專利名稱：一種基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬連續(xù)小波變換電路，尤其是涉及一種基于開關(guān)電流技術(shù)的模 擬連續(xù)小波變換電路。
背景技術(shù)：
小波變換由于具有良好的時頻局部特性而被廣泛應用于信號處理、圖像處理、語 音處理以及眾多非線性科學領(lǐng)域。傳統(tǒng)的小波變換需要采用計算機或數(shù)字信號處理器來完 成，計算量大，實時性差，且該方法處理過程需要應用A/D和D/A進行模擬與數(shù)字信號之間 的相互轉(zhuǎn)換，容易產(chǎn)生信號延遲和波形畸變，而且該方法處理信號的頻率范圍較窄，難于達 到高頻領(lǐng)域。目前，在小波變換電路的實現(xiàn)方面，離散小波變換電路的實現(xiàn)諸多，連續(xù)小波變換 電路的實現(xiàn)相對較少。在連續(xù)小波變換電路的實現(xiàn)中，最具有代表性的是基于開關(guān)電容技 術(shù)的連續(xù)小波變換，該方法通過調(diào)節(jié)時鐘頻率或電容比實現(xiàn)濾波器膨脹系數(shù)控制，但開關(guān) 電容電路需要高質(zhì)量的線性電容，與數(shù)字超大規(guī)模集成電路(VLSI)工藝不兼容，難于實現(xiàn) 混合信號電路，同時，由于集成工藝尺寸的縮小導致電源電壓減小，將直接減小適應于開關(guān) 電容上的最大電壓擺幅，從而減小電路的最大動態(tài)范圍。后來，基于電流模的連續(xù)小波變 換電路出現(xiàn)，其中，有學者采用帕德法(Pad6)對小波頻域傳遞函數(shù)進行逼近，并分別用雙 極型晶體管對數(shù)域電路和開關(guān)電流電路實現(xiàn)濾波器，但Pad6逼近法的分子和分母多項式 次數(shù)難于確定，且不能保證獲得的逼近系統(tǒng)是穩(wěn)定的；另有學者采用最小二乘法對時域小 波函數(shù)進行逼近，并以CMOS對數(shù)域濾波器實現(xiàn)連續(xù)小波變換，但最小二乘法為局部最優(yōu)算 法，初始值的選定直接影響該算法能否收斂到最優(yōu)值，并且由于對數(shù)域積分器的時間常數(shù) 與熱電壓Vt成正比，容易引起濾波器頻率特性的不穩(wěn)定。此外，在對數(shù)域濾波器中為了獲 得MOSFET的I-V指數(shù)特性，要求MOSFET工作在亞閾值區(qū)，致使系統(tǒng)的偏置電流不能太大， 因此，對數(shù)域濾波器的工作帶寬也受到一定限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種基于開關(guān)電流技術(shù)的 模擬連續(xù)小波變換電路，該模擬連續(xù)小波變換電路具有低壓、低功耗、寬動態(tài)范圍和工作頻 率，實時性好，與數(shù)字CMOS VLSI工藝完全兼容，易于實現(xiàn)集成化等特點。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的其包括由沖激響應為基本小波逼近函 數(shù)及其伸縮函數(shù)的開關(guān)電流小波濾波器構(gòu)成的濾波器組及與各開關(guān)電流小波濾波器相連 的可編程時鐘信號發(fā)生器電路，濾波器組中開關(guān)電流小波濾波器的數(shù)量至少為兩個，各開 關(guān)電流小波濾波器分別對應于不同的尺度，開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路由基于開 關(guān)電流積分器的一次節(jié)電路和二次節(jié)電路串聯(lián)構(gòu)成，連續(xù)小波變換中的尺度變化通過可編 程時鐘信號發(fā)生器電路輸出的時鐘信號頻率調(diào)節(jié)。每一級開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路的前端和后端宜分別設(shè)置輸入電流鏡、輸出電流鏡；所述輸入電流鏡用于調(diào)節(jié)輸入電流信號的增益，輸出電流鏡用于調(diào)節(jié)輸出 電流信號的增益，其調(diào)節(jié)方法是改變電流鏡中MOS晶體管的溝道寬長比，開關(guān)電流一次節(jié) 電路和二次節(jié)電路中的MOS晶體管的溝道寬長比通過對濾波器的網(wǎng)絡傳遞函數(shù)進行雙線 性變換后求得。開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路由1個一次節(jié)電路和3個二次節(jié)電路串聯(lián)形 成。上述的基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路中，各開關(guān)電流小波濾波器實 現(xiàn)輸入電流信號的近似小波變換，近似小波函數(shù)由基本小波函數(shù)的時域逼近獲得，輸入電 流信號的近似小波變換結(jié)果與原基本小波變換結(jié)果非常接近，基本小波函數(shù)的時域逼近函 數(shù)的表達式為φ (t) = 2. 6469e"L 8223t-3. 3089 . 3756tsin (1. 2211t)_0. 6069e^ 3756tcos (1. 221 It) -4. 6507e-0·8241tSin (-1. 8743t)_2. 2817e^ 8241tcos (-1. 8743t)_0. 9157^°· 3458tsin (2. 6033t) + 0. 2608ei 3458tcos (2. 6033t)，(t > 0)對φ (t)進行拉普拉斯變換可得到尺度為1的小波逼近函數(shù)濾波器傳遞函數(shù)為Φ (s) = (0. 01915s6-0. 4190s5+2. 5417s4-13. 9293s3+33. 9734s2-75. 3264 s+11. 6520)/(s7+4. 9133s6+21. 2513s5+55. 7335s4+109. 2857s3+153. 5921s2+129. 2001
s+85. 9930)將濾波器傳遞函數(shù)Φ (s)分解成濾波器級聯(lián)形式為
權(quán)利要求
一種基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路，其特征在于包括由沖激響應為基本小波逼近函數(shù)及其伸縮函數(shù)的開關(guān)電流小波濾波器構(gòu)成的濾波器組及與各開關(guān)電流小波濾波器相連的可編程時鐘信號發(fā)生器電路，濾波器組中開關(guān)電流小波濾波器的數(shù)量至少為兩個，各開關(guān)電流小波濾波器分別對應于不同的尺度，開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路由基于開關(guān)電流積分器的一次節(jié)電路和二次節(jié)電路串聯(lián)構(gòu)成，連續(xù)小波變換中的尺度變化通過可編程時鐘信號發(fā)生器電路輸出的時鐘信號頻率調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路，其特征在于 每一級開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路的前端和后端分別設(shè)置輸入電流鏡、輸出電流 鏡；所述輸入電流鏡用于調(diào)節(jié)輸入電流信號的增益，輸出電流鏡用于調(diào)節(jié)輸出電流信號的 增益，其調(diào)節(jié)方法是改變電流鏡中MOS晶體管的溝道寬長比，開關(guān)電流一次節(jié)電路和二次 節(jié)電路中的MOS晶體管的溝道寬長比通過對濾波器的網(wǎng)絡傳遞函數(shù)進行雙線性變換后求 得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路，其特征在于 開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路由1個一次節(jié)電路和3個二次節(jié)電路串聯(lián)形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路，其特征在于 各開關(guān)電流小波濾波器實現(xiàn)輸入電流信號的近似小波變換，近似小波函數(shù)由基本小波函數(shù) 的時域逼近獲得，輸入電流信號的近似小波變換結(jié)果與原基本小波變換結(jié)果非常接近，基 本小波函數(shù)的時域逼近函數(shù)的表達式為Φ (t) = 2. 6469e"L 8223t-3. 3089e^ 3756tsin(1. 2211t)-0. 6069e^ 3756tcos (1. 221 It)-4. 6 507e-0·8241tSin (-1. 8743t)-2. 2817e-0.8241tcos (-1. 8743t)-0. 9157e-0.3458tsin (2. 6033t)+0. 26 08e-°-3458tCOs (2. 6033t)，(t > 0)對Φ (t)進行拉普拉斯變換可得到尺度為1的小波逼近函 數(shù)濾波器傳遞函數(shù)為Φ (s) = (0. 01915s6-0. 4190s5+2. 5417s4-13. 9293s3+33. 9734s2-75. 3264s+11. 6520)/ (s7+4. 9133s6+21. 2513s5+55. 7335s4+109. 2857s3+153. 5921s2+129. 2001s+85. 9930)將濾波 器傳遞函數(shù)Φ (s)分解成濾波器級聯(lián)形式為0.019-0.3079 5-0.1663 P-2.362s+ 17.94 ^2-3.2865 + 12.68 5 + 1.822 /+0.69165 + 6.897 s2 +1.648s + 4.192\s2+ 0.75125 +1.632。
全文摘要
一種基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路，其包括由沖激響應為基本小波逼近函數(shù)及其伸縮函數(shù)的開關(guān)電流小波濾波器構(gòu)成的濾波器組及與各開關(guān)電流小波濾波器相連的可編程時鐘信號發(fā)生器電路，濾波器組中開關(guān)電流小波濾波器的數(shù)量至少為兩個，各開關(guān)電流小波濾波器分別對應于不同的尺度，開關(guān)電流小波濾波器的開關(guān)電流電路由基于開關(guān)電流積分器的一次節(jié)電路和二次節(jié)電路串聯(lián)構(gòu)成，連續(xù)小波變換中的尺度變化通過可編程時鐘信號發(fā)生器電路輸出的時鐘信號頻率調(diào)節(jié)。本發(fā)明中的連續(xù)小波變換電路能夠?qū)斎胄盘栠M行實時處理，且與數(shù)字CMOS VLSI工藝完全兼容，易于實現(xiàn)集成化，適合應用于低壓、低功耗、高速便攜式設(shè)備和高速信號處理電路。
文檔編號H03H17/00GK101944891SQ20101025038
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者何怡剛, 方葛豐, 李晴, 李目, 祝文姬, 陽輝 申請人:湖南大學