專利名稱：電流模式五階Marr小波濾波器電路的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子信息工程領域，涉及一種電流模式五階Marr小波濾波器電路。
背景技術：
小波變換以其良好的時頻局部特性，被廣泛的應用于非平穩(wěn)和瞬態(tài)信號處理，現(xiàn)已成為各工程領域信號處理的最有效的數(shù)學工具之一。小波變換可以用軟件實現(xiàn)也可以用硬件實現(xiàn)。用硬件實現(xiàn)小波變換，特別是用模擬電路實現(xiàn)，由于具有功耗低、速度快的優(yōu)點，受到越來越多重視。模擬電路實現(xiàn)小波變換可看成是尺度和位移不同的小波濾波器的線性組合，所以小波濾波器的設計是實現(xiàn)小波變換的基礎。開關電流技術是一種先進的電流模式電路設計技術，它用離散時間的取樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理連續(xù)時間的模擬信號，且具有以下優(yōu)點:高頻特性好、適于低電壓工作、動態(tài)范圍大。與基于電壓模式的開關電容濾波器相比，開關電流濾波器不使用運放，從而電路簡單、不存在運放帶來的限制和誤差，且與標準的CMOS工藝完全兼容，便于電路的大規(guī)模集成。因此，基于開關電流技術設計和實現(xiàn)電流模式小波濾波器具有重大的現(xiàn)實意義和應用價值。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種電流模式五階Marr小波濾波器電路，電路采用并聯(lián)連接方式。
·[0007]所述電流模式五階Marr小波濾波器電路，其s域傳遞函數(shù)是
r—π n 0.1802s4 -1.232s3+3.53k2-6.051S + 1.063H (S) = ---5-3---，.+2.2 4 +7.59k3 +10.0k3 +10.54s+6.335式中，H(s)表示五階Marr小波濾波器的s域傳遞函數(shù)，s表示復頻率。對五階Marr小波濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(S)進行z變換，將其轉換到z域，得到五階Marr小波濾波器的z域傳遞函數(shù):
Γ 、 1.3550-0.9084 +0.96855^-1 -0.2659+0,144672-1H(z) =-r- --j--- -=-ψ 7
l-0.95396z_1 l-1.9580z_1+0.9686z"" l-l.%13z_1 + 0.%5k—2式中，H(z)表示五階Marr小波濾波器的z域傳遞函數(shù)，z表示離散復變量。采用第二代開關電流技術，按照數(shù)字濾波器設計方法，設計出上述五階Marr小波濾波器的z域傳遞函數(shù)H(Z)的實現(xiàn)電路，電路包括:一個輸入電流拷貝單元；一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路。所述一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路采用并聯(lián)的方式進行連接，開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路的輸入端分別連接輸入電流拷貝單元的三個電流信號輸出端，開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出。所述輸入電流拷貝單元采用6個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，包括一個電流信號輸入端和三個電流信號輸出端。所述輸入電流拷貝單元將輸入電流信號拷貝三份分別送給一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路；輸入電流拷貝單元同時起到隔離輸入電流信號與開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路反饋信號的作用。所述開關電流一階節(jié)電路采用4個開關、4個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，輸入端連接輸入電流拷貝單元的輸出端，輸出端與開關電流二階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出。所述開關電流一階節(jié)電路采用的4個開關由兩相非重疊時鐘信號控制，時鐘信號為高電平時開關打開，時鐘信號為低電平時開關關閉。所述開關電流一階節(jié)電路利用到2個N型MOS管(NMOS)的柵-源寄生電容。所述開關電流一階節(jié)電路中的4個N型MOS管(NM0S)，其中2個寬長比(W/L)為1，另外2個寬長比(W/L)分別為 1.3550 和 0.9540。所述開關電流二階節(jié)電路采用8個開關、17個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，輸入端連接輸入電流拷貝單元的輸出端，輸出端與開關電流一階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出。所述開關電流二階節(jié)電路采用的8個開關由兩相非重疊時鐘信號控制，時鐘信號為高電平時開關打開，時鐘信號為低電平時開關關閉。所述開關電流一階節(jié)電路利用到4個N型MOS管(NMOS)的柵-源寄生電容。第一個開關電流二階節(jié)電路中的17個N型MOS管(W0S)，其中13個的寬長比(W/L)為1，另外4個的寬長t匕(W/L)分別為0.9084,0.9686、1.9580和0.9686 ;第二個開關電流二階節(jié)電路中的17個N型MOS管(NMOS)，其中13個的寬長比(W/L)為1，另外4個的寬長比(W/L)分別為0.2659、
0.1446,1.9613 和 0.9651。本實用新型的有益效果是:1、提供了一種電流模式五階Marr小波濾波器電路，電路整體性能優(yōu)秀，逼近理想Marr小波的效果好。2、采用的一階節(jié)電路和雙二次節(jié)電路具有理想的參數(shù)，一是電路 參數(shù)少，一階節(jié)電路只有兩個參數(shù)，二階節(jié)電路只有四個參數(shù)；二是電路參數(shù)大小較為均一，利于電路版圖設計。

圖1為電流模式五階Marr小波濾波器電路圖。圖2為控制電路開關的時鐘信號時序圖。 圖3為Marr小波理想波形圖。圖4為本實用新型的電路沖激響應仿真波形圖。圖5為本實用新型的電路零極圖。
具體實施方式
本實用新型提供一種電流模式五階Marr小波濾波器電路，電路采樣并聯(lián)連接方式。按照本實用新型提供的技術方案，一種電流模式五階Marr小波濾波器電路包括:一個輸入電流拷貝單元；一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路。所述輸入電流拷貝單元具體實施方式
說明:如圖1所示，所述輸入電流拷貝單元采用6個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，6個N型MOS管(NMOS)分別是M1-M6，其寬長比(W/L)均為1，各個MOS管的連接方式描述如下:(I) MOS管Ml的連接:漏極與輸入電流信號輸入端(iin)相連，并通過一個大小為J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與漏極相連，同時與M2的柵極相連，源極與地相連；(2)M0S管M2的連接:漏極與M3的漏極相連，并通過一個大小為2J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與Ml的柵極相連，源極與地相連；(3) MOS管M3的連接:漏極與M2的漏極相連，柵極與M4、M5和M6的柵極相連，源極與地相連；(4) MOS管M4的連接:從其漏極引出一個電流信號輸出端與開關電流一階節(jié)電路的輸入端(iinl)連接，漏極還通過一個大小為J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與M3、M5和M6的柵極相連，源極與地相連；(5)MOS管M5的連接:從其漏極引出一個電流信號輸出端與第一個開關電流二階節(jié)電路的輸入端(iin2)連接，漏極還通過一個大小為J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與M3、M4和M6的柵極相連，源極與地相連；(6)M0S管M6的連接:從其漏極引出一個電流信號輸出端與第二個開關電流二階節(jié)電路的輸入端(iin3)連接，漏極還通過一個大小為J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與M3、M4和M5的柵極相連，源極與地相連。所述開關電流一階節(jié)電路具體實施方式
說明:如圖1所示，所述開關電流一階節(jié)電路采用4個開關和4個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，4個開關分別是S1-S4,4個N型MOS管(NMOS)分別是M7-M10，M7和M8的寬長比(W/L)均為1,M9的寬長比(W/L)為bn=0.9540,MlO的寬長比(W/L)為a10=l.3550。各個MOS管的連接方式描述如下:(I) MOS管M7的連接:漏極通過開啟于0 i相的開關S1與開關電流一階節(jié)電路的輸入端(iinl)及M9的漏極連接，漏極還通過一個大小為J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極通過開啟于相的開關S2與漏極相連，源極與地相連，電路利用柵極與源極之間的寄生電容C1進行電荷的存儲；(2) MOS管M8的連接:漏極通過開啟于Φ 2相的開關S3與M7的漏極連接，漏極還通過一個大小為J的偏置電流源與電源VDD相連，柵極通過開啟于相的開關S4與漏極相連，源極與地相連，電路利用柵極與源極之間的寄生電容C2進行電荷的 存儲；(3) MOS管M9的連接:漏極通過開啟于Φ ,相的開關S1與M7的漏極連接，漏極還通過一個大小為bnJ的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與M8和MlO的柵極相連，源極與地相連；(4) MOS管MlO的連接:從其漏極引出開關電流一階節(jié)電路的輸出端(i u)，漏極還通過一個大小為的偏置電流源與電源VDD相連，柵極與M8和M9的柵極相連，源極與地相連。所述開關電流二階節(jié)電路具體實施方式
說明:如圖1所示，所述第一個開關電流二階節(jié)電路采用8個開關、17個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，8個開關分別是S5-S12,17個N型MOS管(NMOS)分別是M11-M27，其中 M14、M20、M21、M25 的寬長比(W/L)分別為 a20=0.9084、a21=0.9686、b21=l.9580和b22=0.9686，且這4個NMOS管(M14、M20、M21和M25)的源極都接地，漏極分別通過大小為a2QJ、a21J、b21J和b22J的電流源與電源VDD相連；其它13個NMOS管(M11、M12、M13、M15、M16、M17、M18、M19、M22、M23、M24、M26、M27)的寬長比(W/L)均為1，源極都接地，漏極通過大小為J的電流源與電源VDD相連，由于M12和M13的漏極相連，M12和M13的大小為J的電流源合并為一個大小2J的電流源并與電源VDD相連。所述17個NMOS管除了上述連接之外，各個NMOS管的其它連接方式描述如下:(I)NMOS管Mll:從其漏極引出第一個開關電流二階節(jié)電路的輸入端(iin2)，輸入端(iin2)與NMOS管M5的漏極相連，其漏極還與NMOS管M21和M27的漏極連接，其漏極還與其柵極連接，柵極與M12的柵極連接；(2) NMOS管M12:漏極與M13的漏極連接，柵極與Mll的柵極和漏極連接；(3) NMOS管M13:漏極與M12的漏極連接，柵極與M14和M17的柵極連接；(4) NMOS管M14:漏極與M15的漏極連接，柵極與M13和M17的柵極連接；(5)NM0S管M15:漏極與M14的漏極連接，柵極與漏極相連，柵極還與M16的柵極連接；(6)NM0S管M16:漏極與M20的漏極連接，柵極與M15的柵極連接；(7)NMOS管M17:漏極通過開啟于01相的開關85與組8的漏極連接，柵極與M13和M14的柵極連接；(8) NMOS管M18:漏極通過開啟于八相的開關S5與M17的漏極連接，漏極還通過開啟于01相的開關S6與其柵極連接，漏極還通過開啟于02相的開關87與肌9的漏極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C3進行電荷存儲；(9)NM0S管M19:漏極通過開啟于相的開關S7與M18的漏極連接，漏極還通過開啟于02相的開關S8與其柵極連接，柵極同時與M20、M21和M22的柵極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C4進行電荷存儲；
(10)匪05管1120:漏極與M16的漏極連接，從漏極引出第一個開關電流二階節(jié)電路的輸出端(Aut2),柵極與M19、M21和M22的柵極連接；(Il)NMOS管M21:漏極與Mll和M27的漏極連接，柵極與M19、M20和M22的柵極連接；(12)NM0S管M22:漏極通過開啟于八相的開關89與1123的漏極連接，柵極與M19、M20和M21的柵極連接；(13)NM0S管M23:漏極通過開啟于八相的開關S9與122的漏極連接，漏極還通過開啟于01相的開關Sltl與其柵極連接，漏極還通過開啟于62相的開關S11與M24的漏極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C5進行電荷存儲；(14) NMOS管M24:漏極通過開啟于0 2相的開關S11與M23的漏極連接，漏極還通過開啟于62相的開關S12與其柵極連接，柵極與M25的柵極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C6進行電荷存儲；(15) NMOS管M25:漏極與M26的漏極連接，柵極與M24的柵極連接；(16)NM0S管M26:漏極與柵極連接，漏極還與M25的漏極連接，柵極與M27的柵極連接；(17)NM0S管M27:漏極同時與Mll和M21的漏極連接，柵極與M26的柵極和漏極連接。 如圖1所示，所述第二個開關電流二階節(jié)電路采用8個開關、17個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，8個開關分別是s13-s2(l，17個N型MOS管(NMOS)分別是M28-M44，其中 M31、M37、M38、M42 的寬長比(W/L)分別為 a30=0.2659、a31=0.1446、b31=l.9613和b32=0.9651，且 這4個NMOS管(M31、M37、M38、M42)的源極都接地，漏極分別通過大小為a30J> a31J、b31J 和 b32J 的電流源與電源 VDD 相連；其它 13 個 NMOS 管(M28、M29、M30、M32、M33、M34、M35、M36、M39、M40、M41、M43、M44 )的寬長比(W/L)均為I，源極都接地，漏極通過大小為J的電流源與電源VDD相連，由于M29和M30的漏極相連，M29和M30的大小為J的電流源合并為一個大小2J的電流源并與電源VDD相連。所述17個NMOS管除了上述連接之外，各個NMOS管的其它連接方式描述如下:(1)NM0S管M28:從其漏極引出第二個開關電流二階節(jié)電路的輸入端(iin3)，輸入端(iin3)與NMOS管M6的漏極相連，其漏極還與NMOS管M38和M42的漏極連接，其漏極還與其柵極連接，柵極與M29的柵極連接；(2) NMOS管M29:漏極與M30的漏極連接，柵極與M28的柵極和漏極連接；(3)NM0S管M30:漏極與M29的漏極連接，柵極與M31和M34的柵極連接；(4)NM0S管M31:漏極與M32的漏極連接，柵極與M30和M34的柵極連接；(5)NM0S管M32:漏極與柵極連接，柵極與M33的柵極連接；(6)NM0S管M33:漏極與M37的漏極連接，柵極與M32的柵極連接；(7)NM0S管M34:漏極通過開啟于相的開關S13與M35的漏極連接，柵極與M30和M31的柵極連接；(8)NM0S管M35:漏極通過開啟于八相的開關S13與M34的漏極連接，漏極還通過開啟于八相的開關S14與其柵極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C7進行電荷存儲；(9)NM0S管M36:漏極通過開啟于02相的開關S15與M35的漏極連接，漏極還通過開啟于02相的開關S16與其柵極連接，柵極同時與M37、M38和M39的柵極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C8進行電荷存儲；(10)NM0S管M37:漏極與M33的漏極連接，從漏極引出第二個開關電流二階節(jié)電路的輸出端(i t3)，柵極與M36、M38和M39的柵極連接;(Il)NMOS管M38:漏極與M28和M44的漏極連接，柵極與M36、M37和M39的柵極連接；(12)NM0S管M39:漏極通過開啟于八相的開關S17與M40的漏極連接，柵極與M36、M37和M38的柵極連接；(13) NMOS管M40:漏極通過開啟于多^目的開關S17與M39的漏極連接，漏極還通過開啟于多^目的開關S18與其柵極連接，漏極還通過開啟于02相的開關S19與M41的漏極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容C9進行電荷存儲；(14)NM0S管M41:漏極通過開啟于02相的開關S19與M40的漏極連接，漏極還通過開啟于02相的開關S2tl與其柵極連接，柵極與M42的柵極連接，利用其柵極與源極之間的寄生電容Cltl進行電荷存儲；(15) NMOS管M42:漏極與M43的漏極連接，柵極與M41的柵極連接；(16) NMOS管M43:漏極與柵極連接，漏極還與M42的漏極連接，柵極與M44的柵極連接；(17)NM0S管M44:漏極同時與M28和M38的漏極連接，柵極與M43的柵極和漏極連接。如圖1所示，所述一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流一階節(jié)電路采用并聯(lián)的方式進行連接，開關電流一階節(jié)電路的輸入端(iinl)和兩個開關電流二階節(jié)電路的輸入端(iin2和iin3)分別連接輸入電流拷貝單元的三個電流信號輸出端(即圖中的NMOS管M4、M5和M6的漏極)，所述開關電流一階節(jié)電路的輸出端(iwtl)和兩個開關電流二階節(jié)電路的輸出端(Aut2和Aut3)直接連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加并作為整個濾波器電路的輸出
(I OUt ) °如圖1所示，所述開關電流一階節(jié)電路和二階節(jié)電路的電路中的開關由兩相非重疊的時鐘信號控制，控制時 鐘信號的時序如圖2所示，圖中八相和02相是兩相非重疊的信號，當某相為高電平時 ，所控制的開關打開，當某相為低電平時，所控制的開關則關閉，圖中T表示時鐘信號的周期，η表示時鐘周期的編號。如圖1所示，所述開關電流一階節(jié)電路和二階節(jié)電路的參數(shù)通過設置NMOS管的寬長比(W/L)來實現(xiàn)，NMOS管名稱、對應的參數(shù)及其參數(shù)值分別列入表I。表1:電流模式五階Marr小波濾波器電路參數(shù)
權利要求1.一種電流模式五階Marr小波濾波器電路,其包括:一個輸入電流拷貝單兀,一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路，所述一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路采用并聯(lián)的方式進行連接，開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路的輸入端分別連接輸入電流拷貝單元的三個電流信號輸出端，開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出，電路輸出的沖激響應波形與理想Marr小波相似。
2.根據(jù)權利要求1所述電流模式五階Marr小波濾波器電路，其特征是:所述開關電流一階節(jié)電路采用4個開關、4個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，輸入端連接輸入電流拷貝單元的輸出端，輸出端與開關電流二階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出；所述開關電流一階節(jié)電路采用的4個開關由兩相非重疊時鐘信號控制，時鐘信號為高電平時開關打開，時鐘信號為低電平時開關關閉；所述開關電流一階節(jié)電路利用到2個N型MOS管(NMOS)的柵-源寄生電容；所述開關電流一階節(jié)電路中的4個N型MOS管(NMOS)，其中2個寬長比(W/L)為1，另外2個寬長比(W/L)分別為1.3550和0.9540。
3.根據(jù)權利要求1所述電流模式五階Marr小波濾波器電路，其特征是:所述開關電流二階節(jié)電路采用8個開關、17個N型MOS管(NMOS)及其偏置電流源組成，輸入端連接輸入電流拷貝單元的輸出端，輸出端與開關電流一階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出；所述開關電流二階節(jié)電路采用的8個開關由兩相非重疊時鐘信號控制，時鐘信號為高電平時開關打開，時鐘信號為低電平時開關關閉；所述開關電流二階節(jié)電路利用到4個N型MOS管(NMOS)的柵-源寄生電容；第一個開關電流二階節(jié)電路中的17個N型MOS管(NMOS)，其中13個的寬長比(W/L)為1，另外4個的寬長比(W/L)分別為0.9084、.0.9686、1.9580和0.9686 ;第二個開關電流二階節(jié)電路中的17個N型MOS管(NMOS)，其中13個的寬長比(W/L)為1，另外4個的寬長比(W/L)分別為.0.2659,0.1446、1.9613和.0.9651。
專利摘要本實用新型提供一種電流模式五階Marr小波濾波器電路，電路采用開關電流技術設計實現(xiàn)。按照本實用新型提供的技術方案，一種電流模式五階Marr小波濾波器電路包括一個輸入電流拷貝單元；一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路。所述一個開關電流一階節(jié)電路和兩個開關電流二階節(jié)電路采用并聯(lián)的方式進行連接，開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路的輸入端分別連接輸入電流拷貝單元的三個電流信號輸出端，開關電流一階節(jié)電路和開關電流二階節(jié)電路的輸出端連接在一起實現(xiàn)輸出電流信號相加和輸出，電路輸出的沖擊響應波形與理想Marr小波相似。本實用新型提供的電流模式五階Marr小波濾波器電路整體性能優(yōu)秀，逼近理想Marr小波的效果好；提供的一階節(jié)電路和雙二次節(jié)電路具有理想的參數(shù)，一是電路參數(shù)少，一階節(jié)電路只有兩個參數(shù)，二階節(jié)電路只有四個參數(shù)；二是電路參數(shù)大小較為均一，利于電路版圖設計。
文檔編號H03H17/00GK203151447SQ20132014267
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權日2013年3月27日
發(fā)明者龍英, 童耀南, 李林 申請人:長沙學院