直流抑制装置、电气设备及直流抑制装置的控制方法与流程

1.本发明涉及信号采样领域，尤其涉及一种直流抑制装置、电气设备及直流抑制装置的控制方法。


背景技术：

2.直流意外是指运算放大器的输出端出现了额外的直流分量。对于高精度的耦合电路，直流意外会降低耦合电路输出端的动态范围。具体地，若音频系统中的模拟数字转换器(analog to digital converter，adc)的输出端出现了直流分量，音频系统的输出的音频信号出现直流偏移，将对音频系统的音效造成影响，甚至还会导致音频系统中的器件发生损毁。若射频系统中的模拟数字转换器的输出端出现了直流分量，将导致射频系统解调adc量化精度下降和灵敏度下降，还会影响射频系统的抗干扰能力。
3.现有技术通过平均引擎对模拟数字转换器的进行直流偏移量估计，然后，对包括模拟数字转换器的通路进行直流偏移量校正。采用对模拟数字转换器的进行直流校正的方式，抑制模拟数字转换器的输出端出现的直流分量。然而，平均引擎需要较长的工作时间才能得到较准确的直流偏移量的估计值，导致模拟数字转换器信号的直流抑制效率低下，不能适用于需要快速跟踪的电气场景。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种直流抑制装置、电气设备及直流抑制装置的控制方法，以解决直流抑制效率低下的问题。
5.第一方面，本技术提供一种直流抑制装置，所述直流抑制装置包括带宽控制单元、可调带宽滤波器及直流抑制输出端；
6.所述带宽控制单元的输入端用于连接模拟数字转换单元，所述带宽控制单元的输出端连接所述可调带宽滤波器；
7.所述可调带宽滤波器的输入端用于连接所述模拟数字转换单元，所述可调带宽滤波器的输出端连接所述直流抑制输出端；
8.所述带宽控制单元用于响应所述模拟数字转换单元的启动指示，生成所述可调带宽滤波器的带宽配置指令；
9.所述可调带宽滤波器用于响应接收到的所述带宽配置指令，调节带宽参数。
10.结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述直流抑制装置还包括降采样单元；
11.所述降采样单元的输入端用于连接所述模拟数字转换单元，所述降采样单元的输出端连接所述可调带宽滤波器；
12.所述降采样单元用于降低所述模拟数字转换单元的输出信号的采样频率，以降低所述可调带宽滤波器的工作频率。
13.结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述直流
抑制装置还包括第一延时单元；
14.所述第一延时单元的一端用于连接所述模拟数字转换单元，所述第一延时单元的另一端用于连接所述带宽控制单元；
15.所述第一延时单元用于补偿所述降采样单元产生的延时，以对所述可调带宽滤波器的输入信号和所述带宽控制单元的启动指示进行时间同步。
16.结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述降采样单元还用于将所述模拟数字转换单元的工作频率由第一采样频率降低为第二采样频率，其中，所述第一采样频率为所述第二采样频率的整数倍。
17.结合第一方面，在第四种可能的实现方式中，所述可调带宽滤波器包括乘法器、第一加法器、第二加法器及第三加法器；
18.所述乘法器的控制端连接所述带宽控制单元，所述乘法器的输入端连接所述第一加法器，所述乘法器的输出端连接所述第二加法器；
19.所述第一加法器用于连接所述模拟数字转换单元，所述第三加法器的第一端用于连接所述模拟数字转换单元，所述第三加法器的第二端连接所述第二加法器，所述第三加法器的第三端连接所述直流抑制输出端；
20.所述乘法器用于响应接收到的所述带宽配置指令，逐次调节带宽参数。
21.结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述可调带宽滤波器还包括第二延时单元；
22.所述第二延时单元的第一端连接所述第一加法器，所述第二延时单元的第二端连接所述第二加法器，且所述第二延时单元的第三端连接所述第三加法器；
23.所述第二延时单元用于实现一个采样点的延时。
24.结合第一方面，在第六种可能的实现方式中，带宽控制单元还用于基于预设的直流抑制收敛时间，降低所述可调带宽滤波器的带宽参数。
25.第二方面，本技术提供一种电气设备，包括模拟数字转换单元及如第一方面所述的直流抑制装置，所述直流抑制装置与所述模拟数字转换单元连接。
26.第三方面，本技术提供一种直流抑制装置的控制方法，应用于如第一方面所述的直流抑制装置，所述直流抑制装置与模拟数字转换单元连接，所述方法包括：
27.检测所述模拟数字转换单元是否发送启动指示至所述带宽控制单元；
28.当所述模拟数字转换单元发送所述启动指示至所述带宽控制单元时，逐次调节所述可调带宽滤波器的带宽参数。
29.结合第三方面，在第一种可能的实现方式中，所述当所述模拟数字转换单元发送所述启动指示至所述带宽控制单元时，逐次调节所述可调带宽滤波器的带宽参数，包括：
30.当所述模拟数字转换单元发送所述启动指示至所述带宽控制单元时，将所述可调带宽滤波器的带宽参数配置为预设带宽；
31.基于预设的直流抑制收敛时间，降低所述可调带宽滤波器的带宽参数。
32.本技术提供一种直流抑制装置，所述直流抑制装置包括带宽控制单元、可调带宽滤波器及直流抑制输出端；所述带宽控制单元的输入端用于连接模拟数字转换单元，所述带宽控制单元的输出端连接所述可调带宽滤波器；所述可调带宽滤波器的输入端用于连接所述模拟数字转换单元，所述可调带宽滤波器的输出端连接所述直流抑制输出端；所述带
宽控制单元用于响应所述模拟数字转换单元的启动指示，生成所述可调带宽滤波器的带宽配置指令；所述可调带宽滤波器用于响应接收到的所述带宽配置指令，调节带宽参数。直流抑制装置在直流抑制过程中，实时调节可调带宽滤波器的带宽参数，降低了直流抑制的总收敛时间，提高了直流抑制效率，又避免了低频信号出现信号损伤，且输出信号在带宽切换过程中平滑没有毛刺。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
34.图1示出了本技术实施例提供的直流抑制装置的第一种结构示意图；
35.图2示出了本技术实施例提供的直流抑制装置的第二种结构示意图；
36.图3示出了本技术实施例提供的可调带宽滤波器的结构示意图；
37.图4示出了本发明实施例提供的模拟数字转换单元的输出波形示意图；
38.图5示出了本技术实施例提供的直流抑制装置的第三种结构示意图；
39.图6示出了本发明实施例提供的直流抑制装置的控制方法的流程图。
40.主要元件符号说明：
41.100-直流抑制装置、200-模拟数字转换单元；110-带宽控制单元，120-可调带宽滤波器、130-直流抑制输出端、140-降采样单元、150-第一延时单元；121-乘法器、122-第一加法器、123-第二加法器、124-第三加法器、125-第二延时单元。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
43.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
45.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中
被清楚地限定。
47.实施例1
48.请参阅图1，图1示出了本技术实施例提供的直流抑制装置的第一种结构示意图。图1中的直流抑制装置100包括带宽控制单元110、可调带宽滤波器120及直流抑制输出端130；
49.所述带宽控制单元110的输入端用于连接模拟数字转换单元200，所述带宽控制单元110的输出端连接所述可调带宽滤波器120；
50.所述可调带宽滤波器120的输入端用于连接所述模拟数字转换单元200，所述可调带宽滤波器120的输出端连接所述直流抑制输出端130；
51.所述带宽控制单元110用于响应所述模拟数字转换单元200的启动指示，生成所述可调带宽滤波器120的带宽配置指令；
52.所述可调带宽滤波器120用于响应接收到的所述带宽配置指令，调节带宽参数。
53.当模拟数字转换单元200输出直流分量时，通过可调带宽滤波器120，对模拟数字转换单元200的输出端特定频率以下的信号进行滤波，实现直流抑制。然而，直接通过滤波器进行直流抑制的过程中，若将可调带宽滤波器120的带宽参数配置为高带宽，则低频信号会出现幅度减小和相位旋转等损伤。若将可调带宽滤波器120的带宽参数配置为低带宽，则直流跟踪速度较慢，不适用于需要快速跟踪的电气场景。
54.本技术中，模拟数字转换单元200启动后发送启动指示至带宽控制单元110。带宽控制单元110响应启动指示生成可调带宽滤波器120的带宽配置指令。直流抑制过程中，可调带宽滤波器120用于响应带宽控制单元110发送的带宽配置指令，实时调节带宽参数。具体地，模拟数字转换单元200启动后，先通过带宽配置指令将可调带宽滤波器120的带宽参数，配置为较大值的带宽，降低直流抑制过程的总时长。同时，直流抑制过程中，通过带宽配置指令将可调带宽滤波器120的带宽参数，配置为较小值的带宽，避免低频信号出现信号损伤。直流抑制装置100在直流抑制过程中，实时调节可调带宽滤波器120的带宽参数，提高了直流抑制效率，又避免了低频信号出现信号损伤。直流抑制输出端130与需要接收模拟数字转换单元200的输出信号其他设备连接，将滤波后的模拟数字转换单元200的输出信号输出至其他设备。
55.请一并参阅图2，图2示出了本技术实施例提供的直流抑制装置的第二种结构示意图。所述直流抑制装置100还包括降采样单元140；
56.所述降采样单元140的输入端用于连接所述模拟数字转换单元200，所述降采样单元140的输出端连接所述可调带宽滤波器120；
57.所述降采样单元用于降低所述模拟数字转换单元200的输出信号的采样频率，以降低所述可调带宽滤波器120的工作频率。
58.对模拟数字转换单元200的输出数据进行滤波之前，还可以对模拟数字转换单元200的采样频率进行降采样。通过降采样单元140降低模拟数字转换单元200的输出信号的采样频率，以降低可调带宽滤波器120的工作频率，使得定点化后消耗面积较小，进而降低直流抑制装置100的功耗，提高直流抑制的效率。
59.在一个可选的示例中，所述直流抑制装置100还包括第一延时单元150；
60.所述第一延时单元150的一端用于连接所述模拟数字转换单元200，所述第一延时
单元150的另一端用于连接所述带宽控制单元110；
61.所述第一延时单元用于补偿所述降采样单元140产生的延时，以对所述可调带宽滤波器120的输入信号和所述带宽控制单元110的启动指示进行时间同步。
62.降低模拟数字转换单元200的采样频率之后，通过补偿降采样单元140产生的延时，实现可调带宽滤波器120的输入信号和带宽控制单元110的启动指示的时间同步，避免带宽控制单元110启动时间相对可调带宽滤波器120有效输入会提前，进而避免无法提升抑制直流电流时的收敛速度。
63.在一个可选的示例中，所述降采样单元140还用于将所述模拟数字转换单元200的工作频率由第一采样频率降低为第二采样频率，其中，所述第一采样频率为所述第二采样频率的整数倍。
64.为便于理解，本技术的实施例中模拟数字转换单元200的输出数据时的第一采样频率为fs，直流抑制装置100进行直流抑制时的工作频率也为fs。通过降采样单元140将模拟数字转换单元200的工作频率由第一采样频率降低为第二采样频率，即第二采样频率为fs/n，其中，n为整数，且n的取值是根据实际需求选择，在此不做限定。通过降采样单元140降低模拟数字转换单元200输出信号的采样频率，降低直流抑制装置100的工作频率，进而降低直流抑制装置100的功耗。
65.请一并参阅图3，图3示出了本技术实施例提供的可调带宽滤波器的结构示意图。所述可调带宽滤波器120包括乘法器121、第一加法器122、第二加法器123及第三加法器124；
66.所述乘法器121的控制端连接所述带宽控制单元110，所述乘法器121的输入端连接所述第一加法器122，所述乘法器121的输出端连接所述第二加法器123；
67.所述第一加法器122用于连接所述模拟数字转换单元200，所述第三加法器124的第一端用于连接所述模拟数字转换单元200，所述第三加法器124的第二端连接所述第二加法器123，所述第三加法器124的第三端连接所述直流抑制输出端130；
68.所述乘法器121用于响应接收到的所述带宽配置指令，逐次调节带宽参数。
69.乘法器121是可调带宽滤波器120中用于进行乘法、除法、乘方及开方等模拟运算的电路，第一加法器122、第二加法器123及第三加法器124是可调带宽滤波器120中进行加法运算的数位电路。乘法器121、第一加法器122、第二加法器123及第三加法器124共同构成了可调带宽滤波器120，通过可调带宽滤波器120对模拟数字转换单元200进行滤波，实现直流抑制。同时，通过调节乘法器121带宽参数，降低直流抑制过程的总时长，并避免了低频信号出现信号损伤。
70.在一个可选的示例中，所述可调带宽滤波器120还包括第二延时单元125；
71.所述第二延时单元125的第一端连接所述第一加法器122，所述第二延时单元125的第二端连接所述第二加法器123，且所述第二延时单元125的第三端连接所述第三加法器124；
72.所述第二延时单元125用于实现一个采样点的延时。
73.通过第二延时单元125实现可调带宽滤波器120中一个采样点的延时，保证可调带宽滤波器120的可靠运行。同时，可调带宽滤波器120的带宽参数，会影响可调带宽滤波器120的传输函数：
[0074][0075]
其中，h(z)为可调带宽滤波器120的z域传输函数，alpha为可调带宽滤波器120的带宽参数。
[0076]
可调带宽滤波器120的带宽参数越小，可调带宽滤波器120的幅度衰减越小，相位旋转的频点越低。
[0077]
作为一个示例，带宽控制单元110还用于基于预设的直流抑制收敛时间，降低所述可调带宽滤波器120的带宽参数。
[0078]
由于直流抑制的收敛时间受可调带宽滤波器120的带宽参数，直流抑制的收敛时间可表示为：
[0079][0080]
其中，ta为直流抑制的收敛时间，fs为模拟数字转换单元200的采样频率fs，当直流抑制装置100还包括降采样单元140时，fs为模模拟数字转换单元200降采样后的采样频率fs，即可调带宽滤波器120的工作频率，alpha为可调带宽滤波器120的带宽参数。
[0081]
为便于理解，本技术的实施例中，设模拟数字转换单元200的采样频率为24mhz，不做降采样处理。若可调带宽滤波器120的带宽参数为0.1，则直流抑制的收敛时间为0.87us，若可调带宽滤波器120的带宽参数为0.01，则直流抑制的收敛时间为9.12us，若可调带宽滤波器120的带宽参数为0.001，则直流抑制的收敛时间为91.62us。直流抑制的收敛时间，根据可调带宽滤波器120的带宽参数变化。模拟数字转换单元200启动后，基于预设的直流抑制收敛时间，降低所述可调带宽滤波器120的带宽参数，降低了直流抑制的总时间，同时，避免了对低频信号的信号损伤。
[0082]
请参阅图4，图4示出了本发明实施例提供的模拟数字转换单元的输出波形示意图。
[0083]
图中频率较高的波形，为模拟数字转换单元200的输出至可调带宽滤波器120的波形。图中频率较低的波形，为可调带宽滤波器120进行滤波后的模拟数字转换单元200的输出波形。直流抑制装置100抑制模拟数字转换单元200的直流偏置过程中，能够快速收敛。同时，调节可调带宽滤波器120的带宽参数过程中，波形过度平滑，不会对模拟数字转换单元200的输出波形造成干扰。
[0084]
本技术提供一种直流抑制装置，所述直流抑制装置包括带宽控制单元、可调带宽滤波器及直流抑制输出端；所述带宽控制单元的输入端用于连接模拟数字转换单元，所述带宽控制单元的输出端连接所述可调带宽滤波器；所述可调带宽滤波器的输入端用于连接所述模拟数字转换单元，所述可调带宽滤波器的输出端连接所述直流抑制输出端；所述带宽控制单元用于响应所述模拟数字转换单元的启动指示，生成所述可调带宽滤波器的带宽配置指令；所述可调带宽滤波器用于响应接收到的所述带宽配置指令，调节带宽参数。直流抑制装置在直流抑制过程中，实时调节可调带宽滤波器的带宽参数，降低了直流抑制的总收敛时间，提高了直流抑制效率，又避免了低频信号出现信号损伤，且输出信号在带宽切换过程中平滑没有毛刺。
[0085]
请一并参阅图5，图5示出了本技术实施例提供的直流抑制装置的第三种结构示意图。
[0086]
本技术的实施例还提供一种电气设备，包括模拟数字转换单元200及如实施例1所述的直流抑制装置100，所述直流抑制装置100与所述模拟数字转换单元200连接。
[0087]
调节可调带宽滤波器120中的乘法器121连接带宽控制单元110，调节可调带宽滤波器120中的第一加法器122、第三加法器124分别与模拟数字转换单元200连接，且第三加法器124还连接直流抑制输出端130。直流抑制装置100在直流抑制过程中，实时调节可调带宽滤波器120的带宽参数，降低直流抑制的收敛时间，提高了直流抑制效率，又避免了低频信号出现信号损伤。直流抑制输出端130与需要接收模拟数字转换单元200的输出信号其他设备连接，将滤波后的模拟数字转换单元200的输出信号输出至其他设备，避免模拟数字转换单元200的直流偏置影响其他设备的可靠性。
[0088]
实施例2
[0089]
请参阅图6，图6示出了本发明实施例提供的直流抑制装置的控制方法的流程图。图6中的直流抑制装置的控制方法应用于如实施例1所述的直流抑制装置100，所述直流抑制装置100与模拟数字转换单元200连接，所述方法包括以下步骤：
[0090]
步骤310，检测所述模拟数字转换单元200是否发送启动指示至所述带宽控制单元110。
[0091]
建立直流抑制装置100与模拟数字转换单元200的连接，具体地，将可调带宽滤波器120与模拟数字转换单元200连接，并将带宽控制单元110与模拟数字转换单元200连接。实时检测模拟数字转换单元200是否启动，若模拟数字转换单元200启动，则检测到模拟数字转换单元200发送至带宽控制单元110的启动指示。若模拟数字转换单元200未启动，则检测不到模拟数字转换单元200发送至带宽控制单元110的启动指示。
[0092]
步骤320，当所述模拟数字转换单元200发送所述启动指示至所述带宽控制单元110时，逐次调节所述可调带宽滤波器120的带宽参数。
[0093]
当模拟数字转换单元200发送启动指示至所述带宽控制单元110时，逐次调节可调带宽滤波器120的带宽参数，降低直流抑制的收敛时间，提高了直流抑制效率，又避免了低频信号出现信号损伤。
[0094]
作为一个示例，所述当所述模拟数字转换单元200发送所述启动指示至所述带宽控制单元110时，逐次调节所述可调带宽滤波器120的带宽参数，包括：
[0095]
当所述模拟数字转换单元200发送所述启动指示至所述带宽控制单元110时，将所述可调带宽滤波器120的带宽参数配置为预设带宽；
[0096]
基于预设的直流抑制收敛时间，降低所述可调带宽滤波器120的带宽参数。
[0097]
当模拟数字转换单元200发送启动指示至所述带宽控制单元110时，带宽控制单元110将可调带宽滤波器120的带宽参数配置为预设带宽，其中，预设带宽为较高值的带宽，在此不做赘述。通过将可调带宽滤波器120的带宽参数配置为预设带宽，降低直流抑制过程中的总收敛时间。同时，基于预设的直流抑制收敛时间，降低可调带宽滤波器120的带宽参数。具体地，可每个经过一个预设的直流抑制收敛时间，则降低一次可调带宽滤波器120的带宽参数，直到将完成收敛后的可调带宽滤波器120的带宽参数降低至较小的值，避免对低频信号的信号损伤。
[0098]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0099]
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
[0100]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0101]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。