小波变换开关电流电路CAD设计

摘 要: 用开关电流技术实现小波变换， 关键是小波滤波器的实现; 小波滤波器传输表达式可通过对小波基函数的有理逼近来获得。基于Pad 逼近的方法， 采用高斯函数族作为小波基函数， 对所选的高斯函数进行频域的有理分式逼近来获取小波滤波器传输表达式， 从数学上提出一种设计小波变换开关电流( SI)滤波器的CAD方法。结合SI的电流模信号特点， 利用双二次滤波器的性质， 用SI单元电路的级联结构来实现电路的灵活设计。设计举例给出了设计思路， MATLAB仿真结果显示这种方法的可行性。

　　小波变换优于Fourier变换， 因其具有多分辨率和时频局域化的特点能聚焦到信号时段和频段的任意细节， 特别适合于处理非平稳信号。开关电流技术是一种新的模拟抽样数据处理技术， 与标准CMOS工艺兼容具有低电压、低功耗的特点， SI电路在速度、带宽、动态范围具有电压模式电路不可比拟的优势。小波变换理论与滤波器理论的关系密切， 无论是离散小波变换还是连续小波变换， 其实现都可归结到相应小波滤波器的实现。

　　1 系统框图及设计基本原理

　　提出设计小波变换S I滤波器的CAD 方法， 具体见框图1。先由用户选择小波基， 即确定高斯函数的参数， 以及采用其第N 阶导数作为小波基。然后， 选择Pad 逼近的方式， 得到时域或频域的有理分式之后， 可以利用SI滤波器的性质来用对应的SI单元电路的级联结构实现， 从而运用了SI技术的优点和性能优势。

　　使用Mat lab编程可以实现该CAD 系统， 它是一个窗口界面交互编程模式， 通过输入数据及点击菜单栏选择相应的菜单， 从而完成系统框图设计。采用M atlab可以实现Pad 逼近的小波基函数有理式逼近的算法， 通过从菜单输入高斯函数导数的阶数和尺度因子可以实现有理式表达式的CAD; 而SI电路具有模块化设计的特点同时开关电流滤波器的时间常数由晶体管的宽长比或时钟的频率决定， 实现基本小波滤波器后只需要调节时钟频率即可实现不同尺度的其他滤波器。

图1 系统框图

　　1. 1 开关电流技术

　　S I电路由受时钟控制的开关、电流镜等电路构成， 利用MOS器件栅- 源间电容存储效应实现对电流信号的处理。在实现线性离散电路系统设计时需要的基本单元有三个: 加法器， 乘法器和贮存单元;当用SI电路实现时， 其分别对应SI电路的基本单元为结点——电流信号的相加、比例电流镜和SH(取样保持)单元， 这样使电路的设计可以模块化而大大简化电路的设计。利用SI基本单元可以组成积分器而实现不同品质因数的滤波器， 最终达到小波变换电路设计的目的。

　　另外， 用信号流程图的观点来理解S I基本电路， 可以使系统传输函数的SI实现更明了。如通用积分器的SI电路设计， 可由同向输入， 反向输入和放大输入叠加构成， 如图2所示。

　　输出电流为:

　　当i1 ( z ) = - i2 ( z ) = i( z ) /2， a1 = a2 = a 构成双线性积分器， Z 域传输函数为:

　图2 通用积分器。