基于開關電流技術的小波濾波器的實現(xiàn)
連續(xù)小波變換(Continuous Wavelet Transform,CWT)具有多分辨率的特點,可看成是帶通濾波器在不同尺度下對信號進行濾波。小波變換具有表征待分析信號在頻域上局部性質的能力,采用不同尺度a做處理時,各ψ(aω)的中心頻率和帶寬都不一樣,但品質因數(shù)卻不變,從頻域上看,用不同尺度做小波變換大致相當于用一組濾波器對信號進行處理。
開關電流電路是應用電流取樣表示信號的模擬電路,屬于電流模電路,具有電流模電路速度快、適于低壓工作,電流求和簡單等特點。另外,不需要線性浮置電容,適于CMOSVLSI工藝,并且在原理上,當用電流表示信號時,電壓擺幅不必大,具有低電源電壓工作潛力。
1 小波變換實現(xiàn)過程
連續(xù)小波變換的實現(xiàn)簡要概括為:根據(jù)母小波ψ(t)的頻域表達式。通過逼近得到母小波的有理式逼近形式,標準濾波器用來實現(xiàn)有理的和有限次傳輸函數(shù),所以對信號的小波變換就轉換為將信號通過由母小波的有理式實現(xiàn)的濾波器來實現(xiàn)。該方法的實現(xiàn)取決于小波函數(shù)類型,這里以墨西哥小帽(Mexican Hat)小波為例,利用麥可勞林公式逼近得到能夠仿真實現(xiàn)的傳遞函數(shù)。
1.1 小波變換
設信號x(t)是平方可積函數(shù),ψ(t)是被稱為基本小波或母小波的函數(shù),則:
式(1)稱為x(t)的小波變換,其中a尺度因子,a>0,b反映位移,其值可正可負。
從定義上看,小波變換相當于信號x(t)與的卷積。眾所周知,一個濾波器電路的輸出是濾波器脈沖響應與輸入信號卷積,因此,實現(xiàn)對信號的連續(xù)小波變換CWT可以使信號通過濾波器實現(xiàn)。
1.2 小波函數(shù)的逼近實現(xiàn)
這里以Mexican Hat小波(圖1)為例研究小波函數(shù)的實現(xiàn)方法,其時域表達式如式(2)所示:
信號x(t)在尺度a下的CWT可通過轉移函數(shù)為H(jω)的濾波器來實現(xiàn)。然而,從圖1可以看出有兩個問題需要解決:1)ψ(t)是關于t=O對稱的,因此它是非因果的,任何濾波器的脈沖響應在右半平面有極點將會不穩(wěn)定,為了能夠使其穩(wěn)定,給一個時間延遲T;2)令S=jω,轉移函數(shù)轉換如式(4)所示。
式(4)中分母為指數(shù)形式,這樣傳輸函數(shù)就不能由只能實現(xiàn)有理的和有限次傳輸函數(shù)的標準濾波器實現(xiàn)。為了使傳輸函數(shù)有理化,通過使用麥克勞林公式近似逼近指數(shù)函數(shù):
這樣就可以使要求的傳輸函數(shù)可以穩(wěn)定的實現(xiàn)。通過近似得到的傳輸函數(shù)如式(6)所示:
為了實現(xiàn)小波設計過程,要選定合適的尺度a、時間延遲T和濾波器的階數(shù),這些因素都是相關的。
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