開關電流復小波濾波器的制造方法
【專利摘要】本發明實施例提供了一種開關電流復小波濾波器，包括：順次級聯的電流鏡電路、n?1個第一開關電流雙線性積分器和1個第二開關電流雙線性積分器；n為大于1的整數；所述電流鏡電路，用于對外部輸入信號分別進行等值復制和反向，生成正向輸出信號、負向輸出信號；所述第一開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分；輸入端包括：正向、負向輸入端；所述第一開關電流雙線性積分器的輸出端包括正向、負向輸出端、實部和虛部輸出端；所述第二開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分，輸入端包括：正向輸入端、負向輸入端；輸出端包括：n個正向反饋輸出端、n個負向反饋輸出端、實部輸出端和虛部輸出端。本發明結構比較簡單。
【專利說明】
開關電流復小波濾波器
技術領域
[0001] 本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種開關電流復小波濾波器。
【背景技術】
[0002] 復小波變換是在實小波變換的基礎上發展出來的信號處理方法。復小波變換比實 小波變換提供了更為詳細的瞬態信號檢測信息，可以體現出信號的模值和相位信息變化， 揭示不同類型信號的跳變點，特別適合伴有復雜相頻特性的非平穩信號的檢測分析，具有 非常好的應用前景。
[0003] 隨著小波分析理論在實際生活中的不斷應用，復小波變換已應用于心電、腦電等 信號的分析中。在上述應用領域，復小波變換的高性能硬件實現最為關鍵。由于需要模數轉 換器，復小波變換的數字電路實現具有功耗較高的缺點。模擬電路在低功耗設計領域具有 較大的優勢，因此復小波變換的模擬電路實現逐漸受到人們的關注。復小波函數在頻域相 當于實部和虛部兩個帶通濾波器，因此復小波變換實現的實質是實部和虛部兩個模擬帶通 濾波器的設計。可見，傳統復小波變換的實現電路較為復雜，體積和功耗較大，無法滿足面 向小型化、低耗能便攜式和植入式電子產品的發展趨勢。
【發明內容】
[0004] 本發明的實施例提供了一種結構簡單的開關電流復小波濾波器。
[0005] 為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。
[0006] -種開關電流復小波濾波器，包括：
[0007] 順次級聯的電流鏡電路、n-1個第一開關電流雙線性積分器和1個第二開關電流雙 線性積分器;η為大于1的整數；
[0008] 所述電流鏡電路，用于對外部輸入信號分別進行等值復制和反向，生成正向輸出 信號、負向輸出信號;輸入端與外部輸入信號相連，所述正向輸出信號與序號為1的所述第 一開關電流雙線性積分器的正向輸入端相連，所述負向輸出信號與序號為1的所述第一開 關電流雙線性積分器的負向輸入端相連；
[0009] 所述第一開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分；輸入端包括：正向輸入 端、負向輸入端;所述第一開關電流雙線性積分器的輸出端包括正向輸出端、負向輸出端、 實部輸出端和虛部輸出端;其中，所述正向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線性積分 器的正向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線性積分器的負向輸入 端；
[0010]所述第二開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分，輸入端包括：正向輸入 端、負向輸入端；正向輸入端與序號為n-1的第一開關電流雙線性積分器的正向輸出端相 連，負向輸入端與序號為n-1的第一開關電流雙線性積分器的負向輸出端相連;輸出端包 括:η個正向反饋輸出端、η個負向反饋輸出端、實部輸出端和虛部輸出端;其中，前n-1個正 向反饋輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分器的負向輸入端，前n-1個 負向反饋輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分器的正向輸入端;第η個 正向反饋輸出端輸出至第二開關電流雙線性積分器的負向輸入端，第η個負向反饋輸出端 輸出至第二開關電流雙線性積分器的正向輸入端；
[0011]所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均 相連，一起作為所述復小波濾波器的實部輸出；所述第一開關電流雙線性積分器和第二開 關電流雙線性積分器的虛部輸出端均相連，一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出。
[0012] 由上述本發明的實施例提供的技術方案可以看出，本發明實施例中，通過復小波 實部和虛部共用極點實現電路，降低復小波濾波器的電路復雜度，減少電路實現元件個數。
[0013] 本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用 的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本 領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他 的附圖。
[0015] 圖1是本發明所述的開關電流復小波濾波器的實現電路示意圖；
[0016] 圖2-1是本發明所述的開關電流復小波濾波器的電流鏡電路示意圖；
[0017] 圖2-2是本發明所述的開關電流復小波濾波器的電流鏡電路的簡化電路符號示意 圖；
[0018] 圖3-1是本發明所述的開關電流復小波濾波器中序號為k的第一開關電流雙線性 積分器的實現電路示意圖；
[0019] 圖3-2是本發明所述的開關電流復小波濾波器中序號為k的第一開關電流雙線性 積分器的簡化電路符號示意圖；
[0020] 圖4-1是本發明所述的開關電流復小波濾波器的第二開關電流雙線性積分器的實 現電路不意圖；
[0021] 圖4-2是本發明所述的開關電流復小波濾波器的第二開關電流雙線性積分器的簡 化電路符號示意圖；
[0022] 圖5是本發明所述的開關電流復小波濾波器的時鐘波形示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參 考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。 [0024]本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數形式"一"、"一 個"、"所述"和"該"也可包括復數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元 件被"連接"或"耦接"到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在 中間元件。此外，這里使用的"連接"或"耦接"可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭 "和/或"包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。
[0025] 本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術 語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該 理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意 義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0026] 為便于對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步 的解釋說明，且各個實施例并不構成對本發明實施例的限定。
[0027] 如圖1所示，本發明所述的開關電流復小波濾波器，包括：
[0028] 順次級聯的電流鏡電路、n-1個第一開關電流雙線性積分器和1個第二開關電流雙 線性積分器;η為大于1的整數；
[0029] 所述電流鏡電路，用于對外部輸入信號分別進行等值復制和反向，生成正向輸出 信號、負向輸出信號;輸入端與外部輸入信號相連，所述正向輸出信號與序號為1的所述第 一開關電流雙線性積分器的正向輸入端相連，所述負向輸出信號與序號為1的所述第一開 關電流雙線性積分器的負向輸入端相連；
[0030] 所述第一開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分；輸入端包括：正向輸入 端、負向輸入端;所述第一開關電流雙線性積分器的輸出端包括正向輸出端、負向輸出端、 實部輸出端和虛部輸出端;其中，所述正向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線性積分 器的正向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線性積分器的負向輸入 端；
[0031] 所述第二開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分，輸入端包括：正向輸入 端、負向輸入端；正向輸入端與序號為n-1的第一開關電流雙線性積分器的正向輸出端相 連，負向輸入端與序號為n-1的第一開關電流雙線性積分器的負向輸出端相連;輸出端包 括:η個正向反饋輸出端、η個負向反饋輸出端、實部輸出端和虛部輸出端;其中，前n-1個正 向反饋輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分器的負向輸入端，前n-1個 負向反饋輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分器的正向輸入端;第η個 正向反饋輸出端輸出至第二開關電流雙線性積分器的負向輸入端，第η個負向反饋輸出端 輸出至第二開關電流雙線性積分器的正向輸入端；
[0032] 所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均 相連，一起作為所述復小波濾波器的實部輸出；所述第一開關電流雙線性積分器和第二開 關電流雙線性積分器的虛部輸出端均相連，一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出。
[0033]當第一開關電流雙線性積分器的序號在1至η-2范圍時，所述正向輸出端輸出至級 聯的下一開關電流雙線性積分器的正向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的下一開關電 流雙線性積分器的負向輸入端，具體為:所述正向輸出端輸出至級聯的下一第一開關電流 雙線性積分器的正向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的下一第一開關電流雙線性積分 器的負向輸入端；
[0034]當第一開關電流雙線性積分器的序號為n-1時，所述正向輸出端輸出至級聯的下 一開關電流雙線性積分器的正向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線 性積分器的負向輸入端，具體為:所述正向輸出端輸出至級聯的第二開關電流雙線性積分 器的正向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的第二開關電流雙線性積分器的負向輸入 端。
[0035] 如圖2-1和2-2所示，所述電流鏡電路包括：
[0036] 第一 103管％、第二M0S管M2、第三M0S管M3、第四M0S管M4、第五觀3管此、第一輸入端 Iin、第一負向輸出端ia(T和第一正向輸出端ia〇+;
[0037] 第二冊5管跑的柵極分別連接第一 105管％的柵極和漏極，并連接第一輸入端Iin; 第二舢5管跑的漏極連接第一負向輸出端ia(T;所述第二舢5管跑的柵極連接所述第三M0S管 M3的柵極；
[0038] 所述第三M0S管M3的漏極連接所述第四M0S管M4的柵極和漏極;所述第四M0S管M4的 柵極連接所述第五M0S管施的柵極；
[0039]所述第五的漏極連接所述第一正向輸出端ia0+;
[0040] 第一 1103管施、第二M0S管M2、第三M0S管M3、第四M0S管M4、第五M0S管施的漏極均接電 源;第一1^管施、第二M0S管M2、第三M0S管M3、第四M0S管M4、第五M0S管M 5的源極均接地。
[0041 ] 第二M0S管M2與第一 103管沁的溝道寬長比之比為a0;
[0042] 第一 1103管施、第三M0S管M3和第四M0S管M4的溝道寬長比相等；
[0043] 第二M0S管M2與第五1?)3管施的溝道寬長比相等。
[0044] 如圖3-1和3-2所示，所述第一開關電流雙線性積分器包括：
[0045] 第六M0S管M6、第七M0S管M7、第八M0S管Ms、第九M0S管M9、第十M0S管M 1Q、第^^一M0S 管Μη、第十二觀3管施2、第十三觀3管％3、第二正向輸入端ik+、第二負向輸入端ik-、第二正向 輸出端iak+、第二負向輸出端iak'第一實部輸出端irk+和第一虛部輸出端imk+;k為第一開關 電流雙線性積分器的序號，是大于0小于或者等于n-1的自然數；
[0046]所述第六M0S管M6的漏極連接所述第七M0S管M7的漏極;所述第六M0S管M6的柵極和 漏極由第二時鐘控制的第一開關相連;所述第六M0S管M6的漏極和第二正向輸入端ik+由第 二時鐘控制的第二開關相連;所述第六M0S管M 6的漏極和第二負向輸入端ik_由第一時鐘控 制的第三開關相連；
[0047]所述第七M0S管M?的柵極和漏極由第一時鐘控制的第四開關相連;所述第七M0S管 M7的柵極連接所述第八M0S管的柵極；
[0048]所述第八M0S管M8的漏極連接所述第二正向輸出端iak+，所述第八M0S管M 8的柵極連 接所述第九M0S管M9的柵極；
[0049]所述第九M0S管M9的漏極連接所述第十M0S管M1Q的漏極和柵極；
[0050]所述第十M0S管M1Q的柵極連接所述第^^一M0S管Μη的柵極;所述第^^一M0S管Μη的 漏極連接所述第二負向輸出端iak_;
[0051 ]所述第八M0S管Ms的柵極連接所述第十二M0S管M12的柵極，第十二M0S管M12的漏極 連接所述第一實部輸出端irk+;所述第八M0S管Ms的柵極連接所述第十三M0S管M13的柵極，第 十三M0S管M 13的漏極連接所述第一虛部輸出端imk+;
[0052] 第六M0S管M6、第七M0S管M7、第八M0S管Ms、第九M0S管M9、第十M0S管M 1Q、第^^一M0S 管Μη、第十二腸3管％2、第十三M0S管M13的漏極均接電源;第六M0S管M6、第七M0S管M7、第八 M0S管Ms、第九M0S管M9、第十M0S管M1Q、第^^一M0S管Μη、第十二冊3管沁 2、第十三M0S管M13的 源極均接地。
[0053] 第六M0S管M6、第七M0S管Μ?、第九M0S管M9、第十M0S管M1Q的溝道寬長比相等；
[0054] 第八M0S管Ms和第^^一M0S管Μη的溝道寬長比均為第六M0S管M6的溝道寬長比的ak 倍；
[0055] 第十二M0S管M12的溝道寬長比為第六M0S管M6的溝道寬長比的rk倍；
[0056] 第十三M0S管M13的溝道寬長比為第六M0S管M6的溝道寬長比的mk倍。
[0057]所述第k個第一開關電流雙線性積分器的正向輸出端的電流與正向輸入端的電流 之間的比值以及所述第k個第一開關電流雙線性積分器的負向輸出端的電流與負向輸入端 的電流之間的比值均為
[0058] 所述第k個第一井天電侃雙線T生枳分器的實部輸出端的電流與正向輸入端的電流 之間的比值為
[0059] 所述第k個第一開關電流雙線性積分器的虛部輸出端的電流與正向輸入端的電流 之間的比值為
[0060] 如圖4-1和4-2所示，所述第二開關電流雙線性積分器包括：
[0061 ] 第十四冊3管施4、第十五M0S管M15、第十六冊3管施6、第十七冊3管施7、第十八M0S管 M18、第十九舢3管施9、η個正向反饋輸出M0S管Mf j、η個負向反饋輸出M0S管Mej、第三正向輸入 端in+、第三負向輸入端i n_、第二實部輸出端irn+、第二虛部輸出端imn+、n個正向反饋輸出端 W和η個負向反饋輸出端if; j為大于0小于或者等于η的自然數；
[0062]所述第十四觀5管施4的漏極連接所述第十五M0S管Μ15的漏極，所述第十四觀5管施4 的柵極和漏極由第二時鐘控制的開關相連，所述第十五M0S管Μ15的柵極和漏極由第一時鐘 控制的開關相連;所述第十四M0S管Mm的漏極和第三正向輸入端i n+由第二時鐘控制的開關 相連，所述第十四祖^管施4的漏極和第三負向輸入端in_由第一時鐘控制的開關相連；
[0063] 所述第十五M0S管M15的柵極連接所述第十六M0S管M16的柵極;所述第十六M0S管M 16 的漏極連接所述第二實部輸出端irn+;
[0064] 所述第十六M0S管M16的柵極連接所述第十七M0S管Μπ的柵極；
[0065]所述第十七M0S管Μπ的漏極連接所述第二虛部輸出端imn+;所述第十七M0S管Μπ的 柵極分別連接所述正向反饋輸出M0S管Mfj的柵極;所述正向反饋輸出M0S管Mfj的漏極分別 連接所述正向反饋輸出端if/;所述第十七M0S管M 17的柵極連接所述第十八M0S管M18的柵 極；
[0066]所述第十八M0S管M18的漏極連接所述第十九M0S管M19的漏極和柵極；
[0067]所述第十九M0S管M19的柵極分別連接所述負向反饋輸出M0S管Mej的柵極;所述負 向反饋輸出M0S管My的漏極分別連接所述負向反饋輸出端iff;
[0068] 第十四冊3管施4、第十五M0S管M15、第十六冊3管施6、第十七冊3管施7、第十八M0S管 M18、第十九舢3管％9、11個正向反饋輸出M0S管Mfj以及η個負向反饋輸出M0S管M ej的漏極均接 電源；
[0069] 第十四冊3管施4、第十五M0S管M15、第十六冊3管施6、第十七冊3管施7、第十八M0S管 M18、第十九舢3管％9、n個正向反饋輸出M0S管Mf j以及η個負向反饋輸出M0S管Mej的源極均接 地。
[0070] 第十四觀3管％4、第十五M0S管M15、第十八M0S管M18和第十九M0S管M 19的溝道寬長比 相等;第十六M0S管M16的溝道寬長比為第十四^)3管％4的仏倍;第十七M0S管Μπ的溝道寬長 比為第十四舢3管％4的111 11倍;正向反饋輸出M0S管Mfj的溝道寬長比分別為第十四冊5管施4的 fj倍;負向反饋輸出M0S管Mej的溝道寬長比分別為第十四祖^管施4的f j倍。
[0071] 所述第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端的電流與正向輸入端的電流比值 %
[0072] 所述第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端的電流與正向輸入端的電流比值 為
[0073]所述第二開關電流雙線性積分器的正向反饋輸出端的電流與正向輸入端的電流 比值^
[0074] 所述第二開關電流雙線性積分器的負向反饋輸出端的電流與正向輸入端的電流 比值為
[0075] 所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均 相連一起作為所述復小波濾波器的實部輸出，具體為：
[0076] 當所述第一開關電流雙線性積分器的實部輸出端輸出負值電流時，所述第一開關 電流雙線性積分器的實部輸出端連接第一反向電路，所述第一反向電路的輸出端和其它第 一開關電流雙線性積分器以及第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均相連一起作為 所述復小波濾波器的實部輸出；第一反向電路用于將所述第一開關電流雙線性積分器的實 部輸出端輸出的電流反向；
[0077] 當所述第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端輸出負值電流時，所述第二開關 電流雙線性積分器的實部輸出端連接第二反向電路，所述第二反向電路的輸出端和第一開 關電流雙線性積分器的實部輸出端均相連一起作為所述復小波濾波器的實部輸出；第二反 向電路用于將所述第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端輸出的電流反向；
[0078] 所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端均 相連，一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出，具體為：
[0079] 當所述第一開關電流雙線性積分器的虛部輸出端輸出負值電流時，所述第一開關 電流雙線性積分器的虛部輸出端連接第三反向電路，所述第三反向電路的輸出端和其它第 一開關電流雙線性積分器以及第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端均相連一起作為 所述復小波濾波器的虛部輸出；第三反向電路用于將所述第一開關電流雙線性積分器的虛 部輸出端輸出的電流反向；
[0080] 當所述第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端輸出負值電流時，所述第二開關 電流雙線性積分器的虛部輸出端連接第四反向電路，所述第四反向電路的輸出端和第一開 關電流雙線性積分器的虛部輸出端均相連一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出；第四反 向電路用于將所述第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端輸出的電流反向。
[0081] 以下描述本發明的應用場景。
[0082] 本發明提供一種復小波濾波器，采用開關電流技術構造具有共享特性的復小波濾 波器結構。
[0083] 如圖1至圖5所示，一種開關電流復小波濾波器，包括:順次級聯的電流鏡電路、第 一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器。字母'CMI'、'BI lk'和'BI2'分別為 電流鏡電路、序號為k的第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的簡稱。 其中，第一開關電流雙線性積分器的個數為n-1個，第二開關電流雙線性積分器的個數為1 個，η為開關電流復小波濾波器的階數。
[0084] 所述電流鏡電路的輸入端與外部輸入信號相連，將輸入信號分別進行等值復制和 反向，形成正、負輸出信號，其中，正向輸出信號與第一開關電流雙線性積分器的正向輸入 端相連，負向輸出信號與第一開關電流雙線性積分器的負向輸入端相連。
[0085]所述第一開關電流雙線性積分器包括正、負兩個輸入端；輸出端包括：正向輸出 端、負向輸出端、實部輸出端和虛部輸出端，其中，正向輸出端輸出至下一開關電流雙線性 積分器的正向輸入端，負向輸出端輸出至下一開關電流雙線性積分器的負向輸入端，實部 輸出端為復小波變換的實部輸出，虛部輸出端為復小波變換的虛部輸出。
[0086]所述第二開關電流雙線性積分器包括:正、負兩個輸入端，其中，正向輸入端與第 一開關電流雙線性積分器的正向輸出端相連，負向輸入端與第一開關電流雙線性積分器的 負向輸出端相連;輸出端包括:η個正向反饋輸出端、η個負向反饋輸出端、實部輸出端和虛 部輸出端，其中，前n-1個正向反饋輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分 器的負向輸入端，前n-1個負向反饋輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積 分器的正向輸入端;第η個正向反饋輸出端輸出至第二開關電流雙線性積分器的負向輸入 端，第η個負向反饋輸出端輸出至第二開關電流雙線性積分器的正向輸入端;實部輸出端為 復小波變換的實部輸出，虛部輸出端為復小波變換的虛部輸出。
[0087]所述第k個第一開關電流雙線性積分器的正向輸出端的電流與正向輸入端的電流 比值^
，其中ak由正向輸出端輸出晶體管的溝道寬長比確定;實部輸出端的電流 與正向輸入端的電流比值為
，其中rk由實部輸出端輸出晶體管的溝道寬長比確
定;虛部輸出端的電流與正向輸入端的電流比值為 ，其中mk由虛部輸出端輸出晶 體管的溝道寬長比確定。
[0088]所述第二開關電流雙線性積分器實部輸出端的電流與正向輸入端的電流比值為
，其中，rn由實部輸出端輸出晶體管的溝道寬長比確定;虛部輸出端的電流與正向 輸入端的電流比值）
，其中mn由虛部輸出端輸出晶體管的溝道寬長比確定;正向 反饋輸出端的電流與正向輸入端的電流比值為 其中fj由正向反饋輸出端輸出 晶體管的溝道寬長比確定;負向反饋輸出端的電流為正向反饋輸出端的電流的等值反向。
[0089] 所述第一和第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端全部相連，作為復小波濾波 器的實部輸出，虛部輸出端全部相連，作為復小波濾波器的虛部輸出。
[0090] 如圖2-1和圖2-2所示，電流鏡電路包括:第一 1103管施、第二M0S管M2、第三M0S管M3、 第四M0S管M4、第五^)3管此、第一輸入端I in、第一負向輸出端ia(T和第一正向輸出端iaQ+;第 二M0S管此的柵極連接第一 103管％的柵極和漏極，并連接第一輸入端Iin;第二舢3管跑的漏 極連接第一負向輸出端;所述第二冊3管跑的柵極連接所述第三M0S管M 3的柵極;所述第 三M0S管M3的漏極連接所述第四M0S管M4的柵極和漏極;所述第四M0S管M 4的柵極連接所述第 五M0S管Ms的柵極;所述第五M0S管Ms的漏極連接所述第一正向輸出端ia〇+。α〇為輸出端輸出 晶體管與積分器核心M0S管的溝道寬長比之比。M0S管下方標注的系數表示各M0S管的溝道 寬長比。其中，第一 103管％、第三M0S管Μ3和第四M0S管Μ4的溝道寬長比相等，且作為參照標 準的單位尺度，在下方標注的系數均為1;第二M0S管M2和第五M0S管Ms的溝道寬長比為第一 M0S管施的aQ倍，可實現圖2中積分器輸出電流的aQ倍放大。
[0091] 在優選方案中，如圖2-2所示，輸出電流與輸入電流滿足以下關系：
[0092] 〇)二-?〇(2)=化4 (2) ( 1)
[0093] 如圖3-1和圖3-2所示，第一開關電流雙線性積分器包括：
[0094] 第六M0S管Μ6、第七M0S管Μ7、第八M0S管Ms、第九M0S管Μ 9、第十M0S管M1Q、第^^一M0S 管Μη、第十二觀3管施2、第十三觀3管％3、第二正向輸入端ik+、第二負向輸入端ik-、第二正向 輸出端iak+、第二負向輸出端iak'第一實部輸出端irk+和第一虛部輸出端imk+;k為第一開關 電流雙線性積分器的序號，是大于0小于或者等于n-1的自然數；
[0095]所述第六M0S管M6的漏極連接所述第七M0S管M7的漏極;所述第六M0S管M6的柵極和 漏極由第二時鐘控制的開關相連，所述第七M0S管M7的柵極和漏極由第一時鐘控制的開關 相連;所述第六M0S管M 6的漏極和第二正向輸入端ik+由第二時鐘控制的開關相連，所述第六 M0S管M6的漏極和第二負向輸入端ikl第一時鐘控制的開關相連;所述第七M0S管M7的柵極 連接所述第八M0S管的柵極;所述第八M0S管M 8的漏極連接所述第二正向輸出端iak+，所述第 八M0S管Ms的柵極連接所述第九M0S管M 9的柵極;所述第九M0S管M9的漏極連接所述第十M0S 管M1Q的漏極和柵極，所述第十M0S管M1Q的柵極連接所述第十一 M0S管Μη的柵極;所述第十一 M0S管Μη的漏極連接所述第二負向輸出端所述第八M0S管Ms的柵極連接所述第十二M0S 管M12的柵極，第十二M0S管M12的漏極連接所述第一實部輸出端irk+;所述第八M0S管Ms的柵極 連接所述第十三M0S管M 13的柵極，第十三M0S管M13的漏極連接所述第一虛部輸出端imk+Wk， rk，mk分別為輸出端輸出晶體管與積分器核心M0S管的溝道寬長比之比。M0S管下方標注的系 數表示各M0S管的溝道寬長比。其中，第六M0S管M 6、第七M0S管M7、第九M0S管M9、第十M0S管M10 的溝道寬長比相等，且作為參照標準的單位尺度，在下方標注的系數均為1;第八M0S管Ms和 第^^一M0S管Μη的溝道寬長比為第六M0S管M 6的ak倍;第十二M0S管M12的溝道寬長比為第六 M0S管M6的rk倍;第十三M0S管M13的溝道寬長比為第六M0S管M 6的mk倍。
[0096]如圖3-2所示，輸出電流與輸入電流滿足以下關系：
[0097]
[0098]
[0099]
[0100] 如圖4-1和圖4-2所示，第二開關電流雙線性積分器包括:第十四冊5管施4、第十五 M0S管M15、第十六冊3管％6、第十七冊3管％7、第十八冊3管施8、第十九》3管％ 9、正向反饋輸 出M0S管Mf j (j = 1: η)、負向反饋輸出M0S管Mej (j = 1: η)、第三正向輸入端in+、第三負向輸入 端in-、第二實部輸出端irn+、第二虛部輸出端imn+、正向反饋輸出端if j+ (j = 1: η)和負向反饋 輸出端 ifj-(j = l:n)。
[0101] 所述第十四觀5管施4的漏極連接所述第十五M0S管M15的漏極，所述第十四觀5管施4 的柵極和漏極由第二時鐘控制的開關相連，所述第十五M0S管M 15的柵極和漏極由第一時鐘 控制的開關相連;所述第十四M0S管Mm的漏極和第三正向輸入端in+由第二時鐘控制的開關 相連，所述第十四腸5管-的漏極和第三負向輸入端i n_由第一時鐘控制的開關相連;所述 第十五M0S管M15的柵極連接所述第十六M0S管M 16的柵極;所述第十六M0S管M16的漏極連接所 述第二實部輸出端irn+，所述第十六M0S管M 16的柵極連接所述第十七M0S管M17的柵極;所述 第十七M0S管Μπ的漏極連接所述第二虛部輸出端i mn+;所述第十七M0S管Μπ的柵極連接所述 正向反饋輸出M0S管Mf j (j = 1: η)的柵極;所述正向反饋輸出M0S管Mf j (j = 1: η)的漏極分別 連接所述正向反饋輸出端ifj+( j = l :η);所述第十七M0S管Μ?7的柵極連接所述第十八M0S管 Μ18的柵極;所述第十八M0S管Μ18的漏極連接所述第十九M0S管Μ19的漏極和柵極，所述第十九 M0S管Μ19的柵極連接所述負向反饋輸出M0S管Mej (j = 1: η)的柵極;所述負向反饋輸出M0S管 Mej( j = l :η)的漏極分別連接所述負向反饋輸出端iff( j = l :η) ^η,π?η和fj( j = l :η)分別為 輸出端輸出晶體管與積分器核心MOS管的溝道寬長比之比。MOS管下方標注的系數表示各 M0S管的溝道寬長比。其中，第十四觀3管施4、第十五M0S管M15、第十八M0S管M18和第十九M0S 管M19的溝道寬長比相等，且作為參照標準的單位尺度，在下方標注的系數均為1;第十六M0S 管M16的溝道寬長比為第十四觀3管.的化倍;第十七M0S管Μπ的溝道寬長比為第十四M0S管 倍;正向反饋輸出M0S管Mf j (j = 1: η)的溝道寬長比分別為第十四舢3管.的f j倍;負 向反饋輸出M0S管Me j (j = 1: η)的溝道寬長比分別為第十四舢5管施4的f j倍。
[0102] 如圖4-2所示，輸出電流與輸入電流滿足以下關系：
[0106] 如圖2-U3-1和4-1所示，Φ#ΡΦ2為兩相非重疊時鐘(時鐘波形如圖5所示），J為電
[0103]
[0104]
[0105] 流源。
[0107] 其中，圖1中Bln到BI1(n-D具有相同的結構；圖3-1和圖3-2中的ik+為圖1中ia(k-D+和 ifk_相加后的電流，圖3-1和圖3-2中的ik_為圖1中ia(k-DlPif，相加后的電流;圖4-1和圖4-2 中in+為圖1中D+和ifn_相加后的電流，圖4-1和圖4-2中irT為圖1中ia( n-和ifn+相加后的 電流;k為第一開關電流雙線性積分器的序號，是大于0小于或者等于n-1的自然數。
[0108] 本發明的有益效果為：
[0109] 采用標準數字CMOS工藝實現，具有動態范圍大、設計過程簡單、無需模數轉換器、 適于低電壓低功耗大規模集成等優點，也就是說，用與標準CMOS工藝兼容的開關電流技術 構造濾波器，可精確集成復小波濾波器的時間常數，從而精確實現復小波濾波器的實部和 虛部變換系數;利用具有多條負反饋支路的開關電流積分器級聯結構構造濾波器，從而有 效降低濾波器的靈敏度，使得電路的實際頻響特性與理想頻響特性較為接近;通過共享復 小波濾波器的實部和虛部分母實現電路，有效降低復小波濾波器的復雜度，有效降低復小 波濾波器的體積和功耗，可應用于生物醫學信號處理等領域。
[0110] 本領域普通技術人員可以理解:附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或 流程并不一定是實施本發明所必須的。
[0111] 以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍 為準。
【主權項】
1. 一種開關電流復小波濾波器，其特征在于，包括： 順次級聯的電流鏡電路、n-1個第一開關電流雙線性積分器和1個第二開關電流雙線性 積分器;η為大于1的整數； 所述電流鏡電路，用于對外部輸入信號分別進行等值復制和反向，生成正向輸出信號、 負向輸出信號;輸入端與外部輸入信號相連，所述正向輸出信號與序號為1的所述第一開關 電流雙線性積分器的正向輸入端相連，所述負向輸出信號與序號為1的所述第一開關電流 雙線性積分器的負向輸入端相連； 所述第一開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分;輸入端包括:正向輸入端、負 向輸入端;所述第一開關電流雙線性積分器的輸出端包括正向輸出端、負向輸出端、實部輸 出端和虛部輸出端;其中，所述正向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線性積分器的正 向輸入端，所述負向輸出端輸出至級聯的下一開關電流雙線性積分器的負向輸入端； 所述第二開關電流雙線性積分器，用于對電流進行積分，輸入端包括:正向輸入端、負 向輸入端;正向輸入端與序號為n-1的第一開關電流雙線性積分器的正向輸出端相連，負向 輸入端與序號為n-1的第一開關電流雙線性積分器的負向輸出端相連;輸出端包括:η個正 向反饋輸出端、η個負向反饋輸出端、實部輸出端和虛部輸出端;其中，前n-1個正向反饋輸 出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分器的負向輸入端，前n-1個負向反饋 輸出端分別輸出至序號相應的第一開關電流雙線性積分器的正向輸入端;第η個正向反饋 輸出端輸出至第二開關電流雙線性積分器的負向輸入端，第η個負向反饋輸出端輸出至第 二開關電流雙線性積分器的正向輸入端； 所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均相連， 一起作為所述復小波濾波器的實部輸出;所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流 雙線性積分器的虛部輸出端均相連，一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出。2. 根據權利要求1所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于，所述電流鏡電路包括： 第一 1103管施、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管Μ4、第五腸3管施、第一輸入端I in、第 一負向輸出端?'αΟ-和第一正向輸出端_?'?0_+; 第二冊5管此的柵極分別連接第一 105管％的柵極和漏極，并連接第一輸入端Iin;第二 105管此的漏極連接第一負向輸出端匕〇-;所述第二冊5管％的柵極連接所述第三MOS管M3的 柵極； 所述第三MOS管M3的漏極連接所述第四MOS管Μ4的柵極和漏極;所述第四MOS管Μ4的柵極 連接所述第五MOS管施的柵極； 所述第五105管此的漏極連接所述第一正向輸出端 第一 103管％、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管Μ4、第五MOS管蚍的漏極均接電源； 第一 1^管施、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管Μ4、第五MOS管M5的源極均接地。3. 根據權利要求2所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于， 第二MOS管M2與第一 103管沁的溝道寬長比之比為α0; 第一 1103管施、第三MOS管M3和第四MOS管Μ4的溝道寬長比相等； 第二MOS管M2與第五腸3管施的溝道寬長比相等。4. 根據權利要求1所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于，所述第一開關電流雙線 性積分器包括： 第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M iq、第^^一MOS管M11、 第十二MOS管Mi2、第十三MOS管Mi3、第二正向輸入端M、第二負向輸入端iV、第二正向輸出端 ZaZc+、第二負向輸出端、第一實部輸出端和第一虛部輸出端Zmfc+ ;k為第一開關電流雙 線性積分器的序號，是大于0小于或者等于n-1的自然數； 所述第六MOS管M6的漏極連接所述第七MOS管M7的漏極;所述第六MOS管M6的柵極和漏極 由第二時鐘控制的第一開關相連;所述第六MOS管M6的漏極和第二正向輸入端匕+由第二時 鐘控制的第二開關相連;所述第六MOS管M 6的漏極和第二負向輸入端IV由第一時鐘控制的 第三開關相連； 所述第七MOS管M7的柵極和漏極由第一時鐘控制的第四開關相連;所述第七MOS管M7的 柵極連接所述第八MOS管的柵極； 所述第八MOS管M8的漏極連接所述第二正向輸出端iafc+，所述第八MOS管M8的柵極連接所 述第九MOS管M9的柵極； 所述第九MOS管M9的漏極連接所述第十MOS管Miq的漏極和柵極； 所述第十MOS管Miq的柵極連接所述第十一 MOS管Mn的柵極;所述第十一 MOS管Mn的漏極 連接所述第二負向輸出端 所述第八MOS管M8的柵極連接所述第十二MOS管M12的柵極，第十二MOS管M12的漏極連接 所述第一實部輸出端所述第八MOS管M8的柵極連接所述第十三MOS管M13的柵極，第十三 MOS管M13的漏極連接所述第一虛部輸出端; 第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M 9、第十MOS管Miq、第^^一MOS管M11、 第十二冊3管％2、第十三MOS管M13的漏極均接電源；第六MOS管M6、第七MOS管M 7、第八MOS管 M8、第九MOS管M9、第十MOS管M1Q、第^^一MOS管M 11、第十二冊3管施2、第十三MOS管M13的源極均 接地。5. 根據權利要求4所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于， 第六MOS管M6、第七MOS管M7、第九MOS管M9、第十MOS管M iq的溝道寬長比相等； 第八MOS管M8和第^^一MOS管M11的溝道寬長比均為第六MOS管M6的溝道寬長比的a k倍； 第十二MOS管M12的溝道寬長比為第六MOS管M6的溝道寬長比的rk倍； 第十三MOS管M13的溝道寬長比為第六MOS管M6的溝道寬長比的mk倍。6. 根據權利要求5所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于， 所述第k個第一開關電流雙線性積分器的正向輸出端的電流與正向輸入端的電流之間 的比值以及所述第k個第一開關電流雙線性積分器的負向輸出端的電流與負向輸入端的電 流之間的比值均為所述第k個第一開關電流雙線性積分器的實部輸出端的電流與正向輸入端的電流之間 的比值為所述第k個第一開關電流雙線性積分器的虛部輸出端的電流與正向輸入端的電流之間 的比值為7. 根據權利要求1所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于，所述第二開關電流雙線 性積分器包括： 第十四腸3管施4、第十五MOS管M15、第十六腸3管施6、第十七MOS管Mn、第十八MOS管M 18、第 十九舢5管％9、η個正向反饋輸出MOS管Mf j、η個負向反饋輸出MOS管Me j、第三正向輸入端、 弟二負向輸入纟而_心"、弟^?實部輸出、弟^?虛部輸出纟而iVr?n+.、.n個正向反饋輸出纟而％' +和η 個負向反饋輸出端#-;j為大于0小于或者等于η的自然數； 所述第十四MOS管Mi4的漏極連接所述第十五MOS管Mi5的漏極，所述第十四MOS管Mi 4的柵 極和漏極由第二時鐘控制的開關相連，所述第十五MOS管M15的柵極和漏極由第一時鐘控制 的開關相連;所述第十四MOS管M 14的漏極和第三正向輸入端/η+由第二時鐘控制的開關相 連，所述第十四祖^管此 4的漏極和第三負向輸入端!V由第一時鐘控制的開關相連； 所述第十五MOS管M15的柵極連接所述第十六MOS管M16的柵極;所述第十六MOS管M 16的漏 極連接所述第二實部輸出端/π;+; 所述第十六MOS管M16的柵極連接所述第十七MOS管M17的柵極； 所述第十七MOS管M17的漏極連接所述第二虛部輸出端/_+;所述第十七MOS管M17的柵極 分別連接所述正向反饋輸出MOS管Mfj的柵極;所述正向反饋輸出MOS管Mfj的漏極分別連接 所述正向反饋輸出端所述第十七MOS管M 17的柵極連接所述第十八MOS管M18的柵極； 所述第十八MOS管M18的漏極連接所述第十九MOS管M19的漏極和柵極； 所述第十九MOS管M19的柵極分別連接所述負向反饋輸出MOS管^的柵極;所述負向反饋 輸出MOS管Me3j的漏極分別連接所述負向反饋輸出端％_; 第十四腸3管施4、第十五MOS管M15、第十六腸3管施6、第十七MOS管Mn、第十八MOS管M 18、第 十九祖^管施9、η個正向反饋輸出MOS管Mf j以及η個負向反饋輸出MOS管Mej的漏極均接電源； 第十四腸3管施4、第十五MOS管M15、第十六腸3管施6、第十七MOS管Mn、第十八MOS管M 18、第 十九祖^管施9、η個正向反饋輸出MOS管Mf j以及η個負向反饋輸出MOS管Mej的源極均接地。8. 根據權利要求7所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于， 第十四冊3管％4、第十五MOS管M15、第十八MOS管M18和第十九MOS管M19的溝道寬長比相 等;第十六MOS管M16的溝道寬長比為第十四冊3管％4的仏倍;第十七MOS管Mn的溝道寬長比 為第十四舢3管.的111 11倍;正向反饋輸出MOS管Mfj的溝道寬長比分別為第十四冊5管施4的fj 倍;負向反饋輸出MOS管Me j的溝道寬長比分別為第十四觀5管施4的fj倍。9. 根據權利要求8所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于， 所述第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端的電流與正向輸入端的電流比值為所述第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端的電流與正向輸入端的電流比值為所述第二開關電流雙線性積分器的正向反饋輸出端的電流與正向輸入端的電流比值所述第二開關電流雙線性積分器的負向反饋輸出端的電流與正向輸入端的電流比值10.根據權利要求1所述的開關電流復小波濾波器，其特征在于， 所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均相連 一起作為所述復小波濾波器的實部輸出，具體為： 當所述第一開關電流雙線性積分器的實部輸出端輸出負值電流時，所述第一開關電流 雙線性積分器的實部輸出端連接第一反向電路，所述第一反向電路的輸出端和其它第一開 關電流雙線性積分器以及第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端均相連一起作為所述 復小波濾波器的實部輸出；第一反向電路用于將所述第一開關電流雙線性積分器的實部輸 出端輸出的電流反向； 當所述第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端輸出負值電流時，所述第二開關電流 雙線性積分器的實部輸出端連接第二反向電路，所述第二反向電路的輸出端和第一開關電 流雙線性積分器的實部輸出端均相連一起作為所述復小波濾波器的實部輸出；第二反向電 路用于將所述第二開關電流雙線性積分器的實部輸出端輸出的電流反向； 所述第一開關電流雙線性積分器和第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端均相連， 一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出，具體為： 當所述第一開關電流雙線性積分器的虛部輸出端輸出負值電流時，所述第一開關電流 雙線性積分器的虛部輸出端連接第三反向電路，所述第三反向電路的輸出端和其它第一開 關電流雙線性積分器以及第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端均相連一起作為所述 復小波濾波器的虛部輸出；第三反向電路用于將所述第一開關電流雙線性積分器的虛部輸 出端輸出的電流反向； 當所述第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端輸出負值電流時，所述第二開關電流 雙線性積分器的虛部輸出端連接第四反向電路，所述第四反向電路的輸出端和第一開關電 流雙線性積分器的虛部輸出端均相連一起作為所述復小波濾波器的虛部輸出；第四反向電 路用于將所述第二開關電流雙線性積分器的虛部輸出端輸出的電流反向。
【文檔編號】H03H17/02GK105932981SQ201610244784
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月18日
【發明人】趙文山
【申請人】北京交通大學