超低功耗连续小波变换芯片关键技术研究

The Wavelet transform is a new branch of applied mathematics which has been developed since 1980s .It has characteristic of multi-resolution. The CWT(continuous wavelet transform) is a powerful tool in analyzing the unstable signals and has been wildly used in signal processing. For the real-time requirements of signal processing in engineering applications, the study of employing hardware to implement wavelet transform is of great theory significance and has value of actual using. Tremendous demands of implanted system and the portable consumer electronical products require IC to feature lower power, higher performance and smaller volume.In this project, by combining the ultra-low-power analog VLSI(Very Large Scale Integration) design technology with the CWT theory, the analog VLSI implementation of continuous wavelet transform is studied systematically, which is on the application background such as the implanted chips and the portable products. The purpose of this research is to implement the CWT using an analog chip instead of numerical computation to satisfy ultra-low-power and real-time applications such as implantable medical instruments as well as portable electric equipments, etc.

小波变换是20世纪80年代发展起来的应用数学分支，它具有多分辨率的特点。连续小波变换是分析非平稳信号的有力工具，在信号处理上有着广泛的应用。为了适应工程中信号处理的实时性要求，采用硬件实现连续小波变换具有重要的研究意义和应用价值。植入式系统和便携式消费类电子产品的巨大需求给集成电路的低功耗、高性能和小体积实现提出了更高要求。本项目将超低功耗模拟VLSI设计技术与小波变换理论相结合，以植入式芯片和便携式电子产品为应用背景，对连续小波变换模拟VLSI实现进行深入系统的研究。旨在用单片模拟VLSI代替数字计算，在超低功耗的条件下，实时实现信号的小波变换，促进连续小波变换在可植入式生物医学仪器、便携式电子设备等系统中的应用。

小波分析是一种自适应时一频局部化方法，可自动调节时一频窗，具有很强的灵活性，它的应用涉及到通信信号处理、雷达图象分析等众多领域。为了适应工程中处理信号的实时性要求，采用硬件实现连续小波变换的研究发展迅速。植入式系统和便携式消费类电子产品的巨大需求给集成电路的低功耗、高性能和小体积实现提出了更高要求。本项目将超低功耗模拟VLSI设计技术与小波变换理论相结合，以植入式芯片和便携式电子产品为应用背景，对连续小波变换模拟VLSI实现进行深入系统的研究。本项目从小波变换和小波基函数逼近理论出发，构造用于生理电信号处理的模拟小波基函数，提出基于L2逼近的小波基函数逼近网络参数的混合优化算法，并利用L2逼近的混合优化算法，计算小波基函数的完整的小波变换逼近网络参数；结合MOS器件可靠性理论，开展模拟IC功耗理论研究，提出新的超低功耗跨导及其偏置电路技术, 建立新颖而完整的超低功耗跨导电容滤波器设计方法；基于优化的小波变换逼近网络参数和超低功耗跨导电路滤波器设计技术，采用0.18μm CMOS工艺，设计实现超低功耗连续小波变换芯片。本项目的研究将加快国内在超低功耗连续小波变换VLSI硬件实现的研究进度，为超低功耗集成电路设计和实现连续小波变换提供必要的创新思路、理论基础和技术储备。项目的研究将有助于带动生理电信号处理、图像压缩和模式识别等众多领域集成电路产品的设计方法更新和技术进步，对我国抢占新的战略制高点具有重要的战略意义。因此本项目的研究具有重大的科学意义和应用价值，在民用经济、生物医学工程、航空航天以及军事领域具有极其广阔的应用前景。