混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路的制作方法

混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及周期脉冲及周期冲激电路领域，具体涉及一种参数可调的混沌脉宽调 制和混纯冲激位置调制电路。
【背景技术】
[0002] 周期脉宽调制信号和周期冲激信号是一种在电子领域的常见信号，将一个周期内 的脉宽及冲激信号的位置随机化，可以产生新的应用。可以通过数字和模拟两种技术方式 产生所需的随机调制信号。其中，数字型的随机脉宽调制及冲激位置调制通过数字处理器 的运算实现，成本花费较高，而且产生的信号易受处理器速度和处理精度的影响。而模拟的 随机调制信号通过搭建模拟电路实现，随机信号很难通过实际电路获取。混沌信号的特点 是具备伪随机性，可以当作随机信号处理，模拟的混沌信号可以通过简单成熟的电路生成。 因此可以采用模拟电路来实现混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种低成本、易实现、参数可调的混 沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路。
[0004] 为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种混沌脉宽调制和混沌冲激位 置调制电路，其特征在于包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电 路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电 路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信 号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位 置调制信号。
[0005] 所述锯齿波发生电路包括第一至第五电阻、第一电容、第一开关、第一比较器、第 二比较器及RS触发器构成；其中所述第一电阻一端接直流电源正极，另一端分别接第一电 容的一端、第一开关的输出控制端、第一比较器的反相端及第二比较器的正相端；所述第一 电容的另一端接地；第一开关的低电平参考电位端接地，第一开关的输出控制端的另一端 接地；所述第二电阻的一端接直流电源正极，另一端分别接第一比较器的正相输入端及第 三电阻的一端，第三电阻的另一端接地；所述第四电阻的一端接直流电源正极，另一端分别 接第二比较器的反相输入端及第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地；所述第三RS 触发器的R输入端接第一比较器的输出端，S输入端接第二比较器的输出端，第三RS触发 器的输出端Q为锯齿波发生电路的输出端，输出端Q接脉宽调制电路的输入端。
[0006] 所述混沌信号发生电路包括第六至第二十四电阻、第二至第四电容和第一至第六 放大器；其中所述第六电阻的一端分别接第一放大器反相输入端及第二电容的一端，另一 端分别接第三电容的一端、第四电容的一端、第十三电阻的一端、第十六电阻、第十七电阻 的一端及第十八电阻的一端，第十七电阻的另一端接直流电源正极，第十八电阻的另一端 接地；所述第二电容的另一端分别接第一放大器的输出端及第七电阻的一端；第一放大器 正相输入端分别接第二放大器正相输入端、第八电阻的一端、第十电阻的一端、第二十电阻 的一端及第三电容的另一端；所述第七电阻的另一端分别接第二放大器反相输入端及第九 电阻的一端；第八电阻的另一端分别接第二放大器的输出端及第九电阻的另一端；第十电 阻的另一端分别接第四电容的另一端、第十一电阻的一端、第十四电阻的一端、第三放大器 正相端及第四放大器正相端；第二十电阻的另一端分别接第六放大器正相输入端及第十九 电阻的一端，第十九电阻的另一端接地；所述第十三电阻的另一端接第十二电阻的一端及 第二放大器反相输入端，第十二电阻的另一端分别接第十一电阻的另一端及第三发放大器 的输出端；所述第十六电阻的另一端分别接第十五电阻的一端及第四放大器正相端；所述 第十五电阻的另一端分别接第十四电阻另一端及第四放大器输出端；所述第五放大器反相 端接输出端及第二十三电阻的一端；第二十三电阻的另一端分别接第六放大器反相输入端 及第二十四电阻的一端，第二十四电阻的另一端接第六放大器的输出端，第六放大器的输 出端为混沌信号发生电路的输出端，第六放大器的输出端接脉宽调制电路的另一输入端； 所述第二i^一电阻的一端接直流电源正极，第二i^一电阻的另一端分别接第二十二电阻的 一端及第六放大器正相输入端，接第二十二电阻的另一端接地。
[0007] 所述脉宽调制电路包括第四非门、第五非门、第六比较器、第七RS触发器及第八 与门；其中所述第四非门的输入端接第三RS触发器的输出端Q，第四非门的输出端分别接 第五非门的输入端及第八与门的一输入端；所述第五非门的输出端接第七RS触发器的S 端，所述第八与门的另一输入端接第七RS触发器输出端Q，第八与门的输出端为脉宽调制 电路的输出端，第八与门的输出端接微分电路的输入端，第八与门输出脉宽混沌变化范围 可调的脉冲信号；所述第七RS触发器的R端接第六比较器的输出端，第六比较器正相输入 端接第一比较器的反相端，第六比较器反相输入端接第六放大器的输出端。
[0008] 所述微分电路包括第五电容、第二十五电阻及第七放大器；其中所述第五电容的 一端接第八与门的输出端，第五电容的另一端分别接第二十五电阻的一端及第七放大器反 相输入端；所述第七放大器正相输入端接地，第七放大器输出端接第二十五电阻的另一端， 第七放大器输出端为微分电路的输出端，第七放大器输出冲激位置混沌变化范围可调的周 期冲激信号。
[0009] 本发明与现有技术相比的优点为：本发明是将混沌信号发生电路与周期脉冲及周 期冲激电路整合而得，采用模拟电路实现，降低了成本，电路采用常见器件构成，易于实现。 当前常用数字技术实现随机脉宽调制及随机冲激位置调制，成本较高，输出的波形存在精 度问题，一般脉宽及冲激位置随机变化的范围固定，若需调整均需通过程序编写或数字电 路的重新设计。而本发明的输出为模拟信号波形，不存在精度问题，改变个别电阻参数即可 调整脉冲周期、脉宽及冲激位置的混沌变化范围。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明【具体实施方式】的电路方框图； 图2为本发明【具体实施方式】的锯齿波发生电路原理图； 图3为本发明【具体实施方式】的混沌信号发生电路原理图； 图4为本发明【具体实施方式】的脉宽调制电路原理图； 图5为本发明【具体实施方式】的微分电路原理图； 图6为本发明【具体实施方式】的各个电路环节的输出电压波形。
【具体实施方式】
[0011] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考 附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0012] 在本发明的描述中，术语"第一"至"第二十五"仅用于描述目的，而不能理解为指 示或暗示相对重要性。
[0013] 参考图1给出了本发明的电路框图，其是一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制 电路，包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽 调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿 波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电 路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。
[0014] 工作时，通过混沌信号发生电路产生变化范围可调的伪随机混沌电压信号；通过 锯齿波发生电路环节，产生周期为T的锯齿波信号，锯齿波从到达最低电压时为一个周期 的开始，此时，比较触发电路输出高电平，当锯齿波电压高于混沌电压时，脉宽调制电路输 出低电平直到新的周期开始，因此脉宽调制电路输出为混沌脉宽调制信号，该信号经微分 电路环节得到混沌冲激位置调制信号。
[0015] 图2给出了锯齿波发生电路原理图。锯齿波发生电路包括第一至第五电阻札-1? 5、 第一电容Q、第一开关Si、第一比较器％、第二比较器％及RS触发器U3构成；其中所述第一 电阻&一端接直流电源正极，另一端分别接第一电容Ci的一端、第一开关Si的输出控制端、 第一比较器1^的反相端及第二比较器U2的正相端，由第一电容Ci的电压&输出 得到锯齿波信号；所述第一电容(；的另一端接地；第一开关si的低电平参考电位端接地， 第一开关输出控制端的另一端接地；所述第二电阻R2的一端接直流电源正极，另一端 分别接第一比较器A的正相输入端及第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地；所述 第四电阻&的一端接直流电源正极，另一端分别接第二比较器U2的反相输入端及第五电阻 R5的一端，所述第五电阻R5的另一端接地；所述第三RS触发器U3的R输入端接第一比较器 A的输出端，S输入端接第二比较器U2的输出端，第三RS触发器U3的输出端Q为锯齿波发 生电路的输出端即形成了触发信号&igger，输出端Q接脉宽调制电路的输入端。
[0016] 工作时，第五电阻R5上分压需高于第三电阻1?3上分压，电源通过第一电阻Ri为第 一电容Ci充电，当第一电容Ci的电压超过第五电阻1?5上分压时，第一比较器 Ui输出低电平及第二比较器U2输出高电平，第三RS触发器U3输出高电平，第一开关S:闭 合，第一电容C#地放电，当低于第三电阻R3上分压，第一比较器h输出高电平 及第二比较器U2输出低电平，第三RS触发器U3输出低电平，第一开关Si断开，开始一个新 的充电周期，锯齿波的周期T和频率P计算为：
[0017] 匕咖ft的最大值^、最小值^分别为：
其中&为电源的电压值。通过可调第三电阻馬和第五电阻乓可以设置锯齿波的周期 及电压的震荡范围。
[0018] 图3给出了混沌信号发生电路原理图。所述混沌信号发生电路包括第六至第 二十四电阻R6-R24、第二至第四电容c2-C4和第一至第六放大器Xi-Xe;其中所述第六电阻 r6的一端分别接第一放大器L反相输入端及第二电容c2的一端，另一端分别接第三电容c3 的一端、第四电容C4的一端、第十三电阻R13的一端、第十六电阻R16、第十七电阻R17的一端 及第十八电阻R18的一端，第十七电阻R17的另一端接直流电源正极，第十八电阻R18的另一 端接地；所述第二电容C2的另一端分别接第一放大器Xi的输出端及第七电阻1?7的一端；第 一放大器XiE相输入端分别接第二放大器x2正相输入端、第八电阻r8的一端、第十电阻r1q 的一端、第二十电阻R2(i的一端及第三电容c3的另一端；所述第七电阻R7的另一端分别接 第二放大器&反相输入端及第九电阻R9的一端；第八电阻R8的另一端分别接第二放大器 X2的输出端及第九电阻R9的另一端；第十电阻R1(|的另一端分别接第四电容C4的另一端、 第十一电阻的一端、第十四 电阻R14的一端、第三放大器X3正相端及第四放大器X4正相 端；第二十电阻M勺另一端分别接第六放大器X6正相输入端及第十九电阻R19的一端，第 十九电阻R19的另一端接地；所述第十三电阻R13的另一端接第十二电阻R12的一端及第二 放大器X2反相输入端，第十二电阻R12的另一端分别接第十一电阻Rn的另一端及第三发放 大器X3的输出端；所述第十六电阻R16的另一端分别接第十五电阻R15的一端及第四放大器 父4正相端；所述第十五电阻R15的另一端分别接第十四电阻R14另一端及第四放大器X4输出 端；所述第五放大器X5反相端接输出端及第二十三电阻R23的一端；第二十三电阻R23的另 一端分别接第六放大器X6反相输入端及第二十四电阻R24的一端，第二十四电阻R24的另一 端接第六放大器\的输出端，第六放大器X6的输出端为混纯信号发生电路的输出端，第六 放大器X6的输出端接脉宽调制电路的另一输入端；所述第二十一电阻R21的一端接直流电 源正极，第二十一电阻r21的另一端分别接第二十二电阻r22的一端及第六放大器x6正相输 入端，接第二十二电阻r22的另一端接地。
[0019] 工作时，当第十电阻1?1(1调节至特定范围，第八电阻R8与第十电阻Rj妾点的电压 G将混沌化而呈现伪随机性，混沌电压信号将被设定为：
取最大值和最小值分别为?和L，可以通过可调电阻為4调节的变化 范围。
[0020] 图4给出了脉宽调制电路原理图。所述脉宽调制电路包括第四非门U4、第五非门 U5、第六比较器U6、第七RS触发器U7及第八与门U8;其中所述第四非门1的输入端接第三 RS触发器％的输出端Q即接触发信号巧，第四非门U4的输出端分别接第五非门U5的 输入端及第八与门u8的一输入端；所述第五非门U5的输出端接第七RS触发器U7的S端， 所述第八与门U8的另一输入端接第七RS触发器U7输出端Q，第八与门U8的输出端为脉宽 调制电路的输出端即输出混沌脉宽调制信号4-，第八与门％的输出端接微分电路的输入 端，第八与门U8输出脉宽混沌变化范围可调的脉冲信号；所述第七RS触发器U7的R端接第 六比较器队的输出端，第六比较器U6正相输入端接第一比较器U:的反相端即接锯齿波信 号第六比较器U6反相输入端接第六放大器X6的输出端SP接、混纯信号。
[0021] 工作时，第七RS触发器叫的S端由触发信号经第四非门U4、第五非门U5 触发第七RS触发器U7，使其输出端Q输出高电平，由第六比较器U6比较锯齿波信号电压及 她混沌信号电压&，当高于时，第七RS触发器输出低电平，直 到出现高电平再次触发u7输出高电平，因此输出的频率同一致，其 脉宽为
鉴5
脉宽I的变化范围夕
[0022] 图5为给出了微分电路原理图。所述微分电路包括第五电容C5、第二十五电阻R25 及第七放大器x7;其中所述第五电容C5的一端接第八与门118的输出端，第五电容C5的另一 端分别接第二十五电阻r25的一端及第七放大器X7反相输入端；所述第七放大器X7正相输 入端接地，第七放大器&输出端接第二十五电阻R25的另一端，第七放大器x7输出端为微分 电路的输出端，第七放大器&输出冲激位置混沌变化范围可调的周期冲激信号。
[0023] 工作时，混沌冲激位置调制信号发生电路是对混沌脉宽调制信号进行微分运算， 在混沌脉宽调制信号的下降沿产生冲激信号，因此在一个周期冲激信号出现的位置也为I。
[0024] 本发明通过蔡氏电路产生了混沌电压信号，该信号可以作为随机信号使用，实现 电路成熟，成本低廉。通过调节可调电阻，可以设置锯齿波的周期、脉冲信号及冲激信号的 周期，可以设置混沌电压信号的范围，使得脉宽及冲激位置可以在一个周期内的任意范围 混沌变化。
【主权项】
1. 一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于包括混沌信号发生电路、 脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发 生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调 制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌 脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。2. 根据权利要求1所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述 锯齿波发生电路包括第一至第五电阻（R1-R 5)、第一电容（C1X第一开关（S1X第一比较器 (U1X第二比较器（U 2)及RS触发器（U3)构成；其中所述第一电阻（R1)-端接直流电源正极， 另一端分别接第一电容（C 1)的一端、第一开关（S1)的输出控制端、第一比较器（U1)的反相 端及第二比较器（U 2)的正相端；所述第一电容（C1)的另一端接地；第一开关（S1)的低电平 参考电位端接地，第一开关（S 1)的输出控制端的另一端接地；所述第二电阻（R2)的一端接 直流电源正极，另一端分别接第一比较器（U 1)的正相输入端及第三电阻（R3)的一端，第三 电阻（R3)的另一端接地；所述第四电阻（R 4)的一端接直流电源正极，另一端分别接第二比 较器（U2)的反相输入端及第五电阻（R 5)的一端，所述第五电阻（R5)的另一端接地；所述第 三RS触发器（U3)的R输入端接第一比较器（U 1)的输出端，S输入端接第二比较器（U2)的 输出端，第三RS触发器（U3)的输出端Q为锯齿波发生电路的输出端，输出端Q接脉宽调制 电路的输入端。3. 根据权利要求1所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述混 沌信号发生电路包括第六至第二十四电阻（R6_R 24)、第二至第四电容（C2- C4)和第一至第六 放大器（X1-X6);其中所述第六电阻（R 6)的一端分别接第一放大器（X1)反相输入端及第二电 容（C2)的一端，另一端分别接第三电容（C 3)的一端、第四电容（C4)的一端、第十三电阻（R13) 的一端、第十六电阻（R 16)、第十七电阻（R17)的一端及第十八电阻（R18)的一端，第十七电阻 (R 17)的另一端接直流电源正极，第十八电阻（R18)的另一端接地；所述第二电容（C2)的另一 端分别接第一放大器（X 1)的输出端及第七电阻（R7)的一端；第一放大器（X1)正相输入端分 别接第二放大器（X 2)正相输入端、第八电阻（R8)的一端、第十电阻（Rltl)的一端、第二十电 阻（R 2tl)的一端及第三电容（C3)的另一端；所述第七电阻（R7)的另一端分别接第二放大器 (X 2)反相输入端及第九电阻（R9)的一端；第八电阻（R8)的另一端分别接第二放大器（X 2)的 输出端及第九电阻（R9)的另一端；第十电阻（Rltl)的另一端分别接第四电容（C4)的另一端、 第十一电阻（R 11)的一端、第十四电阻（R14)的一端、第三放大器（X3)正相端及第四放大器 (X4)正相端；第二十电阻（R 2tl)的另一端分别接第六放大器（X6)正相输入端及第十九电阻 (R19)的一端，第十九电阻（R 19)的另一端接地；所述第十三电阻（R13)的另一端接第十二电 阻（R12)的一端及第二放大器（X 2)反相输入端，第十二电阻（R12)的另一端分别接第十一电 阻（R11)的另一端及第三发放大器（X 3)的输出端；所述第十六电阻（R16)的另一端分别接第 十五电阻（R15)的一端及第四放大器（X 4)正相端；所述第十五电阻（R15)的另一端分别接第 十四电阻（R14)另一端及第四放大器（X 4)输出端；所述第五放大器（X5)反相端接输出端及第 二十三电阻（R23)的一端；第二十三电阻（R 23)的另一端分别接第六放大器（X6)反相输入端 及第二十四电阻（R24)的一端，第二十四电阻（R 24)的另一端接第六放大器（X6)的输出端，第 六放大器（X6)的输出端为混沌信号发生电路的输出端，第六放大器（X 6)的输出端接脉宽调 制电路的另一输入端；所述第二十一电阻（R21)的一端接直流电源正极，第二十一电阻（R 21) 的另一端分别接第二十二电阻（R22)的一端及第六放大器（X6)正相输入端，接第二十二电阻 (R22)的另一端接地。4. 根据权利要求1或2或3所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征 在于所述脉宽调制电路包括第四非门（U4)、第五非门（U 5)、第六比较器（U6)、第七RS触发器 (U7)及第八与门（U 8);其中所述第四非门（U4)的输入端接第三RS触发器（U3)的输出端Q， 第四非门（U 4)的输出端分别接第五非门（U5)的输入端及第八与门（U8)的一输入端；所述 第五非门（U 5)的输出端接第七RS触发器（U7)的S端，所述第八与门（U8)的另一输入端接 第七RS触发器（U 7)输出端Q，第八与门（U8)的输出端为脉宽调制电路的输出端，第八与门 (U8)的输出端接微分电路的输入端，第八与门（U 8)输出脉宽混沌变化范围可调的脉冲信号； 所述第七RS触发器（U7)的R端接第六比较器（U 6)的输出端，第六比较器（U6)正相输入端 接第一比较器（U1)的反相端，第六比较器（U 6)反相输入端接第六放大器（X6)的输出端。5. 根据权利要求4所述的混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，其特征在于所述微 分电路包括第五电容（C5)、第二十五电阻（R 25)及第七放大器（X7);其中所述第五电容（C5) 的一端接第八与门（U 8)的输出端，第五电容（C5)的另一端分别接第二十五电阻（R25)的一端 及第七放大器（X 7)反相输入端；所述第七放大器（X7)正相输入端接地，第七放大器（X7)输 出端接第二十五电阻（R 25)的另一端，第七放大器（X7)输出端为微分电路的输出端，第七放 大器（X7)输出冲激位置混沌变化范围可调的周期冲激信号。
【专利摘要】本发明涉及一种混沌脉宽调制和混沌冲激位置调制电路，特点是包括混沌信号发生电路、脉宽调制电路、锯齿波发生电路及微分电路；其中所述脉宽调制电路分别接收混沌信号发生电路所产生的混沌信号及锯齿波发生电路所产生的锯齿波信号并进行脉宽调制，脉宽调制电路又将脉宽调制后的混沌脉宽调制信号输给微分电路，所述微分电路将接收到的混沌脉宽调制信号进行处理后输出混沌冲激位置调制信号。其具有降低了成本，电路采用常见器件构成，易于实现等优点。
【IPC分类】H03K7/08, H03K3/02, H03K4/08
【公开号】CN104883161
【申请号】CN201510221323
【发明人】牛俊英, 蔡泽凡, 曹娜, 陈叶娟, 宋玉宏
【申请人】顺德职业技术学院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月5日