数模混合集成电路实现一维小波变换

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小波变换不仅在电力系统行波保护中得到应用,而且目前在语音、图像、通信等很多方面得到应用,是多学科关注的热点,是信号处理的前言课题。遗憾的是绝大多数的小波变换是单纯基于离散时间系统的变换。离散时间系统有采用的方式灵活等特点,但由于离散时间系统需要A/D、D/A转换,处理信号的速度慢等缺点。因此综合离散时间域和连续时间域的优缺点,本文提出了一种用数模混合集成电路实现连续小波变换的设计。 首先,本文讨论了傅立叶变换、Gabor(加窗傅立叶变换)和小波变换在时间和频率域的分辨率问题上的优缺点,得出了选择小波变换的原因。 第二,本文从数学和多抽样率信号的角度上对小波变换进行了较深入的讨论,得到两者之间的联系和怎样对满足要求的小波母函数的选择。由于小波变换涉及到带通滤波器的设计,为了简化滤波器的设计本文采用频谱搬移技术,把带通滤波器转化为低通滤波器的设计;多种中心频率的产生我们采用了直接数字频率综合(DDS)的方式;与传统的用模拟电路采用压控振荡器(VCO)和锁相环(PLL)的方式简化了电路的设计,加速了系统的完成。 第三,在以往的小波变换中所采取的滤波器都是数字滤波器。数字滤波器的缺点在于要进行两次模数转换,处理信号的速度慢。模拟电路不需要模数转换,而且可以达到高频领域,因此用模拟小波有无可比拟的优势。因此本文提出了用模拟集成电路来实现一组所需要的模拟小波低通滤波器。在模拟集成电路中,电感的实现是很困难的,因此模拟滤波器的实现采用有源滤波器。在有源滤波器的设计中运算放大器的设计是很关键的一个部分就是运算放大器的设计,在本文中比较详细的讨论它的设计。对改进电路做了仿真。高斯滤波器有着良好的时频特性,因此我们选择的小波函数是高斯滤波函数,在此基础上设计了一组高斯滤波器,并进行了仿真。 第四,综合以上设计我们得到了一个完整的数模混合集成电路实现一维模拟小波变换设计。该电路包括了用DDS产生的中心频率发生器、5对低通滤波器、20个乘法器和一个加法器。这样我们就完成了信号从分解到重构的过程。实现了本文预期的目标。
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