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一维连续小波变换低电压低功耗对数域集成电路技术综合

龚李亮  
【摘要】:小波分析是一类新型的数学分析工具,是在二十世纪八十年代以来Y.Meyer,s.Mallat和I.Daubechies等的研究的基础上发展起来的新的理论体系。小波分析是一种自适应时—频局部化方法,可自动调节时—频窗,具有很强的灵活性,它的应用涉及到通信信号处理、雷达图象分析等众多领域。为了适应工程中处理信号的实时性要求,采用硬件实现连续小波变换的研究发展迅速。 小波变换的实现包括离散小波变换和连续小波变换的实现两个方面。从研究成果来看,对离散小波变换的数字电路实现的研究比较成功,出现了许多实用化芯片。而对模拟电路实现连续小波变换的研究进展比较缓慢,提出的系统结构不多,形成的实用芯片较少,已有的系统在集成度、分析精度、系统功耗等方面的性能都有待改进。从电路设计方法和生产工艺来看,模拟电路的设计方案和实现工艺都比数字电路复杂。对数域电路作为新型的模拟电路,运行在电流模式状态下,具有低电压、低功耗的特点。这类电路的设计方法具有系统化、模块化的特点,适合连续小波变换系统这样的大规模电路的实现。 本文研究了连续小波变换的模拟电路实现,及其对数域电路综合理论与设计方法。首先,本文在已有的连续小波变换实现方案的基础上,提出一种采用对数域电路改进系统性能的方案,即利用对数域技术设计已有方案中的功能模块,达到改进原系统电气性能的目的。仿真结果表明,中心频率的可调性、信号处理的带宽等多方面性能都有改进。其次,本文从连续小波变换的时域表达式和频域表达式出发,通过分析三类具有相似结构的小波函数表达式,即Marr小波、Morlet小波以及DOG小波,分别在时域和频域内提出了具有共享单元阵列的连续小波变换系统。本文对频域函数的实现,提出了在分段频域上逼近函数的设计方案;对时域高斯函数,提出了时频特性曲线相互转化的设计方案。根据系统仿真,微安级的系统运行电流表明电路实现了低运行电压、低功耗的目的;根据对8通道的逼近结构的分析,实现了对几百千赫兹到几百兆赫兹宽频带信号分析的目标。


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