一种基于忆感器的并联谐振电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体集成电路领域，具体涉及一种基于忆感器的并联谐振电路。
【背景技术】
[0002] 谐振电路是一种含有电感、电容和电阻元件的单口网络，在某一工作频率时，可出 现端口电压和端口电流波形相位相同的情况，此时称电路发生谐振，称为谐振电路。谐振电 路是各种复杂网络的基础，广泛应用于滤波整形电路、频率选择电路以及改善充放电波形 电路中。
[0003] 在传统的谐振电路中，由于电容、电感值是固定的，所以谐振频率也是固定的，对 负载及输入源的变化无法做出调节，这会在某种程度上限制了谐振电路的应用。此外，传 统电容和电感体积较大，一定程度上增加了谐振电路的体积，忆感器是一个随着系统状态 变量而变化的量，且是初值敏感的，可以在一定程度上实现谐振频率的变化，且纳米级的尺 寸，也减少了谐振电路的尺寸，提高了电路的功率密度，减少了电路的功耗。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于忆感器的并联谐振电 路，具体技术方案如下。
[0005] -种基于忆感器的并联谐振电路，该电路包括：激励电流源，忆感器，谐振电容，和 负载电阻；激励电流源的正极与忆感器的顶电极连接；忆感器的底电极接地；谐振电容和 负载电阻分别并联在忆感器两端。
[0006] 上述基于忆感器的并联谐振电路中，所述忆感器的值随外加激励及内部系统状态 变量而变化，并不是一个固定值，而是相当于一个滑动电感。
[0007] 上述基于忆感器的并联谐振电路中，由于所述谐振电路的谐振频率波动范围根据 忆感器初值的不同而不同，通过改变忆感器的初值，来实现谐振频率的调节，增加了谐振电 路的灵活性。
[0008] 忆感器是一种无源二端口器件，具有较强的非线性动力学特性，其电感值随着外 加激励的变化而变化。由忆感器构成的并联谐振电路，谐振频率可变，可在一定频段波动， 选取不同的初值，谐振频率可以在较大的频率范围内出现，可以证明基于忆感器的并联谐 振电路是初值敏感的，也是谐振频率可调的。
[0009] 与现有技术相比，本发明电路具有如下优点和技术效果：忆感器的纳米级尺寸，可 以提高谐振电路的集成度，减少电路尺寸及功耗。因为忆感器是随着外加激励的不同，选取 初值的不同而变化的值，所以由忆感器组成的并联谐振电路是一个初值敏感的，频率可调 的电路。因而本发明电路适合应用于频率可变的频率选择电路当中。
【附图说明】
[0010] 图la、图Ib是分别本发明中应用的忆感器的数学模型及其电路符号。
[0011] 图2是本发明中应用的忆感器的SPICE电路模型。
[0012] 图3是本发明中应用的忆感器的端口 φ-i特性曲线特性曲线。
[0013] 图4是本发明具体实施中的基于忆感器的并联谐振电路。
[0014] 图5是本发明的谐振频率随状态变量初值的关系。
[0015] 图6是本发明电路的在Linit= IOOmH时的频率特性曲线。
[0016] 图7是本发明电路的在Linit= IOmH时的频率特性曲线。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
[0018] 忆感器是一种二端口无源器件，其电感值随着外加激励的变化而变化。图1展示 了忆感器的数学模型及其电路符号。忆感器的电磁和电流之间关系，非线性定义式如（1) 所示；
[0021] 忆感器的忆感值Lm依赖于其内部的系统状态变量x(t)，表达式如（3)所示：
[0023] 其中x(t)表示了系统所处的状态，是一个随着时间t变化的变量。其定义式为 (4)所示：
[0025] 为了使系统的状态变量的变化率平稳过渡，给系统状态变量加上（5)所示的窗函 数，即
[0026] f (x) = 1- (2χ-1)2ρ (5)
[0027] 其初值与线圈固定端与滑动端之间的距离有关，如（6)所示。
[0029] 根据公式（1)~（6)建立忆感器的SPICE电路模型，i(t)为激励电流源，模型参 数为 Lmin = IOmH, Lmax= 200mH, L init= IOOmH, k = 10, p = 10，建立如图 2 所示的荷控忆感 器的SPICE模型。选取正弦波输入信号I = 0.1 sin(K) π t)，可以得到忆感器的端口特性曲 线，如图3所示，表现出了明显的磁滞特性，较普通电感具有明显的区别。
[0030] 图4是本发明所述的基于忆感器的并联谐振电路，其包括激励电流源、忆感器、谐 振电容、负载电阻；激励电流源i(t)的正极与忆感器的顶电极连接；忆感器的底电极接地； 谐振电容和负载电阻分别并联在忆感器两端。
[0031] 根据忆感器端口方程（1)，可以推导出流过忆感器的电流^(〇与电感器两端的电 压V1 (t)之间的关系如（7)所示
[0033] 根据公式（7)，可以得到忆感器的阻抗表达式（8):
[0035] 则并联电路的总阻抗为（9)所示。
[0037] 当
时，电路发生谐振。解得谐振频率
,由于Lm是随着状态变量x(t)的变化在一定区间内变化的，4#也是与 状态变量x(t)相关的值，所以谐振频率ω。并不是一个固定的值，而是一个随着时间在一 定区间内变化的值。
[0038] 根据理论推导，当 C = IOuF, Lmin= IOmH, L max= 200mH，ω (707. Irad/ s，3162rad/s)为了验证理论推导的正确性，根据公式（3) (4)、（8)、（9)搭建了忆感器并联 谐振电路的谐振频率的Simulink模型，来观察谐振频率随忆感器初值的变化规律。其中电 路参数 R = lk，C = 10uF，L_= 10mH，L _= 200mH，I = 0· Isin (20 π t)。分别选取状态变 量初值X = 〇. 01，X = 〇. 5, X = 0. 99时的频率变化规律，仿真波形如图5所示。通过仿真 波形可以看出，可以通过改变状态变量初值，改变基于忆感器的并联谐振电路的谐振频率， 且变化范围很大。
[0039] 运用Pspice仿真软件，分析基于忆感器并联谐振电路的谐振频率随着忆感器初 值的变化规律。图6、图7分别展示了本发明电路在L init= IOOmH及L init= IOmH时，电路 的频率特性曲线。再一次证明了，可以通过修改忆感器的初值，来改变基于忆感器的并联谐 振电路的谐振频率。
[0040] 综上所述，本发明公开的忆感并联谐振电路的谐振频率不是固定的，而是一个可 以随着初值及电路系统状态变量变化而变化的量，是可调节，可以用于频率可变的频率选 择电路，且忆感器的使用有利于提高谐振电路的集成密度，降低电路的功耗。
[0041] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护。
【主权项】
1. 一种基于忆感器的并联谐振电路，其特征在于该电路包括：激励电流源（i(t))，忆 感器（4)，谐振电容（C)，和负载电阻（奶；激励电流源（i(t))的正极与忆感器的顶电极连 接；忆感器的底电极接地；谐振电容和负载电阻分别并联在忆感器两端。2. 根据权利要求1所述的基于忆感器的并联谐振电路，其特征在于：所述忆感器的值 随外加激励及内部系统状态变量而变化。3. 根据权利要求1所述的基于忆感器的并联谐振电路，其特征在于：由于所述谐振电 路的谐振频率波动范围根据忆感器初值的不同而不同，通过改变忆感器的初值，来实现谐 振频率的调节。
【专利摘要】本发明公开了一种基于忆感器的并联谐振电路。该谐振电路包括输入电流源，忆感器，谐振电容和负载电阻，具有功耗小，集成密度高等优点。所述忆感器的顶电极连接电流源正极，底电极端接地，且在忆感器两端分别并联谐振电容和负载电阻。此外，本发明公开的基于忆感器的并联谐振电路还可以实现谐振频率可变，适用于频率可变的频率选择电路。
【IPC分类】G11C13/00
【公开号】CN105161127
【申请号】CN201510542824
【发明人】詹玉香, 陈艳峰, 张波
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月27日