用于清除数据噪声的简单数字滤波器

作者：Richard Rice 信息来源:EDN电子设计技术 2006-6-27

字体大小:小 中 大网友评论条 进入论坛

很多系统都用一个ADC对温度和压力传感器产生的模拟数据进行采样。有时候，系统噪声或其它因素会使原本缓慢波动的数据乱跳起来。为了降低高频噪声，设计师经常会在传感器和模/数转换器级之间接一个模拟RC（电阻器-电容器）低通滤波器。去除ADC线性范围内的噪声信号还有另一种方法，即使用模拟RC低通滤波器的数字等式。...

很多系统都用一个ADC对温度和压力传感器产生的模拟数据进行采样。有时候，系统噪声或其它因素会使原本缓慢波动的数据乱跳起来。为了降低高频噪声，设计师经常会在传感器和模/数转换器级之间接一个模拟RC（电阻器-电容器）低通滤波器。但

，

种方法并不总是很理想或很实用。例如，要获得分钟级的时间常数，就需要非常大的R、C值。

　图1显示的是一个模拟RC低通滤波器以及它的设计公式。去除ADC线性范围内的噪声信号还有另一种方法，即使用模拟RC低通滤波器的数字等式。该滤波器的软件只有两行C代码：

LP_OUT=LP_ACC/K，式中滤波器的输出值为LP_ACC除以一个常数。 LP_ACC=LP_ACC+LP_IN-LP_OUT，式中增加了输入与输出之间的差值以更新LP_ACC。所有变量均规定为整数。

　　模/数转换每获得一个新的输入采样LP_IN时，软件都产生一个输出值LP_OUT，它由一个经低通过滤的输入采样组成。常数K值的计算要根据系统的采样速率以及滤波器所需时间常数：K=T×SPS，其中K>1，而SPS是系统的采样速率。例如，对于一个采样速率为200次采样/秒的系统，所需时间常数为30秒时，常数K等于6000次采样。程序输入加上一个步变化需要6000次采样，才能在输出端达到最终值的63%左右。

　　低通累加器LP_ACC对大的时间常数和大输入值而言可以增长到很大。它会增长到K与LP_IN最大可能值的乘积。在这些情况下，需要保证LP_ACC不会溢出，并可能需要设定一个较大的数据类型来放置LP_ACC。为避免起动时长久的稳定时间，在开始采样循环以前，可以将LP_ACC初始化到K乘以电流输入值。

　　还可以扩充这个基本的滤波器概念，采用顺序执行多个滤波器代码段，使之适合于更高阶的滤波器，从而有更好的高频抑制性能。另外，还可以对LP_ACC使用数组变量，并用一组对应滤波器信号的常数K值乘以各通道采集的数据。