长时间积分器.pptx

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 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