[发明专利]一种基于HP忆阻器与电容器的基本单元混沌电路

说明书

本发明请求保护一种基于HP忆阻器与电容器(MC)基本单元混沌电路，其中包括HP忆阻器与电容器分别串联和并联的两种基本单元电路，首先证明了该两种电路为等效电路；然后以其中一种电路(MC并联电路)为研究对象，给电路输出叠加的周期激励信号，电路将产生混沌信号，分析其电路的复杂动力学行为，并分析各个参数对混沌电路的影响；最后根据电路进行仿真，得出忆阻器与电容器分别串联和并联的两种基本单元电路波形，证实本发明的可行性。该方法实现简单，元器件少，参数调节较少，能够满足电路模型与设计等领域应用需求，适用于需要产生混沌信号等情况。

技术领域

本发明属于混沌技术领域，尤其涉及混沌基本单元电路。

背景技术

忆阻被提出以及被人广泛所熟知经历了漫长的岁月。1971年著名学者蔡少堂(L.O.Chua)首次提出忆阻概念，它是除电容、电感和电阻外的第四种基本元器件，忆阻M代表了磁通φ和电荷q之间的电学对称关系，即dφ＝M(q)dq。由于当时科技水平的限制和实验室硬件条件的落后，Chua无法找到适合研制实现忆阻的材料。因此，之后三十多年的时间里，忆阻一直处于理论提出阶段，一直未能开发出其实体。直至2008年美国惠普实验室研究员Strukov.D.B等发表了一篇名为《The Missing Memristor Found》的文章才标志着忆阻的研制成功。与传统的存储器件相比，忆阻元件的电阻是其本身的状态，利用其进行信息存储，存储和读取都可以是即时性的，速度快，同时电路中没有电容、电感的充放电过程，在不改变存储信息时，电路不耗电。由于忆阻的记忆、非线性和存储等特性，纳米级尺寸、快速开关以及耗电量低等特点，其在超高密度信息存储、神经形态计算、生物医学、电路模型与设计等领域都有着极其重要的应用。本发明将HP忆阻器应用于电路，提出了基于HP忆阻器与电容器基本单元混沌电路。

为了便于电路模型与设计，本发明提出了HP忆阻器与电容器分别串联和并联的两种基本单元电路，并证明两者彼此是等效电路；为了产生混沌信号，本发明采取了叠加的周期激励(两个正弦信号叠加)信号输入，使得基于HP忆阻器与电容器基本单元混沌电路产生具有不同奇怪吸引子的混沌信号或者周期信号，并产生了复杂的动力学行为，使其在电路设计，保密通信等领域都有着极其重要的应用。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种实现简单、元器件少、参数调节较少、能够满足电路模型与设计等领域应用需求、适用于需要产生混沌信号等情况的基于HP忆阻器与电容器的基本单元混沌电路。本发明的技术方案如下：

一种基于HP忆阻器与电容器的基本单元混沌电路，其包括：一MC串联电路和一MC并联电路，所述串联电路包括一个电压源、第一HP忆阻器M与第一电容器，所述第一HP忆阻器M与第一电容器串联后并联在电压源两端；所述并联电路包括一个电流源、第二HP忆阻器M与第二电容器，所述电流源分别与第二HP忆阻器M、第二电容器并联连接，所述第一HP忆阻器M和第二HP忆阻器M完全相同，第一电容器和第二电容器完全相同。

进一步的，所述电压源和电流源采取了叠加的周期激励即两个正弦信号叠加作为信号输入，使得基于HP忆阻器与电容器基本单元混沌电路产生具有不同奇异吸引子的混沌信号或者周期信号。

进一步的，所述第一HP忆阻器M是由两个Pt电极夹杂一个含氧空缺的二氧化钛薄膜构成的，HP忆阻器M的总阻值等于掺杂部分电阻与非掺杂部分电阻之和。

进一步的，所述第一HP忆阻器M

其中R_ON和R_OFF分别为w＝D和w＝0时的极限忆阻值，w是忆阻的内部变量，表示忆阻掺杂宽度，表示，为了简单起见，采用无量纲变量z＝wD作为二氧化钛忆阻的内部状态变量，因w∈[0,D],可得z∈[0,1]，令ρ＝R_OFFR_ON,R_M(w)表示HP忆阻器线性杂质漂移模型的阻值，z表示二氧化钛忆阻的内部状态变量，则式(1)可化为：