《I／F电路非线性补偿硬件设计》-毕业论文（设计）.doc

I/F电路非线性补偿硬件设计 青岛科技大学本科毕业设计(论文) PAGE 28 PAGE 27 前言 近几年，捷联惯导系统应用越来越广泛，飞机、导弹、轮船以及地面车辆系统中都大量使用，且各行业对捷联惯导系统的要求也越来越高．I／Ｆ转换电路由于具有抗干扰能力强、测量范围宽以及测量信息不丢失等特性，被广泛用于捷联惯导系统内作为惯性器件的信号转换电路．目前，由于惯性器件的水平飞速发展，性能大大提高，I／Ｆ转换电路的性能成了影响捷联惯导系统精度的一个瓶颈，因此非常需要对I／Ｆ转换电路的精度问题进行深入研究。 ADI公司的ADuC845集成了精密数据转换器、闪存和可编程微控制器，非常适合工业和仪器仪表应用中要求精确测量宽动态范围低频信号的应用场合，例如智能传感器、温度与压力传感器、称重仪、便携式仪器、电池供电系统、4~20mA控制环路和病人监护系统等。此外，该器件在主ADC和辅助ADC都采用了ADI公司的高频“斩波”专利技术，可以提供优良有直流（DC）失调和失调漂移指标，故其也非常适合于低温漂且对噪声抑制和抗电磁干扰能力要求较高的应用场合。 本次课程设计主要是对I/F转换电路非线性补偿的设计。对所研制的I/F转换芯片性能进行分析、测试，主要针对所提供的多组全输入范围内的样本，对I/F转换电路的非线性精确测试数据进行分析。然后，设计出基于ADuc845芯片的高精度补偿电路，以实现对I/F转换芯片非线性的输入端电流精确补偿。 首先在研究所利用精密电流源、电压表、电源等仪器，对所设计的硬件电路进行了实际细致的调试，其次根据研究所所提供的样本数据，以及在现场的多方位，多角度的进行实测所得出的数据，进行了相应的算法分析设计，以求算法尽量与实际相符，最后利用所得出的算法，及我实验室所设计的硬件电路进行了手动测试，取得了一定成果。 1 电流频率转换器的原理 1.1电流频率转换器的基本原理 对于力反馈或力矩反馈式惯性仪表，在一定的条件下，其输出电流仅取决于其输入量的大小，而与其伺服回路的负载变化几乎无关，即它们具有电流源的特征。根据这一特点，用失凋电流小、输入阻抗高的运算放大器和漏电流很小的电容器便可组成一精确的电流积分器，如果再加上适当的逻辑电路，便可进一步构成I／F转换器。 积分器由高输入阻抗运算放大器N1 (如F3140)和反馈电容C组成。加速度计(或陀螺仪)的输出电流I1输入到积分器的∑点。与另外两路来的电流If和Ic平衡。略去运算放大器失调电流和偏置电流的影响，可得到∑点的电流方程式 （1-1） 式中 If——量化脉冲电流； Ic——积分器反馈电流。 当忽略∑点的电压U∑时，积分器输出电压Uj0与Ic积分成比 （1-2） 由于受逻辑控制电路的控制，Uj0在转换过程中始终保持在某一特定值范围内。 为便于说明I／F的转换原理，在0～t1时间内I1=0，因此Uj0保持初始状态不变(例如零状态)。在t1～t2期间，由于I1=i1所以Uj0从t1时刻开始呈线性增加(积分过程)。当Uj0超过门限电压UM+之后，逻辑控制电路在询问脉冲fx的作用下接通开关S1，使恒流电流IH+流向积分器并形成量化脉冲电流If.此时积分器的输入电流Ic＝i1—IH+，由于设计时保证|I1|≤|If|，Ic开始反相，于是Uj0呈线性下降。开关S1的接通时间tk严格受逻辑控制电路的控制，经过tk时间之后，Uj0＜UM+逻辑控制电路便断开S1，使If＝0，积分器的输入端只流入电流Ic＝i1，因此Uj0又开始上升。由此可见，在转换器工作过程中，积分器始终对输入电流I1不间断地进行积分。每当Uj0超出门限电压UM+～UM-的范围时，在询问脉冲fx的作用下IH+或IH-便通过开关S1或S2流向积分器。接通S1或S2的时间为tk的整数倍(后一种情况图中没示出)而tk＝1／fx。 据以上工作过程，可将式(1-2)改写成 （1-3） 其中QJ=CUJ0为积分器储存电荷。 方程(1-3)的第一项为惯性仪表输出电流I1在0～T时间内的积分值，即惯性仪表输出电荷的总电荷量Q1，第二项为在同一时间内输入到积分器的量化脉冲电荷的总和Qf。 设开关S1在T时间内的接通次数为N次，则 （1-4） 式中q=Iftk定义为量化电荷 将方程(1-4)代入方程(1-3) QJ= Q1-Nq N= (Q1- QJ)/ q