可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括一個或多個基礎(chǔ)電路單元，基礎(chǔ)電路單元包括三個開關(guān)和兩個功能元件，第一開關(guān)的第一端與第一功能元件的第一端連接并作為基礎(chǔ)電路單元的第一連接端，第一開關(guān)的第二端分別與第二功能元件的第一端和第二開關(guān)的第一端連接，第一功能元件的第二端分別與第二開關(guān)的第二端和第三開關(guān)的第一端連接，第二功能元件的第二端和第三開關(guān)的第二端連接并作為基礎(chǔ)電路單元的第二連接端。本實用新型所述電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基于分形設(shè)計理論，能夠簡單、方便地實現(xiàn)復(fù)雜串并聯(lián)電路系統(tǒng)的較大范圍的容錯效果，可將電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中任一功能元件進行隔離或接入，也可用于需要進行動態(tài)調(diào)整電學(xué)參數(shù)的場合。
【專利說明】可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電子、電氣產(chǎn)品設(shè)計中，對于不同的使用環(huán)境，往往需要有針對性的進行產(chǎn)品的 可靠性設(shè)計，容錯設(shè)計就是提高產(chǎn)品可靠性的一種常用方法，而對關(guān)鍵元件進行冗余設(shè)計 又是容錯設(shè)計的一種最直接手段。一般的冗余設(shè)計包括雙模、三模冗余，模數(shù)較多的冗余設(shè) 計由于電路復(fù)雜程度隨著模數(shù)的增加而增加，產(chǎn)品的可靠性增長不再明顯。尤其是對于一 些串聯(lián)系統(tǒng)，或較為復(fù)雜的串并聯(lián)系統(tǒng)，僅使用簡單的雙?；蛉Ｈ哂嘣O(shè)計，也往往在產(chǎn)品 體積、重量以及成本上付出很大代價。
[0003] 此外，在電路設(shè)計中，當(dāng)要求的電阻、電容、電感等元件值為非標(biāo)準(zhǔn)值時，必須使用 多個元件進行串并聯(lián)才能得到需要的設(shè)計值。此時，如果在應(yīng)用中還需要實現(xiàn)阻抗、容抗、 感抗等參數(shù)的動態(tài)精確調(diào)整，則一般只能通過設(shè)置幾組已串并聯(lián)好的元件，然后通過開關(guān) 按組切換，來達(dá)到不同阻值的動態(tài)調(diào)整。但這種方法僅適用于阻值調(diào)整范圍有限的情況下， 當(dāng)要求實現(xiàn)的阻值較多時，通過固定的串并聯(lián)組實現(xiàn)，就會帶來元件數(shù)量多、可靠性降低、 廣品體積大等缺點。
[0004] 綜上，目前還沒有一種合理的電路結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)較大范圍容錯或可方便調(diào)整電 學(xué)參數(shù)同時保持電子元件的高利用率以減小整個電路體積的功能。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種可容錯的分形拓?fù)潆娐?網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0006] 本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：
[0007] -種可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)電路單元，所述基礎(chǔ)電路單元包 括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第一功能元件和第二功能元件，所述第一開關(guān)的第一端 與所述第一功能元件的第一端連接并作為所述基礎(chǔ)電路單元的第一連接端，所述第一開關(guān) 的第二端分別與所述第二功能元件的第一端和所述第二開關(guān)的第一端連接，所述第一功能 元件的第二端分別與所述第二開關(guān)的第二端和所述第三開關(guān)的第一端連接，所述第二功能 元件的第二端和所述第三開關(guān)的第二端連接并作為所述基礎(chǔ)電路單元的第二連接端。
[0008] 上述基礎(chǔ)電路單元中，通過三個開關(guān)可以實現(xiàn)兩個功能元件的任意隔離，或?qū)崿F(xiàn) 兩個功能元件的串聯(lián)或并聯(lián)連接，從而實現(xiàn)兩個功能元件的任意組合應(yīng)用。
[0009] 根據(jù)需要，所述基礎(chǔ)電路單元可以為一個，所述基礎(chǔ)電路單元的兩個連接端分別 作為所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩個連接端。
[0010] 所述基礎(chǔ)電路單元也可以為任意多個，所述電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的總電路結(jié)構(gòu)與所述基 礎(chǔ)電路單元的電路結(jié)構(gòu)相同，用某個所述基礎(chǔ)電路單元替換所述總電路結(jié)構(gòu)的第一功能元 件或第二功能元件形成電路單元，或者，用某個所述電路單元替換所述總電路結(jié)構(gòu)的第一 功能元件或第二功能元件形成電路；以此類推，最后形成所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種替換、迭 代的設(shè)計稱為分形設(shè)計，其分形理論的最基本特點是用分?jǐn)?shù)維度的視角和數(shù)學(xué)方法描述和 研究客觀事物，也就是用分形分維的數(shù)學(xué)工具來描述研究客觀事物，是一種已經(jīng)成熟應(yīng)用 的設(shè)計方法，但目前尚未應(yīng)用于電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計中；當(dāng)利用所述基礎(chǔ)電路單元進行迭 代構(gòu)成新的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，其分形迭代理論的最基本特點是結(jié)構(gòu)的自相似性和標(biāo)度不變 性。根據(jù)需要，所述基礎(chǔ)電路單元可以做零次至任意次迭代，迭代也可以為全迭代或部分迭 代，以生成所需的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0011] 根據(jù)實際應(yīng)用需要，所述開關(guān)為機械開關(guān)或電子開關(guān)，也可以為其它所有可完成 通斷功能的器件；所述第一功能元件和所述第二功能元件均為電子元件或集成芯片，也可 以為其它完成特定功能的電路單元。
[0012] 本實用新型的有益效果在于：
[0013] 本實用新型所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基于分形設(shè)計理論，能夠簡單、方便地實現(xiàn)復(fù)雜串 并聯(lián)電路系統(tǒng)的較大范圍的容錯效果，可將電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中任一出現(xiàn)故障的功能元件隔離 在系統(tǒng)之外，并將備份的功能元件接入系統(tǒng)中；還可方便地用于動態(tài)調(diào)整電學(xué)參數(shù)，同時保 持功能兀件的1?利用率以減小整個電路的體積、提1?電路可罪性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型所述分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)電路單元的電路圖；
[0015] 圖2是本實用新型所述分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為一次迭代結(jié)構(gòu)的電路圖，包含兩 個基礎(chǔ)電路單兀；
[0016] 圖3是本實用新型所述分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為二次部分迭代結(jié)構(gòu)的電路圖，包 含三個基礎(chǔ)電路單元。

【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明：
[0018] 如圖1所示，本實用新型所述可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)電路單 元，基礎(chǔ)電路單元包括第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3、第一功能元件A1和第二功能 元件A2,第一開關(guān)K1的第一端與第一功能元件A1的第一端連接并作為基礎(chǔ)電路單元的第 一連接端U1，第一開關(guān)K1的第二端分別與第二功能元件A2的第一端和第二開關(guān)K2的第一 端連接，第一功能元件A1的第二端分別與第二開關(guān)K2的第二端和第三開關(guān)K3的第一端連 接，第二功能元件A2的第二端和第三開關(guān)K3的第二端連接并作為基礎(chǔ)電路單元的第二連 接端U2。第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3可以為機械開關(guān)或電子開關(guān)，也可以為其 它所有可完成通斷功能的器件，第一功能元件A1和第二功能元件A2均為電子元件或集成 芯片，也可以為其它完成特定功能的電路單元，如電阻、電容、電感、電池或含有加、減以及 邏輯運算功能的其它各種電路單元。
[0019] 根據(jù)實際應(yīng)用需要，本電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)電路單元可以為一個，則如圖1所示， 基礎(chǔ)電路單元的兩個連接端U1和U2分別作為本電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩個連接端。
[0020] 基礎(chǔ)電路單元也可以為多個，則如圖2和圖3所示，電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總電路結(jié)構(gòu)與 基礎(chǔ)電路單元的電路結(jié)構(gòu)相同，分形迭代時用某個基礎(chǔ)電路單元替換總電路結(jié)構(gòu)的第一功 能元件或第二功能元件形成電路單元，或者，用某個電路單元替換總電路結(jié)構(gòu)的第一功能 元件或第二功能元件形成電路；以此類推，最后形成所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0021] 下面以一次迭代和二次部分迭代為例進行說明：
[0022] 如圖2所示，基礎(chǔ)電路單元為兩個，即圖2中的兩個虛線框，將基礎(chǔ)電路單元中的 功能元件用基礎(chǔ)電路單元本身替換，生成的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總電路結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)電路單元的 電路結(jié)構(gòu)相同，包括第一總開關(guān)ΚΓ、第二總開關(guān)K2'、第三總開關(guān)K3'、第一總功能單元ΑΓ 和第二總功能單元A2'，兩個總連接端分別為U1'和U2'。從電路結(jié)構(gòu)來分析，其中的第一 總開關(guān)ΚΓ、第二總開關(guān)K2'、第三總開關(guān)K3'分別與圖1中的基礎(chǔ)電路單元中的第一開關(guān) K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3對應(yīng)，第一總功能單元ΑΓ、第二總功能單元A2'分別與圖1 中的基礎(chǔ)電路單元中的第一功能元件A1、第二功能元件A2對應(yīng)。本例的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中 的第一總功能單元ΑΓ和第二總功能單元A2'分別由一個基礎(chǔ)電路單元替換，從而形成共 2個基礎(chǔ)電路單元、9個開關(guān)和4個功能元件的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0023] 如圖3所示，基礎(chǔ)電路單元為三個，即圖3中的三個虛線框，在一次迭代生成的電 路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再次進行迭代，將一次迭代生成的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的功能元件部分 (也可全部）用基礎(chǔ)電路單元進行替換，生成的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的總電路結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)電路單 元的電路結(jié)構(gòu)相同，包括第一總開關(guān)ΚΓ '、第二總開關(guān)K2' '、第三總開關(guān)K3' '、第一總功能 單元ΑΓ '和第二總功能單元A2''，兩個總連接端分別為U1''和U2''。從電路結(jié)構(gòu)來分析， 其中的第一總開關(guān)ΚΓ'、第二總開關(guān)K2''、第三總開關(guān)K3''分別與圖1中的基礎(chǔ)電路單元 中的第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第三開關(guān)K3對應(yīng)，第一總功能單元ΑΓ '、第二總功能單元 A2''分別與圖1中的基礎(chǔ)電路單元中的第一功能元件A1、第二功能元件A2對應(yīng)。本例的 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的第一總功能單元ΑΓ'由一個電路單元替換，該電路單元與上述圖2中的 電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，在此不再贅述；第二總功能單元A2''由另一個電路單元替換，該電路 單元與上述圖2中的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)僅有一處不同，直接采用了基礎(chǔ)電路單元的第二功能元 件A2作為上述圖2中的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的第二總功能單元A2'。本例中最后形成共3個基礎(chǔ) 電路單元、18個開關(guān)和7個功能元件的電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0024] 以此類推，可通過對基礎(chǔ)電路單元的反復(fù)迭代，得到含η個功能元件的電路網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)，其開關(guān)數(shù)量為3 (η-1)個。
[0025] 上述各電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，可以通過多個開關(guān)實現(xiàn)多個功能元件的任意隔離，或?qū)?現(xiàn)多個功能元件的串聯(lián)或并聯(lián)連接，從而實現(xiàn)多個功能元件的任意組合應(yīng)用。具體如下：
[0026] 如圖1所示，在未進行迭代時，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Κ1、第二開關(guān)Κ2關(guān)斷，第三開關(guān)Κ3閉合 時，第一功能元件Α1處于使用狀態(tài)，第二功能元件Α2被隔離；當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)Κ1閉合，第二開 關(guān)Κ2、第三開關(guān)Κ3關(guān)斷時，第二功能元件2處于使用狀態(tài)，第一功能元件1被隔離。
[0027] 該電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還可實現(xiàn)第一功能元件Α1和第二功能元件Α2串、并聯(lián)連接，其 串、并聯(lián)狀態(tài)對應(yīng)的開關(guān)動作如下表（〇表示關(guān)，1表示開）所示：
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 一種可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括基礎(chǔ)電路單元，所述基礎(chǔ) 電路單元包括第一開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第一功能元件和第二功能元件，所述第一開 關(guān)的第一端與所述第一功能元件的第一端連接并作為所述基礎(chǔ)電路單元的第一連接端，所 述第一開關(guān)的第二端分別與所述第二功能元件的第一端和所述第二開關(guān)的第一端連接，所 述第一功能元件的第二端分別與所述第二開關(guān)的第二端和所述第三開關(guān)的第一端連接，所 述第二功能元件的第二端和所述第三開關(guān)的第二端連接并作為所述基礎(chǔ)電路單元的第二 連接端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述基礎(chǔ)電 路單元為一個，所述基礎(chǔ)電路單元的兩個連接端分別作為所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的兩個連接 端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述基礎(chǔ)電 路單元為任意多個，所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總電路結(jié)構(gòu)與所述基礎(chǔ)電路單元的電路結(jié)構(gòu)相 同，用某個所述基礎(chǔ)電路單元替換所述總電路結(jié)構(gòu)的第一功能元件或第二功能元件形成電 路單元，或者，用某個所述電路單元替換所述總電路結(jié)構(gòu)的第一功能元件或第二功能元件 形成電路；以此類推，最后形成所述電路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的可容錯的分形拓?fù)潆娐肪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述 開關(guān)為機械開關(guān)或電子開關(guān)；所述第一功能元件和所述第二功能元件均為電子元件或集成 -H-* LL 心/T 〇
【文檔編號】H03K19/00GK203840318SQ201420260310
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】吳付崗, 周繼昆, 鄧婷, 王蕾, 張 榮 申請人:中國工程物理研究院總體工程研究所