兩個非線性自然指數函數實現的混沌電路的製作方法

2023-12-04 11:14:41

兩個非線性自然指數函數實現的混沌電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩個非線性自然指數函數實現的混沌電路。根據二極體電流特性來實現電壓的自然指數運算，利用乘法器U4實現電壓x2運算，並保持電壓恆為正；將電壓自然指數運算與電壓的x2運算結合實現電壓的運算；單個的電壓自然指數運算來實現電壓的ez運算。利用電壓的ez運算、電壓的運算、集成運算放大器構成的電壓加法運算、電壓積分運算、電壓反向運算實現了該混沌系統的數學結構運算電路。該電路設計精簡，穩定性好，可產生更為複雜的混沌信號供應用中選擇，增加了混沌系統和實現混沌系統的電路類型。
【專利說明】兩個非線性自然指數函數實現的混沌電路

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電子通信領域，涉及一種能夠產生偽隨機信號的混沌電路，特別涉及一種僅含有兩個非線性自然指數函數ez和Z的混沌模擬電路的設計與實現。

【背景技術】
[0002]混沌系統可作為隨機信號源用於設計偽隨機序列發生器，混沌偽隨機序列發生器所產生的序列的安全性依賴於混沌系統的複雜性。對混沌系統的基本要求是數學結構簡而混沌信號複雜。現有的混沌系統一般都含有兩個以上的非線性函數項，其中包括分段線性、乘積(xy、x2、y2)型的非線性項。為了增加複雜性，也出現了利用自然指數ex(或exy、exx等)和乘積型非線性項構成的混沌系統。此類混沌系統含有一個自然指數和一個乘積項，使得其數學結構相對簡單但是限制了混沌信號的複雜性。或者含有一個自然指數項和兩個乘積項，使得其混沌信號相對複雜但是數學結構變得相對比較複雜。


【發明內容】

[0003]針對現有技術的不足，本實用新型提出了一種新型的混沌電路。
[0004]本實用新型包括集成運算放大器U1、集成運算放大器U2、集成運算放大器U3、乘法器U4、集成運算放大器U5、二極體D1、二極體D2 ;所述集成運算放大器Ul的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ；集成運算放大器Ul的第I引腳通過電阻R2接集成運算放大器Ul的第2引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R13接集成運算放大器Ul的第I引腳；集成運算放大器Ul的第14引腳通過電阻Rl接集成運算放大器Ul的第2引腳；乘法器U4的第7引腳通過二極體Dl接集成運算放大器Ul第6個引腳；集成運算放大器Ul的第6個引腳通過電阻R5接到集成運算放大器Ul的第7個引腳；集成運算放大器Ul的第7個引腳通過電阻RlO接到集成運算放大器U2的第6個引腳；集成運算放大器Ul的第8個引腳通過電阻R6接到集成運算放大器Ul的第13個引腳，集成運算放大器Ul的第9個引腳通過電阻R7接到集成運算放大器Ul的第8個引腳；集成運算放大器U2的第I個引腳通過電阻R19接到集成運算放大器Ul的第9個引腳；集成運算放大器U2的第14個引腳通過電阻R18接到集成運算放大器Ul的第9個引腳；集成運算放大器Ul的第13個引腳通過電容Cl接到集成運算放大器Ul的第14個引腳。
[0005]所述集成運算放大器U2的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U2第I引腳通過電阻R8接集成運算放大器U2的第2引腳；集成運算放大器Ul的第9個引腳通過電阻R19接集成運算放大器U2的第I個引腳；集成運算放大器U2的第2個引腳通過電阻R9接集成運算放大器U3的第I個引腳；集成運算放大器U2的第2個引腳通過電阻R28接-1V電源；集成運算放大器U2第6引腳通過電阻RlO接集成運算放大器Ul的第7引腳；集成運算放大器U2第6引腳通過電阻Rll接集成運算放大器U2的第7引腳；集成運算放大器U2的第6個引腳通過電阻R29接-1V電源；集成運算放大器U2的第7個引腳通過電阻R21接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U2的第8個引腳通過電阻R15接集成運算放大器U2的第13個引腳；集成運算放大器U2第8引腳通過電阻R14接集成運算放大器U2的第9引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R13接集成運算放大器Ul的第I個引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R12接集成運算放大器U2的第14個引腳；集成運算放大器U2的第13個引腳通過電容C2接到集成運算放大器U2的第14個引腳。
[0006]所述集成運算放大器U3的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U3第I引腳通過電阻R9接集成運算放大器U2的第2引腳；集成運算放大器U3的第I個引腳通過電阻R3接集成運算放大器U3的第2個引腳；集成運算放大器U3的第2引腳通過二極體D2接集成運算放大器U5的第7引腳；集成運算放大器U3的第14個引腳通過電阻R20接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U2的第7個引腳通過電阻R21接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U3的第6個引腳通過電阻R22接集成運算放大器U3的第7個引腳；集成運算放大器U3的第7個引腳通過電阻R23接集成運算放大器U3的第9個引腳；集成運算放大器U3的第8引腳通過電容C3接集成運算放大器U3的第9引腳；集成運算放大器U3的第8個引腳通過電阻R24接集成運算放大器U3的第13個引腳；集成運算放大器U3的第13個引腳通過電阻R25接集成運算放大器U3的第14個引腳。
[0007]所述乘法器U4的第2引腳、第4引腳、第6引腳接地，第5引腳接-5V電源VEE，第8引腳接+5V電源VCC ;乘法器U4第I引腳接集成運算放大器U5的第I引腳；乘法器U4第3引腳接集成運算放大器U5的第I引腳；乘法器U4的第7引腳通過二極體Dl接集成運算放大器Ul的第6引腳。
[0008]所述集成運算放大器U5的第3引腳、第5引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U5第I引腳通過電阻R27接集成運算放大器U5的第2引腳；集成運算放大器U5第I引腳接乘法器U4的第I引腳；集成運算放大器U5第I引腳接乘法器U4的第3引腳；集成運算放大器U5第2引腳通過電阻R26接集成運算放大器Ul的第I引腳；集成運算放大器U5第6引腳通過電阻R30接集成運算放大器U3的第14引腳；集成運算放大器U5第6引腳通過電阻R31接集成運算放大器U5的第7引腳；集成運算放大器U5第7引腳通過二極體D2接集成運算放大器U3的第2引腳。
[0009]本實用新型僅含有兩個非線性自然指數函數項ez和Z。ez電路由自然指數電路來實現，e"電路由乘法器和自然指數電路來實現，利用乘法器U4實現電壓X2運算，並保持電壓恆為正；二極體和集成運算放大器U2、U3、U5組成電壓的自然指數電路實現電壓ez運算；電壓的X2運算電路、二極體和集成運算放大器Ul、U2、U5組成電壓的自然指數電路
/，實現電壓的Z運算。本實用新型實現了僅含有兩個非線性自然指數函數62和#2的混沌模擬電路，使得混沌系統的數學結構更具多樣性，具有更大的參數和密鑰空間，進一步提高了混沌信號的複雜性和安全性。，

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的結構圖。
[0011]圖2是本實用新型的原理圖。

【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和優選實例對本實用新型作更進一步的詳細說明。
[0013]本實用新型僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:該電路由集成運算放大器U1、集成運算放大器U2、集成運算放大器U3、乘法器U4、集成運算放大器U5、二極體D1、二極體D2組成；集成運算放大器U1、集成運算放大器U2、集成運算放大器U3、集成運算放大器U5實現信號的比例、加法，反向，積分功能；乘法器U4、二極體、集成運算放大器U1、U2、U5實現自然指數運算功能；二極體、集成運算放大器U2、U3、U5實現自然指數(ez)運算功能；U5的比例運算電路、二極體、集成運算放大器U3內相關指數運算電路以及U2的加法電路組成了自然指數運算電路(ez) ；U5的比例運算電路、二極體、乘法器電路U4、集成運算放大器Ul內相關指數運算電路以及U2的加法電路組成了自然指數運算電路(/);自然指數運算電路(ez)和Ul內相關聯加法、積分和反向電路實現自然指數混沌系統第一個方程的運算，集成運算放大器U2內的加法、積分電路實現自然指數混沌系統第二個方程的運算；自然指數運算電路(Z )和集成運算放大器U3內相關聯的加法、積分和反向電路實現第三個方程的運算。
[0014]本實用新型的數學模型是:
dx,
——=αν-\-e^
dt.dv
[0015]<= ~x + y Θ.—10 r b=3} o—I.5
dt
—= cexl-bz
dt
[0016]如圖1所示，乘法器U4、二極體和集成運算放大器Ul、U2、U5實現了電壓的自然指數^運算，其特徵在於，利用二極體電流/,/s(e6_D特性中的e來實現電壓的自然指數運算，利用乘法器U4實現電壓X2運算，並保持電壓恆為正；
[0017]反饋電路中電流i3等於流經二極體的電路，由二極體電流特性:
_8] I5=Is^er I)
[0019]U02為乘法器U4實現的乘法運算:K2 = ?01
[0020]為了消去UT，所以在前面加了一個比例運算電路。得到:

R-,-
[0021]uoi =~^~x

K2(,
[0022]所以由虛短虛斷得:


Uol
Uo3 = ? = -7Sxj' 1 R、
[0023]Mo3 - -1^c1 ' R5

4ι^2
?:-/,"H
[0024]因為只需要指數，所以需要把後面的I去掉，利用加法運算電路加上-1V消去得到:

_ / Ll；^1 Ra、
Mfl4—?


Ri1X1
「 ? =/#(,< —丨 ^+麼！
[0025]、—Rn
?
=lSe R具、fS R具、I R2、、
RnRn Ru

t Rln Λ
[0026]令=f =1 ^T- = 1
尺11尺I I?/
[0027]得:?=:/從而實現了 /運算電路。
[0028]如圖1所示，利用U5中的比例運算電路、二極體和U3中的運算電路、U2中的加法電路組成電壓的自然指數運算電路:反饋電路中電流「等於流經二極體的電路，由二極體電流特性:


Z
[0029]/c=/5(^.l)
[0030]得到為了消去υτ，所以在前面加了一個比例運算電路。得到:



O

R.,
[0031]Ki =—z

尺Μ、
[0032]由虛短虛斷得:



Uo\
Uo2 ~ _/5^:? = ~he ' R.1
[0033]繼 Mo2 二 -!se '1 R3
[0034]因為只需要指數所以，需要把後面的I去掉，利用加法運算電路加上-1V消去得到:
_ ( Uo2^) ^2S λ

o R
[0035]二哪丨+

為 ? ^30
lsc 1 ■' R、R『、 ZsR^R9
—A + &
I 具 Rq i?7S.R ,
[0036]令:Rs=^= ? =
[0037]得:Uq3 = ez從而實現了 ez運算電路。
[0038]如圖1所示，自然指數運算電路(ez)和Ul內相關聯加法、積分和反向電路實現自然指數混沌系統第一個方程的運算，集成運算放大器U2內的加法、積分電路實現自然指數混沌系統第二個方程的運算；自然指數運算電路(e )和集成運算放大器U3內相關聯的加法、積分和反向電路實現第三個方程的運算。
[0039]如圖2所示，所述實現僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:該電路由集成運算放大器U1、集成運算放大器U2、集成運算放大器U3、乘法器U4、集成運算放大器U5、二極體D1、二極體D2組成；集成運算放大器U1、集成運算放大器U2、集成運算放大器U3、集成運算放大器U5實現信號的比例、加法，反向，積分功能；乘法器U4、二極體、集成運算放大器U1、U2、U5實現自然指數(^ )運算功能；二極體、集成運算放大器U2、
U3、U5實現自然指數(ez)運算功能；U5的比例運算電路、二極體、集成運算放大器U3內相關指數運算電路以及U2的加法電路組成了自然指數運算電路(ez) ；U5的比例運算電路、二極體、乘法器電路U4、集成運算放大器Ul內相關指數運算電路以及U2的加法電路組成了自然指數運算電路(Z2 );自然指數運算電路(ez)和Ul內相關聯加法、積分和反向電路實現自然指數混沌系統第一個方程的運算，集成運算放大器U2內的加法、積分電路實現自然指數混沌系統第二個方程的運算；自然指數運算電路(^ )和集成運算放大器U3內相關聯的加法、積分和反向電路實現第三個方程的運算。
[0040]所述實現僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:所述集成運算放大器Ul的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;算放大器Ul的第I引腳通過電阻R2接集成運算放大器Ul的第2引腳；算放大器U2的第9引腳通過電阻R13接集成運算放大器Ul的第I引腳；算放大器Ul的第14引腳通過電阻Rl接集成運算放大器Ul的第2引腳；乘法器U4的第7引腳通過二極體Dl接集成運算放大器Ul第6個引腳；集成運算放大器Ul的第6個引腳通過電阻R5接到集成運算放大器Ul的第7個引腳；集成運算放大器Ul的第7個引腳通過RlO接到集成運算放大器U2的第6個引腳；集成運算放大器Ul的第8個引腳通過R6接到集成運算放大器Ul的第13個引腳，集成運算放大器Ul的第9個引腳通過R7接到集成運算放大器Ul的第8個引腳；集成運算放大器U2的第I個引腳通過R19接到集成運算放大器Ul的第9個引腳；集成運算放大器U2的第14個引腳通過R18接到集成運算放大器Ul的第9個引腳；集成運算放大器Ul的第13個引腳通過電容Cl接到集成運算放大器Ul的第14個引腳。
[0041]所述實現僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:所述集成運算放大器U2的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U2第I引腳通過電阻R8接集成運算放大器U2的第2引腳；集成運算放大器Ul的第9個引腳通過電阻R19接集成運算放大器U2的第I個引腳；集成運算放大器U2的第2個引腳通過電阻R9接集成運算放大器U3的第I個引腳；集成運算放大器U2的第2個引腳通過電阻R28接-1V電源；集成運算放大器U2第6引腳通過電阻RlO接集成運算放大器Ul的第7引腳；集成運算放大器U2第6引腳通過電阻Rll接集成運算放大器U2的第7引腳；集成運算放大器U2的第6個引腳通過電阻R29接-1V電源；集成運算放大器U2的第7個引腳通過電阻R21接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U2的第8個引腳通過電阻R15接集成運算放大器U2的第13個引腳；集成運算放大器U2第8引腳通過電阻R14接集成運算放大器U2的第9引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R13接集成運算放大器Ul的第I個引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R12接集成運算放大器U2的第14個引腳；集成運算放大器U2的第13個引腳通過電容C2接到集成運算放大器U2的第14個引腳。
[0042]所述實現僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:所述集成運算放大器U3的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U3第I引腳通過電阻R9接集成運算放大器U2的第2引腳；集成運算放大器U3的第I個引腳通過電阻R3接集成運算放大器U3的第2個引腳；集成運算放大器U3的第2引腳通過二極體D2接集成運算放大器U5的第7引腳；集成運算放大器U3的第14個引腳通過電阻R20接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U2的第7個引腳通過電阻R21接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U3的第6個引腳通過電阻R22接集成運算放大器U3的第7個引腳；集成運算放大器U3的第7個引腳通過電阻R23接集成運算放大器U3的第9個引腳；集成運算放大器U3的第8引腳通過電容C3接集成運算放大器U3的第9引腳；集成運算放大器U3的第8個引腳通過電阻R24接集成運算放大器U3的第13個引腳；集成運算放大器U3的第13個引腳通過電阻R25接集成運算放大器U3的第14個引腳。
[0043]所述實現僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:所述乘法器U4的第2引腳、第4引腳、第6引腳接地，第5引腳接-5V電源VEE，第8引腳接+5V電源VCC ;乘法器U4第I引腳接集成運算放大器U5的第I引腳；乘法器U4第3引腳接集成運算放大器U5的第I引腳；乘法器U4的第7引腳通過二極體Dl接集成運算放大器Ul的第6引腳。
[0044]所述實現僅含有兩個非線性自然指數項的混沌模擬電路，其特徵在於:所述集成運算放大器U5的第3引腳、第5引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U5第I引腳通過電阻R27接集成運算放大器U5的第2引腳；集成運算放大器U5第I引腳接乘法器U4的第I引腳；集成運算放大器U5第I引腳接乘法器U4的第3引腳；集成運算放大器U5第2引腳通過電阻R26接集成運算放大器Ul的第I引腳；集成運算放大器U5第6引腳通過電阻R30接集成運算放大器U3的第14引腳；集成運算放大器U5第6引腳通過電阻R31接集成運算放大器U5的第7引腳；集成運算放大器U5第7引腳通過二極體D2接集成運算放大器U3的第2引腳；
[0045]當然，上述說明並非對實用新型的限制，本實用新型也不僅限於上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.兩個非線性自然指數函數實現的混沌電路，其特徵在於:該電路包括集成運算放大器U1、集成運算放大器U2、集成運算放大器U3、乘法器U4、集成運算放大器U5、二極體D1、二極體D2 ;所述集成運算放大器Ul的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器Ul的第I引腳通過電阻R2接集成運算放大器Ul的第2引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R13接集成運算放大器Ul的第I引腳；集成運算放大器Ul的第14引腳通過電阻Rl接集成運算放大器Ul的第2引腳；乘法器U4的第7引腳通過二極體Dl接集成運算放大器Ul第6個引腳；集成運算放大器Ul的第6個引腳通過電阻R5接到集成運算放大器Ul的第7個引腳；集成運算放大器Ul的第7個引腳通過電阻RlO接到集成運算放大器U2的第6個引腳；集成運算放大器Ul的第8個引腳通過電阻R6接到集成運算放大器Ul的第13個引腳，集成運算放大器Ul的第9個引腳通過電阻R7接到集成運算放大器Ul的第8個引腳；集成運算放大器U2的第I個引腳通過電阻R19接到集成運算放大器Ul的第9個引腳；集成運算放大器U2的第14個引腳通過電阻R18接到集成運算放大器Ul的第9個引腳；集成運算放大器Ul的第13個引腳通過電容Cl接到集成運算放大器Ul的第14個引腳； 所述集成運算放大器U2的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U2第I引腳通過電阻R8接集成運算放大器U2的第2引腳；集成運算放大器Ul的第9個引腳通過電阻R19接集成運算放大器U2的第I個引腳；集成運算放大器U2的第2個引腳通過電阻R9接集成運算放大器U3的第I個引腳；集成運算放大器U2的第2個引腳通過電阻R28接-1V電源；集成運算放大器U2第6引腳通過電阻RlO接集成運算放大器Ul的第7引腳；集成運算放大器U2第6引腳通過電阻Rll接集成運算放大器U2的第7引腳；集成運算放大器U2的第6個引腳通過電阻R29接-1V電源；集成運算放大器U2的第7個引腳通過電阻R21接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U2的第8個引腳通過電阻R15接集成運算放大器U2的第13個引腳；集成運算放大器U2第8引腳通過電阻R14接集成運算放大器U2的第9引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R13接集成運算放大器Ul的第I個引腳；集成運算放大器U2的第9引腳通過電阻R12接集成運算放大器U2的第14個引腳；集成運算放大器U2的第13個引腳通過電容C2接到集成運算放大器U2的第14個引腳； 所述集成運算放大器U3的第3引腳、第5引腳、第10引腳、第12引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U3第I引腳通過電阻R9接集成運算放大器U2的第2引腳；集成運算放大器U3的第I個引腳通過電阻R3接集成運算放大器U3的第2個引腳；集成運算放大器U3的第2引腳通過二極體D2接集成運算放大器U5的第7引腳；集成運算放大器U3的第14個引腳通過電阻R20接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U2的第7個引腳通過電阻R21接集成運算放大器U3的第6個引腳；集成運算放大器U3的第6個引腳通過電阻R22接集成運算放大器U3的第7個引腳；集成運算放大器U3的第7個引腳通過電阻R23接集成運算放大器U3的第9個引腳；集成運算放大器U3的第8引腳通過電容C3接集成運算放大器U3的第9引腳；集成運算放大器U3的第8個引腳通過電阻R24接集成運算放大器U3的第13個引腳；集成運算放大器U3的第13個引腳通過電阻R25接集成運算放大器U3的第14個引腳； 所述乘法器U4的第2引腳、第4引腳、第6引腳接地，第5引腳接-5V電源VEE，第8引腳接+5V電源VCC ;乘法器U4第I引腳接集成運算放大器U5的第I引腳；乘法器U4第3引腳接集成運算放大器U5的第I引腳；乘法器U4的第7引腳通過二極體Dl接集成運算放大器Ul的第6引腳； 所述集成運算放大器U5的第3引腳、第5引腳接地，第4引腳接+5V電源VCC，第11引腳接負-5V電源VEE ;集成運算放大器U5第I引腳通過電阻R27接集成運算放大器U5的第2引腳；集成運算放大器U5第I引腳接乘法器U4的第I引腳；集成運算放大器U5第I引腳接乘法器U4的第3引腳；集成運算放大器U5第2引腳通過電阻R26接集成運算放大器Ul的第I引腳；集成運算放大器U5第6引腳通過電阻R30接集成運算放大器U3的第14引腳；集成運算放大器U5第6引腳通過電阻R31接集成運算放大器U5的第7引腳；集成運算放大器U5第7引腳通過二極體D2接集成運算放大器U3的第2引腳。
【文檔編號】H04L9/00GK203984440SQ201420389987
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】王光義, 崔明章, 任國瑞, 蘇平 申請人:杭州電子科技大學