)連接。本實(shí)施方式由逼近理論得出高斯濾波器的逼近濾波器模型，將這一模型分解成一系列一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)，設(shè)計(jì)相應(yīng)電路，進(jìn)行串聯(lián)，即可有效地實(shí)現(xiàn)高斯濾波器的功能。本實(shí)施方式所述的高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的高斯濾波，對(duì)高斯濾波器進(jìn)行2η+1階次逼近，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)具有高斯函數(shù)形式幅頻響應(yīng)的高斯濾波器。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一或二的進(jìn)一步說(shuō)明，所述二階系統(tǒng)電路2由第一一階系統(tǒng)電路1-1、第二一階系統(tǒng)電路1-2、求和電路3、積分電路4和反相器5組成，第一一階系統(tǒng)電路1-1的輸入端為二階系統(tǒng)電路2的輸入端，第一一階系統(tǒng)電路 1-1的輸出端連接求和電路3的第一輸入端，求和電路3的輸出端連接積分電路4的輸入端，積分電路4的輸出端連接反相器5的輸入端，反相器5的輸出端連接第二一階系統(tǒng)電路 1-2的輸入端，第二一階系統(tǒng)電路1-2的輸出端連接求和電路3的第二輸入端，反相器5的輸出端為二階系統(tǒng)電路2的輸出端。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二或三的進(jìn)一步說(shuō)明，所述第一一階系統(tǒng)電路1-1、第二一階系統(tǒng)電路1-2和一階系統(tǒng)電路1 的結(jié)構(gòu)相同，所述一階系統(tǒng)電路1由第一電阻R1、第二電阻R2、電容(C2)和放大器U組成，一階系統(tǒng)電路1的輸入端為第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端連接放大器U的反相輸入端，放大器U的反相輸入端與其輸出端之間并聯(lián)電容(C2)，第一電阻Rl與電容(以)相并聯(lián)，放大器U的同相輸入端接電源地，放大器U的輸出端為一階系統(tǒng)電路1 的輸出端。根據(jù)泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式對(duì)高斯濾波器進(jìn)行有理逼近，隨著展開(kāi)階次的增加，本實(shí)用新型所述電路實(shí)現(xiàn)的逼近精度將提高。根據(jù)有理函數(shù)逼近特性，逼近濾波器左半平面極點(diǎn)或者是實(shí)數(shù)，或者為復(fù)數(shù)，而復(fù)數(shù)極點(diǎn)共軛。對(duì)于偶數(shù)階次逼近模型的實(shí)現(xiàn)電路，其只包括共軛的復(fù)數(shù)極點(diǎn)。兩個(gè)共軛的復(fù)數(shù)極點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)二階系統(tǒng)電路2。比如，6階逼近模型，其由6個(gè)復(fù)數(shù)極點(diǎn)構(gòu)成，6個(gè)復(fù)數(shù)極點(diǎn)構(gòu)成3個(gè)二階系統(tǒng)電路2，所以6階逼近模型由3個(gè)二階系統(tǒng)電路2組成。對(duì)于奇數(shù)階的逼近模型一定包括一個(gè)實(shí)數(shù)極點(diǎn)，其他為共軛的復(fù)數(shù)極點(diǎn)，一階模型只包括一個(gè)實(shí)數(shù)極點(diǎn)。例如，5階逼近模型，其由4個(gè)復(fù)數(shù)極點(diǎn)和1個(gè)實(shí)數(shù)極點(diǎn)構(gòu)成，4個(gè)復(fù)數(shù)極點(diǎn)構(gòu)成2個(gè)二階系統(tǒng)電路2，1個(gè)實(shí)數(shù)極點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)一階系統(tǒng)電路1，所以5階逼近模型由2個(gè)二階系統(tǒng)電路2和1個(gè)一階系統(tǒng)電路1組成。根據(jù)要求確定不同的逼近階次，能夠滿足不同的逼近精度要求。由幅度平方設(shè)計(jì)方法得出逼近濾波器的模型，并將其分解為容易實(shí)現(xiàn)的二階系統(tǒng)電路2和一階系統(tǒng)電路1。高斯濾波器是一種具有理想時(shí)域響應(yīng)的濾波器，它是一種非因果系統(tǒng)，在理論上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但可以通過(guò)逼近方法逼近高斯濾波器的頻域響應(yīng)特性。本實(shí)用新型就是采用有理逼近方法來(lái)逼近高斯濾波器，將高斯濾波器的幅頻響應(yīng)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，按逼近精度要求確定展開(kāi)階次。利用幅度平方設(shè)計(jì)方法，由系統(tǒng)函數(shù)左半平面極點(diǎn)建立逼近濾波器模型，建立極點(diǎn)與高斯濾波器帶寬常數(shù)α之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，使本設(shè)計(jì)方法具有通用性，對(duì)于不同帶寬要求的高斯濾波器只需查表確定極點(diǎn)，方便了電路設(shè)計(jì)。根據(jù)逼近濾波器模型將其分解為一階系統(tǒng)電路1和二階系統(tǒng)電路2，對(duì)于一階系統(tǒng)電路1采用一階RC濾波器，對(duì)于二階系統(tǒng)電路2采用通用二階系統(tǒng)模型進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，最后將各單元電路串聯(lián)，組成高斯逼近濾波器。高斯濾波器的一般形式為G(jQ) = e'^2，式中α是與濾波器帶寬有關(guān)的一個(gè)常數(shù)，Ω為頻率。根據(jù)模擬濾波器幅度平方設(shè)計(jì)方法得出
\G(jQ)\2 = G(jQ)G(-jQ) = G(S)G(S) = e2^2，
式中S為復(fù)頻域變量復(fù)頻率。 對(duì)上式進(jìn)行泰勒展開(kāi)逼近得到
1式中(}p(s)為逼近濾波器系統(tǒng)函數(shù)。由上式的左半平面極點(diǎn)構(gòu)成逼近濾波器為
kp
權(quán)利要求1.一種高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于它由η個(gè)二階系統(tǒng)電路(2)組成，η為正整數(shù)，所述η個(gè)二階系統(tǒng)電路O)串聯(lián)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于所述二階系統(tǒng)電路(2) 由第一一階系統(tǒng)電路(1-1)、第二一階系統(tǒng)電路(1-2)、求和電路(3)、積分電路(4)和反相器(5)組成，第一一階系統(tǒng)電路(1-1)的輸入端為二階系統(tǒng)電路O)的輸入端，第一一階系統(tǒng)電路 (1-1)的輸出端連接求和電路⑶的第一輸入端，求和電路⑶的輸出端連接積分電路⑷ 的輸入端，積分電路的輸出端連接反相器(5)的輸入端，反相器(5)的輸出端連接第二一階系統(tǒng)電路(1-2)的輸入端，第二一階系統(tǒng)電路(1-2)的輸出端連接求和電路(3)的第二輸入端，反相器(5)的輸出端為二階系統(tǒng)電路O)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于所述第一一階系統(tǒng)電路 (1-1)的結(jié)構(gòu)與第二一階系統(tǒng)電路(1-2)的結(jié)構(gòu)相同，所述第一一階系統(tǒng)電路(1-1)由第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、電容(C2)和放大器(U)組成，第一一階系統(tǒng)電路(1-1)的輸入端為第二電阻(R2)的一端，第二電阻(R2)的另一端連接放大器(U)的反相輸入端，放大器(U)的反相輸入端與其輸出端之間并聯(lián)電容(C2)，第一電阻(Rl)與電容(C2)相并聯(lián)，放大器⑶的同相輸入端接電源地，放大器⑶的輸出端為第一一階系統(tǒng)電路(1-1)的輸出端。
4.一種高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于它由η個(gè)二階系統(tǒng)電路(2)和一個(gè)一階系統(tǒng)電路⑴組成，η為正整數(shù)，η個(gè)二階系統(tǒng)電路⑵和一個(gè)一階系統(tǒng)電路⑴串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于所述二階系統(tǒng)電路(2) 由第一一階系統(tǒng)電路(1-1)、第二一階系統(tǒng)電路(1-2)、求和電路(3)、積分電路(4)和反相器(5)組成，第一一階系統(tǒng)電路(1-1)的輸入端為二階系統(tǒng)電路O)的輸入端，第一一階系統(tǒng)電路 (1-1)的輸出端連接求和電路⑶的第一輸入端，求和電路⑶的輸出端連接積分電路⑷ 的輸入端，積分電路的輸出端連接反相器(5)的輸入端，反相器(5)的輸出端連接第二一階系統(tǒng)電路(1-2)的輸入端，第二一階系統(tǒng)電路(1-2)的輸出端連接求和電路(3)的第二輸入端，反相器(5)的輸出端為二階系統(tǒng)電路⑵的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，其特征在于所述第一一階系統(tǒng)電路 (1-1)、第二一階系統(tǒng)電路(1-2)和一階系統(tǒng)電路(1)的結(jié)構(gòu)相同，所述一階系統(tǒng)電路⑴ 由第一電阻(Rl)、第二電阻(R2)、電容(C2)和放大器(U)組成，一階系統(tǒng)電路(1)的輸入端為第二電阻(R2)的一端，第二電阻(R2)的另一端連接放大器(U)的反相輸入端，放大器(U)的反相輸入端與其輸出端之間并聯(lián)電容(C2)，第一電阻 (Rl)與電容(以)相并聯(lián)，放大器(U)的同相輸入端接電源地，放大器(U)的輸出端為一階系統(tǒng)電路(1)的輸出端。
專利摘要高斯濾波器實(shí)現(xiàn)電路，屬于高斯濾波器技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有模擬濾波器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、并且通用性差的問(wèn)題。它由n個(gè)二階系統(tǒng)電路組成，n為正整數(shù)，所述n個(gè)二階系統(tǒng)電路串聯(lián)連接；它或者由n個(gè)二階系統(tǒng)電路和一個(gè)一階系統(tǒng)電路組成，n為正整數(shù)，n個(gè)二階系統(tǒng)電路和一個(gè)一階系統(tǒng)電路串聯(lián)連接。本實(shí)用新型用于實(shí)現(xiàn)高斯濾波器的功能。
文檔編號(hào)H03H17/02GK202043084SQ20102069155
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉泊, 袁怡寶, 許景波 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)