專利名稱：開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法
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)電流小波濾波器狀態(tài)空間優(yōu)化方法。
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(yīng)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(xué)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(shè)計是實現(xiàn)小波變換的基礎(chǔ)。小波濾波器設(shè)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(shè)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(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)之后采用電路設(shè)計小波濾波器，可用來設(shè)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(shù)字CMOS工業(yè)兼容的開關(guān)電流電路技術(shù)。如專利號為2011102989344的發(fā)明專利“一種小波濾波器設(shè)計方法”，其采用麥克勞林級數(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(shè)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(yīng)混沌差分進化小波濾波器設(shè)計方法”，其采用自適應(yīng)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(shè)計方法均未考慮開關(guān)電流小波濾波器電路的狀態(tài)空間問題，小波濾波器電路中級聯(lián)的各節(jié)電路輸出的峰值和動態(tài)范圍不一致，如果為了降低電路功耗，各節(jié)電路的偏置電流要根據(jù)輸出峰值和動態(tài)范圍設(shè)置為不同值，導(dǎo)致各節(jié)電路的偏置電流不統(tǒng)一，給電路設(shè)計增添困難；如果為了設(shè)計的方便，可以統(tǒng)一各節(jié)電路的偏置電流，但這是要以峰值和動態(tài)范圍最大的一節(jié)電路為依據(jù)，統(tǒng)一的偏置電流要高于這一節(jié)電路的動態(tài)輸出電流的峰值，這無疑會增加所設(shè)計的小波濾波器電路的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有模擬電流小波濾波器設(shè)計中存在的上述不足和滿足低功耗、高可靠的實際應(yīng)用需要，本發(fā)明提供一種模擬小波濾波器狀態(tài)空間優(yōu)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(shè)計和實際的工程應(yīng)用。
開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間的優(yōu)化在于模擬小波濾波器傳遞函數(shù)的優(yōu)化，只有獲得一個狀態(tài)空間最優(yōu)的傳遞函數(shù)，才能設(shè)計出狀態(tài)空間最優(yōu)的電路。本發(fā)明的技術(shù)方案是:開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，包括以下步驟:(1)歸一化級聯(lián)分解模擬小波濾波器傳遞函數(shù)；(2)求歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)沖激響應(yīng)峰值，計算優(yōu)化系數(shù)；(3)優(yōu)化模擬小波濾波器傳遞函數(shù):歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)乘以優(yōu)化系數(shù)，使得模擬小波濾波器狀態(tài)空間最優(yōu)化，即使得級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)的沖激響應(yīng)峰值大小一致，繼而使得實現(xiàn)各節(jié)子系統(tǒng)的開關(guān)電流電路的動態(tài)范圍相同。步驟(I)中，所述歸一化級聯(lián)分解模擬小波濾波器傳遞函數(shù)是指將小波濾波器傳遞函數(shù)H(S)分解為歸一化的級聯(lián)形式，即
權(quán)利要求
1.開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)歸一化級聯(lián)分解模擬小波濾波器傳遞函數(shù)；(2)求歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)沖激響應(yīng)峰值，計算優(yōu)化系數(shù)；(3)優(yōu)化模擬小波濾波器傳遞函數(shù):歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)乘以優(yōu)化系數(shù)，使得模擬小波濾波器狀態(tài)空間最優(yōu)化，即使得優(yōu)化后的級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)的沖激響應(yīng)峰值大小一致，繼而使得實現(xiàn)各節(jié)子系統(tǒng)的開關(guān)電流電路的動態(tài)范圍相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，其特征在于:步驟(I)中，所述歸一化級聯(lián)分解模擬小波濾波器傳遞函數(shù)是指將小波濾波器傳遞函數(shù)H(S)分解為歸一化的級聯(lián)形式，即
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，其特征在于:步驟(2)中，所述計算優(yōu)化系數(shù)是指采用如下計算式將歸一化級聯(lián)分解模擬小波濾波器傳遞函數(shù)H(S)獲得的系數(shù)k分解成獨立的優(yōu)化系數(shù)冬:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，其特征在于:步驟(3)中，所述優(yōu)化模擬小波濾波器傳遞函數(shù):歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)乘以優(yōu)化系數(shù)，具體實現(xiàn)方法是:根據(jù)計算得到的優(yōu)化系數(shù)冬修改模擬小波濾波器傳遞函數(shù)的級聯(lián)分解表達式，即采用如下公式修改模擬小波濾波器傳遞函數(shù)的級聯(lián)分解表達式
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，其特征在于:步驟(3)中，所述使得優(yōu)化后的級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)的沖激響應(yīng)峰值大小一致，具體內(nèi)容是:優(yōu)化后的級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)的沖激響應(yīng)峰值大小計算式為
全文摘要
開關(guān)電流小波濾波器電路狀態(tài)空間優(yōu)化方法，包括以下步驟(1)歸一化級聯(lián)分解模擬小波濾波器傳遞函數(shù)；(2)求歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)沖激響應(yīng)峰值，計算優(yōu)化系數(shù)；(3)優(yōu)化模擬小波濾波器傳遞函數(shù)歸一化級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)乘以優(yōu)化系數(shù)，使得模擬小波濾波器狀態(tài)空間最優(yōu)化，即使得優(yōu)化后的級聯(lián)各節(jié)子系統(tǒng)的沖激響應(yīng)峰值大小一致，繼而使得實現(xiàn)各節(jié)子系統(tǒng)的開關(guān)電流電路的動態(tài)范圍相同。本發(fā)明能統(tǒng)一各節(jié)子系統(tǒng)實現(xiàn)電路的偏置電流，達到降低電路功耗、提高抗干擾能力、簡化電路設(shè)計難度的目的。本發(fā)明適合于進一步用開關(guān)電流電路綜合小波濾波器傳遞函數(shù)，即采用開關(guān)電流技術(shù)設(shè)計小波濾波器電路。
文檔編號G06F17/50GK103226637SQ201310146139
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者何怡剛, 童耀南, 于文新, 尹柏強, 高坤 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)