KR20060001736A - Chaos signal generator using an op amp - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카오스 신호 발생기에 관한 것으로, 오피 엠프(OP AMP) 회로의 비선형 특성을 이용하여 간단하게 카오스 신호를 발생하여 카오스(chaos) 신호를 이용한 암호 시스템의 구현을 가능하게 하는 오피 엠프를 이용한 카오스 신호 발생기에 관한 것이다. 이를 위하여 본 발명의 카오스 신호 발생기는, 오피엠프부(20)에 입력전압을 공급하는 전원부(10)와, 상기 입력부(10)의 입력전압에 따라 비선형 신호를 출력하는 오피엠프로 구성되는 오피엠프부(20)와, 상기 오피엠프부(20)의 출력신호를 안정화 시키는 안정화부(30)와, 상기 오피엠프부(20)의 출력전압을 상기 오피엠프부의 입력전압에 피드백(feedback)시켜서 다시 오피엠프부(20)의 입력신호로 입력되게 하는 궤환부(40)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a chaos signal generator, chaos using the op amp to generate a chaos signal simply by using the nonlinear characteristics of the OP AMP circuit enabling the implementation of a cryptographic system using a chaos signal It relates to a signal generator. To this end, the chaos signal generator of the present invention is an op amp comprising a power supply unit 10 for supplying an input voltage to the op amp unit 20 and an op amp for outputting a nonlinear signal according to the input voltage of the input unit 10. The unit 20, the stabilization unit 30 for stabilizing the output signal of the op amp unit 20, and the output voltage of the op amp unit 20 is fed back to the input voltage of the op amp unit Characterized in that it consists of a feedback unit 40 to be input as the input signal of the op amp 20.

카오스, 카오스 신호 발생기, 오피엠프, 카오스 신호Chaos, Chaos Signal Generator, Opamp, Chaos Signal

Description

오피 엠프를 이용한 카오스 신호 발생기{chaos signal generator using an OP AMP} Chaos signal generator using an OP AMP}             

도 1은 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기의 블록도이다.1 is a block diagram of a chaotic signal generator in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기의 일실시예 이다.2 is an embodiment of a chaotic signal generator according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기에서 입력전압에 출력특성이다.3 is an output characteristic to the input voltage in the chaos signal generator according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기에서 전압에 따른 갈래질 모양이다.Figure 4 is a chaotic shape according to the voltage in the chaos signal generator according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기에서의 카오스 끌개 모양이다. 5 is a chaotic chariot shape in the chaotic signal generator according to the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 입력부 20: 오피 엠프부 10: input unit 20: op amp part

30: 안정화부 40: 궤환부30: stabilization part 40: feedback part

본 발명은 카오스 신호 발생기에 관한 것으로, 오피 엠프(OP AMP) 회로의 비선형 특성을 이용하여 간단하게 카오스 신호를 발생하여 카오스(chaos) 신호를 이용한 암호 시스템의 구현을 가능하게 하는 오피 엠프를 이용한 카오스 신호 발생기에 관한 것이다. The present invention relates to a chaos signal generator, chaos using the op amp to generate a chaos signal simply by using the nonlinear characteristics of the OP AMP circuit enabling the implementation of a cryptographic system using a chaos signal It relates to a signal generator.

최근 카오스 현상을 이용하여 산업에 응용하고자하는 일들이 광범위하게 진행되고 있다. 그 예로는 카오스의 제어, 카오스의 동기화를 이용한 암호화 방법 개발 등이 여기에 속한다. 이중 카오스를 암호에 이용하려면 적절한 카오스 신호 발생기가 필요한데 이를 위해 이론적으로 연구된 카오스를 일으키는 수식을 전자회로로 구현하게 된다. 전자회로에서 카오스 식의 구현은 많은 전자부품을 사용해야하는데 그 문제점으로 회로 하나당의 가격이 비싸지는 흠이 있고 두 번째로는 이렇게 구현한 회로는 부품들 사이의 조그만 차이가 합쳐지면서 많은 부품들로 인해 발생되는 오차가 큰 영향을 미치게 되어, 모든 계수가 동일한 복수의 카오스 신호 발생기를 전자 회로로 구현할 수 없다는 문제점이 있다. 이런 문제점으로 인하여 전자회로에서의 카오스 식 구현은 더욱 어려워지며 이를 위해 정밀한 부품을 구해야하고 아무리 정밀한 부품이라 할지라도 부품간의 조그만 오차로 항상 동일한 계수 값을 가지는 복수의 카오스 신호 발생기를 만들지 못하는 문제점이 있다. Recently, there are a lot of things that are going to be applied to industry using chaos phenomenon. Examples include chaos control, development of encryption methods using chaos synchronization, and the like. In order to use the double chaos in cryptography, an appropriate chaos signal generator is required. For this purpose, a mathematically generated formula for generating chaos is implemented as an electronic circuit. Chaos-type implementation in electronic circuits requires the use of many electronic components. The problem is that the cost per circuit is expensive. Second, the circuits implemented in this way are caused by many components due to the small differences between components. There is a problem that the error is greatly affected, it is impossible to implement a plurality of chaotic signal generators with the same coefficients in the electronic circuit. Due to this problem, the chaotic expression is more difficult to implement in electronic circuits. Therefore, it is necessary to obtain precise parts for this purpose, and even a precise part may not produce a plurality of chaos signal generators that always have the same coefficient value due to the small error between parts. .

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 제안된 것으로서, 입력전압에 따른 오피 엠프(OP AMP) 회로의 비선형 특성을 이용하여 간단하게 카오스 신호를 발생할 수 있는 오피 엠프를 이용한 카오스 신호 발생기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
The present invention has been proposed to solve the above problems, an object of the present invention to provide a chaos signal generator using an op amp that can simply generate a chaos signal by using the non-linear characteristics of the OP AMP circuit according to the input voltage I am doing it.

상기의 목적을 이루기 위하여 카오스 신호 발생기는, 오피엠프부(20)에 입력전압을 공급하는 전원부(10)와 두개의 입력단자로 이루어지고, 하나의 궤환단자와 하나의 출력단자를 가지며, 상기 전원부의 입력전압의 변화에 따라, 비선형 신호를 출력하는 오피엠프로 구성되는 오피엠프부(20)와 상기 오피엠프부(20)의 출력전압을 상기 오피엠프부의 입력전압에 피드백(feedback)시켜서 다시 오피엠프부(20)의 입력신호로 입력되게 하는 궤환부(40)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the chaos signal generator includes a power supply unit 10 and two input terminals for supplying an input voltage to the op amp unit 20, and has one feedback terminal and one output terminal. In response to a change in the input voltage of the op amp part 20, which is composed of an op amp for outputting a nonlinear signal and the output voltage of the op amp part 20 is fed back to the input voltage of the op amp part and Characterized in that it consists of a feedback portion 40 to be input to the input signal of the amplifier 20.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기의 블록도이다.1 is a block diagram of a chaotic signal generator in accordance with the present invention.

도 1은 전원부(10), 오피엠프부(20), 안전화부(30), 궤환부(40)로 이루어지며, 전원부(10)는 오피엠프부에 전압을 공급하는 두개의 단자로 이루어진다. 두개의 단자는 양전압과 음전압으로 이루어지는 게 일반적이다.1 is composed of a power supply unit 10, op amp 20, safety shoes 30, the feedback unit 40, the power supply 10 is composed of two terminals for supplying a voltage to the op amp. The two terminals generally consist of a positive voltage and a negative voltage.

오피엠프부(20)는 전자부품인 오피엠프로 이루어지며, 두개의 입력단자, 1개의 피드백단자, 1개의 출력단자를 가진다. 일반적으로, 오피엠프는 모든 회로에서 연산을 위해 광범위하게 사용되고 있다. 그 예로는 덧셈, 뺄셈 곱셈, 나눗셈 외에도 적분, 미분 등을 위해서도 사용되고 로그함수와 같은 각종 비선형 함수를 만드는 데에도 사용된다. 오피엠프는 내부의 회로에 의해 입력과 출력 사이에 위상 차이가 생기게 된다. 이 위상 차이로 인해 주기 신호가 발생하게 된다. 오피엠프부(20)는 전원부에서 공급되는 전압값의 변화에 따라, 비선형 신호를 발생하며, 상기 비선형 신호는 카오스 신호 또는 들뜸신호의 형태를 가지게 된다. The op amp unit 20 is composed of an op amp, which is an electronic component, and has two input terminals, one feedback terminal, and one output terminal. In general, op amps are widely used for computation in all circuits. For example, in addition to addition, subtraction multiplication, and division, it is used not only for integration and derivative, but also for making various nonlinear functions such as logarithmic functions. Op amps have a phase difference between the input and output due to internal circuitry. This phase difference causes a periodic signal to be generated. The op amp unit 20 generates a non-linear signal according to a change in the voltage value supplied from the power supply unit, and the non-linear signal has a form of a chaotic signal or an excitation signal.

안정화부(30)는 오피엠프부(20)의 전력을 안정화하는 역할을 담당한다. The stabilization unit 30 is responsible for stabilizing the power of the op amp unit 20.

궤환부(40)는 출력전압을 입력전압에 피드백(feedback)시켜서 다시 오피엠프부(20)의 입력신호로 입력되게 한다. 궤한부는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스, 다이오드 등의 소자들을 포함할 수 있으며, 소자를 전혀 포함하지 않게 되면 출력전압이 그래도 입력단자에 피드백되는 것을 말한다. The feedback unit 40 feeds back the output voltage to the input voltage so as to be input again as an input signal of the operational amplifier unit 20. The tracker may include devices such as resistors, inductances, capacitances, and diodes, and when no devices are included, the output voltage is fed back to the input terminal.

도 2는 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기의 일실시예를 도시한다.2 illustrates one embodiment of a chaotic signal generator in accordance with the present invention.

도 2에서 회로는 오피엠프부는 LF357(National Instrument) 오피엠프를 사용하여, 카오스 신호 발생기의 전체 회로를 구성한 것이다. 이 회로에는 오피엠프의 종류나 회로의 간단한 변화 혹은 전원의 입력전압값에 따라 오피엠프의 출력값은 다양한 카오스 신호 혹은 들뜸(excitable) 현상을 만들게 된다. 오피엠프에서의 이러한 비선형 특성은 새로운 카오스 현상으로 해석할 수 있으며, 이러한 출력신호를 카오스 신호로써 사용할 수 있기 때문에, 오피엠프를 이용하여 간단히 카오스 시스템을 만들 수 있는 것이다. 이런 간단한 카오스 시스템은 그 특성상 카오스계 사이의 계수가 거의 동일해 카오스 시스템을 이용한 암호 등에 유용하게 쓰일 수 있다. In the circuit of FIG. 2, the op amp unit uses the LF357 (National Instrument) op amp to configure the entire circuit of the chaos signal generator. In this circuit, the output value of the op amp generates various chaotic signals or excitation depending on the type of the op amp, the simple change of the circuit, or the input voltage value of the power supply. This nonlinear characteristic of the op amp can be interpreted as a new chaos phenomenon, and since the output signal can be used as a chaos signal, it is possible to simply create a chaotic system using the op amp. Such a simple chaotic system has almost identical coefficients between chaotic systems, so it can be useful for cryptography using a chaotic system.

도 3은 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기의 다양한 비선형 현상을 도시한 것이다. 3 illustrates various nonlinear phenomena of the chaotic signal generator according to the present invention.

이 다양한 비선형 성질은 도 2의 LF357 (National Instrument) 오피엠프를 이용하였고, 궤한부의 저항값은 0으로 두었으며, 입력전원 중 음전원은 -3.72 볼트로 고정시키고, 양 전원의 값을 변화시키면서 그에 따른 출력값의 비선형 특성을 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 카오스 신호 발생기는 양 전원의 전압 값에 따라 다양한 카오스가 생기는데 2V에서는 주기 1T(도3a), 4.3V에서 주기 2T(도3b), 5.5V에서 카오스(도3c), 6.05 V에서 제1형 간헐성(도3d), 6.2 V에서 주기 3T(도3e), 8.0 V에서 카오스(도3f), 9.7 V에서 제3형 간헐성(도3g)등을 보인다. 이것을 보면 오피엠프는 이런 간단한 회로에서 다양한 비선형 현상을 보임을 알 수 있는데 이것을 갈래질 도표(bifurcation diagram)로 보면 도 4과 같다. 도4(a)에 의하면, 신호가 주기 배가 갈래질(periodic doubling bifurcation)을 통하여 카오스에 이르고 카오스와 주기 3T의 주기창 등이 나타나고, 약9,8V를 넘어서면 다시 제3형 간헐성을 거쳐 주기 2T에 이르고 이것이 다시 주시 1T로 바뀜을 알 수 있다. 도4(b)는 상기 도4(a)에 따른 최대 랴프노브(lyapunov)지수를 나타낸 것이다. 즉, 도2에서 Ve를 고정시키고, Vc를 변화시키면서 구한 최대 랴프노브(lyapunov)지수를 나타낸 것이다.The various nonlinear properties were used for the LF357 (National Instrument) op amp of FIG. 2, and the resistance value of the track part was set to 0, and the negative power of the input power was fixed at -3.72 volts, and the value of the positive power was changed. The nonlinear characteristics of the output values are shown. Chaos signal generator according to the present invention generates a variety of chaos according to the voltage value of both power sources, the cycle 1T (Fig. 3a) at 2V, the cycle 2T (Fig. 3b) at 4.3V, chaos (Fig. 3c) at 5.5V, at 6.05V Type 1 intermittent (FIG. 3D), period 3T (FIG. 3E) at 6.2 V, chaos (FIG. 3F) at 8.0 V, type 3 intermittent (FIG. 3G) at 9.7 V, and the like. It can be seen that OPAMP exhibits various nonlinear phenomena in this simple circuit, which is shown in FIG. 4 as a bifurcation diagram. According to Fig. 4 (a), the signal reaches chaos through periodic doubling bifurcation, and a periodic window of chaos and period 3T appears, and passes through the third type intermittent again after about 9,8V. You can see that it reaches 2T and this turns to 1T again. FIG. 4 (b) shows the maximum lyapunov index according to FIG. 4 (a). In other words, Fig. 2 shows the maximum Lyapunov index obtained by fixing Ve and changing Vc.

또 5는 카오스 끌개에 대한 도면이며, 카오스가 발생시에 나타나는 끌개모양의 카오스를 도시한 것이다. 5 is a drawing of the chaos chisel, showing the chaotic chaos that appears when chaos occurs.

또한, OPA27등과 같은 오피엠프에서 도2와 같이 회로를 구성하면 이 회로는 들뜸 현상이 생긴다는 것이다. 이런 현상은 신경망에서 일어나는 일반적인 현상의 하나로 뇌의 현상을 구현하는데 쓰일 수 있다.In addition, when a circuit is configured as shown in FIG. 2 in an OMP such as OPA27, the circuit is lifted up. This is one of the common phenomena in neural networks and can be used to implement brain phenomena.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서, 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명에 대한 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다. As described above, although preferred embodiments of the present invention have been described in detail, in the technical field to which the present invention belongs, those of ordinary skill in the art should not depart from the spirit and scope of the present invention as defined in the appended claims. The present invention may be practiced in various ways without modification. Therefore, changes in the future embodiments of the present invention will not depart from the technology of the present invention.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 오피엠프와 같은 간단한 부품으로 카오스 신호나 들뜸 신호를 발생시킬 수 있으므로 저렴한 가격의 카오스 신호 발생기를 만들 수 있고, 이것들을 연결하면 복잡한 카오스 신호 발생기 까지 만들 수 있어, 고차원의 카오스 시스템, 초카오스 시스템 등을 쉽게 만들 수 있을뿐더러 부품 하나 하나의 계수 차이가 작아 카오스를 이용한 암호 등 카오스 신호의 응용에 쉽게 쓸 수 있다. 더구나 본 발명에서의 카오스 신호 발생기는 카오스신호의 주기가 빨라, 빠른 카오스 신호를 위한 손쉬운 카오스 시스템으로 사용할 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

As described above, the present invention can generate a chaos signal or excitation signal with a simple component such as an op amp, thereby making it possible to make a low-cost chaos signal generator, and by connecting them, a complicated chaos signal generator can be made. It is not only easy to make high-order chaos system, chochaos system, etc., but also small coefficient difference of each part makes it easy to use for chaos signal application such as encryption using chaos. In addition, the chaos signal generator in the present invention has the effect that can be used as an easy chaos system for the fast chaos signal cycle of the chaos signal.

Claims (5)

오피엠프부(20)에 입력전압을 공급하는 전원부(10)와;A power supply unit 10 for supplying an input voltage to the op amp unit 20; 두개의 입력단자로 이루어지고, 하나의 궤환단자와 하나의 출력단자를 가지며, 상기 전원부의 입력전압의 변화에 따라, 비선형 신호를 출력하는 오피엠프로 구성되는 오피엠프부(20)와;An op amp unit 20 comprising two input terminals, having one feedback terminal and one output terminal and configured as an op amp for outputting a nonlinear signal according to a change in the input voltage of the power supply unit; 상기 오피엠프부(20)의 출력전압을 상기 오피엠프부의 입력전압에 피드백(feedback)시켜서 다시 오피엠프부(20)의 입력신호로 입력되게 하는 궤환부(40)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오피엠프를 이용한 카오스 신호 발생기The op amp comprises a feedback unit 40 which feeds back the output voltage of the op amp unit 20 to the input voltage of the op amp unit and inputs the input signal of the op amp unit 20 again. Chaos Signal Generator 제1항에 있어서, 상기 오피엠프부(20)의 출력신호를 안정화 시키는 안정화부(30)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 오피엠프를 이용한 카오스 신호 발생기 According to claim 1, Chaos signal generator using an op amp further comprises a stabilization unit 30 for stabilizing the output signal of the op amp 20 제1항에 있어서, 상기 오피엠프부는 입력과 출력 사이에 위상 차이로 인해 주기신호가 발생하는 것을 특징으로 하는 오피엠프를 이용한 카오스 신호 발생기 The chaos signal generator of claim 1, wherein the op amp unit generates a periodic signal due to a phase difference between an input and an output. 제1항에 있어서, 상기 궤환부는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스, 다이오드 등의 소자들을 포함할 수 있으며, 소자를 전혀 포함하지 않게 되면 출력전압이 그대로 피드백되는 것을 특징으로하는 오피엠프를 이용한 카오스 신호 발생기The chaos signal generator of claim 1, wherein the feedback unit may include elements such as a resistor, an inductance, a capacitance, a diode, and the output voltage is fed back as it is when no elements are included. 제1항에 있어서, 상기 출력되는 비선형 신호는 카오스 신호이거나, 들뜸신호인 것을 특징으로하는 오피엠프를 이용한 카오스 신호 발생기 The chaos signal generator using an op amp according to claim 1, wherein the output nonlinear signal is a chaos signal or an excitation signal.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100739121B1 (en) * 2006-04-19 2007-07-13 삼성전자주식회사 Signal generator and generating method thereof and rf communication system
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CN107612677A (en) * 2017-11-10 2018-01-19 西京学院 A kind of four hyperchaotic circuits of four-dimension

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