论文题目: 连续小波变换的瞬时缩展对数域电路实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 电工理论与新技术
作者: 黄清秀
导师: 何怡刚
关键词: 对数域电路,连续小波变换,实现,低电压,低功耗,模拟集成电路
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 小波分析是泛函分析、Fourier分析、样条分析、调和分析、数值分析的完美结晶,在信号处理、图像处理、语音分析、模式识别、量子物理及众多非线性科学领域得到了应用,在信号检测、特征提取、故障诊断和定位、数据压缩等方面都能看到小波分析的应用成果。然而小波变换阶段需花费大量的计算消耗是小波分析和算法广泛应用的一个主要障碍。为克服这一障碍,大大促进小波理论的应用,并使这种应用更具实时特性,研究小波变换的硬件实现,即开展实时小波变换快速算法及其硬件实现具有特别重要的理论意义和学科意义。 小波变换的硬件实现研究历史不是很长,且还处于初步阶段。1993年R.T.EDWARDS和M.D.GODFREY研制了第一个模拟音频小波变换芯片,此后有利用开关电容网络实现的音频连续小波变换和模拟CMOS实现的高频连续小波变换,这些小波变换芯片的问世对于推动小波理论的应用起到了重要的作用。 纵观小波变换硬件实现的发展,其主流是VLSI技术,而目前VLSI是朝着低电压低功率方向发展。从目前国内外对该领域的研究状况来看,已经有应用声表面波器件及开关电容电路进行小波变换及重构器件的实现。在小波变换实现的VLSI技术中,如何研究出低电压低功率VLSI小波变换芯片是一个很有应用前景的发展方向。瞬时缩展(Instantaneous companding)电路理论是近几年来国际学术界用来发展低电压低功率模拟VLSI的一个重要关键技术,信号在处理前被对数压缩,然后指数扩展、以恢复最初的动态范围,利用了二极管的大信号指数特性,虽则系统的内部是非线性,但整个系统的输入、输出保持线性,这种处理内部电压摆幅较小,从而具有高工作频率、低畸变和低干扰。瞬时缩展电路技术有效地解决了低电源电压、噪声和高频性能的矛盾,使电路在最小电源电压下获得适当的动态范围和低功率。本文的研究将对推动瞬时缩展电路理论与设计技术应用于小波变换及其网络实现、建立和发展新学科、推动小波理论的发展及其广泛实时应用有重要的理论意义和实际意义。 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
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 概述
1.2 课题的目的和意义
1.3 国内外研究现状和发展趋势
1.4 主要工作和论文结构
第2章 对数域电路
2.1 半导体器件与电压、电流的指数映射关系
2.1.1 半导体PN结
2.1.2 半导体二极管
2.1.3 极型晶体管BJT
2.1.4 MOS器件的亚阈值模型
2.2 跨导线性理论
2.3 对数域电路理论的发展历程与展望
2.3.1 对数域电路的发展历程
2.3.2 最简单的对数域状态空间
2.3.3 指数状态空间滤波器
2.3.4 对数域滤波器
2.3.5 构造对数域滤波器的方法
2.3.6 对数域电路的分析方法简述
2.3.7 对数域电路的优点
2.4 采用E-Cell单元构造对数域电路
2.5 基于LC梯形网络运算仿真的对数域滤波器的设计
2.6 Bernoulli单元电路
2.6.1 Bernoulli单元电路
2.6.2 Bernoulli单元电路的互连实现电路
2.7 小结
第3章 小波分析理论与连续小波变换
3.1 小波发展简史
3.2 从Fourier分析和窗口Fourier变换
3.2.1 Fourier变换
3.2.2 窗口Fourier变换
3.2.3 时窗、频窗和时—频窗
3.2.4 FT的某些局限性
3.3 小波分析
3.3.1 多分辨分析
3.3.2 小波函数
3.3.3 时间—频率分析
3.4 连续小波变换
3.4.1 一维连续小波变换
3.4.2 一维连续小波变换的反演
3.4.3 一维连续小波变换的性质
3.5 小波分析的应用
3.6 小结
第4章 高频连续小波变换的对数域电路实现
4.1 引言
4.2 连续小波变换电路实现原理
4.3 对数域振荡器
4.4 瞬时缩展对数域PLL电路
4.5 仿真实验结果
4.6 小结
第5章 小波变换的高斯节共享结构及其对数域电路实现
5.1 引言
5.2 基本理论分析
5.2.1 连续小波变换
5.2.2 时域实现中采用的乘法器与对数域电路
5.2.3 时域实现中的积分器与对数域电路
5.2.4 频域实现中的滤波器组与对数域电路
5.2.5 频域实现中的压控振荡器与对数域电路
5.3 连续小波变换模拟电路实现共享结构及其分析
5.3.1 与高斯单元有关的共享结构
5.3.2 高斯函数与几种基小波实现
5.3.3 对数域高斯单元的设计
5.4 小结
第6章 基于复解调技术的连续小波变换瞬时缩展电路技术实现
6.1 引言
6.2 用压缩扩展电路实现小波变换
6.3 对数域压缩扩展电路
6.4 Gilbert乘法器
6.5 对数域低通滤波器
6.6 时域中利用幅度调制技术生成小波信号
6.7 仿真结果
6.8 小结
第7章 正交小波变换的对数域电路实现
7.1 引言
7.2 Laguerre结构
7.3 硬件实现
7.4 PSPICE，MATLAB仿真结果
7.5 小结
结论
参考文献
致谢
附录
发布时间: 2005-09-28
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