可容錯的分形拓撲電路網絡結構的製作方法

2023-06-15 20:35:56 4

可容錯的分形拓撲電路網絡結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可容錯的分形拓撲電路網絡結構，包括一個或多個基礎電路單元，基礎電路單元包括三個開關和兩個功能元件，第一開關的第一端與第一功能元件的第一端連接並作為基礎電路單元的第一連接端，第一開關的第二端分別與第二功能元件的第一端和第二開關的第一端連接，第一功能元件的第二端分別與第二開關的第二端和第三開關的第一端連接，第二功能元件的第二端和第三開關的第二端連接並作為基礎電路單元的第二連接端。本實用新型所述電路拓撲結構基於分形設計理論，能夠簡單、方便地實現複雜串並聯電路系統的較大範圍的容錯效果，可將電路拓撲結構中任一功能元件進行隔離或接入，也可用於需要進行動態調整電學參數的場合。
【專利說明】可容錯的分形拓撲電路網絡結構

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種電路網絡結構，尤其涉及一種可容錯的分形拓撲電路網絡結構。

【背景技術】
[0002] 在電子、電氣產品設計中，對於不同的使用環境，往往需要有針對性的進行產品的 可靠性設計，容錯設計就是提高產品可靠性的一種常用方法，而對關鍵元件進行冗餘設計 又是容錯設計的一種最直接手段。一般的冗餘設計包括雙模、三模冗餘，模數較多的冗餘設 計由於電路複雜程度隨著模數的增加而增加，產品的可靠性增長不再明顯。尤其是對於一 些串聯繫統，或較為複雜的串並聯繫統，僅使用簡單的雙模或三模冗餘設計，也往往在產品 體積、重量以及成本上付出很大代價。
[0003] 此外，在電路設計中，當要求的電阻、電容、電感等元件值為非標準值時，必須使用 多個元件進行串並聯才能得到需要的設計值。此時，如果在應用中還需要實現阻抗、容抗、 感抗等參數的動態精確調整，則一般只能通過設置幾組已串並聯好的元件，然後通過開關 按組切換，來達到不同阻值的動態調整。但這種方法僅適用於阻值調整範圍有限的情況下， 當要求實現的阻值較多時，通過固定的串並聯組實現，就會帶來元件數量多、可靠性降低、 廣品體積大等缺點。
[0004] 綜上，目前還沒有一種合理的電路結構，能夠實現較大範圍容錯或可方便調整電 學參數同時保持電子元件的高利用率以減小整個電路體積的功能。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的就在於為了解決上述問題而提供一種可容錯的分形拓撲電路 網絡結構。
[0006] 本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：
[0007] -種可容錯的分形拓撲電路網絡結構，包括基礎電路單元，所述基礎電路單元包 括第一開關、第二開關、第三開關、第一功能元件和第二功能元件，所述第一開關的第一端 與所述第一功能元件的第一端連接並作為所述基礎電路單元的第一連接端，所述第一開關 的第二端分別與所述第二功能元件的第一端和所述第二開關的第一端連接，所述第一功能 元件的第二端分別與所述第二開關的第二端和所述第三開關的第一端連接，所述第二功能 元件的第二端和所述第三開關的第二端連接並作為所述基礎電路單元的第二連接端。
[0008] 上述基礎電路單元中，通過三個開關可以實現兩個功能元件的任意隔離，或實現 兩個功能元件的串聯或並聯連接，從而實現兩個功能元件的任意組合應用。
[0009] 根據需要，所述基礎電路單元可以為一個，所述基礎電路單元的兩個連接端分別 作為所述電路網絡結構的兩個連接端。
[0010] 所述基礎電路單元也可以為任意多個，所述電路拓撲結構的總電路結構與所述基 礎電路單元的電路結構相同，用某個所述基礎電路單元替換所述總電路結構的第一功能元 件或第二功能元件形成電路單元，或者，用某個所述電路單元替換所述總電路結構的第一 功能元件或第二功能元件形成電路；以此類推，最後形成所述電路網絡結構。這種替換、迭 代的設計稱為分形設計，其分形理論的最基本特點是用分數維度的視角和數學方法描述和 研究客觀事物，也就是用分形分維的數學工具來描述研究客觀事物，是一種已經成熟應用 的設計方法，但目前尚未應用於電路網絡結構的設計中；當利用所述基礎電路單元進行迭 代構成新的電路網絡結構時，其分形迭代理論的最基本特點是結構的自相似性和標度不變 性。根據需要，所述基礎電路單元可以做零次至任意次迭代，迭代也可以為全迭代或部分迭 代，以生成所需的電路網絡結構。
[0011] 根據實際應用需要，所述開關為機械開關或電子開關，也可以為其它所有可完成 通斷功能的器件；所述第一功能元件和所述第二功能元件均為電子元件或集成晶片，也可 以為其它完成特定功能的電路單元。
[0012] 本實用新型的有益效果在於：
[0013] 本實用新型所述電路網絡結構基於分形設計理論，能夠簡單、方便地實現複雜串 並聯電路系統的較大範圍的容錯效果，可將電路網絡結構中任一出現故障的功能元件隔離 在系統之外，並將備份的功能元件接入系統中；還可方便地用於動態調整電學參數，同時保 持功能兀件的1?利用率以減小整個電路的體積、提1?電路可罪性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型所述分形拓撲電路網絡結構中基礎電路單元的電路圖；
[0015] 圖2是本實用新型所述分形拓撲電路網絡結構為一次迭代結構的電路圖，包含兩 個基礎電路單兀；
[0016] 圖3是本實用新型所述分形拓撲電路網絡結構為二次部分迭代結構的電路圖，包 含三個基礎電路單元。

【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：
[0018] 如圖1所示，本實用新型所述可容錯的分形拓撲電路網絡結構，包括基礎電路單 元，基礎電路單元包括第一開關K1、第二開關K2、第三開關K3、第一功能元件A1和第二功能 元件A2,第一開關K1的第一端與第一功能元件A1的第一端連接並作為基礎電路單元的第 一連接端U1，第一開關K1的第二端分別與第二功能元件A2的第一端和第二開關K2的第一 端連接，第一功能元件A1的第二端分別與第二開關K2的第二端和第三開關K3的第一端連 接，第二功能元件A2的第二端和第三開關K3的第二端連接並作為基礎電路單元的第二連 接端U2。第一開關K1、第二開關K2、第三開關K3可以為機械開關或電子開關，也可以為其 它所有可完成通斷功能的器件，第一功能元件A1和第二功能元件A2均為電子元件或集成 晶片，也可以為其它完成特定功能的電路單元，如電阻、電容、電感、電池或含有加、減以及 邏輯運算功能的其它各種電路單元。
[0019] 根據實際應用需要，本電路網絡結構的基礎電路單元可以為一個，則如圖1所示， 基礎電路單元的兩個連接端U1和U2分別作為本電路網絡結構的兩個連接端。
[0020] 基礎電路單元也可以為多個，則如圖2和圖3所示，電路網絡結構的總電路結構與 基礎電路單元的電路結構相同，分形迭代時用某個基礎電路單元替換總電路結構的第一功 能元件或第二功能元件形成電路單元，或者，用某個電路單元替換總電路結構的第一功能 元件或第二功能元件形成電路；以此類推，最後形成所述電路網絡結構。
[0021] 下面以一次迭代和二次部分迭代為例進行說明：
[0022] 如圖2所示，基礎電路單元為兩個，即圖2中的兩個虛線框，將基礎電路單元中的 功能元件用基礎電路單元本身替換，生成的電路網絡結構的總電路結構與基礎電路單元的 電路結構相同，包括第一總開關ΚΓ、第二總開關K2'、第三總開關K3'、第一總功能單元ΑΓ 和第二總功能單元A2'，兩個總連接端分別為U1'和U2'。從電路結構來分析，其中的第一 總開關ΚΓ、第二總開關K2'、第三總開關K3'分別與圖1中的基礎電路單元中的第一開關 K1、第二開關K2、第三開關K3對應，第一總功能單元ΑΓ、第二總功能單元A2'分別與圖1 中的基礎電路單元中的第一功能元件A1、第二功能元件A2對應。本例的電路網絡結構中 的第一總功能單元ΑΓ和第二總功能單元A2'分別由一個基礎電路單元替換，從而形成共 2個基礎電路單元、9個開關和4個功能元件的電路網絡結構。
[0023] 如圖3所示，基礎電路單元為三個，即圖3中的三個虛線框，在一次迭代生成的電 路網絡結構的基礎上再次進行迭代，將一次迭代生成的電路網絡結構中的功能元件部分 (也可全部）用基礎電路單元進行替換，生成的電路拓撲結構的總電路結構與基礎電路單 元的電路結構相同，包括第一總開關ΚΓ '、第二總開關K2' '、第三總開關K3' '、第一總功能 單元ΑΓ '和第二總功能單元A2''，兩個總連接端分別為U1''和U2''。從電路結構來分析， 其中的第一總開關ΚΓ'、第二總開關K2''、第三總開關K3''分別與圖1中的基礎電路單元 中的第一開關K1、第二開關K2、第三開關K3對應，第一總功能單元ΑΓ '、第二總功能單元 A2''分別與圖1中的基礎電路單元中的第一功能元件A1、第二功能元件A2對應。本例的 電路拓撲結構中的第一總功能單元ΑΓ'由一個電路單元替換，該電路單元與上述圖2中的 電路網絡結構相同，在此不再贅述；第二總功能單元A2''由另一個電路單元替換，該電路 單元與上述圖2中的電路網絡結構僅有一處不同，直接採用了基礎電路單元的第二功能元 件A2作為上述圖2中的電路網絡結構的第二總功能單元A2'。本例中最後形成共3個基礎 電路單元、18個開關和7個功能元件的電路網絡結構。
[0024] 以此類推，可通過對基礎電路單元的反覆迭代，得到含η個功能元件的電路網絡 結構，其開關數量為3 (η-1)個。
[0025] 上述各電路網絡結構中，可以通過多個開關實現多個功能元件的任意隔離，或實 現多個功能元件的串聯或並聯連接，從而實現多個功能元件的任意組合應用。具體如下：
[0026] 如圖1所示，在未進行迭代時，當第一開關Κ1、第二開關Κ2關斷，第三開關Κ3閉合 時，第一功能元件Α1處於使用狀態，第二功能元件Α2被隔離；當第一開關Κ1閉合，第二開 關Κ2、第三開關Κ3關斷時，第二功能元件2處於使用狀態，第一功能元件1被隔離。
[0027] 該電路網絡結構還可實現第一功能元件Α1和第二功能元件Α2串、並聯連接，其 串、並聯狀態對應的開關動作如下表（〇表示關，1表示開）所示：
[0028]

【權利要求】
1. 一種可容錯的分形拓撲電路網絡結構，其特徵在於：包括基礎電路單元，所述基礎 電路單元包括第一開關、第二開關、第三開關、第一功能元件和第二功能元件，所述第一開 關的第一端與所述第一功能元件的第一端連接並作為所述基礎電路單元的第一連接端，所 述第一開關的第二端分別與所述第二功能元件的第一端和所述第二開關的第一端連接，所 述第一功能元件的第二端分別與所述第二開關的第二端和所述第三開關的第一端連接，所 述第二功能元件的第二端和所述第三開關的第二端連接並作為所述基礎電路單元的第二 連接端。
2. 根據權利要求1所述的可容錯的分形拓撲電路網絡結構，其特徵在於：所述基礎電 路單元為一個，所述基礎電路單元的兩個連接端分別作為所述電路網絡結構的兩個連接 端。
3. 根據權利要求1所述的可容錯的分形拓撲電路網絡結構，其特徵在於：所述基礎電 路單元為任意多個，所述電路網絡結構的總電路結構與所述基礎電路單元的電路結構相 同，用某個所述基礎電路單元替換所述總電路結構的第一功能元件或第二功能元件形成電 路單元，或者，用某個所述電路單元替換所述總電路結構的第一功能元件或第二功能元件 形成電路；以此類推，最後形成所述電路網絡結構。
4. 根據權利要求1、2或3所述的可容錯的分形拓撲電路網絡結構，其特徵在於：所述 開關為機械開關或電子開關；所述第一功能元件和所述第二功能元件均為電子元件或集成 -H-* LL 心/T 〇
【文檔編號】H03K19/00GK203840318SQ201420260310
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】吳付崗, 周繼昆, 鄧婷, 王蕾, 張 榮 申請人:中國工程物理研究院總體工程研究所