一个磁控忆阻器混沌电路及其FPGA实现

忆阻器是一种新的电路元件.为研究忆阻器混沌的基本特性和实现方法,对一种三次光滑特性忆阻器混沌电路的基本动力学特性进行了深入分析,包括平衡点集及其稳定性,暂态混沌及其状态转移,提出了一种克服暂态混沌从而产生稳定混沌的方法,并基于FPGA研究了忆阻器混沌的数字化实现问题,获得了预期的实验结果.     

混沌数字通信及噪声性能分析

介绍了混沌数字通信研究的新进展,并着重噪声性能的比较分析。通过原理分析对混沌键控调制系统(CSK)进行了理想噪声性能的定性描述;利用波形通信概念给出了双极性CSK、差分相干DCSK的误码率表达式;对正交混沌移位键控调制(QCSK)、混沌脉位调制(CPPM)的原理和噪声性能进行了简要分析。     

基于Logistic映射PN序列的FPGA实现

为了获得性能良好,适于扩频通信及加密领域的伪噪声(PN)序列,提出了一种PN序列量化产生及硬件实现方法.该方法基于FPGA技术并以Logistic离散映射作为随机信号源,提取Logistic映射时间序列二进制数中的某一位构成了一个新的混沌PN序列,并在硬件上获得了实现.通过对序列的频率测试、串列测试、Poker测试、游程测试、自相关测试表明,这种PN序列的硬件实现技术可为扩频通信和信息加密提供一个良好的伪噪声序列.     

一种新的分数阶混沌系统研究

为了提高混沌信号的复杂性,提出一个新的分数阶混沌系统.介绍两种分数阶微积分的分析方法,时域求解法对其进行数值仿真;时频域转换法对其进行电路仿真.数值仿真结果表明,系统存在混沌的最低阶数是2.31.设计该系统的分数阶混沌振荡电路,电路仿真与数值仿真结果相符,证实了该分数阶混沌振荡电路的可行性.     

基于忆阻器的乘法器电路设计

忆阻器作为一种非易失性的新型电路元件,在数字逻辑电路中具有良好的应用前景。目前,基于忆阻器的逻辑电路主要涉及全加器、乘法器以及异或(XOR)和同或(XNOR)门等研究,其中对于忆阻乘法器的研究仍比较少。该文采用两种不同方式来设计基于忆阻器的2位二进制乘法器电路。一种是利用改进的“异或”及“与”多功能逻辑模块,设计了一个2位二进制乘法器电路,另一种是结合新型的比例逻辑,即由一个忆阻器和一个NMOS管构成的单元门电路设计了一个2位二进制乘法器。对于所设计的两种乘法器进行了比较,并通过LTSPICS仿真进行验证。该文所设计的乘法器仅使用了2个N型金属-氧化物-半导体(NMOS)以及18个忆阻器(另一种为6个NMOS和28个忆阻器),相比于过去的忆阻乘法器,减少了大量晶体管的使用。     

忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink建模及其特性分析

忆阻器、忆容器和忆感器均是具有记忆特性的新型非线性电路元件,也被称为记忆元件.以三种电路元件的通用数学模型为依据,从数学分析的角度,对忆阻器、忆容器和忆感器的Simulink模型进行了建立.在Simulink模型中体现了记忆元件对历史状态和系统状态变量的依赖性,正确表现出其独特的记忆特性.通过一系列仿真分析,得到了忆阻器、忆容器和忆感器的元件特性,验证了模型的有效性.此外,通过对三者在不同参数、不同激励下的电路特性分析,得到了三种记忆元件等效模型随频率和幅值变化的规律,为以后忆阻器、忆容器和忆感器基于Simulink的仿真研究和应用研究奠定基础.     

20 keV质子在聚碳酸酯微孔膜中传输的动态演化过程

测量了20 ke V质子穿过倾斜角为+1?的聚碳酸酯微孔膜后,出射粒子的位置分布、相对穿透率以及电荷纯度随时间的演化.实验发现,能量电荷比E/q≈10~1k V的质子穿过绝缘纳米微孔的物理机理与E/q≈10~0k V和E/q≈10~2k V区域离子有显著不同.对于E/q≈10~1k V的质子穿过绝缘纳米微孔,存在一段相当长的导向建立之前(导向前)的过程,在该时期内出射质子及氢原子的特性和导向建立后的特性有很大差异.在导向前的演化过程中,我们可以观察到出射质子的峰位逐渐向孔轴向附近转移;出射氢原子由束流方向的尖峰以及孔轴向的主峰构成,峰位角保持基本不变且尖峰逐渐消失.这一过程的主要机理为微孔内表面以下的多次随机二体碰撞和近表面镜面反射两种传输方式逐步向电荷斑约束下的"导向效应"过渡的过程.对E/q≈10~1k V区间离子"导向前过程"的完整观测,使得对低能向中能过渡区间离子穿过绝缘微孔膜物理机制和图像有更深入和完整的认识,有助于约10 ke V离子微束的精确控制和应用.     

Memcapacitor model and its application in a chaotic oscillator

A memcapacitor is a new type of memory capacitor. Before the advent of practical memcapacitor, the prospective studies on its models and potential applications are of importance. For this purpose, we establish a mathematical memcapacitor model and a corresponding circuit model. As a potential application, based on the model, a memcapacitor oscillator is designed, with its basic dynamic characteristics analyzed theoretically and experimentally. Some circuit variables such as charge, flux, and integral of charge, which are difficult to measure, are observed and measured via simulations and experiments. Analysis results show that besides the typical period-doubling bifurcations and period-3 windows, sustained chaos with constant Lyapunov exponents occurs. Moreover, this oscillator also exhibits abrupt chaos and some novel bifurcations.In addition, based on the digital signal processing(DSP) technology, a scheme of digitally realizing this memcapacitor oscillator is provided. Then the statistical properties of the chaotic sequences generated from the oscillator are tested by using the test suit of the National Institute of Standards and Technology(NIST). The tested randomness definitely reaches the standards of NIST, and is better than that of the well-known Lorenz system.     

音频信号高速率采样中混沌实时加密的实现

通过对音频信号高采样率采样过程中实时加密的研究,提出了一种结合异或运算和循环移位操作的双重置乱混沌加密算法,对高采样率音频信号进行加密和信息掩盖.加密序列和循环移位序列均由混沌系统产生,整个过程在数字信号处理器(DSP)平台进行了验证.此方法运算速度快,安全性高,易于在嵌入式系统中进行应用.     

N型局部有源忆阻器的神经形态行为

局部有源忆阻器(locally-active memristor,LAM)凭借其高集成度、低功耗和局部有源特性等优点,在神经形态计算领域显示出巨大的潜力.本文提出了一种简单的N型LAM数学模型,通过揭示其非线性动力特性,设计了N型LAM神经元电路.采用Hopf分岔、数值分析等方法定量研究了该电路的动力学行为,成功模拟了多种神经形态行为,包括全或无行为、尖峰、簇发、周期振荡等.并利用该神经元电路结构模拟了生物触觉神经元的频率特性.仿真结果表明:当输入信号幅值低于阈值时,神经元电路输出信号的振荡频率与输入信号强度呈正相关(即兴奋状态),并在阈值处达到最大值.随后,继续增大激励强度,振荡频率则逐渐降低(即保护性抑制状态).最后,设计了N型LAM硬件仿真器,并完成了人工神经元电路的硬件实现,实验结果与仿真结果、理论分析相一致,验证了该N型LAM具备的神经形态行为.