长时间积分器

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VIO:输入失调电压IIO:输入失调电流IIB:输入偏置电流V＋/CMRR:共模误差信号近似值Avd:开环放大倍数R1:积分电阻C：积分电容Rd:积分电容C的泄漏电阻E:电容C上初始值ri、ro：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VIO、失调电流IIO、偏置电流引起的IIB和温漂等，即使输入电压VI=0，VIO、IIO、IIB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Vin变为零，理想积分器Vout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Vout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A/D转换控制器D/A转换计数器寄存器全加器X∫f(x)dx进位码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关运放输入保持输出开关1开关2开关4开关3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：LongPulseAnalogueIntegrationSAli-Arshad,LdeKockAdigitalLongPulseIntegratorJ.D.Broesch,E.j.Strait,R.T.Snider,M.L.WalkerDevelopmentofanIntelligentDigitalIntegratorforLong-PulseOperationinaTokamakY.Kawamata,I.Yonekawa,K.KuriharaLongPulseAnalogueIntegratorKSTAR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---2005.12PLD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——ＰＬＤ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。Thankyouverymuch!