长时间积分器

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,长时间积分器,导师 季振山 高工,报告人 王 勇,2004年12月8日,报告内容,长时间积分器研制的意义及目标,长时间积分器的若干关键问题,长时间积分器基本实现方案,阅读文献,论文进展的大致安排,目前存在困难,长时间积分器研制的意义及目标,在托卡马克放电实验中，许多电磁测量诊断信号的输出额均为该信号的微分量，需要使用积分器，如等离子体电流和位移的测量。,等离子体的放电时间越来越长，所以积分时间也要求越来越长，,未来建成的,HT-7U,超导托卡马克其放电时间将达到千秒量级，因此,研制长时间无零漂积分器已势在必行。,传统模拟积分器,式中,RC,为积分常数，,Vc,(t1),是,t1,时刻电容,C,两端的电压值，即初始值。,左图中,C,为积分电容，,C1,为滤波电容，在,A,为理想,运放时：,实际积分器等效电路,V,IO,:,输入失调电压,I,IO,:,输入失调电流,I,IB,:,输入偏置电流,V,/CMRR:,共模误 差信号近似值,A,vd,:,开环放大倍数,R,1,:,积分电阻,C：,积分电容,R,d,:,积分电容,C,的 泄漏电阻,E:,电容,C,上初始值,r,i,、,r,o,：,运放的输入输出电阻,长时间积分器的若干关键问题,积分漂移,非线性误差,泄露现象,积分漂移,当输入电压为零时，理想积分电路输出电压应保持不变，但实际积分电路输出电压仍会随时间不断向一个方向变化（增大或减小）。,这是由于运放存在着输入失调电压,V,IO,、,失调电流,I,IO,、偏置电流引起的,I,IB,和温漂等，即使输入电压,V,I,=0，V,IO、,I,IO、,I,IB,都将作为等效输入信号被积分，使输出电压随,时间不断向一个方向变化。,非线性误差,理想的反向输入积分电路在负的单位阶跃输入电压作用下，输出电压应随时间呈线性上升。但由于元器件性能不理想，实际积分电路的输出与线性产生了偏离。,这主要是由电容存在的介质损耗和泄漏电阻引起的。,泄露现象,积分电路在一定输入电压下输出电压已达到一定值，再将,V,in,变为零，理想积分器,V,out,应保持不变。,实际上由于电容的介质损耗和泄漏电阻，给积分电容上的电荷提供了放电通路，使,V,out,随时间不断下降。,解决上述问题的一般措施,在条件允许的情况下，积分时间应尽量取短，以减小积分漂移。,在积分起始，使积分电容短路，输出初值为零。,选择优质运放，以减少输入失调电压和失调电流等。,选择优质电容以减少介质损耗和漏电，且电容的容量应适当取大。,用作积分的集成运放应仔细调零。,小节,积分漂移主要是由运放的失调电压和失调电流所引起，而非线性误差和泄漏的根源在于积分电容的非理想。,设计长时间积分器必须克服模拟器件产生的影响，如失调电压和失调电流，电容的介质损耗和泄漏电阻等。,失调可通过斩波的办法加以克服，即将积分时间分割为短时间段，分段积分。,要克服电容的非理想可采用数字积分。,积分器的基本实现方案,数字式积分器,以模拟积分器为基础，与数字信号处理相结合实现逻辑控制。,数字积分器理论基础,数字积分运算原理,设积分初始为零时刻，此时电容两端电压为零，则,经采样后，化为数字积分的形式,其中，,T,为对信号的采样时间，,t=,nT,为积分时间。,得数字积分是将输入信号每次采样值除以,N,后累加,数字积分器实现框图,模拟积分器与数字控制结合,积分：1关、2开、3关、4开,清零：1开、2关、3开、4开,重置：1开、2开、3开、4关,小节,模拟积分器与数字控制结合通过斩波来分段积分，减小了漂移。且其可采用一般的元器件完成，性价比较高。,数字积分器精度较高，但相对成本也较高，且信号输入部分（,A/D,前端）一般是模拟电路，也不可避免的存在漂移现象。,阅读文献,国内：,基于,DSP,技术的长时间积分器及光电隔离器 陈曦,长时间积分器 杨辉,混合式积分器 李承权,国外：,Long Pulse Analogue Integration S Ali-,Arshad,L de,Kock,A digital Long Pulse Integrator J.D.,Broesch,E.j.Strait,R.T.Snider,M.L.Walker,Development of an Intelligent Digital Integrator for Long-Pulse Operation in a,Tokamak,Y.,Kawamata,I.,Yonekawa,K.,Kurihara,Long Pulse Analogue Integrator KSTAR,论文进展的大致安排,2004.7-2004.12 文献调研,；,2005.1-2005.10 模拟,电路的设计,；,2005.10-2005.12,PLD,控制设计,；,2006,.1-2006.4 总体调试；,2006.5-2004.6 撰写毕业论文。,目前存在困难,对模拟电路设计还不是很熟悉，还需要进一步的学习。,积分器工作时序的实现部分还不太熟悉。,积分器的漂移、非线性、泄漏与长时间工作的固有矛盾，都增加了论文的难度。,Thank you very much!,