[发明专利]弱耦合分数阶MEMS谐振器的模拟电路

说明书

本发明涉及一种弱耦合分数阶MEMS谐振器的模拟电路，属于谐振器电路设计领域。该电路包括4个比例积分运算电路，4个反相比例电路，14个乘法器，2个直流电源和2个交流电源；其中，比例积分运算电路包括分数阶单元电路、第一运算放大器和1个电阻；分数阶单元电路由三组并联的电容‑电阻结构串联而成。本发明提高了弱耦合分数阶MEMS谐振器模拟电路的准确性，为后续硬件层面的工程开发提供了有力的技术支撑。

技术领域

本发明属于谐振器电路设计领域，涉及一种弱耦合分数阶MEMS谐振器的模拟电路。

背景技术

MEMS谐振器因其低噪声、低功耗、宽动态范围以及可以实现IC电路集成化等特点，已广泛应用于传感器、导航系统、手机、智能车辆和轨道卫星等领域。然而，单晶硅晶体对共模干扰、振动幅值和温度、压力等周围环境非常敏感。系统建模在弱耦合MEMS谐振器的电路实现中起着基础和重要的作用。已经有大量的学者研究了单个MEMS谐振器的整数阶建模和非线性分析。作为这类研究的代表者，Mestrom等人建立了单个MEMS谐振器的力学模型，并通过构建测量电路估计了热噪声的影响，但这些工作不能满足当前高灵敏度和抗噪声能力等性能要求。现有文献中的零星记录验证了分数阶计算在MEMS谐振器中的应用。Fitt等人利用分数阶微分方程求解了MEMS谐振器的控制方程。Aghababa研究了MEMS谐振器中混沌的存在，提出了一种分数阶有限时间控制器来抑制其内在的振荡。这些有益的尝试为本研究提供了一些思考。但他们没有建立耦合强度与振荡器耗散等级之间的结构，没有深入研究电路设计。

在硬件层面构建合理的电子电路是一种时效性和可控性的方法。所构造的电路能对参数空间进行全面扫描，并能检测机电系统动态性能的相关值。正因为如此，它在实验验证和快速应用开发中得到了极大的重视。Sabarathinam和Thamilmaran利用模拟电路搭建了Duffing系列MEMS谐振器，并证明了其固有的混沌振荡。Zhang等人构造了模拟电路，提出了四种Duffing型MEMS谐振器的神经网络反演控制方法。Luo等人设计了耦合分数阶自维持机电地震仪系统的电子电路，并提供了一种神经自适应的最优固定时间同步方案。然而，这种模拟电路容易受到电子仪器误差和外界干扰的影响，对数据传输的实时性有很大影响。同时，较大的信号幅值会导致乘法器和运算放大器的饱和失真，缺乏通用性和灵活性。

因此，亟需一种新的模拟电路来解决以上问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弱耦合分数阶MEMS谐振器的模拟电路，提高模拟电路的准确性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种弱耦合分数阶MEMS谐振器的模拟电路，该电路包括4个基于TL074CN运放的比例积分运算电路，4个基于TL074CN运放的反相比例电路，14个AD633JN乘法器(A1～A14)，2个直流电源和2个交流电源。

所述比例积分运算电路与所述反相比例电路之间通过电阻(R4、R7和R10，或者，R19、R22和R24)串联连接；其中，第一～第四个比例积分运算电路的输出端分别连接至电压信号-x2、-x1、-x4或-x3，第一～第四个反相比例电路输出端连接至电压信号x2、x1、x4或x3。