专利名称：基于dsp的自动扣除误差交替式积分器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及模拟数字电路中的积分电路技术领域，特别是涉及ー种基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，该积分器可用于核聚变领域的托克马克装置的积分运算。
背景技术：
核聚变研究是当代自然科学种ー项具有重大意义的前沿课题，其目的在于通过核聚变反应释放巨大的能量供人类使用，是人类通过高技术开发和利用新能源的ー种方式，受控核聚变的研究与实现将对人类文明产生巨大的贡献。在磁约束领域里，托卡马克被认为是最有可能实现受控核聚变的装置之一。我国建成的EAST超导托卡马克实验装置，它的科学目标是探索接近核聚变反应堆堆芯条件下等离子体稳态运行模式，从而为未来稳态运行的先进托卡马克核聚变反应堆提供重要的エ程技术和物理基础。在托卡马克装置中，对高温等离子体态反应物质需要各种位形磁场的约束和平衡，而磁位形只能通过磁感应方式进行间接測量。根据电磁理论，分布在磁场周围的磁探
针输出的感生电压信号C = -，=-ん;|(B是场强信号，Φ为磁通量信号)，它只是待测
dtガ dt
物理量磁场强度或磁通量的微分量，要得到相应的B或Φ信号用于等离子体诊断或反馈控制，例如计算等离子体电流信号、控制等离子体位移和形状等，就必需对相应的感生电压信号进行积分，积分器便是完成这ー积分运算不可或缺的设备。随着托卡马克核聚变研究的不断发展，等离子体放电时间越来越长，积分时间也要求越来越长，需要积分器能进行更长时间的低误差积分。以中科院等离子所装置为例，HT-7超导托卡马克的放电时间已经长达四百秒，EAST超导托卡马克放电时间将达到千秒量级，所以急需研制长时间无零漂积分器。传统的模拟积分器存在着积分漂移和非线性误差等问题。积分漂移主要是由运算放大器的失调电压和失调电流引起的，非线性误差主要是由积分电容的泄漏电阻引起的。如果能有效地克服这两方面的影响，长时间低零漂积分器是能够实现的。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，能够有效抑制电容和温漂影响。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，包括依次相连的信号积分电路、扣除斜率电路和信号恢复电路，所述信号积分电路包括第一模拟积分器和第二模拟积分电路；所述扣除斜率电路采用DSP芯片实现；所述第一模拟积分器和第二模拟积分电路通过交替的方式对输入信号进行积分，并通过各自的模数转换器与所述DSP芯片的信号输入端相连；所述DSP芯片用于进行扣除斜率处理并且完成两路信号的累加；所述DSP芯片的信号输出端通过数模转换器与所述信号恢复电路相连；所述DSP芯片的信号控制端输出的控制信号通过电磁继电器对所述第一模拟积分器和第二模拟积分器进行触发和复位控制。所述信号恢复电路包括依次相连的滤波器和射随器。所述第一模拟积分器和第二模拟积分器的输入端均设有瞬间电压抑制器。所述DSP芯片为TMS320F2812核心处理芯片。有益效果由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本发明采用自动扣除误差技术能够很好地抑制运放输入失调引起的积分漂移，交替积分技术有效地抑制了电容和温漂的影响。通过将自动扣除误差技术和交替式技术有机
结合，能够有效地完成长时间低零漂的积分。
图I是本实用新型的系统框图；图2是本实用新型的模拟积分器电路图；图3是本实用新型中的DSP芯片的功能框图；图4是本实用新型中交替式积分器结构示意图；图5是本实用新型中交替式积分器的时序图；图6是静态漂移拟合曲线图；图7是本实用新型工作时的流程图；图8是本实用新型中采用自动扣除误差积分器台面测试结果图；图9是本实用新型中交替式积分器的零点漂移结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进ー步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本实用新型的实施方式涉及ー种基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，如图I所示，包括依次相连的信号积分电路、扣除斜率电路和信号恢复电路，所述信号积分电路包括第一模拟积分器和第二模拟积分电路；所述扣除斜率电路采用DSP芯片实现；所述第一模拟积分器和第二模拟积分电路通过交替的方式对输入信号进行积分，并通过各自的模数转换器与所述DSP芯片的信号输入端相连；所述DSP芯片用于进行扣除斜率处理并且完成两路信号的累加；所述DSP芯片的信号输出端通过数模转换器与所述信号恢复电路相连；所述DSP芯片的信号控制端输出的控制信号通过电磁继电器对所述第一模拟积分器和第ニ模拟积分器进行触发和复位控制。所述信号恢复电路包括依次相连的滤波器和射随器。其中，信号积分电路由两个模拟积分器实现对输入信号的积分；扣除斜率电路主要是以DSP芯片为核心，利用算法来实现对积分数据去误差处理，最后将处理好的数据经数模转换器还原成模拟信号，最后经滤波器和射随器输出，射随器可以提供功率驱动负载，并且输出电压不会因负载阻抗的改变而受影响。[0026]改善积分器的误差特性始終是提高模拟积分器性能的主要手段。前端模拟积分器部分应尽量做好，这是做好长时间积分器的第一歩。由于积分器容易受干扰，所以在积分器的输入端尽量避免加任何有源器件。选择优质精密运放，电压放大倍数和输入电阻高、模抑制能力强、响应快、性能稳定、偏置电流小、失调电压和失调电流及其温漂小的集成运放。选择漏电小、滞后时间短、损耗小、介质吸收系数小的电容器作为积分电容。如图2所示，本系统中积分器的触发和复位控制是通过电磁继电器实现的。由于托卡马克装置放电实验时，积分器的输入信号可能会发生突变，为了保护积分器系统，在输入信号进来的地方加TVS管(瞬间电压抑制器)对电路进行保护。如图3所示，SEED-DPS2812Mv2开发板是DSP2000高速信号处理板中的ー员，主要集成了高性能32位定点DSP-TMS320F2812，主频150MHz，指令周期为6. 67ns，片上包含128Kxl6位高速Flash (具有加密功能，更好地保护开发者的知识产权)，在SEED-DPS2812M板上集中了 DSP、SRAM、片外D/A，片外A/D、UART异步收发器、串行EEPROM、RTC实时时钟、エ业以太网等外设，结构紧凑、布局合理，外部接ロ信号根据信号特点合理划分，提高了模板的稳定性及抗干扰的能力。其中，DSP芯片采用TMS320F2812处理芯片。 利用扣除斜率这个方法来处理零漂，实现了实时处理信号，结合了数字电路和模拟电路的优势，具有优良的性能和特色，是ー种能有效消除零漂的长时间积分方法。但是对于电容和温漂等一些非线性误差只能通过降低积分时间来减少误差，由此本实用新型实现了交替式积分器来实现长时间的积分。图4是交替式积分器结构示意图；图5是本实用新型中交替式积分器的时序图。在大量实验中发现积分器的非线性误差随时间的关系如图6所示，通过该图可以设定交替积分器的交替时间，从图中可以看出在积分了 20s以后，漂移约为4. 8mv，按照系统容许的误差，因此将交替时间设定为20s。交替时间设定为20s，交替时间如果选得比较大，单个积分器的误差会比较大；若选得较小，由模拟开关所带来的误差就会比较大。图7是本实用新型工作时的流程图。在设计数字积分器中，克服零漂是本实用新型的主要目的，通过扣除斜率的方法是否能能够基本消除零漂，需要在台面进行测试。使用一台采样频率较高的数字示波器，首先将输入端接地，利用示波器测试DSP的DA输出端的电压和纯模拟积分器的输出。设定积分时间为1000s，实验结果如图8所示。横坐标时间单位为100s/格，信道I (CHl)表示的是纯模拟积分器的没有扣除斜率的零点漂移波形，纵坐标幅度为200mV/格；信道2 (CH2)是设计的自动扣除误差积分器的波形，幅度为20mV/格。可见，在IOOOs时间内，CHl零点漂移为370mV左右；CH2零点漂移为21mV左右，明显地，自适应智能型积分器的零点漂移特性远远好于纯模拟积分器。如图9所示，通过使用交替式积分器克服模拟器件的非线性误差，图9所示交替式积分器在IOOOs时间里的工作情况，可以发现交替式积分器在交替点跳变较大，造成这种现象的可能有两种原因由于开关切换所带来的；也可能是因为两个积分器的零点位置不同造成跳变。
权利要求1.一种基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，包括依次相连的信号积分电路、扣除斜率电路和信号恢复电路，其特征在于，所述信号积分电路包括第一模拟积分器和第二模拟积分电路；所述扣除斜率电路采用DSP芯片实现；所述第一模拟积分器和第二模拟积分电路通过交替的方式对输入信号进行积分，并通过各自的模数转换器与所述DSP芯片的信号输入端相连；所述DSP芯片用于进行扣除斜率处理并且完成两路信号的累加；所述DSP芯片的信号输出端通过数模转换器与所述信号恢复电路相连；所述DSP芯片的信号控制端输出的控制信号通过电磁继电器对所述第一模拟积分器和第二模拟积分器进行触发和复位控制。
2.根据权利要求I所述的基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，其特征在于，所述信号恢复电路包括依次相连的滤波器和射随器。
3.根据权利要求I所述的基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，其特征在于，所述第一模拟积分器和第二模拟积分器的输入端均设有瞬间电压抑制器。
4.根据权利要求I所述的基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，其特征在于，所述DSP芯片为TMS320F2812核心处理芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种基于DSP的自动扣除误差交替式积分器，包括依次相连的信号积分电路、扣除斜率电路和信号恢复电路，所述信号积分电路包括第一模拟积分器和第二模拟积分电路；所述扣除斜率电路采用DSP芯片实现；所述第一模拟积分器和第二模拟积分电路通过交替的方式对输入信号进行积分，并通过各自的模数转换器与所述DSP芯片的信号输入端相连；所述DSP芯片用于进行扣除斜率处理并且完成两路信号的累加；所述DSP芯片的信号输出端通过数模转换器与所述信号恢复电路相连；所述DSP芯片的信号控制端输出的控制信号通过电磁继电器对所述第一模拟积分器和第二模拟积分器进行触发和复位控制。本实用新型能够有效抑制电容和温漂影响。
文档编号H03H11/12GK202652163SQ20122023377
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者任立红, 王铭伟, 丁永生, 罗家融, 郝矿荣 申请人:东华大学