可调整频宽的滤波装置 技术领域
本发明是关于一种滤波装置，特别是关于一种可自动针对不同性质的信号而改变频宽的滤波装置。
背景技术
近年来，由于科技的进步，一般的综合系统在处理视频和音频信息方面的功能也日益增强。举声音信号为例，以往处理的信号大多是人类的语音信号，例如，电话中谈话的声音，但是，随着网络的发达，一些电子音乐文件，例如是MP3也随之盛行。因此，综合系统中的输出单元所要处理的是两种对频宽要求完全不相同的信号。一些要求高传真的MP3音乐文件，其频宽可达22KHz，但是，电话语音因为受电信法规的限制，其频宽只有3KHz。
由于信号在处理和传送的过程中难免会产生一些噪音和杂音，因此一般综合系统的输出单元都具有一个滤波器，而此滤波器的功能在于把不必要的噪音和杂音过滤掉，仅留下欲输出的声音信号。而滤波器的频宽即是决定了哪些信号可以留下来，哪些信号会被滤掉的标准。但是，由于MP3音乐和电话语音地频宽范围相差太大，因此，输出单元若仅是安装一个固定频宽的滤波器是无法达成上述的功能的。
为了使输出单元能顺利处理不同频宽的信号，一般的作法为使用一数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，而这个数字信号处理器内还包括有数字滤波器，所以数字信号处理器可在对信号做快速傅利叶转换(FastFourier Transform，FFT)后取得一适当频率范围内的数字信号。而后再将此数字信号馈入一数字/模拟转换器，而此数字/模拟转换器即可输出一适当频率范围内的数字信号。但是，数字处理器本身的价钱昂贵，而且数字信号处理器还需要配备软件来使用，因此花在软件上的成本亦会增加，此外，在硬件上，还需要使用较大的存储装置来储存所需要的程序。综合上述理由可知，若使用数字处理器则综合系统不论在硬件或是软件上的成本均会提高。
除了使用数字处理器外，目前还有另一作法可使输出单元能顺利处理不同频宽的信号。此方法在输出单元内装设两种不同频宽的滤波器，其中，频宽较小的滤波器为输出电话语音时使用，而频宽较宽的则为播放MP3音乐文件时使用。但是，这种使用两个滤波器的作法，其成本仍是不低。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可自动针对不同性质的信号而调整频宽的滤波装置，以代替数字信号处理器进而达到减低成本的目的。
根据本发明的目的，提出一种可调整频宽的滤波装置，此滤波装置装设在一综合系统的输出单元中，此滤波装置用于接收一第一输出信号，而第一输出信号包括一交流信号和一直流偏压，且滤波装置包括：一直流偏压监测器，它用于接收第一输出信号，并根据第一输出信号的直流偏压得到一控制电压。一低通滤波器，它与直流偏压监测器电连接，且接收控制电压，以调整低通滤波器的频宽。其中，低通滤波器用于接收第一输出信号并从第一输出信号中得到一第二输出信号以作为可调整频宽的滤波装置的输出。而且低通滤波器中包括一可变电阻，且可变电阻的电阻值随着控制电压的大小而改变。
附图说明
图1是表示依照本发明一较佳实施例的方块图。
图2是表示一种实施图1的低通滤波器的示意图。
图3是表示一种实施图2的可变电阻的光电耦合器(photo-coupler)的示意图。
图4是表示图1中使用图3的光电耦合器的低通滤波器的详细电路图。
图5是表示图4的晶体管的集电极电流与晶体管电压降的示意图。
图6是表示图1的滤波装置的第二输出信号与频率的关系图。
图式标号说明
150：滤波装置
130：多路复用器
152：直流电压监测器
154：低通滤波器
180：输出装置
201、R1、R2：电阻
203、C1：电容
300、410：光电耦合器
310、D1：发光二极管
320：光电二极管
330、T1：晶体管
601：MP3信号
603：语音信号
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下面特举一较佳实施例，并参照附图详细说明如下：
参照图1，它是表示依照本发明一较佳实施例的方块图。如图1所示，滤波装置150所要处理的第一输出信号S3的来源有两种，一种是语音信号S1，一种是MP3信号S2。而语音信号S1与MP3信号S2都各自包括一个交流信号以及一个直流偏压，而语音信号与MP3信号的直流偏压可被设定为不相同的直流偏压。例如，语音信号S1的直流偏压为2伏特，而MP3信号S2的直流偏压为4伏特。而在滤波装置150之前可设置一多路复用器130，此多路复用器130可接收来源不同的信号，例如是语音信号S1或是MP3信号S2，并输出第一输出信号S3至本发明的滤波装置150中。
滤波装置150包括一个直流电压监测器152以及一个低通滤波器154。直流电压监测器152的功能在于接收第一输出信号S3，并根据第一输出信号S3中的直流偏压得到一控制电压S4，因此，不同的直流偏压所产生的控制电压S4也会不同。举例来说，若直流电压监测器152所产生的控制电压S4，其函数式为：
控制电压＝(1/2)(直流偏压)
则馈入语音信号S1进入直流电压监测器152时，产生的控制电压S4为1伏特。而馈入MP3信号S2进入该直流电压监测器152时，产生的控制电压S4为2伏特。
如图1所示，低通滤波器154与直流电压监测器152相连接，且直流电压监测器152将控制电压S4馈入低通滤波器154。低通滤波器154的作用在于接收第一输出信号S3，并从第一输出信号S3中将一定频率范围内的信号取出来，以输出一第二输出信号S5至输出装置180，而此输出装置180，例如是一喇叭。
低通滤波器154为一个电压控制滤波器，也就是说，低通滤波器154的频宽会随着控制电压S4而改变。因此，当馈入低通滤波器154的控制电压S4不同时，低通滤波器154的频宽也会随之改变。举例来说，低通滤波器154可被设计成一个控制电压越大，频宽就越宽的低通滤波器。因此，当第一输出信号S3其来源为MP3信号S2时，由于MP3信号S2的4伏特直流偏压会使得直流电压监测器152产生一个2伏特的控制电压S4，而此2伏特的控制电压S4被馈入低通滤波器154，使得低通滤波器154的频宽为XKHz。而当第一输出信号S3其来源为语音信号S1时，由于语音信号S1的2伏特直流偏压会使得直流电压监测器152产生一个1伏特的控制电压S4，而此1伏特的控制电压S4被馈入低通滤波器154，使得低通滤波器154的频宽为Y KHz。而由于低通滤波器154的设计为控制电压S4越大，滤波器的频宽就越宽，因此，X＞Y。由上述可知，滤波装置150因应不同来源且频宽要求不同的第一输出信号130时，可自动调整低通滤波器154的频宽，以输出一具适当频宽的第二输出信号S5。
参照图2，它是表示一种实施图1的低通滤波器的示意图。如图2所示，当低通滤波器154为一级滤波器时，低通滤波器154可由一可变电阻201和一电容203组成。当输入电压VS输入至低通滤波器154后，低通滤波器154得到输出电压VO，且输出电压VO等于电容203两端点之间的电压差。而设可变电阻201的阻抗为R，电容203的阻抗为1/jwC。则滤波器的传递函数为：
H(w)＝VO/VS＝1/(jwCR+1)
其截止频率f为1/2πRC
由上述的方程式可知，滤波器的可变电阻的R值与其截止频率成反比，当R值越大时，滤波器的截止频率就越小，因此，只要能调整滤波器的可变电阻的R值就能调整滤波器的频宽。图2中的频宽可调的低通滤波器154虽以一级滤波器为例做说明，不过，频宽可调的滤波器并不限于一级滤波器，一级以上具有可变电阻的滤波器均可作为频宽可调的滤波器。
参照图3，它是表示一种实施图2的可变电阻的光电耦合器(photo-coupler)的示意图。一光电耦合器300可作为可变电阻使用。如图3所示，光电耦合器300的等效电路包括一发光二极管(Light Emitting Diode，LED)310，一光电二极管(photodiode)320以及一晶体管330。而光电二极管320的一端与晶体管330的集电极C相接，且光电二极管320的另一端与晶体管330的基极B相接。光电耦合器300内更包括一第一电容340和一第二电容350，其中，第一电容340的两端分别与晶体管330的基极B及集极C相接，而第二电容350的两端则分别与晶体管330的基极B及发射极E相接。
由于发光二极管310是接收一推动电压VD而发光，且发光二极管310发光的强度是根据驱动电压VD的大小来决定，驱动电压越大，发光强度就越强。而光电二极管320会感应到发光二极管310所产生的光并因此而产生一感光电流1P，而感光电流IP的大小由发光二极管310所产生的光的强度所决定，光的强度越强，感光电流IP就越大。如图3所示，晶体管330的基极电流IB几乎与光电二极管320所产生的光电流IP相等，而由上述的叙述可推知当驱动电压VD改变时，感光电流IP也会改变，使得晶体管330的基极电流IB亦随之改变。
参照图4，其是表示乃图1中，使用图3的光耦合器的低通滤波器的详细电路图。低通滤波器154包括光电耦合器410，电阻R1和电容C1。从图3的叙述可知，光电耦合器410的输入端为一发光二极管D1且光电耦合器410的输出端为一晶体管T1，其中，提供给发光二极管D1的电压为一驱动电压VD。由图6可知，发光二极管D1与一电阻R2的一端相接，而电阻R2的另一端接地。晶体管T1的集电极与电阻R1的一端相接，而电阻R1的另一端与多路复用器130的输出端相接。晶体管T1的射极与电容C1的一端相接，而电容C1的另一端与接地，电容C1的电压降VO作为低通滤波器410的输出信号。
如图4所示，晶体管T1的晶体管电压降VCE，也就是晶体管集电极与发射极间的电压，对应多路复用器130输出的第一输出信号S3的直流偏压，而光电二极管D1的感光电流IP的大小亦受到第一输出信号S3的直流偏压的影响，进而影响晶体管T1的基极电流IB。因此，当输入不同的信号进入多路复用器130时，除了晶体管T1的基极电流IB会随之改变外，晶体管电压降VCE也会随之改变。
参照图5，它是表示图4的晶体管的集极电流与晶体管电压降的示意图。如图5所示，纵轴显示的为晶体管T1的集电极电流IC，而横轴显示的为晶体管电压降VCE。图5的三条曲线显示输入不同的基极电流IB(1)，IB(2)和IB(3)至晶体管330时，晶体管电压降VCE与集极电流IC的关系。
同时参考图4与图5，当输入多路复用器130的信号为语音信号S1时，晶体管T1的电压降VCE为VCE(1)，且晶体管T1的基极电流为IB(1)。当输入多路复用器130的信号为语音信号S2时，晶体管T1的电压降VCE为VCE(2)，且晶体管T1的基极电流为IB(2)。如图5所示，基极电流为IB(1)且晶体管电压降为VCE(1)的直流工作点为点P，而基极电流为IB(2)且晶体管电压降为VCE(2)的直流工作点为点Q。而直流工作点为点P时，晶体管330的集极C与射极E之间的等效电阻值，亦即是晶体管330的导通电阻为点P的切线斜率的倒数。同理，直流工作点为点Q时，等效电阻值则为点Q的切线斜率的倒数。由图5可知，点P的电阻值大于点Q的电阻值。
以上说明本发明以一光电耦合器作为一低通滤波器的可变电阻使得滤波器在接收不同直流偏压的信号时，可以自动调整频宽。
参照图6，其是表示图1的滤波装置的第二输出信号S5与频率的关系图。第二输出信号包括直流偏压和交流信号。如图6所示，其纵轴为第二输出信号S5的交流信号部分的电压，其单位为伏特(V)，而横轴为交流信号的频率，其单位为千赫(KHz)。曲线601代表的是多路复用器130选择MP3信号S2所得到的结果，而曲线603代表的是多路复用器130选择语音信号S1所得到的结果。如图6所示，MP3信号及语音信号的最大交流信号为1伏特，而当交流信号的电压下降至0.5伏特时，曲线601也就是MP3信号S2的频率在f2之处，曲线603也就是语音信号S1的频率约在f1之处，其中f2＞f1。
本发明上述实施例所揭示的滤波装置，在处理不同频宽限制的信号时，可以调整滤波装置的频宽以符合不同的信号。该滤波装置较目前使用数字信号处理器或是安装两个频宽不同的滤波器的作法节省成本。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的要旨和范围内，可作各种的改变和改型，因此本发明的保护范围应当以权利要求书的范围界定的为准。