電容式接近感應(yīng)技術(shù)在智能手機(jī)中的新型應(yīng)用（二）

數(shù)字濾波

　　接近感應(yīng)要求控制器能夠檢測(cè)到穩(wěn)定的小信號(hào)來(lái)提高探測(cè)距離，因此控制器需要設(shè)置足夠長(zhǎng)的采樣周期來(lái)提高信號(hào)幅度，同時(shí)也需要設(shè)置較低的觸發(fā)閾值來(lái)提高靈敏度。靈敏度的提高意味著系統(tǒng)更容易受到噪聲的干擾。因此，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的信噪比，本文對(duì)原始信號(hào)依次使用了三種有效的軟件濾波方法：中值濾波、均值濾波和IIR數(shù)字濾波，來(lái)濾除噪聲。

　　1.中值濾波器

　　對(duì)于瞬間出現(xiàn)的單點(diǎn)或連續(xù)幾點(diǎn)的噪聲，中值濾波器可以很好的進(jìn)行過(guò)濾。圖8為一個(gè)三階的中值濾波器?？梢钥闯鯬3點(diǎn)會(huì)在采樣后，被中值濾波器濾掉。在接近感應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用中，由于采樣速率較快往往會(huì)出現(xiàn)這樣的噪點(diǎn)，中值濾波器可以很好的進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)中值濾波器的輸出信號(hào)也會(huì)使得后面的均值濾波器以及IIR數(shù)字濾波器的輸入信號(hào)更加穩(wěn)定。普通的n階中值濾波器的時(shí)間復(fù)雜度約等于n*n，所以其階數(shù)不宜過(guò)高，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的噪聲情況進(jìn)行合理選擇。

　　圖9對(duì)比了實(shí)際采集的電容變化信號(hào)在使用中值濾波器前后的差異。紅色為使用中值濾波器前的信號(hào)，藍(lán)色為經(jīng)過(guò)中值濾波器（三階）的信號(hào)。

　　2.均值濾波器

　　均值濾波器則采用了對(duì)一組采樣數(shù)據(jù)取平均值得方法來(lái)提高信噪比。均值濾波器會(huì)使信號(hào)的幅值更加穩(wěn)定，也就會(huì)使IIR數(shù)字濾波器的輸入更加穩(wěn)定，相位偏差更小。但均值濾波器階數(shù)的增加會(huì)使得接近感應(yīng)的檢測(cè)響應(yīng)時(shí)間增加。圖10對(duì)比了信號(hào)在使用均值濾波器前后的差異。紅色為使用均值濾波器前的信號(hào)，藍(lán)色為經(jīng)過(guò)均值濾波器（四階）的信號(hào)。

3.IIR數(shù)字濾波器

　　IIR數(shù)字濾波器具有反饋，一般認(rèn)為是無(wú)限的脈沖響應(yīng)。同時(shí)IIR數(shù)字濾波器的幅頻特性精度很高，但相位不是線性的。也就是說(shuō)在使用IIR數(shù)字濾波器的時(shí)候會(huì)使信號(hào)更加平滑，但同時(shí)會(huì)帶來(lái)延時(shí)，造成整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性有所下降。圖11描述了IIR數(shù)字濾波器的原理。

　　IIR數(shù)字濾波器在接近感應(yīng)的應(yīng)用中尤為重要，因?yàn)榻咏袘?yīng)需要極高的靈敏度，所以信號(hào)需要十分的穩(wěn)定和平滑。盡管IIR數(shù)字濾波器會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)造成一些延時(shí)，但由于資源的限制，軟件濾波只能采用這種方式。在圖11中，yn = a * yn-1 b * xn，對(duì)于系數(shù)a和b的選擇，本文經(jīng)過(guò)了大量的數(shù)據(jù)仿真，還在此基礎(chǔ)上使用了Cypress專利，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)整系數(shù)a和b，使得整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)延時(shí)得到了明顯的降低。

　　圖12對(duì)比了信號(hào)在使用IIR數(shù)字濾波器前后的差異。紅色為使用IIR數(shù)字濾波器前的信號(hào)，藍(lán)色為經(jīng)過(guò)IIR數(shù)字濾波器的信號(hào)。從圖中可以明顯地看出，經(jīng)過(guò)IIR數(shù)字濾波器后的信號(hào)變得更加平滑，但同時(shí)也產(chǎn)生了一定的延時(shí)。