CN202998051U - 一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路 - Google Patents

一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路，关键在于：所述电路包括乘法器M1，乘法器M1的输入端连接运算放大器U3和运算放大器U7的输出端，其输出端接电阻R9，乘法器M2的输入端连接运算放大器U2和U5的输出端，其输出端接R13，电阻R1连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U13的输出端之间，电阻R2连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U5的输出端之间，本实用新型实现电路简单，便于集成，对于推动混沌系统在信息处理和保密通信的产业化中有很大的促进作用，产生的这些时域混沌信号可以作为保密通信的混沌信号源，也可以运用到图像加密或者随机比特发生器中。

Description

一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路
技术领域
     本实用新型涉及一种电路。
背景技术
忆阻器（Memristor）是一种非线性无源元件，具有非线性和非易失性。基于忆阻器[1]的混沌系统应当具有以下四个方面的优势:（1）忆阻器有着纳米级的尺寸 ,系统的物理尺寸可以大大减小;（2）通过忆阻器可以得到各种丰富的非线性曲线,提高混沌系统的复杂度和信号的随机性;（3）大多忆阻材料与CMOS工艺兼容,通过简单封装就可提供丰富的随机信号,能量的消耗必然会减小;（4）忆阻器是模拟电路元器件,其混沌系统可以产生真正的混沌模拟信号,从而用于混沌保密系统的设计和应用中.
在计算机网络、通信进入人类社会生活方方面面的今天,信息安全的重要性已毋庸置疑,国内外诸多科学家都在加紧研究和发展有效的信息保密通信技术,混沌系统被普遍认为在信息加密领域具有广阔的应用前景.在军事科技领域,混沌不仅可以用于保密通信还可以用于雷达波型的设计等。超混沌系统有难以识别的拓扑结构,动力学行为要比一般的混沌系统更加复杂难以预测,其在通信加密及信息安全领域具有更高的实用价值。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路，其特征在于：所述电路包括乘法器M1，乘法器M1的输入端连接运算放大器U3和运算放大器U7的输出端，其输出端接电阻R9，乘法器M2的输入端连接运算放大器U2和U5的输出端，其输出端接R13，电阻R1连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U13的输出端之间，电阻R2连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U5的输出端之间，电阻R3连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U3的输出端之间，电阻R4连接在电阻R1和运算放大器U1的输出端之间，电阻R5连接在运算放大器U1的输出端和运算放大器U2的输入端之间，电容C1连接在电阻R5和电阻R6之间，电阻R6连接在运算放大器U2输出端和运算放大器U3输入端之间，电阻R7连接在电阻R6和运算放大器U3的输出端之间，电阻R10连接在电阻R9和运算放大器U4输出端之间，电阻R11连接在运算放大器U4输出端和运算放大器U5输出端之间，电容C2连接在R11和运算放大器U5输出端之间，R12连接在运算放大器U4的输入端和U5的输出端之间，电阻R14连接在电阻R13和运算放大器U6的输出端，电阻R15连接运算放大器U6的输出端和运算放大器U7的输入端，电容C3连接在电阻R15和运算放大器U7的输出端之间，电阻R16连接在运算放大器U7输出端和运算放大器U8的输入端之间，电阻R17连接在电阻R16和运算放大器U8的输出端之间，电阻R18连接在运算放大器U6的输入端和运算放大器U8的输出端之间，R19连接在运算放大器U9输入端和电阻R26之间，二极管D1连接在R24和运算放大器U9的输出端之间，二极管D2连接在运算放大器U9的输出端和电阻R26之间，电阻R20连接在运算放大器U2的输出端和运算放大器U10的输入端之间，电阻R21连接在电阻R20和运算放大器U10的输出端之间，电阻R22连接在电阻R21和运算放大器U11的输入端之间，R23连接在电阻R22和运算放大器U11的输出端之间，电阻R24连接在运算放大器U2的输出端和运算放大器U9的输入端之间，电阻R25连接在运算放大器U9的同向输入端和地之间，电阻R27连接在运算放大器U10同向输入端和地之间，运算放大器U11的输出作为磁控忆阻器FLUX端的输入,忆阻器CHARGE端作为运算放大器U12的输入，忆阻器的GND和VOLTAGE端接地，电阻R28连接在忆阻器CHARGE端和运算放大器U12的输入端，电阻R29连接在电阻R28和运算放大器U12的输出端之间，电阻R30连接在电阻R29和运算放大器U13的输出端之间，电容C4连接在电阻R30和运算放大器U13的输出端之间，R31连接在运算放大器U5的输出端和运算放大器U12的输入端之间，二极管D1、二极管D2和运算放大器U9，运算放大器U10实现绝对值电路，其的作用是当输入运算放大器U9的电压是正电压时运算放大器U9导通，相反，如果输入电压为负时截止，即运算放大器U9不工作；电路中电容C1，电容C2，电容C3和电容C4分别于运算放大器U2，运算放大器U5，运算放大器U7和运算放大器U13构成积分电路，运算放大器U1，运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U6、运算放大器U8、放U11和运算放大器U12构成反向电路，电路中所有运算放大器的同向输入端接地。   
本实用新型实现电路简单，便于集成，对于推动混沌系统在信息处理和保密通信的产业化中有很大的促进作用，产生的这些时域混沌信号可以作为保密通信的混沌信号源,也可以运用到图像加密或者随机比特发生器中。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实施例中用到的元器件有LM348运算放大器、忆阻器、二极管、乘法器、电容、电阻等.加入电路中的电源V CC=+30V,V EE=-30V，运算放大器器加载30V的直流电压，调节电容电阻的值，可以得到不同的混沌信号. 所有运算放大器的同向输入端接地。乘法器M1的输入端连接运算放大器U3和U7的输出端，其输出端接电阻R9。乘法器M2的输入端连接运算放大器U2和U5的输出端，其输出端接R13。电阻R1连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U13的输出端之间。电阻R2连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U5的输出端之间，电阻R3连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U3的输出端之间。电阻R4连接在电阻R1和运算放大器U1的输出端之间，电阻R5连接在运算放大器U1的输出端和运算放大器U2的输入端之间。电容C1连接在电阻R5和电阻R6之间。电阻R6连接在运算放大器U2输出端和运算放大器U3输入端之间。电阻R7连接在电阻R6和运算放大器U3的输出端之间。电阻R10连接在电阻R9和运算放大器U4输出端之间。电阻R11连接在运算放大器U4输出端和运算放大器U5输出端之间。电容C2连接在R11和运算放大器U5输出端之间。R12连接在运算放大器U4的输入端和U5的输出端之间。电阻R14连接在电阻R13和运算放大器U6的输出端。电阻R15连接运算放大器U6的输出端和运算放大器U7的输入端。电容C3连接在电阻R15和运算放大器U7的输出端之间。电阻R16连接在运算放大器U7输出端和运算放大器U8的输入端之间。电阻R17连接在电阻R16和运算放大器U8的输出端之间。电阻R18连接在运算放大器U6的输入端和运算放大器U8的输出端之间。R19连接在运算放大器U9输入端和电阻R26之间。二极管D1连接在R24和运算放大器U9的输出端之间，二极管D2连接在运算放大器U9的输出端和电阻R26之间。电阻R20连接在运算放大器U2的输出端和运算放大器U10的输入端之间。电阻R21连接在电阻R20和运算放大器U10的输出端之间。电阻R22连接在电阻R21和运算放大器U11的输入端之间。R23连接在电阻R22和运算放大器U11的输出端之间。电阻R24连接在运算放大器U2的输出端和运算放大器U9的输入端之间。电阻R25连接在运算放大器U9的同向输入端和地之间，电阻R27连接在运算放大器U10同向输入端和地之间。运算放大器U11的输出作为磁控忆阻器FLUX端的输入,忆阻器CHARGE端作为运算放大器U 12的输入，忆阻器的GND和VOLTAGE端接地。电阻R28连接在忆阻器CHARGE端和运算放大器U12的输入端。电阻R29连接在电阻R28和运算放大器U12的输出端之间。电阻R30连接在电阻R29和运算放大器U13的输出端之间。电容C4连接在电阻R30和运算放大器U13的输出端之间。R31连接在运算放大器U5的输出端和运算放大器U12的输入端之间。二极管D1，D2和运算放大器U9，U10实现绝对值电路，其的作用是当输入U9的电压是正电压时U9导通，相反，如果输入电压为负时截止，即U9不工作。电路中C1，C2，C3和C4分别于运算放大器U2，U5，U7和U13构成积分电路，运算放大器U1，U3，U4，U6，U8，U11和U12分别和相应的电阻构成反向电路。当电路中各参数满足混沌震荡的条件，运算放大器U2、运算放大器U5、运算放大器U7和运算放大器U13就输出该混沌信号，该信号可以直接加载到其中电路中，作为混沌信号源。
这里对电路进行推导和说明，由电路中运算放大器U 1和运算放大器U 2可以得到
        
从而得到
           
取R 1 = 20KΩ,R 2 = R 3 = R 5 = R 6 = R 7 = 10KΩ,C1=10uF可以满足.
通过U 4和U 5列电路方程可以得到
Figure DEST_PATH_IMAGE008
 
求导变换得
Figure DEST_PATH_IMAGE010
         
在式中,R 8 = R 10 = R 11 = 20KΩ,R 9 = R 12 = 100 KΩ,C 2 = 10uF可以得到.
由U 6和U 7得
Figure DEST_PATH_IMAGE014
        
所以
    
Figure DEST_PATH_IMAGE016
             
为了得到,可以取R 14 = R 15 = R 16 = 20KΩ,R 13=R 18=100 KΩ和C 3=10uF.运算放大器U 9和U 10可以实现绝对值电路,极管使用的是D10D2,电路可以得到U 10的输出为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
当R 19 = R 20 = R 21 = R 24 = 20KΩ,R 26 = 10KΩ时,可得.另外R 25 = R 19//R 24 = 10KΩ, R 27 = R 20//R 21//R 26 = 5KΩ.运算放大器U 11的电压输出
Figure DEST_PATH_IMAGE024
,取R 22 = R 23 =1 KΩ得
Figure DEST_PATH_IMAGE026
.
运算放大器U 11的输出作为磁控忆阻器FLUX端的输入,忆阻器CHARGE端作为运算放大器U 12的输入.取忆阻器初始值R off=20KΩ, Ron =100Ω,M =16KΩ,D = 10nm和u v = 10-14m2s-1v-1.由运算放大器U 12和U 13得
Figure DEST_PATH_IMAGE028
          
从而
Figure DEST_PATH_IMAGE030
                
最后我们取R 29 = R 30 = 20KΩ, R 28 = R 31 = 100KΩ和C 4 = 10uF,可以得到
Figure DEST_PATH_IMAGE032
。
利用SPICE软件，模拟实际的电子元器件进行仿真,设置仿真的时间从0到1000 seconds和仿真的最大步长为0.001seconds，就可以得到的四阶混沌系统的各个变量的相图，用以证明本实用新型电路的实现的结果。

Claims (1)

1.一种基于忆阻器的超混沌系统实现电路，其特征在于：所述电路包括乘法器M1，乘法器M1的输入端连接运算放大器U3和运算放大器U7的输出端，其输出端接电阻R9，乘法器M2的输入端连接运算放大器U2和U5的输出端，其输出端接R13，电阻R1连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U13的输出端之间，电阻R2连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U5的输出端之间，电阻R3连接在运算放大器U1的输入端和运算放大器U3的输出端之间，电阻R4连接在电阻R1和运算放大器U1的输出端之间，电阻R5连接在运算放大器U1的输出端和运算放大器U2的输入端之间，电容C1连接在电阻R5和电阻R6之间，电阻R6连接在运算放大器U2输出端和运算放大器U3输入端之间，电阻R7连接在电阻R6和运算放大器U3的输出端之间，电阻R10连接在电阻R9和运算放大器U4输出端之间，电阻R11连接在运算放大器U4输出端和运算放大器U5输出端之间，电容C2连接在R11和运算放大器U5输出端之间，R12连接在运算放大器U4的输入端和U5的输出端之间，电阻R14连接在电阻R13和运算放大器U6的输出端，电阻R15连接运算放大器U6的输出端和运算放大器U7的输入端，电容C3连接在电阻R15和运算放大器U7的输出端之间，电阻R16连接在运算放大器U7输出端和运算放大器U8的输入端之间，电阻R17连接在电阻R16和运算放大器U8的输出端之间，电阻R18连接在运算放大器U6的输入端和运算放大器U8的输出端之间，R19连接在运算放大器U9输入端和电阻R26之间，二极管D1连接在R24和运算放大器U9的输出端之间，二极管D2连接在运算放大器U9的输出端和电阻R26之间，电阻R20连接在运算放大器U2的输出端和运算放大器U10的输入端之间，电阻R21连接在电阻R20和运算放大器U10的输出端之间，电阻R22连接在电阻R21和运算放大器U11的输入端之间，R23连接在电阻R22和运算放大器U11的输出端之间，电阻R24连接在运算放大器U2的输出端和运算放大器U9的输入端之间，电阻R25连接在运算放大器U9的同向输入端和地之间，电阻R27连接在运算放大器U10同向输入端和地之间，运算放大器U11的输出作为磁控忆阻器FLUX端的输入, 磁控忆阻器CHARGE端作为运算放大器U12的输入，磁控忆阻器的GND和VOLTAGE端接地，电阻R28连接在磁控忆阻器CHARGE端和运算放大器U12的输入端，电阻R29连接在电阻R28和运算放大器U12的输出端之间，电阻R30连接在电阻R29和运算放大器U13的输出端之间，电容C4连接在电阻R30和运算放大器U13的输出端之间，R31连接在运算放大器U5的输出端和运算放大器U12的输入端之间，二极管D1、二极管D2和运算放大器U9，运算放大器U10实现绝对值电路，其的作用是当输入运算放大器U9的电压是正电压时运算放大器U9导通，相反，如果输入电压为负时截止，即运算放大器U9不工作；电路中电容C1，电容C2，电容C3和电容C4分别于运算放大器U2，运算放大器U5，运算放大器U7和运算放大器U13构成积分电路，运算放大器U1，运算放大器U3、运算放大器U4、运算放大器U6、运算放大器U8、放U11和运算放大器U12构成反向电路，电路中所有运算放大器的同向输入端接地。
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