CN104883161A - 混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，特点是包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。其具有降低了成本，电路采用常见器件构成，易于实现等优点。

Description

混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路

技术领域

本发明涉及周期脉冲及周期冲激电路领域，具体涉及一种参数可调的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路。

背景技术

周期脉宽调制信号和周期冲激信号是一种在电子领域的常见信号，将一个周期内的脉宽及冲激信号的位置随机化，可以产生新的应用。可以通过数字和模拟两种技术方式产生所需的随机调制信号。其中，数字型的随机脉宽调制及冲激位置调制通过数字处理器的运算实现，成本花费较高，而且产生的信号易受处理器速度和处理精度的影响。而模拟的随机调制信号通过搭建模拟电路实现，随机信号很难通过实际电路获取。混沌信号的特点是具备伪随机性，可以当作随机信号处理，模拟的混沌信号可以通过简单成熟的电路生成。因此可以采用模拟电路来实现混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种低成本、易实现、参数可调的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。

所述锯齿波发生电路包括第一至第五电阻、第一电容、第一开关、第一比较器、第二比较器及RS触发器构成；其中所述第一电阻一端接直流电源正极，另一端分别接第一电容的一端、第一开关的输出控制端、第一比较器的反相端及第二比较器的正相端；所述第一电容的另一端接地；第一开关的低电平参考电位端接地，第一开关的输出控制端的另一端接地；所述第二电阻的一端接直流电源正极，另一端分别接第一比较器的正相输入端及第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地；所述第四电阻的一端接直流电源正极，另一端分别接第二比较器的反相输入端及第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地；所述第三RS触发器的R输入端接第一比较器的输出端，S输入端接第二比较器的输出端，第三RS触发器的输出端Q为锯齿波发生电路的输出端，输出端Q接脉宽调制电路的输入端。

所述混沌信号发生电路包括第六至第二十四电阻、第二至第四电容和第一至第六放大器；其中所述第六电阻的一端分别接第一放大器反相输入端及第二电容的一端，另一端分别接第三电容的一端、第四电容的一端、第十三电阻的一端、第十六电阻、第十七电阻的一端及第十八电阻的一端，第十七电阻的另一端接直流电源正极，第十八电阻的另一端接地；所述第二电容的另一端分别接第一放大器的输出端及第七电阻的一端；第一放大器正相输入端分别接第二放大器正相输入端、第八电阻的一端、第十电阻的一端、第二十电阻的一端及第三电容的另一端；所述第七电阻的另一端分别接第二放大器反相输入端及第九电阻的一端；第八电阻的另一端分别接第二放大器的输出端及第九电阻的另一端；第十电阻的另一端分别接第四电容的另一端、第十一电阻的一端、第十四电阻的一端、第三放大器正相端及第四放大器正相端；第二十电阻的另一端分别接第六放大器正相输入端及第十九电阻的一端，第十九电阻的另一端接地；所述第十三电阻的另一端接第十二电阻的一端及第二放大器反相输入端，第十二电阻的另一端分别接第十一电阻的另一端及第三发放大器的输出端；所述第十六电阻的另一端分别接第十五电阻的一端及第四放大器正相端；所述第十五电阻的另一端分别接第十四电阻另一端及第四放大器输出端；所述第五放大器反相端接输出端及第二十三电阻的一端；第二十三电阻的另一端分别接第六放大器反相输入端及第二十四电阻的一端，第二十四电阻的另一端接第六放大器的输出端，第六放大器的输出端为混沌信号发生电路的输出端，第六放大器的输出端接脉宽调制电路的另一输入端；所述第二十一电阻的一端接直流电源正极，第二十一电阻的另一端分别接第二十二电阻的一端及第六放大器正相输入端，接第二十二电阻的另一端接地。

所述脉宽调制电路包括第四非门、第五非门、第六比较器、第七RS触发器及第八与门；其中所述第四非门的输入端接第三RS触发器的输出端Q，第四非门的输出端分别接第五非门的输入端及第八与门的一输入端；所述第五非门的输出端接第七RS触发器的S端，所述第八与门的另一输入端接第七RS触发器输出端Q，第八与门的输出端为脉宽调制电路的输出端，第八与门的输出端接微分电路的输入端，第八与门输出脉宽混沌变化范围可调的脉冲信号；所述第七RS触发器的R端接第六比较器的输出端，第六比较器正相输入端接第一比较器的反相端，第六比较器反相输入端接第六放大器的输出端。

所述微分电路包括第五电容、第二十五电阻及第七放大器；其中所述第五电容的一端接第八与门的输出端，第五电容的另一端分别接第二十五电阻的一端及第七放大器反相输入端；所述第七放大器正相输入端接地，第七放大器输出端接第二十五电阻的另一端，第七放大器输出端为微分电路的输出端，第七放大器输出冲激位置混沌变化范围可调的周期冲激信号。

本发明与现有技术相比的优点为：本发明是将混沌信号发生电路与周期脉冲及周期冲激电路整合而得，采用模拟电路实现，降低了成本，电路采用常见器件构成，易于实现。当前常用数字技术实现随机脉宽调制及随机冲激位置调制，成本较高，输出的波形存在精度问题，一般脉宽及冲激位置随机变化的范围固定，若需调整均需通过程序编写或数字电路的重新设计。而本发明的输出为模拟信号波形，不存在精度问题，改变个别电阻参数即可调整脉冲周期、脉宽及冲激位置的混沌变化范围。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的电路方框图；

图2为本发明具体实施方式的锯齿波发生电路原理图；

图3为本发明具体实施方式的混沌信号发生电路原理图；

图4为本发明具体实施方式的脉宽调制电路原理图；

图5为本发明具体实施方式的微分电路原理图；

图6为本发明具体实施方式的各个电路环节的输出电压波形。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”至“第二十五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1给出了本发明的电路框图，其是一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。

工作时，通过混沌信号发生电路产生变化范围可调的伪随机混沌电压信号；通过锯齿波发生电路环节，产生周期为T的锯齿波信号，锯齿波从到达最低电压时为一个周期的开始，此时，比较触发电路输出高电平，当锯齿波电压高于混沌电压时，脉宽调制电路输出低电平直到新的周期开始，因此脉宽调制电路输出为混沌脉宽调制信号，该信号经微分电路环节得到混沌冲激位置调制信号。

图2给出了锯齿波发生电路原理图。锯齿波发生电路包括第一至第五电阻R₁-R₅、第一电容C₁、第一开关S₁、第一比较器U₁、第二比较器U₂及RS触发器U₃构成；其中所述第一电阻R₁一端接直流电源正极，另一端分别接第一电容C₁的一端、第一开关S₁的输出控制端、第一比较器U₁的反相端及第二比较器U₂的正相端，由第一电容C₁的电压 输出得到锯齿波信号；所述第一电容C₁的另一端接地；第一开关S₁的低电平参考电位端接地，第一开关S₁的输出控制端的另一端接地；所述第二电阻R₂的一端接直流电源正极，另一端分别接第一比较器U₁的正相输入端及第三电阻R₃的一端，第三电阻R₃的另一端接地；所述第四电阻R₄的一端接直流电源正极，另一端分别接第二比较器U₂的反相输入端及第五电阻R₅的一端，所述第五电阻R₅的另一端接地；所述第三RS触发器U₃的R输入端接第一比较器U₁的输出端，S输入端接第二比较器U₂的输出端，第三RS触发器U₃的输出端Q为锯齿波发生电路的输出端即形成了触发信号，输出端Q接脉宽调制电路的输入端。

工作时，第五电阻R₅上分压需高于第三电阻R₃上分压，电源通过第一电阻R₁为第一电容C₁充电，当第一电容C₁的电压 超过第五电阻R₅上分压时，第一比较器U₁输出低电平及第二比较器U₂输出高电平，第三RS触发器U₃输出高电平，第一开关S₁闭合，第一电容C₁对地放电，当低于第三电阻R₃上分压，第一比较器U₁输出高电平及第二比较器U₂输出低电平，第三RS触发器U₃输出低电平，第一开关S₁断开，开始一个新的充电周期，锯齿波的周期和频率计算为：

。

     的最大值、最小值分别为：

其中为电源的电压值。通过可调第三电阻和第五电阻可以设置锯齿波的周期及电压的震荡范围。

图3给出了混沌信号发生电路原理图。所述混沌信号发生电路包括第六至第二十四电阻R₆-R₂₄、第二至第四电容C₂- C₄和第一至第六放大器X₁-X₆；其中所述第六电阻R₆的一端分别接第一放大器X₁反相输入端及第二电容C₂的一端，另一端分别接第三电容C₃的一端、第四电容C₄的一端、第十三电阻R₁₃的一端、第十六电阻R₁₆、第十七电阻R₁₇的一端及第十八电阻R₁₈的一端，第十七电阻R₁₇的另一端接直流电源正极，第十八电阻R₁₈的另一端接地；所述第二电容C₂的另一端分别接第一放大器X₁的输出端及第七电阻R₇的一端；第一放大器X₁正相输入端分别接第二放大器X₂正相输入端、第八电阻R₈的一端、第十电阻R₁₀的一端、第二十电阻R₂₀的一端及第三电容C₃的另一端；所述第七电阻R₇的另一端分别接第二放大器X₂反相输入端及第九电阻R₉的一端；第八电阻R₈的另一端分别接第二放大器X₂的输出端及第九电阻R₉的另一端；第十电阻R₁₀的另一端分别接第四电容C₄的另一端、第十一电阻R₁₁的一端、第十四电阻R₁₄的一端、第三放大器X₃正相端及第四放大器X₄正相端；第二十电阻R₂₀的另一端分别接第六放大器X₆正相输入端及第十九电阻R₁₉的一端，第十九电阻R₁₉的另一端接地；所述第十三电阻R₁₃的另一端接第十二电阻R₁₂的一端及第二放大器X₂反相输入端，第十二电阻R₁₂的另一端分别接第十一电阻R₁₁的另一端及第三发放大器X₃的输出端；所述第十六电阻R₁₆的另一端分别接第十五电阻R₁₅的一端及第四放大器X₄正相端；所述第十五电阻R₁₅的另一端分别接第十四电阻R₁₄另一端及第四放大器X₄输出端；所述第五放大器X₅反相端接输出端及第二十三电阻R₂₃的一端；第二十三电阻R₂₃的另一端分别接第六放大器X₆反相输入端及第二十四电阻R₂₄的一端，第二十四电阻R₂₄的另一端接第六放大器X₆的输出端，第六放大器X₆的输出端为混沌信号发生电路的输出端，第六放大器X₆的输出端接脉宽调制电路的另一输入端；所述第二十一电阻R₂₁的一端接直流电源正极，第二十一电阻R₂₁的另一端分别接第二十二电阻R₂₂的一端及第六放大器X₆正相输入端，接第二十二电阻R₂₂的另一端接地。

工作时，当第十电阻R₁₀调节至特定范围，第八电阻R₈与第十电阻R₁₀接点的电压将混沌化而呈现伪随机性，混沌电压信号将被设定为：

取最大值和最小值分别为和，可以通过可调电阻调节的变化范围。

图4给出了脉宽调制电路原理图。所述脉宽调制电路包括第四非门U₄、第五非门U₅、第六比较器U₆、第七RS触发器U₇及第八与门U₈；其中所述第四非门U₄的输入端接第三RS触发器U₃的输出端Q即接触发信号，第四非门U₄的输出端分别接第五非门U₅的输入端及第八与门U₈的一输入端；所述第五非门U₅的输出端接第七RS触发器U₇的S端，所述第八与门U₈的另一输入端接第七RS触发器U₇输出端Q，第八与门U₈的输出端为脉宽调制电路的输出端即输出混沌脉宽调制信号，第八与门U₈的输出端接微分电路的输入端，第八与门U₈输出脉宽混沌变化范围可调的脉冲信号；所述第七RS触发器U₇的R端接第六比较器U₆的输出端，第六比较器U₆正相输入端接第一比较器U₁的反相端即接锯齿波信号，第六比较器U₆反相输入端接第六放大器X₆的输出端即接混沌信号。

工作时，第七RS触发器U₇的S端由触发信号经第四非门U₄、第五非门U₅触发第七RS触发器U₇，使其输出端Q输出高电平，由第六比较器U6比较锯齿波信号电压及混沌信号电压，当高于时，第七RS触发器输出低电平，直到出现高电平再次触发U₇输出高电平，因此输出的频率同一致，其脉宽为

鉴于，脉宽的变化范围为。

图5为给出了微分电路原理图。所述微分电路包括第五电容C₅、第二十五电阻R₂₅及第七放大器X₇；其中所述第五电容C₅的一端接第八与门U₈的输出端，第五电容C₅的另一端分别接第二十五电阻R₂₅的一端及第七放大器X₇反相输入端；所述第七放大器X₇正相输入端接地，第七放大器X₇输出端接第二十五电阻R₂₅的另一端，第七放大器X₇输出端为微分电路的输出端，第七放大器X₇输出冲激位置混沌变化范围可调的周期冲激信号。

工作时，混沌冲激位置调制信号发生电路是对混沌脉宽调制信号进行微分运算，在混沌脉宽调制信号的下降沿产生冲激信号，因此在一个周期冲激信号出现的位置也为。

本发明通过蔡氏电路产生了混沌电压信号，该信号可以作为随机信号使用，实现电路成熟，成本低廉。通过调节可调电阻，可以设置锯齿波的周期、脉冲信号及冲激信号的周期，可以设置混沌电压信号的范围，使得脉宽及冲激位置可以在一个周期内的任意范围混沌变化。

Claims (5)

1.一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。

2.根据权利要求1所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述锯齿波发生电路包括第一至第五电阻（R₁-R₅）、第一电容（C₁）、第一开关（S₁）、第一比较器（U₁）、第二比较器（U₂）及RS触发器（U₃）构成；其中所述第一电阻（R₁）一端接直流电源正极，另一端分别接第一电容（C₁）的一端、第一开关（S₁）的输出控制端、第一比较器（U₁）的反相端及第二比较器（U₂）的正相端；所述第一电容（C₁）的另一端接地；第一开关（S₁）的低电平参考电位端接地，第一开关（S₁）的输出控制端的另一端接地；所述第二电阻（R₂）的一端接直流电源正极，另一端分别接第一比较器（U₁）的正相输入端及第三电阻（R₃）的一端，第三电阻（R₃）的另一端接地；所述第四电阻（R₄）的一端接直流电源正极，另一端分别接第二比较器（U₂）的反相输入端及第五电阻（R₅）的一端，所述第五电阻（R₅）的另一端接地；所述第三RS触发器（U₃）的R输入端接第一比较器（U₁）的输出端，S输入端接第二比较器（U₂）的输出端，第三RS触发器（U₃）的输出端Q为锯齿波发生电路的输出端，输出端Q接脉宽调制电路的输入端。

3.根据权利要求1所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述混沌信号发生电路包括第六至第二十四电阻（R₆-R₂₄）、第二至第四电容（C₂- C₄）和第一至第六放大器（X₁-X₆）；其中所述第六电阻（R₆）的一端分别接第一放大器（X₁）反相输入端及第二电容（C₂）的一端，另一端分别接第三电容（C₃）的一端、第四电容（C₄）的一端、第十三电阻（R₁₃）的一端、第十六电阻（R₁₆）、第十七电阻（R₁₇）的一端及第十八电阻（R₁₈）的一端，第十七电阻（R₁₇）的另一端接直流电源正极，第十八电阻（R₁₈）的另一端接地；所述第二电容（C₂）的另一端分别接第一放大器（X₁）的输出端及第七电阻（R₇）的一端；第一放大器（X₁）正相输入端分别接第二放大器（X₂）正相输入端、第八电阻（R₈）的一端、第十电阻（R₁₀）的一端、第二十电阻（R₂₀）的一端及第三电容（C₃）的另一端；所述第七电阻（R₇）的另一端分别接第二放大器（X₂）反相输入端及第九电阻（R₉）的一端；第八电阻（R₈）的另一端分别接第二放大器（X₂）的输出端及第九电阻（R₉）的另一端；第十电阻（R₁₀）的另一端分别接第四电容（C4）的另一端、第十一电阻（R₁₁）的一端、第十四电阻（R₁₄）的一端、第三放大器（X3）正相端及第四放大器（X4）正相端；第二十电阻（R₂₀）的另一端分别接第六放大器（X₆）正相输入端及第十九电阻（R₁₉）的一端，第十九电阻（R₁₉）的另一端接地；所述第十三电阻（R₁₃）的另一端接第十二电阻（R₁₂）的一端及第二放大器（X₂）反相输入端，第十二电阻（R₁₂）的另一端分别接第十一电阻（R₁₁）的另一端及第三发放大器（X₃）的输出端；所述第十六电阻（R₁₆）的另一端分别接第十五电阻（R₁₅）的一端及第四放大器（X₄）正相端；所述第十五电阻（R₁₅）的另一端分别接第十四电阻（R₁₄）另一端及第四放大器（X₄）输出端；所述第五放大器（X₅）反相端接输出端及第二十三电阻（R₂₃）的一端；第二十三电阻（R₂₃）的另一端分别接第六放大器（X₆）反相输入端及第二十四电阻（R₂₄）的一端，第二十四电阻（R₂₄）的另一端接第六放大器（X₆）的输出端，第六放大器（X₆）的输出端为混沌信号发生电路的输出端，第六放大器（X₆）的输出端接脉宽调制电路的另一输入端；所述第二十一电阻（R₂₁）的一端接直流电源正极，第二十一电阻（R₂₁）的另一端分别接第二十二电阻（R₂₂）的一端及第六放大器（X₆）正相输入端，接第二十二电阻（R₂₂）的另一端接地。

4.根据权利要求1或2或3所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述脉宽调制电路包括第四非门（U₄）、第五非门（U₅）、第六比较器（U₆）、第七RS触发器（U₇）及第八与门（U₈）；其中所述第四非门（U₄）的输入端接第三RS触发器（U₃）的输出端Q，第四非门（U₄）的输出端分别接第五非门（U₅）的输入端及第八与门（U₈）的一输入端；所述第五非门（U₅）的输出端接第七RS触发器（U₇）的S端，所述第八与门（U₈）的另一输入端接第七RS触发器（U₇）输出端Q，第八与门（U₈）的输出端为脉宽调制电路的输出端，第八与门（U₈）的输出端接微分电路的输入端，第八与门（U₈）输出脉宽混沌变化范围可调的脉冲信号；所述第七RS触发器（U₇）的R端接第六比较器（U₆）的输出端，第六比较器（U₆）正相输入端接第一比较器（U₁）的反相端，第六比较器（U₆）反相输入端接第六放大器（X₆）的输出端。

5.根据权利要求4所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述微分电路包括第五电容（C₅）、第二十五电阻（R₂₅）及第七放大器（X₇）；其中所述第五电容（C₅）的一端接第八与门（U₈）的输出端，第五电容（C₅）的另一端分别接第二十五电阻（R₂₅）的一端及第七放大器（X₇）反相输入端；所述第七放大器（X₇）正相输入端接地，第七放大器（X₇）输出端接第二十五电阻（R₂₅）的另一端，第七放大器（X₇）输出端为微分电路的输出端，第七放大器（X₇）输出冲激位置混沌变化范围可调的周期冲激信号。