一種基于憶容器的串聯諧振電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體集成電路領域，具體涉及一種基于憶容器的串聯諧振電路。
【背景技術】
[0002] 諧振電路是一種含有電感、電容和電阻元件的單口網絡，某一工作頻率時，可出現 端口電壓和端口電流波形相位相同的情況，此時稱電路發生諧振，稱為諧振電路。諧振電路 是各種復雜網絡的基礎，廣泛應用于濾波整形電路、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 負載及輸入源的變化無法做出調節，這會在某種程度上限制了諧振電路的應用。此外，傳統 電容和電感體積較大，一定程度上增加了諧振電路的體積，憶容器是一個隨著系統內狀態 變量而變化的量，且是初值敏感的，可以在一定程度上實現諧振頻率的變化，且納米級的尺 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。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種基于憶容器的串聯諧振電 路，具體技術方案如下。
[0005] -種基于憶容器的串聯諧振電路，該電路包括激勵電壓源，憶容器，諧振電容，和 負載電阻；激勵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 負載電阻并接地。
[0006] 上述的基于憶容器的串聯諧振電路中，所述憶容器是隨外加激勵及憶容器內部 系統狀態變量變化而變化的量，其值并不是一個固定值，而是相當于一個滑動電容器。
[0007] 上述的基于憶容器的串聯諧振電路中，憶容器是隨外加激勵及內部狀態變量變化 而可調節的量，且是初值敏感的，所述諧振電路的諧振頻率根據憶容器初值的不同而不同， 通過改變憶容器的初值，來實現諧振頻率的調節，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，具有較強的非線性動力學特性，其電感值隨著外 加激勵的變化而變化。由憶容器構成的串聯諧振電路，諧振頻率并不是一個定值，而是在一 定頻段波動，且波動范圍并不會很大，選取不同的初值，諧振頻率可以在較大的頻率范圍內 出現，可以證明基于憶容器的串聯諧振電路是初值敏感的，也是諧振頻率可調的。
[0009] 與現有技術相比，本發明電路具有如下優點和技術效果：憶容器的納米級尺寸，可 以提高諧振電路的集成度，減少電路尺寸及功耗。因為憶容器是隨著外加激勵的不同，選取 初值的不同而變化的值，所以由憶容器組成的串聯諧振電路是一個初值敏感的，頻率可調 的電路。因而本發明電路適合應用于頻率可變的頻率選擇電路當中。
【附圖說明】
[0010] 圖la、圖Ib分別是本發明中應用的憶容器的數學模型及其電路符號。
[0011] 圖2是本發明中應用的憶容器的SPICE電路模型。
[0012] 圖3是本發明中應用的憶容器的端口 q-v特性曲線。
[0013] 圖4是本發明具體實施中的基于憶容器的串聯諧振電路。
[0014] 圖5是本發明的諧振頻率隨狀態變量初值的關系圖。
[0015] 圖6是本發明電路的在Cinit= IOuF時，頻率特性曲線。
[0016] 圖7是本發明電路的在Cinit= IOOnF時，頻率特性曲線。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖和實例對本發明的具體實施作進一步說明。
[0018] 憶容器是一種二端口無源器件，其電感值隨著外加激勵的變化而變化。圖1展示 了憶容器的數學模型及其電路符號。憶容器電荷和電電壓之間關系，非線性定義式如（1) 所示；
[0019]
[0020] (2)
[0021] 憶容器的憶容值Cm依賴于其內部的系統狀態變量x(t)，表達式如（3)所示：
[0022] Cm (t) = Cnin+(Cnax-Cnin) X (t) (3)
[0023] 其中x(t)表示了系統所處的狀態，是一個隨著時間變化的變量。其定義式為（4) 所示：
[0024] (4)
[0025] 為了使系統的狀態變量的變化率平穩過渡，我們給系統狀態變量加上（5)所示的 窗函數，
[0026]
[0027] 其初值與線圈固定端與滑動端之間的距離有關，如（6)所示。
[0028]
(6)
[0029] 根據公式（1)~（6)建立憶容器的SPICE電路模型，模型參數為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 出了明顯的磁滯特性，較普通電感具有明顯的區別。
[0030] 圖4是本發明所述的基于憶容器的串聯諧振電路，其包括激勵電壓源、憶容器、諧 振電容、負載電阻；激勵電壓源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，諧振電容串聯負載電阻并接地，形成電流回路串聯。
[0031] 根據憶容器端口方程（1)，我們可以推導出流過憶容器的電流ijt)與電感器兩端 的電壓之間的關系如（7)所示
[0032]
C 7)
[0033] 根據公式（7)，我們可以得到憶容器的阻抗表達式（8):
[0034]
( 8 )
[0035] 則串聯電路的總阻抗為（9)所示。
[0036] (9)
[0037] 時，電路發生諧振。解得諧振頻率
,由于Cm是隨著狀態變量x(t)的變化在一定區間內變化的，（?,也是 與狀態變量x(t)相關的值，所以諧振頻率ω。并不是一個固定的值，而是一個隨著時間在 一定區間內變化的值。
[0038] 根據理論推導，當 L = IOOmH, Cmin= IOOnF, C max= 100uF，ω (316. 2rad/ s，lOOOOrad/s)為了驗證理論推導的正確性，根據公式（3) (4)、（8)、（9)我們搭建了憶容器 串聯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律。其 中電路參數 R = lk，L = 100mH，C_= 100nF，C _= 100uF，V = sin (20 π t)。分別選取狀 態變量初值x = 〇. 01，x = 〇. 5, x = 0. 99時的頻率變化規律，仿真波形如圖5所示。通過 仿真波形我們可以看出，可以通過改變狀態變量初值，改變基于憶容器的串聯諧振電路的 諧振頻率，且變化范圍很大。
[0039] 運用Pspice仿真軟件，分析基于憶容器串聯諧振電路的諧振頻率隨著憶容器初 值的變化規律。圖6、7分別展示了本發明電路在C init= IOuF及C init= IOOnF時，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諧振 電路的諧振頻率。
[0040] 綜上所述，本發明公開的基于憶容器的串聯諧振電路的諧振頻率不是固定的，而 是一個可以隨著初值及系統狀態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] 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護。
【主權項】
1. 一種基于憶容器的串聯諧振電路，其特征在于：該電路包括激勵電壓源（Kt))，憶 容器（G)，諧振電容（z)，和負載電阻（奶；激勵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；電容串聯負載電阻并接地。2. 根據權利要求1所述的基于憶容器的串聯諧振電路，其特征在于：所述憶容器是隨 外加激勵及憶容器內部系統狀態變量變化而變化的量。3. 根據權利要求1所述的基于憶容器的串聯諧振電路，其特征在于：憶容器是隨外加 激勵及內部狀態變量變化而可調節的量，且是初值敏感的，所述諧振電路的諧振頻率根據 憶容器初值的不同而不同，通過改變憶容器的初值，來實現諧振頻率的調節。
【專利摘要】本發明涉公開了一種基于憶容器的串聯諧振電路。該諧振電路包括輸入電壓源，憶容器，諧振電感和負載電阻，激勵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；電容串聯負載電阻并接地。該諧振電路具有功耗小，集成密度高等優點。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，諧振電感再與負載電阻串聯接地，形成串聯回路。此外，本發明公開的基于憶容器的串聯諧振電路還可以實現諧振頻率可變，適用于頻率可變的頻率選擇電路。
【IPC分類】G06F17/50, H03H17/00
【公開號】CN105119586
【申請號】CN201510543462
【發明人】詹玉香, 陳艷峰, 張波
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月27日