【摘要】：納米級別的憶阻器、憶容器和憶感器作為新型的電路元件,具有不同于其它電路元件的獨特性能,在非易失性存儲、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字邏輯電路等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。其中HP實驗室在2008年成功研制出了憶阻器的物理器件,使得憶阻器迅速成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。而到目前為止憶感器的物理器件還沒有實現(xiàn),對于憶感器的研究也比較少,主要是一些建模與仿真。本文主要研究憶感器數(shù)學(xué)模型和其仿真電路的構(gòu)建,基于憶感器模型設(shè)計混沌振蕩電路,探究憶感器在電路中的復(fù)雜動力學(xué)行為,并將憶感器混沌序列應(yīng)用于信息加密之中。本文主要的研究內(nèi)容有以下幾個部分:(1)根據(jù)憶感器的定義式,設(shè)計了一個磁控憶感器和一個流控憶感器數(shù)學(xué)模型,并搭建了相應(yīng)的等效電路,用來模擬實際憶感器的電學(xué)特性。采用Multisim軟件對憶感器模型的等效電路進行電路仿真,發(fā)現(xiàn)在給定正弦激勵后,它們的韋安特性是緊致的滯回曲線,證明了憶感器模型的正確性。(2)基于混沌基本理論與分析方法,為了探究憶感器的應(yīng)用,利用磁控憶感器數(shù)學(xué)模型設(shè)計了一個具有隱藏吸引子的混沌系統(tǒng)。通過平衡點和耗散性的計算證明了系統(tǒng)出現(xiàn)混沌的可能性,然后用分岔圖、Lyapunov指數(shù)對系統(tǒng)的動力學(xué)特性進行了探究,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的最大特點是能夠出現(xiàn)具有對稱性的共存隱藏吸引子,并給出了該現(xiàn)象產(chǎn)生的具體條件。最后用DSP實驗將混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的信號進行離散化處理,從而驗證了 Matlab仿真的正確性。(3)基于磁控憶感器模型搭建了一個混沌振蕩電路,通過平衡點集、分岔圖、Lyapunov指數(shù)、Lyapunov維數(shù)、動力學(xué)地圖觀察了參數(shù)變化時系統(tǒng)狀態(tài)的演變過程,還發(fā)現(xiàn)了憶感器混沌中共存吸引子的現(xiàn)象,并給出了該現(xiàn)象產(chǎn)生的具體條件。還對系統(tǒng)進行了降維分析,降維后的數(shù)據(jù)先進行離散化處理,然后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換得到偽隨機序列,對偽隨機序列進行了NIST測試,測試結(jié)果顯示了該序列具有優(yōu)良的隨機性,應(yīng)用于信息加密和保密通信中有很大的價值。(4)對憶感器混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的序列進行應(yīng)用研究,將提取出的偽隨機序列與流行的DES加密算法相結(jié)合,設(shè)計了一個基于Linux操作系統(tǒng)的信息加密傳輸應(yīng)用程序,用混沌序列作為加密算法的密鑰,算法用C++語言編寫。因為憶感器混沌系統(tǒng)的密鑰空間比較大,對加密信息進行破譯難度非常大,所以應(yīng)用程序的信息傳輸安全性得到了保障。
【圖文】：

研宄二氧化鈦薄膜時發(fā)現(xiàn)它的電荷和磁通之間表現(xiàn)為滯回特性，這一重大發(fā)現(xiàn)使得憶阻器立逡逑馬成為了研究熱點。２００９年Ｃｈｕａ等人在憶阻器的基礎(chǔ)上，，又提出了憶容器和憶感器兩種新逡逑的記憶元器件［２］。從圖２．１可以清晰的看到，各個元件所表征的兩兩電路變量的關(guān)系，具體逡逑可以歸結(jié)于傳統(tǒng)電路元件的兩兩之間線性關(guān)系，記憶元件的兩兩之間某種關(guān)系。逡逑＂Ｖ＝窯（ｐ＝＼｛ｖ（Ｔ）ｄＴ邐￣（ｐ邋＝邋＾邋Ｐ邋＝邋＼［（ｐ（Ｔ）ｄＴ＾＼＾ｙ逡逑圖２．１物理量之間的數(shù)理關(guān)系逡逑我們知道，普通的電阻、電容、電感的定義式為：逡逑ｄｖ邋＝邋Ｒｄｉ逡逑＜邋ｄｑ邋＝邋Ｃｄｖ邐（２．１）逡逑ｄｃｐ－Ｌｄｉ逡逑７逡逑

逡逑由圖２．１可知憶阻器描述的磁通量ｐ和電荷量ｑ之間的關(guān)系，由法拉第電磁感應(yīng)定律磁知逡逑道，磁通量ｐ是電壓ｖ對時間的積分，電荷量ｇ是電流／對時間的積分：逡逑ｄ（ｐ邋－邋ｖｄｔ邐（２．２）逡逑ｄｑ邋＝邋ｉｄｔ邐（２．３）逡逑憶阻器的定義式如下：逡逑ｄ（ｐ邋＝邋Ｒｓ，ｄｑ邐（２．４）逡逑代表憶阻器的阻值。對于憶感器，圖２．１中的／）和（Ｔ分別表示它兩端的磁通和電荷對時間逡逑的積分：逡逑ｐ｛ｔ）＝＼＇邋＾（ｐ｛ｒ）ｄＴ邐（２．５）逡逑0－（０邋＝邋ｊ邐（２．６）逡逑由圖２．１看出，憶感器表征的是和ｇ之間的關(guān)系，表達式為：逡逑ｄｐ邋＝邋ＬＭｄｑ邐（２．７）逡逑為憶感器的實時電感值，類似的，憶容器表征的是＜７和＾之間的關(guān)系，表達式為：逡逑ｄｃｉ邋＝邋ＣＭｄ（ｐ邐（２．８）逡逑為憶容器實時電容值。逡逑２．邋１．２記憶器件的模型和特性分析逡逑憶阻器之所以稱為記憶器件，是因為它表示的磁通量＾和電荷量ｇ在每一個時刻的代數(shù)逡逑關(guān)系并不是單一不變呈線性的：逡逑／（財）＝0邐（２．９）逡逑式（２．９）中有電荷ｇ和磁通ｐ兩個變量，具體的式（２．９）中有卸＝Ｍｄｇ和匆＝兩種表達形式，逡逑其中Ｍ為憶阻器的阻值
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O415.5;TP309.7;TN60

【參考文獻】

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本文編號：2643974