模擬小波基構建及開關電流電路實現理論與方法研究.pdf

1、小波變換是繼傅立葉變換之后在數學分析方法上的一項重大突破。因其在時域和頻域同時具有優(yōu)良的局部化特性而成為分析非平穩(wěn)信號的理想工具。小波變換已廣泛應用于信號處理領域。小波變換的實現以基于計算機軟件的算法方式為主。為提高信號處理的實時性，近些年來人們開始致力于基于電路的小波變換方法研究，但主要是采用數字電路代替計算機實現小波算法。由于需要模數轉換(A/D)電路，因而小波變換的數字電路實現有著體積大和功耗高的缺點，無法滿足功耗要求嚴格的應用場

2、合需求，不符合現代小波變換器件面向低電壓、低功耗和微型化方向發(fā)展的趨勢，阻礙了小波變換理論在特定場合的實用化進程。由于模擬電路較數字電路在低功耗設計方面具有絕對優(yōu)勢，基于模擬電路的小波變換實現方法成為近年來的研究熱點?；陔娏髂Ｊ降拈_關電流電路是一種模擬取樣數據處理系統，具有低電壓、低功耗、寬頻帶和大動態(tài)范圍的優(yōu)點。且采用開關電流電路實現小波變換，可通過改變電路開關的工作頻率來精確調諧小波尺度。此外，開關電流電路與標準數字CMOS工藝完

3、全兼容，有利于超大規(guī)模集成以達到小波變換器件的微型化。
　　開關電流小波變換電路設計的首要任務是模擬小波基的構建，即用模擬濾波器函數逼近難以用電路直接實現的小波函數;核心內容是基本小波濾波器的開關電流電路實現。雖然現有研究在上述兩個方面取得了不少成果，但是仍存在一些問題，可概括為:(1)小波濾波器函數構建方法還不夠豐富，且現有的時域構建模型還不夠完善，頻域構建方法存在缺陷且效果不佳。(2)現有方法都采用基本型開關電流電路模塊實現小

4、波變換，鮮有電路功耗和非理想因素影響的研究;現有方法多采用經典模擬濾波器結構實現小波變換，少有基于現代數字濾波器結構實現的研究。(3)現有研究多關注于實小波濾波器的構建和實現，少有開關電流復小波濾波器設計方面的研究。(4)目前方法主要關注于單個小波濾波器的實現，多個小波濾波器共享實現的研究幾乎處于空白狀態(tài)。
　　在此背景下，本論文主要對基本模擬小波濾波器函數構建及開關電流電路實現的理論及方法進行了研究，對現有方法的不足提出了一些改

5、進措施。全文的主要工作包括以下幾個方面:
　　1、對模擬小波變換的基本理論與方法進行了研究學習。首先，介紹了課題研究的背景與意義，研究現狀和存在的問題。然后，闡明了小波變換的模擬濾波器實現原理，歸納了開關電流電路小波變換方法和步驟。最后，介紹了模擬小波基構建的關鍵問題和時域優(yōu)化模型。
　　2、對模擬小波基的時域構建方法進行了研究。首先，設計了具有初值約束的實小波基時域優(yōu)化模型，提出了基于改進型混合粒子群算法的通用實小波基時域

6、構建方法。進一步地，針對常見復小波具有高斯包絡的特點，并利用正弦信號的周期性，提出一種可簡化計算的共極點模擬復小波基時域構建方法。最后，基于常見小波基之間的微積分關系，提出了一種共極共零的多小波基時域構建方法。實驗結果表明，所提出的小波基時域構建方法在逼近精度和系統穩(wěn)定性方面都有良好的效果。
　　3、對模擬小波基的頻域構建方法進行了研究，將時域優(yōu)化構建方法推廣到頻域。首先，設計了模擬小波基頻域逼近優(yōu)化模型，提出了基于該模型的通用實

7、小波基頻域優(yōu)化構建方法。然后，對實小波基頻域構建模型進行改進，提出了一種共極點復小波基的頻域直接構建方法。進而針對常見復小波基具有高斯包絡的特點，并基于正弦信號的周期性，提出一種共極點復小波基頻域間接構建方法。對復小波基頻域直接和間接構建方法進行了對比。最后，依據常見小波基之間具有微積分關系的特性，提出了一種共極共零的多小波基頻域構建方法。仿真實驗驗證了方法的有效性。
　　4、對小波濾波器的網絡結構進行了研究。提出了基于IIR數字

8、網絡的開關電流模擬小波濾波器綜合方法。首先，基于沖激響應不變法設計了開關電流小波濾波器網絡。然后，為降低電路傳輸誤差和功耗，采用共源共柵組態(tài)和甲乙類電路技術改進基本型開關電流采樣保持單元，并設計了開關電流一階節(jié)和二階節(jié)電路模塊。最后，分別以實小波濾波器和復小波濾波器為示例闡述了開關電流小波濾波器綜合方法。電路仿真結果表明，基于IIR數字網絡設計的開關小波濾波器具有電路傳輸誤差小、非理性因素影響小、電路參數少且易于實現等優(yōu)點。