信号处理系统及其方法与流程

本发明有关于一种信号处理系统，特别是有关于一种可提高模拟数字转换器(adc)的信号噪声比(signalnoiseratio)的信号处理系统及其方法。

背景技术：

模拟数字转换器(adc)用以将模拟信号转换成数字信号。实际应用时，模拟信号可能会包含数据信号以及环境噪声，而模拟数字转换器进行数据转换时也会产生量化噪声(quantizationnoise)以及电路噪声(circuitnoise)，所以数字信号受到环境噪声、量化噪声以及电路噪声影响。

一般而言，模拟数字转换器的规格中定义的信号噪声比(snr)是针对数据信号与量化噪声以及电路噪声的比例。因此，即使模拟数字转换器内设置滤波器以提高信号噪声比，但是此种内置滤波器的频宽不能小于模拟数字转换器的取样频率，否则会影响模拟数字转换器的效能，因此当数据信号的频率较低时，内置滤波器仍无法有效提高信号噪声比。

基于上述原因，在实际应用时，模拟数字转换器输出的数字信号需要经过软件处理以消除环境噪声。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种信号处理系统，适用于一模拟数字转换器，此信号处理系统包含一可调滤波器、一信号差异计算单元、一判断单元以及一选择单元。可调滤波器用以接收模拟数字转换器输出的一数字信号，并对数字信号进行滤波以产生一经滤波信号。信号差异计算单元用以计算并输出数字信号以及经滤波信号之间的一信号差异值。判断单元用以比较信号差异值以及一预设门槛值以产生一比较结果，并根据比较结果产生一选择信号以及一频宽调整信号。选择单元用以接收数字信号以及经滤波信号，并根据选择信号输出数字信号以及经滤波信号的其中一个。可调滤波器的频宽根据频宽调整信号进行调整。

较佳地，可调滤波器为一可调频宽低通滤波器。

较佳地，当信号差异值大于预设门槛值，则选择单元根据选择信号输出数字信号，且可调滤波器可根据频宽调整信号提高频宽，而当信号差异值小于预设门槛值，则选择单元根据选择信号输出经滤波信号，且可调滤波器根据频宽调整信号缩小频宽。

较佳地，预设门槛值包含一第一门槛值以及一第二门槛值，判断单元对信号差异值与第一门槛值以及第二门槛值进行比较，以产生比较结果，并根据比较结果产生选择信号以及频宽调整信号。第一门槛值大于第二门槛值。当信号差异值大于第一门槛值，则选择单元根据选择信号输出数字信号，且可调滤波器可根据频宽调整信号提高频宽。当信号差异值小于第一门槛值且大于第二门槛值，则选择单元根据选择信号输出经滤波信号，且可调滤波器根据频宽调整信号缩小频宽。当信号差异值小于第二门槛值，则选择单元根据选择信号输出经滤波信号，且可调滤波器维持频宽。

较佳地，可调滤波器包含一第一可调滤波器以及一第二可调滤波器分别对数字信号进行滤波，以分别产生一第一经滤波信号以及一第二经滤波信号，第一可调滤波器的频宽大于第二可调滤波器的频宽。信号差异计算单元分别计算并输出数字信号与第一经滤波信号以及第二经滤波信号之间的一第一信号差异值以及一第二信号差异值，判断单元比较第一信号差异值与第二信号差异值以及一预设门槛值以产生比较结果，并根据比较结果产生选择信号、一第一频宽调整信号以及一第二频宽调整信号。

较佳地，当第一信号差异值与第二信号差异值皆大于预设门槛值，则选择单元根据选择信号输出数字信号，且第一可调滤波器根据第一频宽调整信号提高频宽。当第一信号差异值小于预设门槛值而第二信号差异值大于预设门槛值，则选择单元根据选择信号输出第一经滤波信号，且第一可调滤波器可根据第一频宽调整信号缩减频宽，第二可调滤波器可根据第二频宽调整信号提高频宽。当第一信号差异值与第二信号差异值皆小于预设门槛值，则选择单元根据选择信号输出第二经滤波信号，且第二可调滤波器可根据第二频宽调整信号缩减频宽。

较佳地，预设门槛值包含一第一门槛值以及一第二门槛值，判断单元对第一信号差异值与第二信号差异值以及第一门槛值以及第二门槛值进行比较。第一门槛值大于该第二门槛值。当第一信号差异值与第二信号差异值皆大于第一门槛值，则选择单元根据选择信号输出数字信号，且第一可调滤波器可根据第一频宽调整信号提高频宽。当第一信号差异值与第二信号差异值皆小于第一门槛值，则选择单元根据选择信号输出第二经滤波信号，且第二可调滤波器可根据第二频宽调整信号缩减频宽。当第一信号差异值小于第一门槛值而大于第二门槛值，且第二信号差异值大于第一门槛值，则选择单元根据选择信号输出第一经滤波信号，且第一可调滤波器可根据第一频宽调整信号缩减频宽，第二可调滤波器可根据第二频宽调整信号提高频宽。当第一信号差异值小于第二门槛值，则选择单元根据选择信号输出第一经滤波信号，且第一可调滤波器维持频宽。当第二信号差异值小于第二门槛值，则选择单元根据选择信号输出第二经滤波信号，且第二可调滤波器维持频宽。

根据一实施例，本发明再提出一种信号处理方法，适用于一模拟数字转换器，其输出一数字信号。信号处理方法包含下列步骤:使用一可调滤波器对数字信号进行滤波以产生一经滤波信号；计算并输出数字信号以及经滤波信号之间的一信号差异值；比较信号差异值以及一预设门槛值以产生一比较结果，并根据比较结果产生一选择信号以及一频宽调整信号；根据选择信号，输出数字信号以及经滤波信号的其中一个；根据频宽调整信号调整可调滤波器的频宽。

根据一实施例，本发明再提出一种信号处理系统，适用于一模拟数字转换器。信号处理系统包含多个滤波器、一信号差异计算单元、一判断单元、以及一选择单元。多个滤波器分别接收模拟数字转换器输出的一数字信号，并对数字信号进行滤波，以产生多个经滤波信号。多个滤波器具有不同的频宽。信号差异计算单元计算并输出数字信号以及多个经滤波信号之间的多个信号差异值，并输出多个信号差异值中最小的一最小信号差异值，并输出对应最小信号差异值的经滤波信号。判断单元比较最小信号差异值以及一预设门槛值以产生一比较结果，并根据比较结果产生一选择信号。选择单元接收数字信号以及对应最小信号差异值的经滤波信号，并根据选择信号输出数字信号以及对应最小信号差异值的经滤波信号的其中一个。

根据一实施例，本发明再提出一种信号处理系统，适用于一模拟数字转换器。信号处理系统包含多个滤波器、一信号差异计算单元、一判断单元、以及一选择单元。多个滤波器分别接收模拟数字转换器输出的一数字信号，并对数字信号进行滤波，以产生多个经滤波信号。多个滤波器具有不同的频宽。信号差异计算单元计算并输出数字信号以及多个经滤波信号之间的多个信号差异值，并输出多个信号差异值中一最小信号差异值以及对应最小信号差异值的一滤波器代码。判断单元比较最小信号差异值以及一预设门槛值以产生一比较结果，并根据比较结果以及滤波器代码产生一选择信号。选择单元接收数字信号以及多个经滤波信号，并根据选择信号输出数字信号以及多个经滤波信号中的其中一个。

附图说明

图1为本发明的信号处理系统的一实施例的方块图。

图2为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。

图3为本发明的信号处理方法的一实施例的流程图。

图4为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。

图5为本发明的信号处理系统的信号差异计算单元的一实施例的方块图。

图6为本发明的信号处理方法的另一实施例的流程图。

图7为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。

图8为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。

符号说明：

10:模拟数字转换器

101:模拟信号

102:数字信号

20:可调滤波器

201:经滤波信号

20a:可调频宽低通滤波器

21:第一可调滤波器

211:第一经滤波信号

22:第二可调滤波器

221:第二经滤波信号

30、31:信号差异计算单元

301:信号差异值

311:第一信号差异值

312:第二信号差异值

31a:第一信号差异计算单元

31b:第二信号差异计算单元

40、40a、41、43:判断单元

401:第一门槛值

402:第二门槛值

411:选择信号

412:频宽调整信号

420:选择信号

421:第一频宽调整信号

422:第二频宽调整信号

431、49:预设门槛值

432、432a:选择信号

50:选择单元

61:第一滤波器

62:第二滤波器

63:第三滤波器

64:第四滤波器

611:第一经滤波信号

621:第二经滤波信号

631:第三经滤波信号

641:第四经滤波信号

70、70a:最小差异判断单元

701:最小信号差异值

702:经滤波信号

703:滤波器代码

s31～s36、s61～s68、s64a、s65a:步骤流程

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

请参阅图1，其为本发明的信号处理系统的一实施例的方块图。图1中，本发明的信号处理系统适用于一模拟数字转换器10，而信号处理系统包含一可调滤波器20、一信号差异计算单元30、一判断单元40以及一选择单元50。模拟数字转换器10接收一模拟信号101，并将模拟信号101转换成一数字信号102。

可调滤波器20可用以接收模拟数字转换器10输出的数字信号102，并对数字信号102进行滤波以产生经滤波信号201。较佳地，可调滤波器20可为一可调频宽低通滤波器，其为一低通滤波器且频宽可由一外部控制信号调整。

信号差异计算单元30可用以计算并输出数字信号102以及经滤波信号201之间的信号差异值301。实际应用中，数字信号102可包含多个位，且经滤波信号201的位数与该数字信号102的位数相同，而信号差异值301包含至少一位，例如，信号差异值301可为数字信号102与经滤波信号201不相同的最低有效位(leastsignificantbit，lsb)，或是不相同的最低有效位的数。

举例而言，假设模拟数字转换器10的解析度为10，表示数字信号102的位数为10，例如”1101100111”，而经滤波信号201为”1101001010”，则不相同的最低有效位为”100111”，所以信号差异值301可为”100111”或是6，表示可调滤波器20的滤波处理影响到数字信号102的第6位。

判断单元40用以比较信号差异值301以及预设门槛值49，以产生比较结果，并根据比较结果产生选择信号411以及频宽调整信号412。选择单元50用以接收数字信号102以及经滤波信号201，并根据选择信号411输出数字信号102以及经滤波信号201的一个。

可调滤波器20的频宽可根据频宽调整信号412进行调整。当信号差异值301大于预设门槛值49，表示可调滤波器20滤除数字信号102中数据信号，所以选择单元50根据选择信号411输出数字信号102，且可调滤波器20根据频宽调整信号412提高频宽，避免滤除数字信号102中数据信号。

当信号差异值301小于预设门槛值49，表示可调滤波器20滤除数字信号102中噪声，所以选择单元50可根据选择信号411输出经滤波信号201，且可调滤波器20可根据频宽调整信号412缩小频宽，藉此以滤除数字信号102中更多的噪声。较佳地，选择单元50可用一多工器(multiplexer)实现。

在实际应用时，模拟信号101可能会包含数据信号以及环境噪声，而模拟数字转换器10进行数据转换时也会产生量化噪声(quantizationnoise)以及电路噪声(circuitnoise)，所以数字信号102受到环境噪声、量化噪声以及电路噪声影响。

在本发明的实施例中，可调滤波器20可滤波数字信号102；特别是，当数据信号的频率低于环境噪声的频率时，可调滤波器20以低通滤波器实现，可滤除高频的环境噪声。再者，判断单元40可回授调整可调滤波器20的频宽，所以当数据信号的频率改变时，可调滤波器20的频宽也可适应性调整，例如提高频宽以避免数据信号被滤除；或是缩小频宽以更有效滤除环境噪声。

请参阅图2，其为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。如图2所示，信号处理系统适用于一模拟数字转换器10，而信号处理系统包含一可调频宽低通滤波器20a、一信号差异计算单元30、一判断单元40a以及一选择单元50。模拟数字转换器10接收一模拟信号101，并将模拟信号101转换成一数字信号102。图2所示的实施例与前述实施例的区别在于图2所示的实施例包含可调频宽低通滤波器20a以及使用两个门槛值的判断单元40a。

在此实施例中，判断单元40a的预设门槛值包含一第一门槛值401以及一第二门槛值402，第一门槛值401大于第二门槛值402。判断单元40a对信号差异值301与第一门槛值401以及第二门槛值402进行比较，以产生比较结果。判断单元40a根据比较结果产生选择信号411以及频宽调整信号412。

当信号差异值301大于第一门槛值401，表示可调频宽低通滤波器20a滤除数字信号102中的数据信号，所以选择单元50可根据选择信号411输出数字信号102，且可调滤波器20根据频宽调整信号412提高频宽。

当信号差异值301小于第一门槛值401且大于第二门槛值402，表示可调频宽低通滤波器20a没有滤除数字信号102中的数据信号且还有空间可滤除环境噪声，所以经滤波信号201的噪声成分小于数字信号，选择单元50可根据选择信号411输出经滤波信号201，藉此提高模拟数字转换器10的信号噪声比。接着，可调频宽低通滤波器20a根据频宽调整信号412缩小频宽，以滤除更多环境噪声。

当信号差异值301小于第二门槛值402，表示数字信号102中的环境噪声已经有效滤除，所以选择单元50根据选择信号411输出经滤波信号201，藉此提高模拟数字转换器10的信号噪声比。接着，可调频宽低通滤波器20a维持频宽。

举例而言，假设模拟数字转换器10的解析度为10，表示数字信号102的位数为10，第一门槛值401为5位而第二门槛值402为3位，而可调频宽低通滤波器20a的初始频宽为0至6khz，可调整至10khz。例如，数字信号102为”1101100111”，而经滤波信号201为”1101001010”，则不相同的最低有效位为”100111”，是6位，其大于第一门槛值401，所以选择单元50输出数字信号102，且可调频宽低通滤波器20a提高频宽至6khz；当经滤波信号201为”1101101010”，信号差异值301可为”0111”，是4位，其小于第一门槛值401而大于第二门槛值402，所以选择单元50输出经滤波信号201，且可调频宽低通滤波器20a缩减频宽至4khz；当经滤波信号201为”1101100100”，信号差异值301可为”11”，是2位，其低于第二门槛值402，所以选择单元50输出经滤波信号201，且可调频宽低通滤波器20a维持频宽。

请参阅图3，其为本发明的信号处理方法的一实施例的流程图。如图3所示，信号处理方法适用于一模拟数字转换器，且包含步骤s31至s36。在步骤s31，接收模拟数字转换器输出的一数字信号。在步骤s32，使用一可调滤波器对数字信号进行滤波以产生一经滤波信号。在步骤s33，计算并输出数字信号以及经滤波信号之间的一信号差异值。在步骤s34，比较信号差异值以及一预设门槛值，以产生一比较结果，并根据该比较结果产生一选择信号以及一频宽调整信号。当信号差异值大于预设门槛值时，接着进行步骤s35；当信号差异值小于预设门槛值时，接着进行步骤s36。

在步骤s35，根据选择信号输出数字信号，并根据频宽调整信号提高可调滤波器的频宽。在步骤s36，根据选择信号输出经滤波信号，并根据频宽调整信号缩减可调滤波器的频宽。

请参阅图4，其为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。请参阅图5，其为本发明的信号处理系统的信号差异计算单元的一实施例的方块图。如图4所示，信号处理系统可包含一第一可调滤波器21、一第二可调滤波器22、一信号差异计算单元31、一判断单元41以及一选择单元50。第一可调滤波器21与第二可调滤波器22可分别对数字信号102进行滤波，以分别产生一第一经滤波信号211以及一第二经滤波信号221。在此实施例中，第一可调滤波器21的频宽大于第二可调滤波器22的频宽。

信号差异计算单元31分别计算并输出数字信号102与第一经滤波信号211以及第二经滤波信号221之间的一第一信号差异值311以及一第二信号差异值312。如图5所示，信号差异计算单元31可包含一第一信号差异计算单元31a以及一第二信号差异计算单元31b。第一信号差异计算单元31a用以比较数字信号102与第一经滤波信号211之间的不相同位，以产生第一信号差异值311；第二信号差异计算单元31b用以比较数字信号102与第二经滤波信号221之间的不相同位，以产生第二信号差异值312。

判断单元41比较第一信号差异值311与该第二信号差异值312以及一预设门槛值，以产生比较结果，并根据比较结果产生选择信号420、第一频宽调整信号421以及第二频宽调整信号422。

在一实施例中，预设门槛值的数量为一个。当第一信号差异值311与第二信号差异值312皆大于预设门槛值，则选择单元50根据选择信号420输出数字信号102，且第一可调滤波器21根据频宽调整信号412提高频宽。

当第一信号差异值311小于预设门槛值而第二信号差异值312大于预设门槛值，则选择单元50根据选择信号411输出第一经滤波信号211，且第一可调滤波器21根据频宽调整信号412缩减频宽，第二可调滤波器22根据频宽调整信号412提高频宽。

当第一信号差异值311与该第二信号差异值312皆小于该预设门槛值49，则该选择单元50根据该选择信号411输出第二经滤波信号221，且第二可调滤波器22根据该频宽调整信号412缩减频宽。

在另一实施例中，预设门槛值的数量为多个。例如，预设门槛值包含一第一门槛值401以及一第二门槛值402，第一门槛值401大于第二门槛值402。判断单元41对第一信号差异值311与第二信号差异值312以及第一门槛值401以及第二门槛值402进行比较，以产生比较结果，并根据比较结果产生选择信号420、第一频宽调整信号421以及第二频宽调整信号422。

当第一信号差异值311大于第一门槛值401，则选择单元50根据选择信号420输出数字信号102，且第一可调滤波器21根据第一频宽调整信号421提高频宽。当第二信号差异值312小于第一门槛值401，则选择单元50根据选择信号420输出第二经滤波信号221，且第二可调滤波器22根据第二频宽调整信号422缩减频宽。

当第一信号差异值311小于第二门槛值402，则选择单元50根据选择信号420输出第一经滤波信号211，且第一可调滤波器21维持频宽。当第二信号差异值312小于第二门槛值402，则该选择单元50根据该选择信号420输出第二经滤波信号221，且第二可调滤波器22维持频宽。

当第一信号差异值311小于第一门槛值401且大于第二门槛值402，则选择单元50根据选择信号420输出第一经滤波信号211，且第一可调滤波器21根据第一频宽调整信号421缩减频宽，而第二可调滤波器22根据第二频宽调整信号422缩减频宽。

请参阅图6，其为本发明的信号处理方法的另一实施例的流程图。如图6所示，信号处理方法适用于一模拟数字转换器，且包含步骤s61至s66。在步骤s61，接收模拟数字转换器输出的一数字信号。在步骤s62，使用一第一可调滤波器以及第二可调滤波器对数字信号分别进行滤波，以产生一第一经滤波信号以及一第二经滤波信号。

在步骤s63，分别计算并输出数字信号与第一经滤波信号以及第二经滤波信号之间的一第一信号差异值以及一第二信号差异值。接着，分别比较第一信号差异值以及第二信号差异值与一第一门槛值以及一第二门槛值，以产生一比较结果，并根据比较结果产生一选择信号、一第一频宽调整信号以及一第二频宽调整信号，其中第一门槛值大于第二门槛值。

在步骤s64，判断第一信号差异值或第二信号差异值是否小于第二门槛值，若是，则进行步骤s65，否则进行步骤s64a。在步骤s65，根据选择信号输出第一经滤波信号或第二经滤波信号，且第一可调滤波器或第二可调滤波器维持频宽。

在步骤s64a，判断第一信号差异值是否大于第一门槛值，若是，进行步骤s65a，否则进行步骤66。在步骤s65a，根据选择信号输出数字信号，且第一可调滤波器根据第一频宽调整信号提高频宽。

在步骤s66，判断第二信号差异值是否小于第一门槛值，若是，进行步骤s67，否则进行步骤68。在步骤s67，根据选择信号输出第二经滤波信号，且第二可调滤波器根据第二频宽调整信号缩减频宽。在步骤s68，根据选择信号输出第一经滤波信号，且第一可调滤波器根据第一频宽调整信号缩减频宽，而第二可调滤波器根据第二频宽调整信号提高频宽。

请参阅图7，其为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。如图7所示，信号处理系统适用于一模拟数字转换器，且包含一第一滤波器61、一第二滤波器62、一第三滤波器63、一第四滤波器64、一最小差异判断单元70、判断单元43以及选择单元50。第一滤波器61、第二滤波器62、第三滤波器63、第四滤波器64具有不同的频宽，例如第一滤波器61的频宽为0至5khz，第二滤波器62的频宽为0至6khz，第三滤波器63的频宽为0至7khz，第四滤波器64的频宽为0至8khz。第一滤波器61、第二滤波器62、第三滤波器63、第四滤波器64分别接收模拟数字转换器10输出的数字信号102，并对数字信号102进行滤波，以产生第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631以及第四经滤波信号641。

最小差异判断单元70计算数字信号102以及第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631以及第四经滤波信号641之间的多个信号差异值，并输出所有信号差异值中最小信号差异值701，以及输出对应最小信号差异值701的经滤波信号702；例如，当第一经滤波信号611与数字信号102之间的信号差异值最小，则最小差异判断单元70输出第一经滤波信号611做为经滤波信号702。

判断单元43比较最小信号差异值701以及预设门槛值431，以产生比较结果，并根据此比较结果产生选择信号432。选择单元50接收数字信号102以及经滤波信号202，并根据选择信号411输出数字信号102以及经滤波信号702的一个。当最小信号差异值701大于预设门槛值431，则选择单元50输出数字信号102；当最小信号差异值701小于或等于预设门槛值431，则选择单元50输出经滤波信号702。

此实施例与前述实施例不同之处在于图7的实施例使用多个滤波器，所以不需要可调滤波器，也不需要使用回授机制调整滤波器的频宽。

请参阅图8，其为本发明的信号处理系统的另一实施例的方块图。如图8所示，信号处理系统适用于一模拟数字转换器，且信号处理系统包含一第一滤波器61、一第二滤波器62、一第三滤波器63、一第四滤波器64、一最小差异判断单元70a、一判断单元43、以及一选择单元50。第一滤波器61、第二滤波器62、第三滤波器63、第四滤波器64具有不同的频宽。

第一滤波器61、第二滤波器62、第三滤波器63、第四滤波器64分别接收模拟数字转换器10输出的数字信号102，并对数字信号102进行滤波，以产生第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631以及第四经滤波信号641。

最小差异判断单元70a计算数字信号102以及第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631以及第四经滤波信号641之间的多个信号差异值，并输出所有信号差异值中最小信号差异值701，以及输出对应最小信号差异值701的滤波器代码703；例如，当第一经滤波信号611与数字信号102之间的信号差异值最小，则最小差异判断单元70a输出”1”做为滤波器代码703。

判断单元43比较最小信号差异值701以及预设门槛值431以产生比较结果，并根据比较结果以及滤波器代码703产生选择信号411。选择单元50接收数字信号102、第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631以及第四经滤波信号641，并根据选择信号411输出数字信号102、第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631、以及第四经滤波信号641中的其中一个。

当最小信号差异值701大于预设门槛值431，则判断单元43输出的选择信号432为”0”，选择单元50输出数字信号102；当最小信号差异值701小于或等于预设门槛值431，则判断单元43输出滤波器代码703作为选择信号432，使得选择单元50输出第一经滤波信号611、第二经滤波信号621、第三经滤波信号631、以及第四经滤波信号641中的其中一个。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利所界定者为准。