[發明專利]開關電流小波濾波器電路狀態空間優化方法

有效

• 申請號: 201310146139.2
• 申請日: 2013-04-25
• 公開（公告）號: CN103226637A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 何怡剛;童耀南;于文新;尹柏強;高坤
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 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

技術領域

本發明屬于電子信息工程領域，涉及一種開關電流小波濾波器狀態空間優化方法。

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和瞬態信號處理，現已成為各工程領域信號處理的最有效的數學工具之一。小波變換可以用軟件實現也可以用硬件實現。用硬件實現小波變換，特別是用模擬電路實現，由于具有功耗低、速度快的優點，受到越來越多重視。模擬電路實現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小波變換的基礎。小波濾波器設計有兩個關鍵的步驟，一是小波濾波器的逼近，二是小波濾波器的電路設計。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H(s)。如果是頻域逼近，能直接獲得頻域傳遞函數H(s)，如果是時域逼近，需將時域逼近函數h(t)通過拉普拉斯變換得到頻域傳遞函數H(s)。獲得頻域傳遞函數H(s)之后采用電路設計小波濾波器，可用來設計小波濾波器的模擬電路種類很多，目前報道較多的是具有低電壓、低功耗、與標準數字CMOS工業兼容的開關電流電路技術。如專利號為2011102989344的發明專利“一種小波濾波器設計方法”，其采用麥克勞林級數對小波頻域函數進行逼近，再采用基于開關電流微分器的雙二次節為基本單元設計串聯結構的小波濾波器；專利號為2011100545508的發明專利“開關電流自適應混沌差分進化小波濾波器設計方法”，其采用自適應混沌差分進化優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H(s)，再采用基于開關電流積分器的雙二次節進行濾波器綜合；專利號為2010102503863的發明專利“一種基于開關電流技術的模擬連續小波變換電路”，采用基于開關電流積分器的一階節和雙二次節進行濾波器綜合。

上述設計方法均未考慮開關電流小波濾波器電路的狀態空間問題，小波濾波器電路中級聯的各節電路輸出的峰值和動態范圍不一致，如果為了降低電路功耗，各節電路的偏置電流要根據輸出峰值和動態范圍設置為不同值，導致各節電路的偏置電流不統一，給電路設計增添困難；如果為了設計的方便，可以統一各節電路的偏置電流，但這是要以峰值和動態范圍最大的一節電路為依據，統一的偏置電流要高于這一節電路的動態輸出電流的峰值，這無疑會增加所設計的小波濾波器電路的功耗。

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發明內容

為了克服現有模擬電流小波濾波器設計中存在的上述不足和滿足低功耗、高可靠的實際應用需要，本發明提供一種模擬小波濾波器狀態空間優化方法，方法簡單，通用性強，適用于低壓、低功耗和高頻、高速、高可靠的模擬小波濾波器電路設計和實際的工程應用。?

開關電流小波濾波器電路狀態空間的優化在于模擬小波濾波器傳遞函數的優化，只有獲得一個狀態空間最優的傳遞函數，才能設計出狀態空間最優的電路。

本發明的技術方案是：開關電流小波濾波器電路狀態空間優化方法，包括以下步驟：（1）歸一化級聯分解模擬小波濾波器傳遞函數；（2）求歸一化級聯各節子系統沖激響應峰值，計算優化系數；（3）優化模擬小波濾波器傳遞函數：歸一化級聯各節子系統乘以優化系數，使得模擬小波濾波器狀態空間最優化，即使得級聯各節子系統的沖激響應峰值大小一致，繼而使得實現各節子系統的開關電流電路的動態范圍相同。

步驟（1）中，所述歸一化級聯分解模擬小波濾波器傳遞函數是指將小波濾波器傳遞函數H(s)分解為歸一化的級聯形式,即????????????????????????????????????????????????，其中k表示系數；N表示級聯的節數；i為下標，表示級聯節數的編號；H_i(s)表示優化前的歸一化的級聯各節子系統的傳遞函數，其特征是分子和分母多項式的最高項系數為1；∏是連乘負號，實現模擬小波濾波器的級聯。

步驟（2）中，所述求歸一化級聯各節子系統沖激響應峰值，是指求子系統的傳遞函數H_i(s)沖激響應的峰值，可以數值分析求解，也可以通過Matlab軟件求解。

所述計算優化系數是指采用如下計算式將歸一化級聯分解模擬小波濾波器傳遞函數H(s)獲得的系數k分解成獨立的優化系數k_i

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