長時間低漂移模擬積分器的研究

1、PAGE PAGE 64東華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰寫，我對所寫的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位位論文作作者簽名名： 日期期： 年 月月 日東華大學(xué)學(xué)學(xué)位論論文版權(quán)權(quán)使用授授權(quán)書學(xué)位論文文作者完完全了解解學(xué)校有有關(guān)保留留、使用用學(xué)位論論文的規(guī)規(guī)定，同同意學(xué)校校保留并并向國家家有關(guān)部部門或機(jī)機(jī)構(gòu)送交交論文的的復(fù)印件件和電子子版，允允許論文文被查閱閱

2、或借閱閱。本人人授權(quán)東東華大學(xué)學(xué)可以將將本學(xué)位位論文的的全部或或部分內(nèi)內(nèi)容編入入有關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)進(jìn)行檢索索，可以以采用影影印、縮縮印或掃掃描等復(fù)復(fù)制手段段保存和和匯編本本學(xué)位論論文。 保密 ，在 年解解密后適適用本版版權(quán)書。本學(xué)位論論文屬于于 不保密密 。學(xué)位論文文作者簽簽名： 指導(dǎo)導(dǎo)教師簽簽名：日期： 年 月 日 日期期： 年年 月月 日日長時間低低漂移模模擬積分分器的研研究摘 要隨著磁約約束核聚聚變研究究和工程程技術(shù)的的發(fā)展，目前超超導(dǎo)托卡卡馬克已已經(jīng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了長達(dá)達(dá)上百秒秒的穩(wěn)定定運(yùn)行。在長脈脈沖以及及將來準(zhǔn)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)運(yùn)行的先先進(jìn)托卡卡馬克實(shí)實(shí)驗(yàn)研究究中對測測量和控控制信號號的可靠靠穩(wěn)定采采集

3、和處處理，是是當(dāng)今先先進(jìn)托卡卡馬克數(shù)數(shù)據(jù)采集集和控制制研究中中的重要要問題。積分器器作為托托卡馬克克裝置最最為基本本的信號號處理設(shè)設(shè)備，隨隨著裝置置放電時時間的增增長，如如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)信號的的低漂移移長時間間可靠積積分，對對積分器器技術(shù)研研究提出出了挑戰(zhàn)戰(zhàn)。本論論文主要要研究了了基于硬硬件電路路實(shí)現(xiàn)累累加的長長時間低低漂移積積分器的的設(shè)計(jì)與與實(shí)現(xiàn)。在對積積分器實(shí)實(shí)現(xiàn)的形形式和誤誤差等方方面進(jìn)行行了深入入調(diào)研和和分析的的基礎(chǔ)上上，針對對交替過過程中以以往累加加器存在在的數(shù)據(jù)據(jù)保持問問題，設(shè)設(shè)計(jì)了具具有保持持和累加加功能的的累加器器。累加加器利用用電容對對信號進(jìn)進(jìn)行采樣樣和保持持，使用用同相加加法器實(shí)

4、實(shí)現(xiàn)累加加，最終終實(shí)現(xiàn)積積分器的的長時間間積分。實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果表明明累加器器具有很很好的保保持效果果，長時時間工作作性能良良好，可可以滿足足托卡馬馬克裝置置放電實(shí)實(shí)驗(yàn)中診診斷信號號的測量量需要。關(guān)鍵詞：積分器器；累加器器；長時間間；低漂移移 A LLOW-DRIIFT LONNG TTIMEE ANNALOOG IINTEERGRRATOOR RRESEEARCCHABSTTRACCTWithh thhe ddeveeloppmennt oof mmagnnetiic cconffineemennt ffusiion ressearrch andd ennginneerringg teechnno

5、loogy,supperccondducttingg Tookammakhhas achhievved thee sttablle mootioon ffor hunndreeds of secconddsnoow. Theeconntrool ssignnalssacqquissitiion andd prroceessiing aree immporrtannt iinthhe aadvaanceed ttokaamakk reeseaarchh unnderr thhe llongg puulsee anndquuasii-sttablle sstatte. Theeinttegrrat

6、oor iis tthe bassic siggnall haandllingg eqquippmennt iin TTokaamakk. IIt iis aa chhalllengge tto tthe lonng ttimee loow-ddrifft iinteegraatorrwitthinncreeasiinglly llongg ellecttricc diischhargge ttimee.Thee deesiggn aand reaalizzatiion of lonng ttimee loow-ddrifft iinteegraatorr wiith acccumuulatt

7、or whiich is bassed onaanallog dessignnis sstuddiedd inn thhis papper in ordder to sollvinng tthe proobleems of datta rreteentiioniin tthe couursee off thhe aalteernaate. Thhrouugh an in-deppth stuudy of thee foormss annd eerroor-aanallysiis oof iinteegraatorr,an acccumuulattorwwithh siignaal hholdd

8、ingg annd aaccuumullatiing funnctiioniis ddesiigneed. Theeacccumuulattor cann Reealiizessignnal holldinng bby ccapaacittor andd acchieeve thee acccummulaatinng bby nnon invverttingg innputt addderr, tthenn thhe iinteegraatorr wiill commplyy thhe llongg tiime inttegrratiion. Exxperrimeent ressultts p

9、rrovee thhat thee acccummulaatorr issgoood aat ssignnal holldinng aandeeffiicieent aftter lonng wworkkingg hoourss, sso tthe acccumuulattor cann meeet thee neeed of meaasurremeent siggnall inn Tookammakddisccharrgeeexpeerimmentt.KEY WORRDS: innteggrattor; acccummulaatorr; llongg-tiime; loow-ddrifft目

10、錄TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc280271366 第一章引引言 PAGEREF _Toc280271366 h 1 HYPERLINK l _Toc280271367 1.1 課題背背景 PAGEREF _Toc280271367 h 1 HYPERLINK l _Toc280271368 1.2積積分功能能的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)形式及及存在的的主要問問題 PAGEREF _Toc280271368 h 1 HYPERLINK l _Toc280271369 1.3國國內(nèi)外長長時間積積分器研研究的現(xiàn)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc280271369 h 2 HYPERLIN

11、K l _Toc280271370 1.4 論文的的主要工工作 PAGEREF _Toc280271370 h 5 HYPERLINK l _Toc280271371 第二章積積分器的的原理與與分析 PAGEREF _Toc280271371 h 77 HYPERLINK l _Toc280271372 2.1 基本模模擬積分分電路 PAGEREF _Toc280271372 h 77 HYPERLINK l _Toc280271373 2.2 模擬積積分電路路方程及及運(yùn)算 PAGEREF _Toc280271373 h 88 HYPERLINK l _Toc280271374 2.3 模擬積

12、積分誤差差分析 PAGEREF _Toc280271374 h 110 HYPERLINK l _Toc280271375 2.4 數(shù)字積積分器原原理 PAGEREF _Toc280271375 h 133 HYPERLINK l _Toc280271376 2.5 數(shù)字積積分誤差差分析 PAGEREF _Toc280271376 h 114 HYPERLINK l _Toc280271377 2.6模模擬數(shù)字字技術(shù)結(jié)結(jié)合的積積分器 PAGEREF _Toc280271377 h 114 HYPERLINK l _Toc280271378 第三章累累加器的的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280

13、271378 h 116 HYPERLINK l _Toc280271379 3.1累累加器的的原理 PAGEREF _Toc280271379 h 116 HYPERLINK l _Toc280271380 3.2累累加器的的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280271380 h 118 HYPERLINK l _Toc280271381 3.3 器件的的選擇與與性能測測試 PAGEREF _Toc280271381 h 200 HYPERLINK l _Toc280271382 3.4 邏輯控控制 PAGEREF _Toc280271382 h 244 HYPERLINK l _Toc280

14、271383 3.5累累加器性性能測試試 PAGEREF _Toc280271383 h 26 HYPERLINK l _Toc280271384 3.6 小結(jié) PAGEREF _Toc280271384 h 300 HYPERLINK l _Toc280271385 第四章積積分器性性能測試試 PAGEREF _Toc280271385 h 31 HYPERLINK l _Toc280271386 4.1積積分器的的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc280271386 h 331 HYPERLINK l _Toc280271387 4.2積積分器性性能測試試 PAGEREF _Toc280271

15、387 h 32 HYPERLINK l _Toc280271388 4.3使使用累加加器后積積分器的的性能測測試 PAGEREF _Toc280271388 h 333 HYPERLINK l _Toc280271389 4.4 誤差分分析 PAGEREF _Toc280271389 h 355 HYPERLINK l _Toc280271390 第五章全全文總結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc280271390 h 36 HYPERLINK l _Toc280271391 5.1結(jié)結(jié)論 PAGEREF _Toc280271391 h 366 HYPERLINK l _Toc280271392

16、5.2展展望 PAGEREF _Toc280271392 h 366 HYPERLINK l _Toc280271393 參考文獻(xiàn)獻(xiàn) PAGEREF _Toc280271393 h 38 HYPERLINK l _Toc280271394 附錄 PAGEREF _Toc280271394 h 400第一章 引言1.1 課題背背景 核聚變變研究是是當(dāng)代自自然科學(xué)學(xué)中一項(xiàng)項(xiàng)具有重重大意義義的前沿沿課題，其目的的在于通通過對核核聚變反反應(yīng)的控控制從而而使聚變變產(chǎn)生的的巨大能能量為人人類和平平使用，是人類類通過高高技術(shù)手手段利用用新能源源的一種種方式。受控核核聚變的的研究與與實(shí)現(xiàn)將將對世界界發(fā)展和和人

17、類進(jìn)進(jìn)步產(chǎn)生生巨大的的貢獻(xiàn)。在磁約約束核聚聚變研究究領(lǐng)域里里，托卡卡馬克被被認(rèn)為是是最有可可能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)受控核核聚變的的裝置之之一11,自上世世紀(jì)500年代以以來經(jīng)過過半世紀(jì)紀(jì)全世界界眾多杰杰出科學(xué)學(xué)家的不不懈努力力和研究究，物理理和工程程技術(shù)上上均得到到了不斷斷發(fā)展和和完善。國內(nèi)的的聚變研研究近年年來取得得了巨大大的成就就，20006年年10月月中國科科學(xué)院等等離子體體所在世世界上首首次成功功研制和和運(yùn)行了了全超導(dǎo)導(dǎo)托卡馬馬克實(shí)驗(yàn)驗(yàn)裝置-EASST, 標(biāo)志著著我國聚聚變研究究進(jìn)入了了世界先先進(jìn)水平平。最近近幾輪實(shí)實(shí)驗(yàn)中，EASST獲得得了上百百秒的穩(wěn)穩(wěn)定運(yùn)行行，并成成功地實(shí)實(shí)現(xiàn)了HHmoode,

18、為未來來穩(wěn)態(tài)運(yùn)運(yùn)行的先先進(jìn)托卡卡馬克核核聚變研研究提供供重要的的物理和和工程技技術(shù)研究究基礎(chǔ)。 在托卡卡馬克裝裝置中，對高溫溫等離子子體態(tài)反反應(yīng)物質(zhì)質(zhì)需要各各種位形形磁場的的約束和和平衡，而磁位位形只能能通過磁磁感應(yīng)方方式進(jìn)行行間接測測量。根根據(jù)電磁磁理論，分布在在磁場周周圍的磁磁探針輸輸出的感感生電壓壓信號，只是待待測物理理量磁場場強(qiáng)度或或磁通量量的微分分量，要要得到相相應(yīng)的BB或信號（B是場場強(qiáng)信號號，為磁通通量信號號）用于于等離子子體診斷斷或反饋饋控制,例如計(jì)計(jì)算等離離子體電電流信號號、控制制等離子子體位移移和形狀狀等，就就必需對對相應(yīng)的的感生電電壓信號號進(jìn)行積積分，積積分器便便是完成成

19、這一積積分運(yùn)算算不可或或缺的設(shè)設(shè)備。1.2積積分功能能的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)形式及及存在的的主要問問題 實(shí)實(shí)現(xiàn)積分分功能可可以通過過軟件編編程或者者硬件電電路的方方式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)2,如果果采用數(shù)數(shù)字積分分的方法法，需要要經(jīng)ADD轉(zhuǎn)換把把模擬信信號轉(zhuǎn)換換為數(shù)字字信號，經(jīng)數(shù)字字積分計(jì)計(jì)算得出出積分結(jié)結(jié)果，最最后再經(jīng)經(jīng)DA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為模模擬信號號輸送到到等離子子體控制制系統(tǒng)。由于量量化誤差差，所以以數(shù)字積積分，存存在著無無法避免免的零點(diǎn)點(diǎn)問題，并且隨隨著時間間的推移移，誤差差將越來來越大,所以數(shù)數(shù)字積分分較難滿滿足托克克馬克受受控聚變變研究的的實(shí)驗(yàn)需需要的。 現(xiàn)現(xiàn)在國內(nèi)內(nèi)外各個個托克馬馬克裝置置，積分分器主要要采用

20、硬硬件電路路實(shí)現(xiàn)。采用硬硬件方式式實(shí)現(xiàn)積積分功能能有很多多形式，若按實(shí)實(shí)現(xiàn)的元元器件的的不同，可分為為RC 無源積積分器、模擬積積分器、數(shù)字積積分器、模擬技技術(shù)和數(shù)數(shù)字技術(shù)術(shù)相結(jié)合合的混合合積分器器；若按按實(shí)現(xiàn)方方案的不不同，可可分為補(bǔ)補(bǔ)償型積積分器、交替式式積分器器、基于于數(shù)字信信號處理理器的積積分器和和基于電電壓頻率率轉(zhuǎn)換器器計(jì)數(shù)數(shù)器和數(shù)數(shù)字信號號處理器器構(gòu)建的的數(shù)字積積分器。1.3國國內(nèi)外長長時間積積分器研研究的現(xiàn)現(xiàn)狀為了減小小積分器器的積分分誤差,目前各各國的托托卡馬克克裝置采采用了不不同的方方法設(shè)計(jì)計(jì)積分器器，主要要有以下下幾種： （11）模擬擬積分器器，其漂漂移補(bǔ)償償采用了了ADC

21、C-reegissterrDAAC；（2）交交替式的的積分器器；（33）基于于DSPP（數(shù)字字信號處處理器）和高速速ADCC(模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換器器)的模模擬數(shù)字字相結(jié)合合的積分分器；（4）采采用三組組VFCCUDDC（電電壓頻率率轉(zhuǎn)換器器計(jì)數(shù)數(shù)器）模模塊和DDSP（數(shù)字信信號處理理器）構(gòu)構(gòu)建的數(shù)數(shù)字積分分器。各各種方案案都有其其特點(diǎn)，在一定定時間范范圍內(nèi)，都可降降低積分分器的誤誤差，但但又存在在各自的的局限性性。下面面對這幾幾種積分分器的實(shí)實(shí)現(xiàn)方式式進(jìn)行詳詳細(xì)的描描述，并并在此基基礎(chǔ)上分分析其優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)。1.3.1 補(bǔ)補(bǔ)償型積積分器45圖1-11 KKSTAAR使用用的模擬擬積分器器 韓國的的KSTT

22、AR 裝置采采用ADDC-rregiisteerDDAC（模數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器寄存器器數(shù)模模轉(zhuǎn)換器器）模塊塊對積分分器進(jìn)行行補(bǔ)償，其功能能示意圖圖如圖11-1 所示。積分器器工作在在兩種狀狀態(tài)：放放大器狀狀態(tài)和積積分器狀狀態(tài)。在在放大器器狀態(tài)，測量運(yùn)運(yùn)放的零零漂，經(jīng)經(jīng)ADCC采樣，由REEGISSTERR A 保存，在積分分狀態(tài)，由DAAC將保保存在RREGIISTEER AA 中的的運(yùn)放的的零漂量量轉(zhuǎn)換為為模擬量量補(bǔ)償回回去。這這種方法法可有效效地抑制制由運(yùn)放放失調(diào)引引起的積積分漂移移。通過過這種思思路設(shè)計(jì)計(jì)的積分分器，可可以在一一定程度度上消除除積分漂漂移，但但是由于于寄存器器保存的的是前一一個時

23、間間周期的的積分誤誤差，所所以做不不到實(shí)時時補(bǔ)償，特別當(dāng)當(dāng)積分誤誤差發(fā)生生突變時時，這種種情況變變得更加加嚴(yán)重6。1.3.2 交交替式積積分器78 JETT 托卡卡馬克裝裝置，為為了消除除積分誤誤差,他他們研制制了一種種交替式式積分器器。設(shè)計(jì)計(jì)的主要要思想是是將積分分時間分分割為短短時間段段，一個個對信號號積分，一個對對地積分分，當(dāng)對對地積分分的那個個積分器器的漂移移明顯時時，兩個個積分器器交替。為了得得到完整整的積分分信號，需要兩兩個模擬擬積分器器交替工工作并配配備相應(yīng)應(yīng)的累加加電路。圖1-22 JJET設(shè)設(shè)計(jì)的交交替式積積分器 采用同同樣的原原理，日日本的TTRIAAM-11M 托托卡馬克

24、克裝置，研制了了交替式式積分器器。其放放電時間間超過22 小時時，使用用的就是是這種積積分器?？梢娊唤惶媸椒e積分器可可以很好好地消除除積分誤誤差，可可以消除除積分電電容泄漏漏的影響響，有著著很好的的發(fā)展空空間。但但是要實(shí)實(shí)現(xiàn)電路路上的交交替式積積分，存存在著以以下難點(diǎn)點(diǎn)：如何何將兩路路積分器器的輸出出結(jié)果拼拼接完好好；兩路路積分器器必須保保持一致致，這樣樣才能確確保積分分過程有有著一樣樣的RCC 常數(shù)數(shù)，同時時這也是是完成積積分誤差差消除的的關(guān)鍵。1.3.3 基基于DSSP/MMCU的的積分器器9 美國的的DIIIID 研研制了基基于DSSP的數(shù)數(shù)字積分分器，首首先前端端對微分分信號進(jìn)進(jìn)行調(diào)理

25、理，將輸輸入信號號調(diào)整到到ADCC輸入范范圍內(nèi)，再將微微分信號號量化成成數(shù)字信信號，由由數(shù)值運(yùn)運(yùn)算部件件DSPP完成積積分誤差差的處理理和數(shù)字字信號的的積分運(yùn)運(yùn)算，最最終得到到對輸入入信號的的積分。圖1-33 基基于DSSP的數(shù)數(shù)字積分分器 德國WW7-XX采用差差分輸入入，經(jīng)過過RC濾濾波后，由模擬擬開關(guān)將將輸入信信號交替替反相，再經(jīng)減減法器輸輸出，完完成數(shù)據(jù)據(jù)采集后后，再由由一個標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的LLINUUX電腦腦完成積積分的運(yùn)運(yùn)算。 圖1-44 WW7-XX使用的的數(shù)字積積分器 數(shù)字積積分器具具有系統(tǒng)統(tǒng)擴(kuò)展方方便，動動態(tài)范圍圍大，不不會出現(xiàn)現(xiàn)積分溢溢出現(xiàn)象象，算法法設(shè)計(jì)靈靈活等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。最最主要的

26、的是它完完全摒棄棄了模擬擬積分器器的思路路，不存存在積分分電容和和運(yùn)算放放大器所所帶來的的非線性性誤差和和泄漏現(xiàn)現(xiàn)象。1.3.4 VVFCUDCC 型積積分器10111 日本的的JT-60 裝置采采用VFFCUUDC（電壓頻頻率轉(zhuǎn)換換器計(jì)計(jì)數(shù)器) 模塊塊和DSSP構(gòu)建建了數(shù)字字積分器器，采用用三路對對應(yīng)不同同輸入范范圍的VVFCUDCC 模塊塊，將電電壓信號號轉(zhuǎn)換為為頻率信信號，在在頻率范范圍內(nèi)完完成積分分過程，再由數(shù)數(shù)字信號號處理器器完成對對三路信信號的選選擇輸出出。 圖1-55 VVFCUDCC型數(shù)字字積分器器 VFCC 式積積分器的的突出優(yōu)優(yōu)點(diǎn)在于于利用成成本較低低的集成成電路芯芯片即可

27、可實(shí)現(xiàn)對對輸入信信號的積積分和信信號的可可靠隔離離，其精精度也優(yōu)優(yōu)于采用用OP007運(yùn)放放構(gòu)成的的基本積積分電路路。同時時微小積積分的數(shù)數(shù)值累加加處理方方式不存存在溢出出問題，從而可可以保證證積分器器進(jìn)行長長時間積積分，滿滿足裝置置對積分分器積分分時間的的要求。但是存存在著以以下的問問題：VVFC的的非線性性誤差、VFCC對小信信號處理理存在死死區(qū)以及及放大器器存在的的內(nèi)部漂漂移，集集成VFFC 器器件在信信號輸入入極性等等方面還還具有較較大的局局限性。 1.3.5 EEASTT托卡馬馬克當(dāng)前前使用的的積分器器 EASST托卡卡馬克當(dāng)當(dāng)前使用用的積分分器原理理如下圖圖所示12。EAAST新新型

28、積分分器系統(tǒng)統(tǒng)主要包包括四個個部分：（1）積分器器電路（模擬積積分器），用于于實(shí)現(xiàn)對對輸入信信號的積積分，這這是系統(tǒng)統(tǒng)的核心心；（22）隔離離部分，用于將將前端的的信號與與后端的的系統(tǒng)隔隔離開，保證各各系統(tǒng)的的安全；（3）程控放放大器部部分，用用于將信信號調(diào)整整到適合合采集的的范圍，提高系系統(tǒng)分辨辨率；（4）控控制器部部分，用用于網(wǎng)絡(luò)絡(luò)通訊，接收設(shè)設(shè)置參數(shù)數(shù)和指令令向積分分器和程程控放大大器發(fā)送送指令。圖1-66 EEASTT當(dāng)前使使用的積積分器系系統(tǒng)框圖圖 該積分分器系統(tǒng)統(tǒng)采用實(shí)實(shí)時積分分漂移補(bǔ)補(bǔ)償?shù)姆椒桨?，動動態(tài)地消消除了積積分器本本身的等等效輸入入偏移量量、溫度度漂移及及地噪聲聲等帶來來

29、的誤差差，達(dá)到到了提高高積分器器精度的的目的。對于模模擬積分分器由于于采用電電壓-電電流的思思想，不不會限制制輸入電電壓是否否超過電電源電壓壓。系統(tǒng)統(tǒng)簡便有有效，可可以很好好地抑制制積分漂漂移。 但但是要求求兩路積積分器漂漂移特性性一致，這增加加了器件件的選擇擇以及電電路調(diào)節(jié)節(jié)的困難難；而且且在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)前必須須對每路路積分其其進(jìn)行調(diào)調(diào)零，工工作量比比較大；另外如如果積分分時間長長的話，電容的的泄漏將將對積分分結(jié)果的的準(zhǔn)確性性有很大大影響。 通過對對以上方方案的分分析，可可以得到到以下結(jié)結(jié)論：這這些方案案或者因因?yàn)樵髌骷旧砩淼娜毕菹?，或者者設(shè)計(jì)思思路的局局限，或或者由于于性價比比較低，雖然各各

30、自取得得了一定定的進(jìn)展展，但在在實(shí)際的的使用上上仍存在在一些局局限性。因此， 對積積分器系系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)的最終終目標(biāo)是是高精度度、有效效抑制積積分誤差差，能夠夠保證長長時間積積分，并并且具有有很好的的性價比比，無論論是在設(shè)設(shè)計(jì)方法法上，還還是在實(shí)實(shí)現(xiàn)形式式方面依依然具有有較大的的研究空空間。1.4 論文的的主要工工作1.4.1 設(shè)設(shè)計(jì)思想想 積分器器在長時時間工作作時，為為了減小小誤差需需要利用用分段積積分的思思想將積積分時間間分為有有限段，這就需需要累加加電路來來對輸出出信號進(jìn)進(jìn)行累加加，但是是以往的的累加器器對信號號的保持持效果很很差，無無法滿足足長時間間低漂移移積分器器的要求求。有一一種解決

31、決途徑是是先將上上一段結(jié)結(jié)束時的的積分值值轉(zhuǎn)化為為數(shù)字信信號，對對數(shù)字信信號進(jìn)行行保持然然后再轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為模模擬信號號作為下下一次積積分的初初始值，這種方方法對信信號的保保持效果果會比較較理想，但成本本較高。所以本本文設(shè)計(jì)計(jì)了基于于模擬電電路的累累加器。1.4.2主要要工作論文完成成的主要要工作有有：（1）對對積分電電路的理理論計(jì)算算與誤差差分析；（2）累累加器的的設(shè)計(jì)與與制作；（3）累累加器的的性能測測試（4）積積分器的的性能測測試與分分析，以以及根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果對累累加器的的進(jìn)一步步優(yōu)化。1.4.3論文文框架論文第一一章首先先介紹了了研制長長時間低低漂移積積分器的的意義，并對國國內(nèi)外積積分器的

32、的研究現(xiàn)現(xiàn)狀進(jìn)行行了簡單單介紹；第二章章對模擬擬、數(shù)字字積分器器以及模模數(shù)結(jié)合合積分器器進(jìn)行了了詳細(xì)的的原理及及誤差分分析。第第三章是是本文的的核心，本章詳詳細(xì)介紹紹了累加加器的設(shè)設(shè)計(jì)與實(shí)實(shí)現(xiàn)，對對累加器器中電容容的性能能做了詳詳細(xì)測試試，并對對開關(guān)的的選擇做做了比較較深入的的調(diào)研，在此基基礎(chǔ)上對對累加器器的控制制時序進(jìn)進(jìn)行優(yōu)化化，最后后對累加加器的性性能進(jìn)行行了測試試和分析析；第四四章首先先對積分分器進(jìn)行行了測試試和分析析，將沒沒有使用用累加器器的情況況和使用用累加器器后的情情況進(jìn)行行了對比比實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果提出出了優(yōu)化化方案；第五章章是結(jié)論論和展望望.第二章積積分器的的原理與與分析

33、 利用運(yùn)運(yùn)算放大大器搭建建的模擬擬積分器器，雖然然由于運(yùn)運(yùn)放的失失調(diào)電壓壓和失調(diào)調(diào)電流以以及積分分電容的的介質(zhì)損損耗和漏漏電，存存在著不不可避免免的漂移移現(xiàn)象，但模擬擬積分器器具備響響應(yīng)快，價格便便宜等優(yōu)優(yōu)勢，在在積分器器研制中中仍然具具有不可可代替的的作用。2.1 基本模模擬積分分電路如圖21所示示，基本本積分電電路113由由運(yùn)算放放大器AA、積分分電阻RR和積分分電容CC構(gòu)成。圖211 傳傳統(tǒng)模擬擬積分器器當(dāng)A為理理想運(yùn)放放時，利利用虛地地的概念念：，得得到 （2111）電容C就就以電流流進(jìn)行充充電。假假設(shè)電容容器C初初始電壓壓為E，則 （2212） 整理得得 （2213）上式表明明，輸出

34、出電壓為為輸入電電壓對時時間的積積分，負(fù)負(fù)號表示示它們在在相位上上是相反反的，式式中RCC是積分分常數(shù)。2.2 模擬積積分電路路方程及及運(yùn)算表達(dá)式（2113）是在所所有元件件均為理理想的條條件下得得到的積積分器表表達(dá)式。實(shí)際積積分電路路的元器器件不可可能是完完全理想想的，如如積分電電容存在在泄漏以以及運(yùn)放放失調(diào)電電壓等存存在，難難免會引引入誤差差。為了了分析不不同因素素引起的的誤差，采用等等效電路路分析法法來對積積分誤差差144進(jìn)行行分析，下圖222為實(shí)際際積分電電路的等等效電路路圖。圖圖中為積積分電阻阻，C為積分分電容，表示積積分電容容C的泄漏漏電阻，E表示零零時刻電電容器上上的初始始電壓，

35、為負(fù)載載電阻。圖中虛虛線框內(nèi)內(nèi)為實(shí)際際集成運(yùn)運(yùn)放的低低頻等效效電路，其中、分別為為運(yùn)放的的輸入和和輸出電電阻，為為輸入失失調(diào)電壓壓，、分別為為輸入失失調(diào)電流流和輸入入偏置電電流，為為共模誤誤差信號號的近似似值，為為開環(huán)放放大倍數(shù)數(shù)。圖222 實(shí)實(shí)際積分分器的等等效電路路由基爾霍霍夫電壓壓及電流流定律，可寫出出電路的的電壓電電流方程程，如下下： （2221）其中S為為信號的的頻率，對電路路作低頻頻近似化化簡，近近似條件件為： （2222）經(jīng)推導(dǎo)得得 （2223）分子分母母同除以以， （2224）令，這里里可理解解為非理理想的積積分電容容及開環(huán)環(huán)放大倍倍數(shù)引起起的等效效泄漏電電阻。則 （2225）

36、令，為運(yùn)運(yùn)放的失失調(diào)電壓壓和失調(diào)調(diào)電流引引起的等等效輸入入電壓。得 （2226）因?yàn)?， （2227）所以 （2228）經(jīng)拉氏反反變換，在時域域的表達(dá)達(dá)式為 （2299）2.3 模擬積積分誤差差分析為便于分分析，假假設(shè)輸入入是幅值值為的階階躍函數(shù)數(shù)，即 （2231）并假設(shè)為為常數(shù)，則式（2229）化為 （2232）根據(jù)指數(shù)數(shù)展開公公式將上上式展開開，得 （2233）式中第一一項(xiàng)為理理想狀況況下對輸輸入信號號的積分分及積分分保持項(xiàng)項(xiàng)，第二二項(xiàng)為因因輸入失失調(diào)引起起的積分分漂移，第三項(xiàng)項(xiàng)和第四四項(xiàng)是由由運(yùn)放的的非理想想性和電電容的介介質(zhì)損耗耗和漏電電引起的的誤差。是相對對小量，可以忽忽略。2.3.

37、1理想想狀況 （2234）式中RCC為積分分常數(shù)。這就是在在理想狀狀況下的的積分運(yùn)運(yùn)算，即即不考慮慮輸入失失調(diào)電壓壓，輸入入失調(diào)電電流和輸輸入偏置置電流的的影響，開環(huán)放放大倍數(shù)數(shù)為無窮窮大，積積分電容容為理想想電容，無泄漏漏電阻的的影響。2.3.2積分分漂移當(dāng)輸入電電壓為零零時，理理想積分分電路的的輸出電電壓應(yīng)保保持不變變，但實(shí)實(shí)際積分分電路輸輸出端仍仍會發(fā)生生變化。這是因因?yàn)閷?shí)際際集成運(yùn)運(yùn)放存在在著輸入入失調(diào)電電壓,輸輸入失調(diào)調(diào)電流和和輸入偏偏置電流流及其溫溫漂等，即使輸輸入電壓壓為零，輸出也也不為零零，輸出出電壓會會隨時間間不斷向向一個方方向變化化（增大大或減小?。Q稱為“積分漂漂移現(xiàn)象

38、象”。 假設(shè)輸輸入電壓壓=0，電電容器初初始電壓壓E00，只考考慮實(shí)際際集成運(yùn)運(yùn)放的輸輸入失調(diào)調(diào)電壓、輸入失失調(diào)電流流和輸入入偏置電電流時，由（2232）式式得積分分運(yùn)算的的輸出為為： （2235） 式式中第一一項(xiàng)為的的積分輸輸出，稱稱為積分分漂移。是相對對小量，可以忽忽略。 由由上式可可知，當(dāng)當(dāng)積分時時間很短短時，由由于本身身很小，所以輸輸出信號號的積分分漂移也也很小。當(dāng)積分分時間tt不斷增增加時，積分漂漂移隨之之線性增增加，成成為影響響積分輸輸出精度度的重要要因素之之一。所所以減小小積分時時間成為為減小積積分漂移移最為主主要的手手段，但但是在一一些實(shí)驗(yàn)驗(yàn)中，必必須要有有足夠的的積分時時間，

39、所所以交替替式模擬擬積分器器的設(shè)計(jì)計(jì)就是利利用了每每段時間間內(nèi)積分分時間比比較小，而整個個積分時時間較長長的特點(diǎn)點(diǎn)。2.3.3 非非線性誤誤差理想的反反相輸入入積分電電路在負(fù)負(fù)的單位位階躍輸輸入電壓壓作用下下，輸出出電壓應(yīng)應(yīng)隨時間間呈線性性上升。但由于于元器件件性能不不理想，實(shí)際積積分電路路的輸出出與線性性產(chǎn)生了了偏離，這就是是非線性性誤差。假設(shè)輸入入電壓為為階躍電電壓，電電容器初初始電壓壓E00，不考考慮實(shí)際際集成運(yùn)運(yùn) 放的的輸入失失調(diào)電壓壓、輸入入失調(diào)電電流和輸輸入偏置置電流所所引起的的漂移，則由（2332）式得： （2336）式中是相相對小量量，可以以忽略。當(dāng)滿足 1時，即足夠夠得小或或

40、者足夠夠得大，則 （2237） 這就是是理想積積分。但但由于非非理想電電容的介介質(zhì)損耗耗和漏電電，使得得積分器器的輸出出產(chǎn)生了了非線性性誤差，即（2232）式式中的第第二項(xiàng)。這種由由于電容容的介質(zhì)質(zhì)損耗和和漏電引引起的積積分漂移移，無論論是采用用什么補(bǔ)補(bǔ)償?shù)霓k辦法都無無法消除除。2.3.4泄漏漏現(xiàn)象假定積分分電路在在一定的的輸入電電壓下輸輸出電壓壓已達(dá)到到一定的的值，再再將變?yōu)闉榱?，對對于理想想積分電電路而言言，其輸輸出電壓壓應(yīng)保持持不變。而對于于實(shí)際積積分電路路，由于于積分電電容的介介質(zhì)損耗耗和泄漏漏電阻的的存在及及運(yùn)放的的非理想想，給積積分電容容上的電電荷提供供了放電電通路，使輸出出電壓隨

41、隨時間不不斷下降降，稱之之為“泄漏現(xiàn)現(xiàn)象”。假設(shè)輸入入電壓，電容器器初始電電壓，不不考慮實(shí)實(shí)際集成成運(yùn)放的的輸入失失調(diào)電壓壓、輸入入失調(diào)電電流和輸輸入偏置置電流所所引起的的漂移，則 （2388）式中是相相對小量量，可以以忽略。當(dāng)滿足 1時，即足夠夠得小或或者足夠夠得大，則 （2239）即理想狀狀況下，零輸入入狀態(tài)時時，輸出出保持不不變。但但由于電電容的介介質(zhì)損耗耗和漏電電，隨著著時間的的增長，實(shí)際輸輸出將按按指數(shù)不不斷的衰衰減。以上這些些誤差可可概括為為線性和和非線性性兩種類類型，其其中線性性誤差在在一定程程度上可可以通過過數(shù)字或或模擬的的方法減減小，但但非線性性誤差隨隨積分器器的工作作環(huán)境、

42、積分輸輸出電壓壓的大小小、輸入入信號的的頻率高高低等因因素而變變化，而而這也正正是各方方正在進(jìn)進(jìn)行的研研究課題題。 2.4 數(shù)字積積分器原原理 數(shù)字積積分器15，具有有運(yùn)算速速度快、精度高高、靈活活性高等等特點(diǎn)，可以實(shí)實(shí)現(xiàn)多種種積分誤誤差修正正算法，易于實(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)統(tǒng)參數(shù)的的變更。數(shù)字積積分器的的思想就就是將微微分信號號量化為為數(shù)字信信號，再再通過數(shù)數(shù)值運(yùn)算算部件完完成數(shù)字字信號的的積分，最終得得到輸入入信號的的積分。根據(jù)微積積分的知知識，它它是一種種數(shù)學(xué)思思想，無限求求和就是積積分。計(jì)計(jì)算函數(shù)數(shù)從區(qū)間間，所包圍圍的面積積，就是是求函數(shù)數(shù)在該區(qū)區(qū)間的定定積分，如下圖圖所示，即（2441）圖2-3

43、3 數(shù)字字積分器器的原理理若將積分分區(qū)間，等分成成很多小小區(qū)間，其中，當(dāng)足夠夠小時，面積SS可近似似看成很很多小長長方形面面積之和和，即（2442）為時的值值，如將將取為一一個最小小單位時時間，即即=1，則則（2443）由此，函函數(shù)的積積分運(yùn)算算變成了了函數(shù)值值的累加加運(yùn)算，當(dāng)足夠夠小時，即ADD采樣率率足夠高高，則累累加求和和運(yùn)算代代替積分分運(yùn)算所所引入的的誤差可可以不超超過所允允許的誤誤差，這這樣也就就滿足積積分計(jì)算算所需要要的精度度。2.5 數(shù)字積積分誤差差分析根據(jù)上面面的分析析，可知知數(shù)字積積分器主主要誤差差包括積積分運(yùn)算算誤差、模擬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的的量化誤誤差116、處理器器有限字字長等幾

44、幾個方面面。2.5.1.積積分運(yùn)算算誤差由于ADD采樣率率是有限限的，所所以不可可能足夠夠小，這這樣就不不能完全全等同于于的值，所以計(jì)計(jì)算的多多個小長長方形面面積之和和不等于于從區(qū)間間，所包圍圍的面積積，這樣樣就不可可避免地地引入了了誤差。根據(jù)采采樣定理理知道，要想把把采樣信信號恢復(fù)復(fù)模擬信信號時不不失真，采樣頻頻率必須須大于信信號最高高頻率的的兩倍，高于此此頻率的的信號就就會產(chǎn)生生混疊、失真影影響數(shù)據(jù)據(jù)處理的的精度，對采集集有誤差差。2.5.2.模模擬轉(zhuǎn)換換器的量量化誤差差數(shù)字積分分器的主主要誤差差來自模模數(shù)轉(zhuǎn)換換的量化化誤差。量化即即把采樣樣信號的的幅值與與某個最最小數(shù)量量單位的的一系列列

45、整倍數(shù)數(shù)比較，以最接接近于采采樣信號號幅值的的最小數(shù)數(shù)量單位位倍數(shù)（量化單單位）來來代替該該幅值。由采樣樣信號的的幅值與與量化單單位的誤誤差，叫叫做量化化誤差。實(shí)際信號號可以看看成量化化輸出信信號與量量化誤差差之和，因此只只用量化化輸出信信號來代代替原信信號就會會有失真真。但是是量化誤誤差是一一種原理理性誤差差，它只只能減小小而無法法完全消消除。2.6模模擬數(shù)字字技術(shù)結(jié)結(jié)合的積積分器 模數(shù)結(jié)結(jié)合的積積分器就就是綜合合模擬電電路和數(shù)數(shù)字電路路各自的的優(yōu)點(diǎn)，采用模模擬積分分器完成成積分功功能，采采用數(shù)字字電路進(jìn)進(jìn)行漂移移補(bǔ)償，以減小小模擬積積分器的的積分漂漂移。典典型的實(shí)實(shí)現(xiàn)方式式有兩種種：（1）

46、 由模擬擬積分器器完成積積分功能能，對輸輸出的積積分信號號采用DDSP 進(jìn)行積積分補(bǔ)償償。這種種方法更更多地利利用模擬擬積分器器對輸入入信號的的無損積積分，同同時利用用了數(shù)字字電路的的可存儲儲性、易易于對信信號進(jìn)行行變化及及提取相相應(yīng)的信信息的優(yōu)優(yōu)勢。（2） 模擬積積分器完完成積分分功能，采用自自動補(bǔ)償償對其進(jìn)進(jìn)行誤差差補(bǔ)償。具體做做法如下下：由一一個基本本積分器器和采樣樣保持電電路構(gòu)成成的反饋饋網(wǎng)絡(luò)組組成。利利用采樣樣保持電電路在積積分前保保存下零零漂信號號，在積積分的時時候不斷斷地對輸輸入端進(jìn)進(jìn)行補(bǔ)償償，抵消消零漂。采用這這種方法法進(jìn)行積積分補(bǔ)償償，需要要幾個工工作時序序，包括括測量零零漂

47、、補(bǔ)補(bǔ)償零漂漂、積分分電容清清零、開開始積分分。圖2-44 自自動補(bǔ)償償式積分分器原理理圖在這里，補(bǔ)償包包括兩部部分：靜靜態(tài)補(bǔ)償償和動態(tài)態(tài)補(bǔ)償。靜態(tài)補(bǔ)補(bǔ)償是通通過調(diào)零零電路手手動調(diào)節(jié)節(jié)零點(diǎn)，就是圖圖2-4中的OFFFSEET。這這個零點(diǎn)點(diǎn)調(diào)好之之后，隨隨著環(huán)境境和溫度度的變化化，也會會改變，所以靜靜態(tài)補(bǔ)償償只能做做一個大大致的調(diào)調(diào)節(jié)。動動態(tài)補(bǔ)償償就是用用圖-中采樣樣保持電電路在每每次積分分前測量量零漂，再補(bǔ)償償?shù)捷斎肴攵?，因因而可極極大的減減小環(huán)境境和溫度度的影響響。這種種積分器器在短時時間內(nèi)比比單個積積分器效效果更好好。但是是由于運(yùn)運(yùn)放、電電阻等都都存在溫溫漂，積積分電容容和采樣樣保持器器中

48、的保保持電容容上的電電荷會泄泄漏，隨隨著時間間的推移移，漂移移是不可可避免的的，因此此單單靠靠一個積積分器是是不可能能完成長長時間積積分的，所以需需要采用用交替積積分思想想，減小小積分器器的積分分時間，然后通通過累加加電路將將兩路積積分器的的輸出值值不斷地地進(jìn)行累累加，以以此得到到完整的的積分信信號。所所以累加加器的性性能就變變得非常常重要。第三章累累加器的的設(shè)計(jì)從上一章章的分析析知道，累加器器對研制制長時間間低漂移移積分器器具有重重要作用用，但是是以往的的累加器器性能不不良好，使用數(shù)數(shù)字電路路方法性性價比又又不高，所以我我們對累累加器進(jìn)進(jìn)行了全全新設(shè)計(jì)計(jì)，以滿滿足長時時間低漂漂移積分分器的需

49、需要。3.1累累加器的的原理累加電路路要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對兩路路輸出值值地不斷斷累加，需要具具有加法法功能和和保持功功能。加加法電路路如下圖圖所示：圖3-11 同相相加法器器電路如圖3-1所示示，通過過運(yùn)放和和電阻構(gòu)構(gòu)成同相相加法器器177，具具體關(guān)系系式如：（3111）得（3122）該電路實(shí)實(shí)現(xiàn)對兩兩個信號號的加法法運(yùn)算，但此電電路沒有有累加功功能，所所以還需需要保持持電路來來對加法法器的輸輸出值進(jìn)進(jìn)行保存存，將其其作為下下次加法法運(yùn)算的的一個輸輸入值。電路圖圖如下：圖3-22累加電電路該累加電電路，通通過兩個個S/HH（采樣樣保持器器）來實(shí)實(shí)現(xiàn)對信信號的保保存，利利用加法法器完成成兩個值值的加法法運(yùn)

50、算。具體的的工作方方式為：（1）開開關(guān)S11接積分分器A的輸出出VoAA，開關(guān)關(guān)S2接S/HH1的輸輸出V11，此時時S/H11處于保保持狀態(tài)態(tài)，保存存的是上上一次交交替前的的累加值值V1，通通過加法法器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)本段時時間的累累加，此此時S/H2處處于采樣樣狀態(tài)，不斷地地采樣當(dāng)當(dāng)前輸出出值Voo，作為為下一段段交替時時間加法法的一個個輸入值值；（2）當(dāng)當(dāng)交替時時，開關(guān)關(guān)S1接積積分器BB輸出VooB，開開關(guān)S22接S/HH2的輸輸出V22，通過過加法器器完成本本段時間間的累加加，此時時S/HH1不斷斷地采樣樣當(dāng)前輸輸出值VVo，為為下次交交替做準(zhǔn)準(zhǔn)備；（3）通通過這樣樣不斷地地交替累累加運(yùn)算算，

51、得到到整個積積分值，如下圖圖所示。圖3-33 累累加示意意圖上面介紹紹的累加加器雖然然在原理理上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了累加加，但實(shí)實(shí)際上對對信號的的保持效效果并不不理想。問題主主要在于于采樣保保持器對對信號的的保持效效果比較較差，采采樣保持持器的電電路圖如如下：圖3-44 AAD5882采樣樣保持電電路以廣泛應(yīng)應(yīng)用的通通用型采采樣保持持器ADD5822為例，圖3-4是其其輸出不不反相的的連接線線路118。其中為為外接電電容器，實(shí)現(xiàn)對對信號的的采樣和和保持。電路增增益可由由外接電電阻和來選擇擇，增益益。在采采樣和保保持模式式時其輸輸入阻抗抗約為，在不同同電容下下，采樣樣保持器器的保持持情況如如下：圖3-55

52、采采樣保持持器采樣樣保持性性能圖3-55可以看看出，當(dāng)當(dāng)外接電電容為時時，其衰衰減率每每秒不到到一毫伏伏，但實(shí)實(shí)際測試試發(fā)現(xiàn)55秒的衰衰減量約約為七分分之一，因此以以往的累累加器無無法滿足足長時間間低漂移移積分器器的要求求。3.2累累加器的的設(shè)計(jì)累加器由由于是利利用電容容實(shí)現(xiàn)保保持，那那么針對對電容主主要有兩兩方面的的問題：第一電電容本身身對信號號要有良良好的保保持性能能；第二二為了減減小電路路對電容容放電回回路的影影響，在在電容后后端增加加一個射射極跟隨隨器，并并選用具具有高輸輸入阻抗抗的運(yùn)放放。本文文設(shè)計(jì)的的累加器器基本原原理圖如如下：圖3-66 累累加器的的設(shè)計(jì)其中射極極跟隨器器U1主主

53、要是將將積分器器與負(fù)載載電路隔隔離，減減小負(fù)載載電路對對積分器器的影響響。累加加器利用用開關(guān)KK1、KK2、KK3、KK4、KK5來控控制累加加器的工工作。結(jié)結(jié)合積分分器的工工作狀態(tài)態(tài)，累加加器的工工作過程程如下：1 初始始積分階階段初始時CC1電壓壓為零，因此累累加器的的輸出等等于積分分器的輸輸出。開開關(guān)的工工作狀態(tài)態(tài)為：KK3斷開開，K11閉合，K2，K4，K5斷開開2 采樣樣階段本階段累累加器在在積分結(jié)結(jié)束前的的瞬間，實(shí)現(xiàn)對對積分信信號的采采樣。開開關(guān)的工工作狀態(tài)態(tài)為：KK3，KK4由斷斷開變?yōu)闉殚]合，電容CC2對信信號進(jìn)行行采樣（當(dāng)下次次采樣時時，K5由斷斷開變?yōu)闉殚]合，實(shí)現(xiàn)對對電容C

54、C1的采采樣）。采樣結(jié)結(jié)束后， K3，K4斷斷開。3交替階階段本階段需需要對積積分電容容進(jìn)行清清零，同同時實(shí)現(xiàn)現(xiàn)保持電電容C11與C22的交替替。開關(guān)關(guān)的工作作狀態(tài)為為：K1斷開開，K2閉合合， KK4斷開開，K5閉合合.，KK3保持持?jǐn)嚅_。4積分累累加階段段這一階段段的輸出出信號為為積分信信號與上上次積分分結(jié)束時時采樣得得到的積積分值的的疊加。開關(guān)的的工作狀狀態(tài)為： K1斷斷開，KK2閉合合，K33斷開，K4斷開開，K55閉合如此往復(fù)復(fù)循環(huán)，便可實(shí)實(shí)現(xiàn)對積積分器輸輸出值的的累加。3.3器器件的選選擇與性性能測試試3.3.1電容容的選擇擇電容的選選取直接接影響到到累加器器的性能能。電容容的選取

55、取包括兩兩方面，其中一一個方面面是電容容對信號號的保持持效果要要盡可能能的好，這與電電容的材材料有關(guān)關(guān)；另一一個方面面希望電電容容量量要盡可可能的小小，因?yàn)闉殡娙菰皆叫r間間常數(shù)越越小，這這樣采樣樣最終得得到的信信號誤差差就越小小。但當(dāng)當(dāng)電容材材料相同同時，電電容越小小對信號號的保持持效果越越差，所所以需要要在兩者者之間取取一個平平衡點(diǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)測試，最終選選用0.33uuF松下下聚酯膜膜電容器器作為累累加電路路的保持持電容。3.3.2電容容漏電阻阻的測量量實(shí)際電容容是理想想電容與與泄漏電電阻的并并聯(lián)，并并且漏電電阻隨著著電容兩兩端電壓壓的變化化而變化化。考慮慮到電壓壓在非常常小的范范圍變化化

56、時，電電容的漏漏電阻變變化比較較小，因因此可以以在開始始放電后后極短時時間內(nèi)選選取兩點(diǎn)點(diǎn)來近似似地計(jì)算算漏電阻阻。根據(jù)據(jù)RC電路路放電暫暫態(tài)方程程式可得得到下式式：（3331）其中R為為電容的的等效漏漏電阻，C為電容容容量。，為放電電過程中中選取的的兩點(diǎn)所所對應(yīng)的的時間與與電壓值值。測試試電路如如下圖：圖3-77 電電容漏電電阻測試試電路其中開關(guān)關(guān)為電磁磁繼電器器，型號號為G66H-22，是一一種雙刀刀雙擲開開關(guān).19，經(jīng)測試試對信號號的響應(yīng)應(yīng)延遲為為幾毫米米。運(yùn)放放為具有有高輸入入阻抗的的CA331400芯片，在時，其同相相端輸入入阻抗約約為220。本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)使用AADLIINK公公司的DDA

57、Q220100采集卡卡產(chǎn)生信信號并進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)采集，同時發(fā)發(fā)出控制制脈沖來來控制繼繼電器。選取開開始放電電時的電電壓值與與放電2200mms時的的電壓值值，代入入（3311）式計(jì)計(jì)算出漏漏電阻，得到的的實(shí)驗(yàn)結(jié)結(jié)果如下下圖：圖3-88 松松下聚酯酯膜電容容等效漏漏電阻從上圖可可以看出出，電容容漏電阻阻基本在在左右，所所以電容容后端運(yùn)運(yùn)放的輸輸入阻抗抗必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于電容的的漏電阻阻，這樣樣才能不不明顯地地減小電電容放電電回路的的電阻。3.3.3電容容保持效效果測試試由于電容容的非理理想性，電容上上的電壓壓會隨著著時間的的推移不不斷衰減減。根據(jù)據(jù)RC電電路放電電公式容容易知道道，電容容上電壓壓的衰

58、減減先快后后慢。以以時的衰衰減情況況為例：圖3-99 電電容對信信號的衰衰減情況況從圖中可可以看出出，電容容電壓在在前兩秒秒衰減迅迅速，之之后衰減減變得較較為緩慢慢，因此此延長電電容保持持時間有有助于減減少誤差差，但是是對積分分器來說說，積分分時間越越長漂移移越嚴(yán)重重，所以以需要在在兩者間間取一個個平衡點(diǎn)點(diǎn)。規(guī)定衰減減量=初初始電壓壓絕對值值-末電電壓絕對對值。測測試電容容在前55秒的衰衰減情況況測試電電路如圖圖3-77所示，結(jié)果如如下：圖3-110 電容對對信號的的衰減情情況從圖3-10可可以看出出，電容容對信號號的衰減減具有線線性，都都隨著電電壓絕對對值的增增大而變變大，并并且正負(fù)負(fù)電壓的

59、的情況關(guān)關(guān)于縱軸軸基本對對稱。利用函數(shù)數(shù)擬合可可得到曲曲線的近近似擬合合表達(dá)式式：（3222）（3223）其中，；，；。3.3.4模擬擬開關(guān)下下的保持持效果測測試?yán)^電器的的優(yōu)點(diǎn)在在于當(dāng)開開關(guān)斷開開后，開開關(guān)兩端端的電阻阻是真正正的無窮窮大。雖雖然開關(guān)關(guān)的響應(yīng)應(yīng)延遲可可以通過過調(diào)節(jié)控控制信號號的時序序來解決決，但是是繼電器器彈簧的的性能會會隨著使使用次數(shù)數(shù)的增多多而發(fā)生生變化，那么響響應(yīng)時間間也就隨隨之改變變。經(jīng)過過調(diào)研發(fā)發(fā)現(xiàn)MAAXIMM公司的的MAXX46664模擬擬開關(guān)導(dǎo)導(dǎo)通電阻阻最大為為 221，其導(dǎo)導(dǎo)通電阻阻僅有，所以對對電容充充電的時時間常數(shù)數(shù)影響不不大。但但是其阻阻斷電阻阻沒有PP

60、DF文文檔資料料中介紹紹的那么么理想，并且模模擬開關(guān)關(guān)作為有有源器件件，會對對電容的的保持效效果產(chǎn)生生影響。將圖33-7中中的開關(guān)關(guān)換成MMAX446644開關(guān)，同時為為了測試試模擬開開關(guān)斷開開后輸入入是否仍仍然對輸輸出產(chǎn)生生影響，將輸入入信號分分別設(shè)為為單次方方波和直直流信號號，其中中直流信信號在開開關(guān)斷開開后仍然然存在，測試信信號5秒秒的衰減減量，并并將測得得結(jié)果與與繼電器器時的情情況作對對比得到到下圖：圖3-111 模擬開開關(guān)與繼繼電器的的對比情情況由于模擬擬開關(guān)的的斷開狀狀態(tài)并不不是完全全意義上上的斷開開，所以以電容的的泄漏回回路就包包括電容容本身的的漏電阻阻，射極極跟隨器器以及模模擬