[發(fā)明專利]一種開關(guān)電流小波濾波器設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310111167.0
• 申請日: 2013-04-02
• 公開（公告）號: CN103177161A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發(fā)明（設計）人: 童耀南;何怡剛;尹柏強;高坤;余文新
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 姜芳蕊;寧星耀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子信息工程領(lǐng)域，涉及一種開關(guān)電流小波濾波器設計方法。

背景技術(shù)

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(lǐng)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(guān)電流是一種新型的模擬電流數(shù)據(jù)采樣技術(shù)，與標準數(shù)字CMOS工藝兼容，克服了開關(guān)電容技術(shù)需要線性浮置電容的限制，具有高速度、低電壓、低功耗的優(yōu)點。因此，基于開關(guān)電流技術(shù)設計小波濾波器具有重大的現(xiàn)實意義和應用價值。開關(guān)電流小波濾波器設計有兩個關(guān)鍵的步驟，一是小波濾波器的逼近，二是小波濾波器的電路設計。小波濾波器逼近實質(zhì)上尋找一個沖擊響應與待逼近小波函數(shù)盡可能地相似的濾波器。已報道的小波濾波器逼近方法，可以分為時域逼近和頻域逼近兩類。典型的頻域逼近法有Padé法和麥克勞林級數(shù)逼近法。采用Padé法和麥克勞林級數(shù)逼近法求取小波濾波器的頻域傳遞函數(shù)逼近精度不高，且不能保證獲得的小波濾波器的頻域傳遞函數(shù)是穩(wěn)定的。另外，由于部分小波在頻域沒有明確的表達式，所以頻域逼近方法受到限制。而時域逼近法具有效果直觀，且能保證小波濾波器穩(wěn)定的優(yōu)點，因此時域逼近法是普遍采用的方法。

目前，不論是時域逼近還是頻域逼近，最終都是為了獲得一個小波濾波器頻域傳遞函數(shù)H(s)。如果是頻域逼近，能直接獲得頻域傳遞函數(shù)H(s)，如果是時域逼近，需將時域逼近函數(shù)h(t)通過拉普拉斯變換得到頻域傳遞函數(shù)H(s)。獲得頻域傳遞函數(shù)H(s)之后采用開關(guān)電流電路設計小波濾波器，現(xiàn)有的設計方法普遍采用傳統(tǒng)的開關(guān)電流一階節(jié)和雙二階節(jié)電路。如專利號為2011102989344的發(fā)明專利“一種小波濾波器設計方法”采用麥克勞林級數(shù)對小波頻域函數(shù)進行逼近，再采用基于開關(guān)電流微分器的雙二次節(jié)為基本單元設計串聯(lián)結(jié)構(gòu)的小波濾波器；專利號為2011100545508的發(fā)明專利“開關(guān)電流自適應混沌差分進化小波濾波器設計方法”采用自適應混沌差分進化優(yōu)化算法進行小波濾波器時域逼近，然后采用拉普拉斯變換獲得小波濾波器的頻域傳遞函數(shù)H(s)，再采用基于開關(guān)電流積分器的雙二次節(jié)進行濾波器綜合；專利號為2010102503863的發(fā)明專利“一種基于開關(guān)電流技術(shù)的模擬連續(xù)小波變換電路”采用基于開關(guān)電流積分器的一階節(jié)和雙二次節(jié)進行濾波器綜合。

上述設計方法存在幾點缺陷。1、設計步驟較為繁瑣。以時域逼近法為例，需要經(jīng)過時域逼近、拉普拉斯變換獲得頻域傳遞函數(shù)、雙線性z變換獲得z域傳遞函數(shù)、開關(guān)電流一階節(jié)和雙二次節(jié)電路綜合小波濾波器。2、雙線性z變換導致頻率翹曲效應?，F(xiàn)有的開關(guān)電流一階節(jié)和雙二次節(jié)電路是為了綜合頻域傳遞函數(shù)，根據(jù)開關(guān)電容電路推導出來的，其中隱含有雙線性z變換步驟，故容易帶來頻率翹曲效應，通常需要進行預翹曲補償。3、電路參數(shù)不理想。傳統(tǒng)的開關(guān)電流一階節(jié)和雙二次節(jié)電路參數(shù)較多，且大多數(shù)參數(shù)隨著雙線性z變換的采樣周期縮小而成平方律下降，會導致電路參數(shù)非常小，給電路的版圖設計帶來麻煩，同時也會增加芯片面積和功耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有設計方法存在的上述缺陷，提供一種基于IIR數(shù)字濾波器技術(shù)的開關(guān)電流小波濾波器設計方法。該方法能有效簡化開關(guān)電流小波濾波器的設計步驟，改善電路參數(shù)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種開關(guān)電流小波濾波器設計方法，包括以下步驟：?(1)采用時域逼近方法獲得小波濾波器的時域逼近函數(shù)；?(2)?采樣獲得時域逼近序列，再進行標準z變換獲得小波濾波器z域傳遞函數(shù)；(3)?采用IIR數(shù)字濾波器技術(shù)和開關(guān)電流電路綜合小波濾波器z域傳遞函數(shù)。

???所述步驟（1）中，所述采用時域逼近方法獲得小波濾波器的時域逼近函數(shù)時，需首先對小波函數(shù)進行翻轉(zhuǎn)和時移處理。翻轉(zhuǎn)處理是為了使信號通過小波濾波器時達到小波變換的目的。所述對小波函數(shù)進行時移處理的必要性是因為通常的小波函數(shù)是非因果的，不能直接通過硬件電路實現(xiàn)，所以需通過時移處理使得小波函數(shù)具有因果性。定義小波濾波器的沖擊響應表達式h(r,t)為

?????????????（1），