一種基于憶容器的串聯(lián)諧振電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種基于憶容器的串聯(lián)諧振電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 諧振電路是一種含有電感、電容和電阻元件的單口網(wǎng)絡(luò)，某一工作頻率時(shí)，可出現(xiàn) 端口電壓和端口電流波形相位相同的情況，此時(shí)稱電路發(fā)生諧振，稱為諧振電路。諧振電路 是各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于濾波整形電路、頻率選擇電路以及改善充放電波形電 路中。
[0003] 在傳統(tǒng)的諧振電路中，由于電容、電感值是固定的，所以諧振頻率也是固定的，對(duì) 負(fù)載及輸入源的變化無法做出調(diào)節(jié)，這會(huì)在某種程度上限制了諧振電路的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng) 電容和電感體積較大，一定程度上增加了諧振電路的體積，憶容器是一個(gè)隨著系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài) 變量而變化的量，且是初值敏感的，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)諧振頻率的變化，且納米級(jí)的尺 寸，也減少了諧振電路的尺寸，提高了電路的功率密度，減少了電路的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于憶容器的串聯(lián)諧振電 路，具體技術(shù)方案如下。
[0005] -種基于憶容器的串聯(lián)諧振電路，該電路包括激勵(lì)電壓源，憶容器，諧振電容，和 負(fù)載電阻；激勵(lì)電壓源的正極與憶容器的頂電極連接；憶容器的底電極接電容；電容串聯(lián) 負(fù)載電阻并接地。
[0006] 上述的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路中，所述憶容器是隨外加激勵(lì)及憶容器內(nèi)部 系統(tǒng)狀態(tài)變量變化而變化的量，其值并不是一個(gè)固定值，而是相當(dāng)于一個(gè)滑動(dòng)電容器。
[0007] 上述的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路中，憶容器是隨外加激勵(lì)及內(nèi)部狀態(tài)變量變化 而可調(diào)節(jié)的量，且是初值敏感的，所述諧振電路的諧振頻率根據(jù)憶容器初值的不同而不同， 通過改變憶容器的初值，來實(shí)現(xiàn)諧振頻率的調(diào)節(jié)，增加了諧振電路的靈活性。
[0008] 憶容器是一種二端口無源器件，具有較強(qiáng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性，其電感值隨著外 加激勵(lì)的變化而變化。由憶容器構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路，諧振頻率并不是一個(gè)定值，而是在一 定頻段波動(dòng)，且波動(dòng)范圍并不會(huì)很大，選取不同的初值，諧振頻率可以在較大的頻率范圍內(nèi) 出現(xiàn)，可以證明基于憶容器的串聯(lián)諧振電路是初值敏感的，也是諧振頻率可調(diào)的。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明電路具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：憶容器的納米級(jí)尺寸，可 以提高諧振電路的集成度，減少電路尺寸及功耗。因?yàn)閼浫萜魇请S著外加激勵(lì)的不同，選取 初值的不同而變化的值，所以由憶容器組成的串聯(lián)諧振電路是一個(gè)初值敏感的，頻率可調(diào) 的電路。因而本發(fā)明電路適合應(yīng)用于頻率可變的頻率選擇電路當(dāng)中。
【附圖說明】
[0010] 圖la、圖Ib分別是本發(fā)明中應(yīng)用的憶容器的數(shù)學(xué)模型及其電路符號(hào)。
[0011] 圖2是本發(fā)明中應(yīng)用的憶容器的SPICE電路模型。
[0012] 圖3是本發(fā)明中應(yīng)用的憶容器的端口 q-v特性曲線。
[0013] 圖4是本發(fā)明具體實(shí)施中的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路。
[0014] 圖5是本發(fā)明的諧振頻率隨狀態(tài)變量初值的關(guān)系圖。
[0015] 圖6是本發(fā)明電路的在Cinit= IOuF時(shí)，頻率特性曲線。
[0016] 圖7是本發(fā)明電路的在Cinit= IOOnF時(shí)，頻率特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作進(jìn)一步說明。
[0018] 憶容器是一種二端口無源器件，其電感值隨著外加激勵(lì)的變化而變化。圖1展示 了憶容器的數(shù)學(xué)模型及其電路符號(hào)。憶容器電荷和電電壓之間關(guān)系，非線性定義式如（1) 所示；
[0019]
[0020] (2)
[0021] 憶容器的憶容值Cm依賴于其內(nèi)部的系統(tǒng)狀態(tài)變量x(t)，表達(dá)式如（3)所示：
[0022] Cm (t) = Cnin+(Cnax-Cnin) X (t) (3)
[0023] 其中x(t)表示了系統(tǒng)所處的狀態(tài)，是一個(gè)隨著時(shí)間變化的變量。其定義式為（4) 所示：
[0024] (4)
[0025] 為了使系統(tǒng)的狀態(tài)變量的變化率平穩(wěn)過渡，我們給系統(tǒng)狀態(tài)變量加上（5)所示的 窗函數(shù)，
[0026]
[0027] 其初值與線圈固定端與滑動(dòng)端之間的距離有關(guān)，如（6)所示。
[0028]
(6)
[0029] 根據(jù)公式（1)~（6)建立憶容器的SPICE電路模型，模型參數(shù)為C_= lOOnF，C _ =lOOuF，Cinit= 10uF，k = 10, p = 10,建立如圖2所示的荷控憶容器的SPICE模型。選取 正弦波輸入信號(hào)V = sin(20 π t)，我們可以得到憶容器的端口特性曲線，如圖3所示，表現(xiàn) 出了明顯的磁滯特性，較普通電感具有明顯的區(qū)別。
[0030] 圖4是本發(fā)明所述的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路，其包括激勵(lì)電壓源、憶容器、諧 振電容、負(fù)載電阻；激勵(lì)電壓源V(t)的正極與憶容器的頂電極連接；憶容器的底電極與諧 振電容連接，諧振電容串聯(lián)負(fù)載電阻并接地，形成電流回路串聯(lián)。
[0031] 根據(jù)憶容器端口方程（1)，我們可以推導(dǎo)出流過憶容器的電流ijt)與電感器兩端 的電壓之間的關(guān)系如（7)所示
[0032]
C 7)
[0033] 根據(jù)公式（7)，我們可以得到憶容器的阻抗表達(dá)式（8):
[0034]
( 8 )
[0035] 則串聯(lián)電路的總阻抗為（9)所示。
[0036] (9)
[0037] 時(shí)，電路發(fā)生諧振。解得諧振頻率
,由于Cm是隨著狀態(tài)變量x(t)的變化在一定區(qū)間內(nèi)變化的，（?,也是 與狀態(tài)變量x(t)相關(guān)的值，所以諧振頻率ω。并不是一個(gè)固定的值，而是一個(gè)隨著時(shí)間在 一定區(qū)間內(nèi)變化的值。
[0038] 根據(jù)理論推導(dǎo)，當(dāng) L = IOOmH, Cmin= IOOnF, C max= 100uF，ω (316. 2rad/ s，lOOOOrad/s)為了驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性，根據(jù)公式（3) (4)、（8)、（9)我們搭建了憶容器 串聯(lián)諧振電路的諧振頻率的Simulink模型，來觀察諧振頻率隨憶容器初值的變化規(guī)律。其 中電路參數(shù) R = lk，L = 100mH，C_= 100nF，C _= 100uF，V = sin (20 π t)。分別選取狀 態(tài)變量初值x = 〇. 01，x = 〇. 5, x = 0. 99時(shí)的頻率變化規(guī)律，仿真波形如圖5所示。通過 仿真波形我們可以看出，可以通過改變狀態(tài)變量初值，改變基于憶容器的串聯(lián)諧振電路的 諧振頻率，且變化范圍很大。
[0039] 運(yùn)用Pspice仿真軟件，分析基于憶容器串聯(lián)諧振電路的諧振頻率隨著憶容器初 值的變化規(guī)律。圖6、7分別展示了本發(fā)明電路在C init= IOuF及C init= IOOnF時(shí)，電路的 頻率特性曲線。再一次證明了，可以通過修改憶容器的初值，來改變基于憶容器的串聯(lián)諧振 電路的諧振頻率。
[0040] 綜上所述，本發(fā)明公開的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路的諧振頻率不是固定的，而 是一個(gè)可以隨著初值及系統(tǒng)狀態(tài)變量變化而變化的量，可以用于頻率可變的頻率選擇電 路，且憶容器的使用有利于提高諧振電路的集成密度，降低電路的功耗。
[0041] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于憶容器的串聯(lián)諧振電路，其特征在于：該電路包括激勵(lì)電壓源（Kt))，憶 容器（G)，諧振電容（z)，和負(fù)載電阻（奶；激勵(lì)電壓源的正極與憶容器的頂電極連接；憶容 器的底電極接電容；電容串聯(lián)負(fù)載電阻并接地。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路，其特征在于：所述憶容器是隨 外加激勵(lì)及憶容器內(nèi)部系統(tǒng)狀態(tài)變量變化而變化的量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路，其特征在于：憶容器是隨外加 激勵(lì)及內(nèi)部狀態(tài)變量變化而可調(diào)節(jié)的量，且是初值敏感的，所述諧振電路的諧振頻率根據(jù) 憶容器初值的不同而不同，通過改變憶容器的初值，來實(shí)現(xiàn)諧振頻率的調(diào)節(jié)。
【專利摘要】本發(fā)明涉公開了一種基于憶容器的串聯(lián)諧振電路。該諧振電路包括輸入電壓源，憶容器，諧振電感和負(fù)載電阻，激勵(lì)電壓源的正極與憶容器的頂電極連接；憶容器的底電極接電容；電容串聯(lián)負(fù)載電阻并接地。該諧振電路具有功耗小，集成密度高等優(yōu)點(diǎn)。所述憶容器的頂電極連接電壓源正極，底電極輸出端連接諧振電感，諧振電感再與負(fù)載電阻串聯(lián)接地，形成串聯(lián)回路。此外，本發(fā)明公開的基于憶容器的串聯(lián)諧振電路還可以實(shí)現(xiàn)諧振頻率可變，適用于頻率可變的頻率選擇電路。
【IPC分類】G06F17/50, H03H17/00
【公開號(hào)】CN105119586
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510543462
【發(fā)明人】詹玉香, 陳艷峰, 張波
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年12月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月27日