[发明专利]开关电流小波滤波器电路状态空间优化方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息工程领域，涉及一种开关电流小波滤波器状态空间优化方法。

背景技术

小波变换以其良好的时频局部特性，被广泛的应用于非平稳和瞬态信号处理，现已成为各工程领域信号处理的最有效的数学工具之一。小波变换可以用软件实现也可以用硬件实现。用硬件实现小波变换，特别是用模拟电路实现，由于具有功耗低、速度快的优点，受到越来越多重视。模拟电路实现小波变换可看成是尺度和位移不同的小波滤波器的线性组合，所以小波滤波器的设计是实现小波变换的基础。小波滤波器设计有两个关键的步骤，一是小波滤波器的逼近，二是小波滤波器的电路设计。目前，不论是时域逼近还是频域逼近，最终都是为了获得一个小波滤波器频域传递函数H(s)。如果是频域逼近，能直接获得频域传递函数H(s)，如果是时域逼近，需将时域逼近函数h(t)通过拉普拉斯变换得到频域传递函数H(s)。获得频域传递函数H(s)之后采用电路设计小波滤波器，可用来设计小波滤波器的模拟电路种类很多，目前报道较多的是具有低电压、低功耗、与标准数字CMOS工业兼容的开关电流电路技术。如专利号为2011102989344的发明专利“一种小波滤波器设计方法”，其采用麦克劳林级数对小波频域函数进行逼近，再采用基于开关电流微分器的双二次节为基本单元设计串联结构的小波滤波器；专利号为2011100545508的发明专利“开关电流自适应混沌差分进化小波滤波器设计方法”，其采用自适应混沌差分进化优化算法进行小波滤波器时域逼近，然后采用拉普拉斯变换获得小波滤波器的频域传递函数H(s)，再采用基于开关电流积分器的双二次节进行滤波器综合；专利号为2010102503863的发明专利“一种基于开关电流技术的模拟连续小波变换电路”，采用基于开关电流积分器的一阶节和双二次节进行滤波器综合。

上述设计方法均未考虑开关电流小波滤波器电路的状态空间问题，小波滤波器电路中级联的各节电路输出的峰值和动态范围不一致，如果为了降低电路功耗，各节电路的偏置电流要根据输出峰值和动态范围设置为不同值，导致各节电路的偏置电流不统一，给电路设计增添困难；如果为了设计的方便，可以统一各节电路的偏置电流，但这是要以峰值和动态范围最大的一节电路为依据，统一的偏置电流要高于这一节电路的动态输出电流的峰值，这无疑会增加所设计的小波滤波器电路的功耗。

 

发明内容

为了克服现有模拟电流小波滤波器设计中存在的上述不足和满足低功耗、高可靠的实际应用需要，本发明提供一种模拟小波滤波器状态空间优化方法，方法简单，通用性强，适用于低压、低功耗和高频、高速、高可靠的模拟小波滤波器电路设计和实际的工程应用。 

开关电流小波滤波器电路状态空间的优化在于模拟小波滤波器传递函数的优化，只有获得一个状态空间最优的传递函数，才能设计出状态空间最优的电路。

本发明的技术方案是：开关电流小波滤波器电路状态空间优化方法，包括以下步骤：（1）归一化级联分解模拟小波滤波器传递函数；（2）求归一化级联各节子系统冲激响应峰值，计算优化系数；（3）优化模拟小波滤波器传递函数：归一化级联各节子系统乘以优化系数，使得模拟小波滤波器状态空间最优化，即使得级联各节子系统的冲激响应峰值大小一致，继而使得实现各节子系统的开关电流电路的动态范围相同。

步骤（1）中，所述归一化级联分解模拟小波滤波器传递函数是指将小波滤波器传递函数H(s)分解为归一化的级联形式,即                                                ，其中k表示系数；N表示级联的节数；i为下标，表示级联节数的编号；H_i(s)表示优化前的归一化的级联各节子系统的传递函数，其特征是分子和分母多项式的最高项系数为1；∏是连乘负号，实现模拟小波滤波器的级联。

步骤（2）中，所述求归一化级联各节子系统冲激响应峰值，是指求子系统的传递函数H_i(s)冲激响应的峰值，可以数值分析求解，也可以通过Matlab软件求解。

所述计算优化系数是指采用如下计算式将归一化级联分解模拟小波滤波器传递函数H(s)获得的系数k分解成独立的优化系数k_i

                          （1），