CN103236918A

CN103236918A - 一种蔡氏混沌电路的负阻等效方法

Info

Publication number: CN103236918A
Application number: CN2013100556499A
Authority: CN
Inventors: 王少夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-08-07

Abstract

本发明涉及一个蔡氏混沌电路的负阻等效方法，利用单电子晶体管(SET)和金属氧化物半导体(MOS)混合结构器件SETMOS的负微分电阻NDR特性实现混沌电路的非线性函数，将其应用于蔡氏电路中代替负阻，对该电路进行了仿真，表明此方法的有效性，电路实现简单，输出信号具有较大的动态范围，将在雷达、保密通信、电子对抗等领域有着广泛的应用前景及重要的应用价值。

Description

一种蔡氏混沌电路的负阻等效方法

技术领域

本发明涉及一种蔡氏混沌电路的负阻等效方法，属于电子及通信技术领域。

背景技术

近年来，由于混沌电路的对初始状态和控制参数的极端敏感性以及宽频谱、类随机等复杂特性，其在通信和控制领域及很多其他领域都得到了广泛的应用，人们对混沌电路也进行了深入广泛的研究。蔡氏电路是典型的混沌信号产生电路，关于该电路的研究很多，众所周知，随着超大规模集成电路的发展，器件尺寸已进入纳米级，新兴器件取代传统器件实现电路成为发展的必然趋势，但基于单电子晶体管(SET)和金属氧化物半导体(MOS)混合结构器件SETMOS的负微分电阻NDR特性实现混沌电路的非线性函数却鲜见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蔡氏混沌电路的负阻等效方法。

为了解决上述技术问题，本发明利用基于单电子晶体管(SET)和金属氧化物半导体(MOS)混合结构器件SETMOS的负微分电阻NDR特性实现混沌电路的非线性函数，对该电路进行了仿真，并对电路中各元件参数进行调整，可以产生蔡氏混沌吸引子。

蔡氏电路是一个三维自治振荡系统，它是由四个元器件：电感L，电阻R、电容C₁和C₂，以及一个被称为蔡氏二极管的非线性电阻RN所构成的一个简单的电子电路，如图1(a)所示。它的转移特性曲线如图1(b)所示

蔡氏电路可以由下列动态方程来描述：

\frac{d V_{1}}{dt} = \frac{1}{R C_{1}} (V_{2} - V_{1}) - \frac{1}{C_{1}} f (V_{1})

\frac{d V_{2}}{dt} = \frac{1}{C_{2}} I_{3} - \frac{1}{R C_{2}} (V_{2} V_{1}) - - - (1)

\frac{d I_{3}}{dt} = - \frac{1}{L} V_{2}

其中，V₁，V₂和I₃分别是电容C₁，C₂两端的电压和流过电感L的电流，f(V₁)是描述非线性电阻RN的I-V特性的分段线性多项式：

f (V_{1}) = G_{b} V_{1} + \frac{1}{2} (G_{a} - G_{b}) (| V_{1} + E | - | V_{1} - E |) - - - (2)

其中，G_a和G_b分别表示伏安特性曲线上线段的斜率，E为拐点电压。

蔡氏电路中分段线性负阻的实现一般都是利用两个运算放大器和六个电阻构成，可以改变负阻斜率，使电路调节不方便。所用传统电路模型如图2所示，在该电路中，R5的导纳值G5即为图2中的Ga，而G5与G1的和即为Gb。只要改变相应的电阻值，就可以改变负阻特性曲线。

改进后并联结构SETMOS电路结构如图3所示。

本发明的效果及作用

(1)本发明实现了提供种蔡氏混沌电路的负阻等效方法。

(2)蔡氏电路中的分段线性负阻的实现一般都是利用两个运算放大器和六个电阻构成，可以改变负阻斜率，使电路调节不方便。但基于单电子晶体管(SET)和金属氧化物半导体(MOS)混合结构器件SETMOS的负微分电阻NDR特性实现混沌电路的非线性函数却鲜见报道。

SETMOS模式电路具有低电压、低功耗、低噪声、动态范围大等优点，采用本发明的等效负阻蔡氏系统硬件电路，并对电路中各元件参数进行调整，可以产生蔡氏混沌吸引子。验证了该系统输出信号具有较大的动态范围，预示其在雷达，保密通信，电子对抗等领域有着广泛的应用价值。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为蔡氏电路图及分段线性函数(a)蔡氏电路原理图(b)分段线性函数特性；

图2为该系统分段线性负阻电路原理图；

图3为改进后并联结构SETMOS电路结构图；

图4为等效蔡氏混沌吸引子；

具体实施方式

对于上述等效电感的蔡氏电路，电路中各参数如下：C1＝12nF，C2＝200nF，R6＝1750Ω，R5＝1389Ω，R1＝R2＝3226Ω，R3＝R4＝111Ω，M1提供70nA恒定偏置电流，M2工作在弱反型亚阈值区的边缘以获得有效的库仑振荡域，M3提供14.315μA的补偿电流，补偿电压V_ofs为-869.8mV，偏置电压Vc＝1V、Vs＝0V，其蔡氏混沌吸引子如图4所示；

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。

Claims

1.一个蔡氏混沌电路的负阻等效方法，其特征包括：利用单电子晶体管(SET)和金属氧化物半导体(MOS)混合结构器件SETMOS的负微分电阻NDR特性实现混沌电路的非线性函数，将其应用于蔡氏电路中代替负阻。

2.如权利要求1所述的等效负阻方法，其特征在于：各MOS晶体管的模型均采用BSIM3V3模型，M₁提供恒定偏置电流，M₂工作在弱反型亚阈值区的边缘以获得有效的库仑振荡域，M₃提供补偿电流。

3.如权利要求1所述的等效负阻方法，其特征在于：SETMOS的I_DS-V_DS特性曲线有三个振荡峰谷，其中I_DS为M₂的漏极输出电流，V_DS为M₂的漏源输入。

4.如权利要求1所述的等效负阻方法，其特征在于若进行连续分段线性函数拟合，则拟合函数形式写为

上式具有M-1个拟合转折点V₁，设V₀＜V₁＜…＜V_M，V₀和V_M分别为拟合初始点和终止点，M为拟合点V_i的总数，G_i和I均为拟合参数。

其归一化形式为

其中k_i＝RG_i，k＝RI/v，x_i＝v_i/v，M＝7，R为归一化电阻，v为归一化电压。