開關電流電路是1989由j.b.hughes等人提出的[1-3]。開關電流電路是電流模取樣數據系統，有電流模電路的特有優點，如：高頻性能好，適於低壓工作及電流求和簡單等。此外，它不需要線性浮置電容，更適合於cmosvlsi工藝。而用於濾波器時，開關電流積分器不需要運算放大器，因而比開關電容濾波器電路更簡單，也不存在由運算放大器的非理想性帶來的影響。開關電流電路是當前低壓低耗大規模集成電路重要實現技術之一。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/21107.htm小波變換是80年代後期發展起來的應用數學分支[4-6]。最近幾年，它已廣泛應用於信號檢測、特徵提取、故障診斷與定位、數據壓縮等方面，是信號處理的前沿課題。由於用軟體方法實現小波分析，計算工作量大，耗時多，因而不能用於實時信號處理，而現實中，很多信號處理工作要求實時地進行。本文在這種背景下提出了利用先進的開關電流集成電路技術來實現小波變換，以滿足實時信號處理的要求，並用實例驗證了該設計方法的正確性。
2 工作原理
小波函數的頻率響應h（jw）是幅頻特性比較集中的帶通函數。當採用不同尺度值a作處理時，各h（jaw）的中心頻率和帶寬都不一樣，但品質因數卻不變。從頻率上看，用不同尺寸作小波變換相當於用一組帶通濾波器對信號進行處理。因此，頻域中的連續小波變換相當於用基本頻率特性為頻域小波函數且品質因數恆定的帶通濾波器在不同的尺度下對輸入信號做濾波處理，頻域的基本實現框架如圖1所示。本文重點討論帶通濾波器的設計。
3 連續小波變換的實現實例
3.1 小波函數的逼近實現
這裡以marr小波為例來研究小波函數的實現方式。它的時域表達為
頻域形式為
這裡用帶通濾波器來實現8通道的marr小波，其中所有通道的品質因數都相等。考慮到一種簡單的形式，用二階帶通濾波器來近似逼近小波變換的每個通道的帶通濾波器。
marr小波在尺度a時的時頻域表達式為：
對上式兩邊同時求導，並令,求得：。所求得的ω0可以當作近似的帶通濾波器的特徵角頻率。這裡採用二進小波，即取a=1/2j（j=7,8,9,...,14）。對各通道濾波器求出特徵角頻率ω0j，-3db的頻率(即通帶截止頻率)f-3dbl和f-3dbh。品質因數q則通過下式得到：
獲得的數據如表1所示，其中h0為特徵角頻率處的幅值。
對於每個通道，將表1所得到的特徵參數ω0、h0和q代入式（6），就可得到每個通道近似的二階帶通濾波器函數h(s)。
圖2為採用2階帶通濾波器逼近時，近似函數與原函數的波形對比圖。可見近似的函數與原函數之間存在一定的誤差，但在-3db範圍內逼近的效果還是比較滿意的，在要求精度不高的地方是可以應用的。如果要求較高的逼近精度，可採用多階帶通濾波器進行逼近。
3.2 多通道的小波濾波器組的設計
由於採用開關電流電路技術實現上述帶通濾波器組，而開關電流電路又為取樣數據系統，所以一般情況下，可以通過採樣定理根據所處理信號的最高頻率來確定採樣頻率。但這樣有可能導致設計電路中電流鏡的寬長比過小，難以設計。由於本電路是濾波器組電路，各個通道所處理的頻率範圍不一樣，可以對每個通道設置不同的採樣頻率。由於採用的是二進小波，因而這裡所採用的採樣頻率隨著通道數以2的倍數遞增。在本設計中，對於第1通道，採樣頻率設為fs1＝1000hz。因為fs1>>f-3dbh1，系統處於過採樣狀態，滿足採樣定理。由頻率遞增的關係可得到，第八通道的採樣頻率為fs8＝128000hz。
每個通道的帶通濾波器設計採用標準的雙二次濾波器，從s域到z域的映射採用雙線性映射。對於雙線性映射，要對特徵頻率進行預翹曲處理。式（7）為頻率翹曲公式，其中fs為採樣頻率，f為z域的頻率，fp為s域的頻率。
利用上式就可以求得各通道預翹曲後的頻率。表2是對濾波器組8個通道的特徵頻率進行預翹曲處理的情況。
由開關電流雙二次濾波器的性質[7～10]並結合二階帶通濾波器的表達式可以推導出雙二次濾波器中各係數α1～α6的表達式。
這裡t，ω0分別為採樣周期和預翹曲後的特徵角頻率。根據表1和表2所求得的數據如下表所示：
4 仿真與分析
這裡採用asiz軟體進行開關電流電路的仿真。文獻[11]對該軟體進行了詳細的介紹。asiz(analysisofswitched-currentfiltersinztransform)是基於z變換的開關電流濾波器分析仿真軟體。它可以分析開關電流(si)濾波器、開關電容(sc)濾波器和幾乎任何周期性的開關線性時不變網絡。分析的輸出結果可以在屏幕上顯示出來，並且寫到報告文件裡。電路的描述以文本的形式讀入和進行分析，但操作命令是採用交互式的。所分析的電路必須採用交流小信號模型描述。asiz軟體包括edfilw和asizw兩個子軟體。其中edfilw軟體畫出電路圖並設置電路參數，asizw軟體對edfilw所畫的電路圖進行分析。
用軟體edfilw可畫出每個通道的二階帶通濾波器的交流信號電路。令a3＝1，根據表3依次計算出每個通道的a1～a6，可見a1＝0。電路如圖3所示。通過調節a2～a6的值即可實現這8個通道。
用asizw軟體對edfilw畫出的電路(如圖3)進行仿真。仿真時，各通道的採樣頻率如表2所示。仿真波形如下(由於篇幅有限，這裡省略通道5～8的仿真波形)。
由上述4個通道的仿真波形圖可以看出它們的波形大致相似，表明小波濾波器組是一組恆q值的帶通濾波器組。並且每個帶通濾波器的中心頻率與理論值大致相符，證實了電路的正確性。
5 結論
本文提出了利用開關電流技術來實現連續小波變換，並以marr小波為例簡單介紹了電路的設計過程。最後用asiz軟體仿真證明了在一定的誤差範圍內可以用該電路模型來逼近實現小波變換。由於是採用硬體電路來實現連續小波變換,該電路能有效地處理實時信號。並且因為開關電流電路本身所特有的優點，該電路具有適於低壓工作，與cmosvlsi工藝兼容等優點，適合連續小波變換系統大規模電路的實現。