專利名稱：一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)混沌電路的方法，具體涉及一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路及方法。
背景技術：
混沌信號具有連續(xù)寬譜和類隨機特性，可應用于保密通信。保密通信所需的混沌信號由混沌電路產(chǎn)生，其安全性依賴于混沌信號的復雜性，正是由于系統(tǒng)自身的非線性才產(chǎn)生了復雜的混沌信號。現(xiàn)有的混沌系統(tǒng)一般具有分段線性、或X2、Γ2型的非線性項，而自然指數(shù)非線性項產(chǎn)生的混沌更為復雜。目前含1非線性項的混沌系統(tǒng)已被報導，但其指數(shù)實現(xiàn)電路用了兩個三極管和兩個二極管，電路復雜且難以匹配，且自然指數(shù)混沌系統(tǒng)還比較少，這是現(xiàn)有技術的不足之處。因此，構造新的自然指數(shù)的混沌系統(tǒng)，尤其給出一種設計指數(shù)混沌電路的優(yōu)化方法是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針 對現(xiàn)有技術的不足，提出了一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路及方法。本發(fā)明一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路，包括第一集成運算放大器U1、第二集成運算放大器U2、第三集成運算放大器U3、第一乘法器U4、第二乘法器U5、第三乘法器U6、第一匹配電阻R1、第二匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第五匹配電阻R7、第六匹配電阻R8、第七匹配電阻R13、第八匹配電阻R15、第九匹配電阻R16、第十匹配電阻R17、第i^一匹配電阻R18、第十二匹配電阻R19、第十三匹配電阻R20、第一可變電阻R5、第二可變電阻R6、第三可變電阻R9、第四可變電阻RlO、第五可變電阻Rl 1、第六可變電阻Rl 2、第七可變電阻R14、第八可變電阻R21、第九可變電阻R22、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3和二極管Dl ;所述的第一集成運算放大器U1、第二集成運算放大器U2、第三集成運算放大器U3采用信號為LF347，所述的第一乘法器U4、第二乘法器U5、第三乘法器U6采用的信號為AD633JN ；
所述的第一集成運算放大器Ul的I腳與第五匹配電阻R7的一端、第六匹配電阻R8的一端連接，第五匹配電阻R7的另一端與第三可變電阻R9的一端、第四可變電阻RlO的一端和第一集成運算放大器Ul的2腳連接，第三可變電阻R9的另一端與第二電容C2的一端、第二集成運算放大器U2的I腳、第一可變電阻R5的一端和第二乘法器U5的3腳連接，第四可變電阻RlO的另一端與第一乘法器U4的7腳連接；第一集成運算放大器Ul的3腳、5腳、10腳、12腳接地，4腳接+15V電源，11腳接-15V電源，6腳與第二匹配電阻R2的一端、第一電容Cl的一端連接,第二匹配電阻R2的另一端與第一匹配電阻Rl的一端、第一集成運算放大器Ul的14腳連接，第一電容Cl的另一端與第二乘法器U5的I腳、第一集成運算放大器Ul的7腳和第三匹配電阻R3的一端連接，第一匹配電阻Rl的另一端與第一可變電阻R5的另一端、第二可變電阻R6的一端和第一集成運算放大器Ul的13腳連接，第二可變電阻R6的另一端與第一集成運算放大器Ul的8腳、第四匹配電阻R4的一端、第一乘法器U4的I腳和第七可變電阻R14的一端連接，第一集成運算放大器Ul的9腳與第三匹配電阻R3的另一端、第四匹配電阻R4的另一端連接；
所述的第一乘法器U4的2腳、4腳、6腳接地，第一乘法器U4的3腳與第十二匹配電阻R19的一端、第三電容C3的一端和第二集成運算放大器U2的8腳連接；第一乘法器U4的5腳接-15V電源，8腳接+15V電源；
所述的第二集成運算放大器U2的2腳與第六匹配電阻R8的另一端、第二電容C2的另一端連接，3腳、5腳、10腳、12腳接地，4腳接15V電源，第11腳接-15V電源，6腳與第九匹配電阻R16的一端、第八可變電阻R21的一端、第九可變電阻R22的一端和第十匹配電阻R17的一端連接，第九匹配電阻R16的另一端與第三集成運算放大器U3的8腳、第七匹配電阻R13的一端連接，第八可變電阻R21的另一端與第二集成運算放大器U2的14腳、第十三匹配電阻R20連接，第九可變電阻R22的另一端與第二乘法器U5的7腳連接；第二集成運算放大器U2的7腳與第十匹配電阻R17的另一端、第十一匹配電阻R18的一端連接，13腳與第十二匹配電阻R19的另一端、第十三匹配電阻R20的另一端連接，9腳與第三電容C3的另一端、第十一匹配電阻R18的另一端連接；
所述的第二乘法器U5的 2腳、4腳、6腳接地，5腳接-15V電源，8腳接+15V電源；所述的第三集成運算放大器U3的I腳與第五可變電阻Rll的一端、第三乘法器U6的I腳、3腳連接，2腳與第五可變電阻Rll的另一端、第七可變電阻R14的另一端連接，3腳、5腳、10腳接地，4腳接+15V電源，11腳接-15V電源，6腳與第六可變電阻R12的一端、二極管Dl的陰極連接，7腳與第六可變電阻R12的另一端、第八匹配電阻R15的一端連接，9腳與第七匹配電阻R13的另一端、第八匹配電阻R15的另一端連接，12腳、13腳、14腳架空；所述的第三乘法器U6的2腳、4腳、6腳接地，5腳接-15V電源，8腳接+15V電源，7腳與二極管Dl的陽極連接。一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路的方法，乘法器U6實現(xiàn)電壓尤2 ,并保持電壓恒為正；把乘法器U6輸出的正電壓Z2加在二極管Dl上，使通過二極管的正向電流按自然指數(shù)變化:
i=l產(chǎn)
二極管Dl電流通過集成運算放大器U3內(nèi)的轉換電路轉換為按指數(shù)變化的電壓，從而實現(xiàn)電壓的指數(shù)運算，集成運算放大器U3內(nèi)的反相器對電圧I預先放大，補償二極管指數(shù)電流中的熱電壓G，所述的Is是二極管的特征電流；
集成芯片LF347內(nèi)有4個運算放大器，集成運算放大器Ul第12、13、14引腳及其外圍電阻R1、R5、R6構成第一加法器，實現(xiàn)Y+(-X)的的加法運算；集成運算放大器Ul的第5、6、7引腳及其外圍電阻R2、電容Cl構成第一積分器，第一積分器輸出為X ;第8、9、10引腳及其外圍電阻R3、R4構成第一反向器,把X反向為-X并提供給所需-X的引腳；第一加法器、第一積分器和第一反相器實現(xiàn)了指數(shù)混沌系統(tǒng)第一個方程的運算:
dx I ^ RlrMv
汝 Rd Ri ,
集成運算放大器Ul的第1、2、3引腳及其外圍電阻R7、R9、RlO構成第二加法器，乘法器U4實現(xiàn)-XZ運算并把輸出送給第二加法器，集成運算放大器U2的第1、2、3引腳及其外圍電阻R8、電容C2構成第二積分器，第二積分器輸出為Y ;此第二加法器和第二積分器實現(xiàn)了指數(shù)混沌系統(tǒng)第二個方程的運算:
權利要求
1.一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路，包括第一集成運算放大器U1、第二集成運算放大器U2、第三集成運算放大器U3、第一乘法器U4、第二乘法器U5、第三乘法器U6、第一匹配電阻R1、第二匹配電阻R2、第三匹配電阻R3、第四匹配電阻R4、第五匹配電阻R7、第六匹配電阻R8、第七匹配電阻R13、第八匹配電阻R15、第九匹配電阻R16、第十匹配電阻R17、第i^一匹配電阻R18、第十二匹配電阻R19、第十三匹配電阻R20、第一可變電阻R5、第二可變電阻R6、第三可變電阻R9、第四可變電阻R10、第五可變電阻R11、第六可變電阻R12、第七可變電阻R14、第八可變電阻R21、第九可變電阻R22、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3和二極管Dl ;所述的第一集成運算放大器U1、第二集成運算放大器U2、第三集成運算放大器U3采用信號為LF347，所述的第一乘法器U4、第二乘法器U5、第三乘法器U6采用的信號為AD633JN ； 其特征在于:所述的第一集成運算放大器Ul的I腳與第五匹配電阻R7的一端、第六匹配電阻R8的一端連接，第五匹配電阻R7的另一端與第三可變電阻R9的一端、第四可變電阻RlO的一端和第一集成運算放大器Ul的2腳連接，第三可變電阻R9的另一端與第二電容C2的一端、第二集成運算放大器U2的I腳、第一可變電阻R5的一端和第二乘法器U5的3腳連接，第四可變電阻RlO的另一端與第一乘法器U4的7腳連接；第一集成運算放大器Ul的3腳、5腳、10腳、12腳接地，4腳接+15V電源，11腳接-15V電源，6腳與第二匹配電阻R2的一端、第一電容Cl的一端連接,第二匹配電阻R2的另一端與第一匹配電阻Rl的一端、第一集成運算放大器Ul的14腳連接，第一電容Cl的另一端與第二乘法器U5的I腳、第一集成運算放大器Ul的7腳和第三匹配電阻R3的一端連接，第一匹配電阻Rl的另一端與第一可變電阻R5的另一端、第二可變電阻R6的一端和第一集成運算放大器Ul的13腳連接，第二可變電阻R6的另一端與第一集成運算放大器Ul的8腳、第四匹配電阻R4的一端、第一乘法器U4的I腳和第七可變電阻R14的一端連接，第一集成運算放大器Ul的9腳與第三匹配電阻R3的另一端、第四匹配電阻R4的另一端連接； 所述的第一乘法器U4的2腳、4腳、6腳接地，第一乘法器U4的3腳與第十二匹配電阻R19的一端、第三電容C3的 一端和第二集成運算放大器U2的8腳連接；第一乘法器U4的5腳接-15V電源，8腳接+15V電源； 所述的第二集成運算放大器U2的2腳與第六匹配電阻R8的另一端、第二電容C2的另一端連接，3腳、5腳、10腳、12腳接地，4腳接15V電源，第11腳接-15V電源，6腳與第九匹配電阻R16的一端、第八可變電阻R21的一端、第九可變電阻R22的一端和第十匹配電阻R17的一端連接，第九匹配電阻R16的另一端與第三集成運算放大器U3的8腳、第七匹配電阻R13的一端連接，第八可變電阻R21的另一端與第二集成運算放大器U2的14腳、第十三匹配電阻R20連接，第九可變電阻R22的另一端與第二乘法器U5的7腳連接；第二集成運算放大器U2的7腳與第十匹配電阻R17的另一端、第十一匹配電阻R18的一端連接，13腳與第十二匹配電阻R19的另一端、第十三匹配電阻R20的另一端連接，9腳與第三電容C3的另一端、第十一匹配電阻R18的另一端連接； 所述的第二乘法器U5的2腳、4腳、6腳接地，5腳接-15V電源，8腳接+15V電源；所述的第三集成運算放大器U3的I腳與第五可變電阻Rll的一端、第三乘法器U6的I腳、3腳連接，2腳與第五可變電阻Rll的另一端、第七可變電阻R14的另一端連接，3腳、5腳、10腳接地，4腳接+15V電源，11腳接-15V電源，6腳與第六可變電阻R12的一端、二極管Dl的陰極連接，7腳與第六可變電阻R12的另一端、第八匹配電阻R15的一端連接，9腳與第七匹配電阻R13的另一端、第八匹配電阻R15的另一端連接，12腳、13腳、14腳架空； 所述的第三乘法器U6的2腳、4腳、6腳接地，5腳接-15V電源，8腳接+15V電源，7腳與二極管Dl的陽極連接。
2.一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路的方法，其特征在于:乘法器U6實現(xiàn)電壓X2 ,并保持電壓恒為正；把乘法器U6輸出的正電壓Z2加在二極管Dl上，使通過二極管的正向電流按自然指數(shù)變化:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)自然指數(shù)混沌模擬電路及方法，本發(fā)明利用單個二極管實現(xiàn)了電壓的自然指數(shù)運算，采用了PN結熱電壓的補償電路，使得指數(shù)混沌電路更為簡單、精確和穩(wěn)定，該自然指數(shù)混沌電路能夠產(chǎn)生更為復雜的混沌信號，可用于基于混沌的保密通信及信息加密之中，使得信息的安全性更高。本發(fā)明豐富了混沌系統(tǒng)的種類數(shù)量，增加了實現(xiàn)混沌系統(tǒng)的電路類型，其中實現(xiàn)指數(shù)運算的方法及電路也可應用于其它需要進行指數(shù)運算的領域。
文檔編號H04L9/00GK103227713SQ201310112218
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權日2013年4月1日
發(fā)明者王光義, 劉云飛, 劉公致, 王忠林 申請人:杭州電子科技大學