正交小波變換的開關(guān)電流電路實(shí)現(xiàn)

小波變換可以在多尺度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，并同時(shí)在時(shí)域和頻域上具有較好的局部化特性。這種優(yōu)異的時(shí)頻分析特性使得小波變換成為分析非平穩(wěn)和瞬變信號(hào)的強(qiáng)有力工具，在信號(hào)檢測(cè)、特征提取、語音分析、圖像處理、模式識(shí)別、故障診斷和定位、數(shù)據(jù)壓縮等領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用[1]。開關(guān)電流電路是基于電流模的電路，它用離散時(shí)間的取樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理連續(xù)時(shí)間的模擬信號(hào)，具高頻特性好、低電壓、低功耗、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)[2]。在利用小波變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，為了保證原始信號(hào)域和變換域分析的一致性，往往需要按某種方式可以完全重建信號(hào)的小波變換，最完美的一種解決方案就是正交小波變換。如果小波函數(shù)是正交的，則信號(hào)重構(gòu)可以用多分辨分析理論來進(jìn)行，否則必須用小波級(jí)數(shù)與小波框架理論來進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)[1]。本文對(duì)Laguerre結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，根據(jù)正交小波變換的Laguerre結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案，提出正交小波變換的開關(guān)電流電路實(shí)現(xiàn)，便于其被制成符合最新數(shù)字工藝的集成芯片。

2.1 開關(guān)電流低通節(jié)的實(shí)現(xiàn)
對(duì)于低通節(jié)，采用圖2所示結(jié)構(gòu)，其ASIZ仿真所用的電路如圖3所示。圖3中與各晶體管相接的電流源應(yīng)ASIZ仿真要求而省略(輸入信號(hào)源除外)。開關(guān)電流低通節(jié)中各晶體管的寬長比值見表1。

從ASIZ仿真結(jié)果看，在0 Hz~10 kHz的工作范圍內(nèi)，開關(guān)電流全通節(jié)的增益在6 kHz內(nèi)衰減很小，在6 kHz~10 kHz區(qū)間大約有0.5 dB的衰減。經(jīng)過分析認(rèn)為是頻率翹曲效應(yīng)所致。將時(shí)鐘頻率提高到200 kHz，得到圖7所示的頻率特性圖。圖7中所示開關(guān)電流全通節(jié)增益在整個(gè)工作范圍內(nèi)穩(wěn)定，可以滿足Laguerre結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正交小波變換的要求。

3 仿真試驗(yàn)
對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解，其實(shí)質(zhì)就是將信號(hào)分成兩個(gè)信號(hào)，即高頻部分和低頻部分。通常，信號(hào)的低頻部分包含了信號(hào)的主要信息，高頻部分則包含了信號(hào)的細(xì)節(jié)信息。根據(jù)分析的需要，可以繼續(xù)對(duì)所得到的低頻部分進(jìn)行再分解，如此又得到了更低頻率部分的信號(hào)和頻率相對(duì)較高部分的信號(hào)。這種方法把—個(gè)混頻信號(hào)分解為若干個(gè)互不重疊的頻帶中的信號(hào)，這樣就可以完成濾波或檢波的工作，達(dá)到提取信號(hào)特征的目的。
對(duì)Laguerre結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正交小波變換進(jìn)行仿真。在完成低通節(jié)和全通節(jié)電路實(shí)現(xiàn)與仿真的基礎(chǔ)上，用Matlab對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真。原始仿真信號(hào)為復(fù)合正弦信號(hào)，由一個(gè)頻率為10 Hz的正弦波(低頻成分，其電流幅值設(shè)定為10 mA)和一個(gè)頻率為1 kHz的正弦波(高頻成分，其電流幅值設(shè)定為2 mA)構(gòu)成。用Laguerre結(jié)構(gòu)對(duì)該復(fù)合試驗(yàn)正弦信號(hào)進(jìn)行正交小波分析，得到的仿真結(jié)果如圖8~圖10所示。圖8為原始仿真信號(hào)；圖9為原始仿真信號(hào)通過Laguerre結(jié)構(gòu)后的輸出信號(hào)，這時(shí)信號(hào)僅剩下原始仿真信號(hào)的低頻成分，得到了原始仿真信號(hào)的概貌逼近；圖10為原始仿真信號(hào)與通過Laguerre結(jié)構(gòu)后的信號(hào)的差值，其頻率較高，是原始仿真信號(hào)的高頻成分，也即是原始仿真信號(hào)的細(xì)節(jié)逼近。

正交小波變換是完全重建信號(hào)的小波變換中最完美的一種解決方案。為實(shí)現(xiàn)正交小波變換，本文對(duì)Laguerre結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并采用開關(guān)電流技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Laguerre結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件——低通濾波器和全通濾波器，從而為實(shí)現(xiàn)高速、低電壓、低功耗的小波變換電路提供了新的途徑。同時(shí)用ASIZ對(duì)開關(guān)電流低通濾波器和開關(guān)電流全通濾波器進(jìn)行了仿真，其結(jié)果理想，并進(jìn)一步用Matlab對(duì)Laguerre結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)仿真。仿真結(jié)果表明，用Laguerre結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正交小波變換是可行的。
參考文獻(xiàn)
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