CN105932981B - 开关电流复小波滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种开关电流复小波滤波器，包括：顺次级联的电流镜电路、n‑1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向、负向输出端、实部和虚部输出端；所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端、实部输出端和虚部输出端。本发明结构比较简单。

Description

开关电流复小波滤波器

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种开关电流复小波滤波器。

背景技术

复小波变换是在实小波变换的基础上发展出来的信号处理方法。复小波变换比实小波变换提供了更为详细的瞬态信号检测信息，可以体现出信号的模值和相位信息变化，揭示不同类型信号的跳变点，特别适合伴有复杂相频特性的非平稳信号的检测分析，具有非常好的应用前景。

随着小波分析理论在实际生活中的不断应用，复小波变换已应用于心电、脑电等信号的分析中。在上述应用领域，复小波变换的高性能硬件实现最为关键。由于需要模数转换器，复小波变换的数字电路实现具有功耗较高的缺点。模拟电路在低功耗设计领域具有较大的优势，因此复小波变换的模拟电路实现逐渐受到人们的关注。复小波函数在频域相当于实部和虚部两个带通滤波器，因此复小波变换实现的实质是实部和虚部两个模拟带通滤波器的设计。可见，传统复小波变换的实现电路较为复杂，体积和功耗较大，无法满足面向小型化、低耗能便携式和植入式电子产品的发展趋势。

发明内容

本发明的实施例提供了一种结构简单的开关电流复小波滤波器。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种开关电流复小波滤波器，包括：

顺次级联的电流镜电路、n-1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；

所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；输入端与外部输入信号相连，所述正向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，所述负向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连；

所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端、实部输出端和虚部输出端；其中，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端；

所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；正向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端、实部输出端和虚部输出端；其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的实部输出；所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的虚部输出。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例中，通过复小波实部和虚部共用极点实现电路，降低复小波滤波器的电路复杂度，减少电路实现元件个数。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的开关电流复小波滤波器的实现电路示意图；

图2-1是本发明所述的开关电流复小波滤波器的电流镜电路示意图；

图2-2是本发明所述的开关电流复小波滤波器的电流镜电路的简化电路符号示意图；

图3-1是本发明所述的开关电流复小波滤波器中序号为k的第一开关电流双线性积分器的实现电路示意图；

图3-2是本发明所述的开关电流复小波滤波器中序号为k的第一开关电流双线性积分器的简化电路符号示意图；

图4-1是本发明所述的开关电流复小波滤波器的第二开关电流双线性积分器的实现电路示意图；

图4-2是本发明所述的开关电流复小波滤波器的第二开关电流双线性积分器的简化电路符号示意图；

图5是本发明所述的开关电流复小波滤波器的时钟波形示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本发明所述的开关电流复小波滤波器，包括：

顺次级联的电流镜电路、n-1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；

所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；输入端与外部输入信号相连，所述正向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，所述负向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连；

所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端、实部输出端和虚部输出端；其中，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端；

所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；正向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端、实部输出端和虚部输出端；其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的实部输出；所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的虚部输出。

当第一开关电流双线性积分器的序号在1至n-2范围时，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端，具体为：所述正向输出端输出至级联的下一第一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一第一开关电流双线性积分器的负向输入端；

当第一开关电流双线性积分器的序号为n-1时，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端，具体为：所述正向输出端输出至级联的第二开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的第二开关电流双线性积分器的负向输入端。

如图2-1和2-2所示，所述电流镜电路包括：

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第一输入端I_in、第一负向输出端i_α0 ^-和第一正向输出端i_α0 ⁺；

第二MOS管M₂的栅极分别连接第一MOS管M₁的栅极和漏极，并连接第一输入端I_in；第二MOS管M₂的漏极连接第一负向输出端i_α0 ^-；所述第二MOS管M₂的栅极连接所述第三MOS管M₃的栅极；

所述第三MOS管M₃的漏极连接所述第四MOS管M₄的栅极和漏极；所述第四MOS管M₄的栅极连接所述第五MOS管M₅的栅极；

所述第五MOS管M₅的漏极连接所述第一正向输出端i_α0 ⁺；

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的漏极均接电源；第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的源极均接地。

第二MOS管M₂与第一MOS管M₁的沟道宽长比之比为α₀；

第一MOS管M₁、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的沟道宽长比相等；

第二MOS管M₂与第五MOS管M₅的沟道宽长比相等。

如图3-1和3-2所示，所述第一开关电流双线性积分器包括：

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃、第二正向输入端i_k ⁺、第二负向输入端i_k ^-、第二正向输出端i_αk ⁺、第二负向输出端i_αk ^-、第一实部输出端i_rk ⁺和第一虚部输出端i_mk ⁺；k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数；

所述第六MOS管M₆的漏极连接所述第七MOS管M₇的漏极；所述第六MOS管M₆的栅极和漏极由第二时钟控制的第一开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二正向输入端i_k ⁺由第二时钟控制的第二开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二负向输入端i_k ^-由第一时钟控制的第三开关相连；

所述第七MOS管M₇的栅极和漏极由第一时钟控制的第四开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极连接所述第八MOS管的栅极；

所述第八MOS管M₈的漏极连接所述第二正向输出端i_αk ⁺，所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第九MOS管M₉的栅极；

所述第九MOS管M₉的漏极连接所述第十MOS管M₁₀的漏极和栅极；

所述第十MOS管M₁₀的栅极连接所述第十一MOS管M₁₁的栅极；所述第十一MOS管M₁₁的漏极连接所述第二负向输出端i_αk ^-；

所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十二MOS管M₁₂的栅极，第十二MOS管M₁₂的漏极连接所述第一实部输出端i_rk ⁺；所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十三MOS管M₁₃的栅极，第十三MOS管M₁₃的漏极连接所述第一虚部输出端i_mk ⁺；

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃的漏极均接电源；第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃的源极均接地。

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀的沟道宽长比相等；

第八MOS管M₈和第十一MOS管M₁₁的沟道宽长比均为第六MOS管M₆的沟道宽长比的α_k倍；

第十二MOS管M₁₂的沟道宽长比为第六MOS管M₆的沟道宽长比的r_k倍；

第十三MOS管M₁₃的沟道宽长比为第六MOS管M₆的沟道宽长比的m_k倍。

所述第k个第一开关电流双线性积分器的正向输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值以及所述第k个第一开关电流双线性积分器的负向输出端的电流与负向输入端的电流之间的比值均为

所述第k个第一开关电流双线性积分器的实部输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值为

所述第k个第一开关电流双线性积分器的虚部输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值为

如图4-1和4-2所示，所述第二开关电流双线性积分器包括：

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej、第三正向输入端i_n ⁺、第三负向输入端i_n ^-、第二实部输出端i_rn ⁺、第二虚部输出端i_mn ⁺、n个正向反馈输出端i_fj ⁺和n个负向反馈输出端i_fj ^-；j为大于0小于或者等于n的自然数；

所述第十四MOS管M₁₄的漏极连接所述第十五MOS管M₁₅的漏极，所述第十四MOS管M₁₄的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第十五MOS管M₁₅的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第十四MOS管M₁₄的漏极和第三正向输入端i_n ⁺由第二时钟控制的开关相连，所述第十四MOS管M₁₄的漏极和第三负向输入端i_n ^-由第一时钟控制的开关相连；

所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述第十六MOS管M₁₆的栅极；所述第十六MOS管M₁₆的漏极连接所述第二实部输出端i_rn ⁺；

所述第十六MOS管M₁₆的栅极连接所述第十七MOS管M₁₇的栅极；

所述第十七MOS管M₁₇的漏极连接所述第二虚部输出端i_mn ⁺；所述第十七MOS管M₁₇的栅极分别连接所述正向反馈输出MOS管M_fj的栅极；所述正向反馈输出MOS管M_fj的漏极分别连接所述正向反馈输出端i_fj ⁺；所述第十七MOS管M₁₇的栅极连接所述第十八MOS管M₁₈的栅极；

所述第十八MOS管M₁₈的漏极连接所述第十九MOS管M₁₉的漏极和栅极；

所述第十九MOS管M₁₉的栅极分别连接所述负向反馈输出MOS管M_ej的栅极；所述负向反馈输出MOS管M_ej的漏极分别连接所述负向反馈输出端i_fj ^-；

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、n个正向反馈输出MOS管M_fj以及n个负向反馈输出MOS管M_ej的漏极均接电源；

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、n个正向反馈输出MOS管M_fj以及n个负向反馈输出MOS管M_ej的源极均接地。

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十八MOS管M₁₈和第十九MOS管M₁₉的沟道宽长比相等；第十六MOS管M₁₆的沟道宽长比为第十四MOS管M₁₄的r_n倍；第十七MOS管M₁₇的沟道宽长比为第十四MOS管M₁₄的m_n倍；正向反馈输出MOS管M_fj的沟道宽长比分别为第十四MOS管M₁₄的f_j倍；负向反馈输出MOS管M_ej的沟道宽长比分别为第十四MOS管M₁₄的f_j倍。

所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的正向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的负向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的实部输出，具体为：

当所述第一开关电流双线性积分器的实部输出端输出负值电流时，所述第一开关电流双线性积分器的实部输出端连接第一反向电路，所述第一反向电路的输出端和其它第一开关电流双线性积分器以及第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的实部输出；第一反向电路用于将所述第一开关电流双线性积分器的实部输出端输出的电流反向；

当所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端输出负值电流时，所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端连接第二反向电路，所述第二反向电路的输出端和第一开关电流双线性积分器的实部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的实部输出；第二反向电路用于将所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端输出的电流反向；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的虚部输出，具体为：

当所述第一开关电流双线性积分器的虚部输出端输出负值电流时，所述第一开关电流双线性积分器的虚部输出端连接第三反向电路，所述第三反向电路的输出端和其它第一开关电流双线性积分器以及第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的虚部输出；第三反向电路用于将所述第一开关电流双线性积分器的虚部输出端输出的电流反向；

当所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端输出负值电流时，所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端连接第四反向电路，所述第四反向电路的输出端和第一开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的虚部输出；第四反向电路用于将所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端输出的电流反向。

以下描述本发明的应用场景。

本发明提供一种复小波滤波器，采用开关电流技术构造具有共享特性的复小波滤波器结构。

如图1至图5所示，一种开关电流复小波滤波器，包括：顺次级联的电流镜电路、第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器。字母‘CMI’、‘BI_1k’和‘BI₂’分别为电流镜电路、序号为k的第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的简称。其中，第一开关电流双线性积分器的个数为n-1个，第二开关电流双线性积分器的个数为1个，n为开关电流复小波滤波器的阶数。

所述电流镜电路的输入端与外部输入信号相连，将输入信号分别进行等值复制和反向，形成正、负输出信号，其中，正向输出信号与第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，负向输出信号与第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连。

所述第一开关电流双线性积分器包括正、负两个输入端；输出端包括：正向输出端、负向输出端、实部输出端和虚部输出端，其中，正向输出端输出至下一开关电流双线性积分器的正向输入端，负向输出端输出至下一开关电流双线性积分器的负向输入端，实部输出端为复小波变换的实部输出，虚部输出端为复小波变换的虚部输出。

所述第二开关电流双线性积分器包括：正、负两个输入端，其中，正向输入端与第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端、实部输出端和虚部输出端，其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；实部输出端为复小波变换的实部输出，虚部输出端为复小波变换的虚部输出。

所述第k个第一开关电流双线性积分器的正向输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中α_k由正向输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；实部输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中r_k由实部输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；虚部输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中m_k由虚部输出端输出晶体管的沟道宽长比确定。

所述第二开关电流双线性积分器实部输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中，r_n由实部输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；虚部输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中m_n由虚部输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；正向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为其中f_j由正向反馈输出端输出晶体管的沟道宽长比确定；负向反馈输出端的电流为正向反馈输出端的电流的等值反向。

所述第一和第二开关电流双线性积分器的实部输出端全部相连，作为复小波滤波器的实部输出，虚部输出端全部相连，作为复小波滤波器的虚部输出。

如图2-1和图2-2所示，电流镜电路包括：第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第一输入端I_in、第一负向输出端i_α0 ^-和第一正向输出端i_α0 ⁺；第二MOS管M₂的栅极连接第一MOS管M₁的栅极和漏极，并连接第一输入端I_in；第二MOS管M₂的漏极连接第一负向输出端i_α0 ^-；所述第二MOS管M₂的栅极连接所述第三MOS管M₃的栅极；所述第三MOS管M₃的漏极连接所述第四MOS管M₄的栅极和漏极；所述第四MOS管M₄的栅极连接所述第五MOS管M₅的栅极；所述第五MOS管M₅的漏极连接所述第一正向输出端i_α0 ⁺。α₀为输出端输出晶体管与积分器核心MOS管的沟道宽长比之比。MOS管下方标注的系数表示各MOS管的沟道宽长比。其中，第一MOS管M₁、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的沟道宽长比相等，且作为参照标准的单位尺度，在下方标注的系数均为1；第二MOS管M₂和第五MOS管M₅的沟道宽长比为第一MOS管M₁的α₀倍，可实现图2中积分器输出电流的α₀倍放大。

在优选方案中，如图2-2所示，输出电流与输入电流满足以下关系：

如图3-1和图3-2所示，第一开关电流双线性积分器包括：

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃、第二正向输入端i_k ⁺、第二负向输入端i_k ^-、第二正向输出端i_αk ⁺、第二负向输出端i_αk ^-、第一实部输出端i_rk ⁺和第一虚部输出端i_mk ⁺；k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数；

所述第六MOS管M₆的漏极连接所述第七MOS管M₇的漏极；所述第六MOS管M₆的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第七MOS管M₇的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二正向输入端i_k ⁺由第二时钟控制的开关相连，所述第六MOS管M₆的漏极和第二负向输入端i_k ^-由第一时钟控制的开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极连接所述第八MOS管的栅极；所述第八MOS管M₈的漏极连接所述第二正向输出端i_αk ⁺，所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第九MOS管M₉的栅极；所述第九MOS管M₉的漏极连接所述第十MOS管M₁₀的漏极和栅极，所述第十MOS管M₁₀的栅极连接所述第十一MOS管M₁₁的栅极；所述第十一MOS管M₁₁的漏极连接所述第二负向输出端i_αk ^-；所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十二MOS管M₁₂的栅极，第十二MOS管M₁₂的漏极连接所述第一实部输出端i_rk ⁺；所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十三MOS管M₁₃的栅极，第十三MOS管M₁₃的漏极连接所述第一虚部输出端i_mk ⁺。α_k，r_k，m_k分别为输出端输出晶体管与积分器核心MOS管的沟道宽长比之比。MOS管下方标注的系数表示各MOS管的沟道宽长比。其中，第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀的沟道宽长比相等，且作为参照标准的单位尺度，在下方标注的系数均为1；第八MOS管M₈和第十一MOS管M₁₁的沟道宽长比为第六MOS管M₆的α_k倍；第十二MOS管M₁₂的沟道宽长比为第六MOS管M₆的r_k倍；第十三MOS管M₁₃的沟道宽长比为第六MOS管M₆的m_k倍。

如图3-2所示，输出电流与输入电流满足以下关系：

如图4-1和图4-2所示，第二开关电流双线性积分器包括：第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)、负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)、第三正向输入端i_n ⁺、第三负向输入端i_n ^-、第二实部输出端i_rn ⁺、第二虚部输出端i_mn ⁺、正向反馈输出端i_fj ⁺(j＝1:n)和负向反馈输出端i_fj ^-(j＝1:n)。

所述第十四MOS管M₁₄的漏极连接所述第十五MOS管M₁₅的漏极，所述第十四MOS管M₁₄的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第十五MOS管M₁₅的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第十四MOS管M₁₄的漏极和第三正向输入端i_n ⁺由第二时钟控制的开关相连，所述第十四MOS管M₁₄的漏极和第三负向输入端i_n ^-由第一时钟控制的开关相连；所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述第十六MOS管M₁₆的栅极；所述第十六MOS管M₁₆的漏极连接所述第二实部输出端i_rn ⁺，所述第十六MOS管M₁₆的栅极连接所述第十七MOS管M₁₇的栅极；所述第十七MOS管M₁₇的漏极连接所述第二虚部输出端i_mn ⁺；所述第十七MOS管M₁₇的栅极连接所述正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)的栅极；所述正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)的漏极分别连接所述正向反馈输出端i_fj ⁺(j＝1:n)；所述第十七MOS管M₁₇的栅极连接所述第十八MOS管M₁₈的栅极；所述第十八MOS管M₁₈的漏极连接所述第十九MOS管M₁₉的漏极和栅极，所述第十九MOS管M₁₉的栅极连接所述负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)的栅极；所述负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)的漏极分别连接所述负向反馈输出端i_fj ^-(j＝1:n)。r_n，m_n和f_j(j＝1:n)分别为输出端输出晶体管与积分器核心MOS管的沟道宽长比之比。MOS管下方标注的系数表示各MOS管的沟道宽长比。其中，第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十八MOS管M₁₈和第十九MOS管M₁₉的沟道宽长比相等，且作为参照标准的单位尺度，在下方标注的系数均为1；第十六MOS管M₁₆的沟道宽长比为第十四MOS管M₁₄的r_n倍；第十七MOS管M₁₇的沟道宽长比为第十四MOS管M₁₄的m_n倍；正向反馈输出MOS管M_fj(j＝1:n)的沟道宽长比分别为第十四MOS管M₁₄的f_j倍；负向反馈输出MOS管M_ej(j＝1:n)的沟道宽长比分别为第十四MOS管M₁₄的f_j倍。

如图4-2所示，输出电流与输入电流满足以下关系：

如图2-1、3-1和4-1所示，φ₁和φ₂为两相非重叠时钟(时钟波形如图5所示)，J为电流源。

其中，图1中BI₁₁到BI_1(n-1)具有相同的结构；图3-1和图3-2中的i_k ⁺为图1中i_α(k-1) ⁺和i_fk ^-相加后的电流，图3-1和图3-2中的i_k ^-为图1中i_α(k-1) ^-和i_fk ⁺相加后的电流；图4-1和图4-2中i_n ⁺为图1中i_α(n-1) ⁺和i_fn ^-相加后的电流，图4-1和图4-2中i_n ^-为图1中i_α(n-1) ^-和i_fn ⁺相加后的电流；k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数。

本发明的有益效果为：

采用标准数字CMOS工艺实现，具有动态范围大、设计过程简单、无需模数转换器、适于低电压低功耗大规模集成等优点，也就是说，用与标准CMOS工艺兼容的开关电流技术构造滤波器，可精确集成复小波滤波器的时间常数，从而精确实现复小波滤波器的实部和虚部变换系数；利用具有多条负反馈支路的开关电流积分器级联结构构造滤波器，从而有效降低滤波器的灵敏度，使得电路的实际频响特性与理想频响特性较为接近；通过共享复小波滤波器的实部和虚部分母实现电路，有效降低复小波滤波器的复杂度，有效降低复小波滤波器的体积和功耗，可应用于生物医学信号处理等领域。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种开关电流复小波滤波器，其特征在于，包括：

顺次级联的电流镜电路、n-1个第一开关电流双线性积分器和1个第二开关电流双线性积分器；n为大于1的整数；

所述电流镜电路，用于对外部输入信号分别进行等值复制和反向，生成正向输出信号、负向输出信号；输入端与外部输入信号相连，所述正向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的正向输入端相连，所述负向输出信号与序号为1的所述第一开关电流双线性积分器的负向输入端相连；所述电流镜电路包括：

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅、第一输入端I_in、第一负向输出端i_α0 ^-和第一正向输出端i_α0 ⁺；

第二MOS管M₂的栅极分别连接第一MOS管M₁的栅极和漏极，并连接第一输入端I_in；第二MOS管M₂的漏极连接第一负向输出端i_α0 ^-；所述第二MOS管M₂的栅极连接所述第三MOS管M₃的栅极；

所述第三MOS管M₃的漏极连接所述第四MOS管M₄的栅极和漏极；所述第四MOS管M₄的栅极连接所述第五MOS管M₅的栅极；

所述第五MOS管M₅的漏极连接所述第一正向输出端i_α0 ⁺；

第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的漏极均接电源；第一MOS管M₁、第二MOS管M₂、第三MOS管M₃、第四MOS管M₄、第五MOS管M₅的源极均接地；

所述第一开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分；输入端包括：正向输入端、负向输入端；所述第一开关电流双线性积分器的输出端包括正向输出端、负向输出端、实部输出端和虚部输出端；其中，所述正向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的正向输入端，所述负向输出端输出至级联的下一开关电流双线性积分器的负向输入端；

所述第二开关电流双线性积分器，用于对电流进行积分，输入端包括：正向输入端、负向输入端；正向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的正向输出端相连，负向输入端与序号为n-1的第一开关电流双线性积分器的负向输出端相连；输出端包括：n个正向反馈输出端、n个负向反馈输出端、实部输出端和虚部输出端；其中，前n-1个正向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的负向输入端，前n-1个负向反馈输出端分别输出至序号相应的第一开关电流双线性积分器的正向输入端；第n个正向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的负向输入端，第n个负向反馈输出端输出至第二开关电流双线性积分器的正向输入端；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的实部输出；所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的虚部输出。

2.根据权利要求1所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，

第二MOS管M₂与第一MOS管M₁的沟道宽长比之比为α₀；

第一MOS管M₁、第三MOS管M₃和第四MOS管M₄的沟道宽长比相等；

第二MOS管M₂与第五MOS管M₅的沟道宽长比相等。

3.根据权利要求1所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，所述第一开关电流双线性积分器包括：

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃、第二正向输入端i_k ⁺、第二负向输入端i_k ^-、第二正向输出端i_αk ⁺、第二负向输出端i_αk ^-、第一实部输出端i_rk ⁺和第一虚部输出端i_mk ⁺；k为第一开关电流双线性积分器的序号，是大于0小于或者等于n-1的自然数；

所述第六MOS管M₆的漏极连接所述第七MOS管M₇的漏极；所述第六MOS管M₆的栅极和漏极由第二时钟控制的第一开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二正向输入端i_k ⁺由第二时钟控制的第二开关相连；所述第六MOS管M₆的漏极和第二负向输入端i_k ^-由第一时钟控制的第三开关相连；

所述第七MOS管M₇的栅极和漏极由第一时钟控制的第四开关相连；所述第七MOS管M₇的栅极连接所述第八MOS管的栅极；

所述第八MOS管M₈的漏极连接所述第二正向输出端i_αk ⁺，所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第九MOS管M₉的栅极；

所述第九MOS管M₉的漏极连接所述第十MOS管M₁₀的漏极和栅极；

所述第十MOS管M₁₀的栅极连接所述第十一MOS管M₁₁的栅极；所述第十一MOS管M₁₁的漏极连接所述第二负向输出端i_αk ^-；

所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十二MOS管M₁₂的栅极，第十二MOS管M₁₂的漏极连接所述第一实部输出端i_rk ⁺；所述第八MOS管M₈的栅极连接所述第十三MOS管M₁₃的栅极，第十三MOS管M₁₃的漏极连接所述第一虚部输出端i_mk ⁺；

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃的漏极均接电源；第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第八MOS管M₈、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀、第十一MOS管M₁₁、第十二MOS管M₁₂、第十三MOS管M₁₃的源极均接地。

4.根据权利要求3所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，

第六MOS管M₆、第七MOS管M₇、第九MOS管M₉、第十MOS管M₁₀的沟道宽长比相等；

第八MOS管M₈和第十一MOS管M₁₁的沟道宽长比均为第六MOS管M₆的沟道宽长比的α_k倍；

第十二MOS管M₁₂的沟道宽长比为第六MOS管M₆的沟道宽长比的r_k倍；

第十三MOS管M₁₃的沟道宽长比为第六MOS管M₆的沟道宽长比的m_k倍。

5.根据权利要求4所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，

所述第k个第一开关电流双线性积分器的正向输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值以及所述第k个第一开关电流双线性积分器的负向输出端的电流与负向输入端的电流之间的比值均为

所述第k个第一开关电流双线性积分器的实部输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值为

所述第k个第一开关电流双线性积分器的虚部输出端的电流与正向输入端的电流之间的比值为

6.根据权利要求1所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，所述第二开关电流双线性积分器包括：

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、n个正向反馈输出MOS管M_fj、n个负向反馈输出MOS管M_ej、第三正向输入端i_n ⁺、第三负向输入端i_n ^-、第二实部输出端i_rn ⁺、第二虚部输出端i_mn ⁺、n个正向反馈输出端i_fj ⁺和n个负向反馈输出端i_fj ^-；j为大于0小于或者等于n的自然数；

所述第十四MOS管M₁₄的漏极连接所述第十五MOS管M₁₅的漏极，所述第十四MOS管M₁₄的栅极和漏极由第二时钟控制的开关相连，所述第十五MOS管M₁₅的栅极和漏极由第一时钟控制的开关相连；所述第十四MOS管M₁₄的漏极和第三正向输入端i_n ⁺由第二时钟控制的开关相连，所述第十四MOS管M₁₄的漏极和第三负向输入端i_n ^-由第一时钟控制的开关相连；

所述第十五MOS管M₁₅的栅极连接所述第十六MOS管M₁₆的栅极；所述第十六MOS管M₁₆的漏极连接所述第二实部输出端i_rn ⁺；

所述第十六MOS管M₁₆的栅极连接所述第十七MOS管M₁₇的栅极；

所述第十七MOS管M₁₇的漏极连接所述第二虚部输出端i_mn ⁺；所述第十七MOS管M₁₇的栅极分别连接所述正向反馈输出MOS管M_fj的栅极；所述正向反馈输出MOS管M_fj的漏极分别连接所述正向反馈输出端i_fj ⁺；所述第十七MOS管M₁₇的栅极连接所述第十八MOS管M₁₈的栅极；

所述第十八MOS管M₁₈的漏极连接所述第十九MOS管M₁₉的漏极和栅极；

所述第十九MOS管M₁₉的栅极分别连接所述负向反馈输出MOS管M_ej的栅极；所述负向反馈输出MOS管M_ej的漏极分别连接所述负向反馈输出端i_fj ^-；

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、n个正向反馈输出MOS管M_fj以及n个负向反馈输出MOS管M_ej的漏极均接电源；

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十六MOS管M₁₆、第十七MOS管M₁₇、第十八MOS管M₁₈、第十九MOS管M₁₉、n个正向反馈输出MOS管M_fj以及n个负向反馈输出MOS管M_ej的源极均接地。

7.根据权利要求6所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，

第十四MOS管M₁₄、第十五MOS管M₁₅、第十八MOS管M₁₈和第十九MOS管M₁₉的沟道宽长比相等；第十六MOS管M₁₆的沟道宽长比为第十四MOS管M₁₄的r_n倍；第十七MOS管M₁₇的沟道宽长比为第十四MOS管M₁₄的m_n倍；正向反馈输出MOS管M_fj的沟道宽长比分别为第十四MOS管M₁₄的f_j倍；负向反馈输出MOS管M_ej的沟道宽长比分别为第十四MOS管M₁₄的f_j倍。

8.根据权利要求7所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，

所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的正向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

所述第二开关电流双线性积分器的负向反馈输出端的电流与正向输入端的电流比值为

9.根据权利要求1所述的开关电流复小波滤波器，其特征在于，

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的实部输出，具体为：

当所述第一开关电流双线性积分器的实部输出端输出负值电流时，所述第一开关电流双线性积分器的实部输出端连接第一反向电路，所述第一反向电路的输出端和其它第一开关电流双线性积分器以及第二开关电流双线性积分器的实部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的实部输出；第一反向电路用于将所述第一开关电流双线性积分器的实部输出端输出的电流反向；

当所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端输出负值电流时，所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端连接第二反向电路，所述第二反向电路的输出端和第一开关电流双线性积分器的实部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的实部输出；第二反向电路用于将所述第二开关电流双线性积分器的实部输出端输出的电流反向；

所述第一开关电流双线性积分器和第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连，一起作为所述复小波滤波器的虚部输出，具体为：

当所述第一开关电流双线性积分器的虚部输出端输出负值电流时，所述第一开关电流双线性积分器的虚部输出端连接第三反向电路，所述第三反向电路的输出端和其它第一开关电流双线性积分器以及第二开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的虚部输出；第三反向电路用于将所述第一开关电流双线性积分器的虚部输出端输出的电流反向；

当所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端输出负值电流时，所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端连接第四反向电路，所述第四反向电路的输出端和第一开关电流双线性积分器的虚部输出端均相连一起作为所述复小波滤波器的虚部输出；第四反向电路用于将所述第二开关电流双线性积分器的虚部输出端输出的电流反向。