大量程精密I/F转换电路研究
发布时间：2020-12-07 02:22
在中高精度惯性导航系统中,石英挠性加速度计输出电流信号,需要经过模数转换才能进行导航解算。由于受到国内高性能A/D转换芯片制造水平的制约,加上发达国家的禁运,目前,I/F转换电路仍是这一领域的主流应用。顾名思义,I/F转换电路就是将电流信号转化为数字脉冲,因为其工作原理是电流积分和电荷平衡,理论上不丢失加速度计电流信号,同惯性导航解算中速度、位置的积分累加原理相似,I/F转换电路的这一特性对提高导航精度有着非常重要的意义,这也是其在中高精度惯性导航系统中有着重要工程应用地位的原因之一。但是,受制于传统I/F转换电路的工作方式,量程、线性度、分辨率这三个指标相互制约,基于目前电子元器件的性能不太可能产生质的飞跃的情况下,从纯硬件方面进一步提高I/F单板性能已经变得十分困难,且改进空间逐渐减小。在此种背景下,本论文对传统I/F转换电路进行了两方面的改进工作:一是将恒流源的导通反馈方式由三元等宽（或三元变宽）改为三元展宽,使得在不降低线性度的情况下量程提高了60%;二是使用了FPGA+ADC等数字器件,由ADC采集积分电压,FPGA根据得到的数据和三元展宽方式中的逻辑标志,运行脉冲数扩展算法...
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 I/F转换电路背景简介
1.2 本课题的研究目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.4 本课题的研究内容和论文的结构安排
2 大量程精密I/F转换电路方案原理
2.1 传统I/F转换电路介绍
2.1.1 I/F转换器基本原理
2.1.2 传统I/F电路的固有缺陷
2.1.3 I/F转换器类型综述
2.2 基于FPGA+ADC的精密I/F转换电路方案设计
2.2.1 总体方案框图
2.2.2 三元展宽式I/F转换电路工作原理
2.2.3 三元展宽式I/F转换电路参数计算
3 精密I/F转换电路的硬件设计
3.1 器件选型与硬件系统框图
3.1.1 关键器件选型
3.1.2 系统硬件框图
3.2 子功能电路设计分析
3.2.1 三元展宽相关部分子功能电路设计分析
3.2.2 FPGA脉冲扩展部分子功能电路设计分析
4 算法设计与FPGA硬件语言实现
4.1 关键外围数字器件操作方法
4.1.1 双AD7366模数采集
4.1.2 DS18B20Z温度测量
4.2 脉冲数扩展算法
4.2.1 积分器输出波形模式
4.2.2 脉冲数扩展实现原理
4.2.3 脉冲数扩展方案的证明
4.2.4 阈值电压的设置与扩展脉冲量的计算
4.3 FPGA实现
4.3.1 搭建程序框架
4.3.2 ISE14.7开发平台简介
4.3.3 编程实现
5 实验数据与误差分析
5.1 实验准备
5.2 测试数据结果
5.3 大量程精密I/F转换电路误差分析
5.3.1 I/F转换电路主要误差产生环节
5.3.2 脉冲数扩展算法的误差分析
6 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的大比例系数高精度I/F电路设计[J]. 程远超,黄伟,赵新强,吕成方,杨洋. 导航与控制. 2018(02)
[2]可调直流稳压电源电路的设计与实现[J]. 王天凤,梁子卫. 电子世界. 2016(24)
[3]单恒流源电流频率转换技术研究[J]. 王媚娇,杨雨,雷旭亮,陆煜明. 导航与控制. 2016 (03)
[4]提高V/F转换电路线性度的一种方法[J]. 董明杰,汪渤,石永生,高志峰. 北京理工大学学报. 2011(03)
[5]基于TPS54610的FPGA供电模块设计[J]. 韩江涛,胡庆生,孙远. 电子技术应用. 2006(10)
[6]弱电流测量中的I-F变换电路[J]. 董成富,苏弘,邢建萍,李小刚,马晓莉. 核电子学与探测技术. 2004(05)
[7]捷联系统中加速度计的信号采集[J]. 贾苹,李志宏. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2003(02)
[8]电压—频率转换电路的动态特性分析及求解[J]. 叶林,李昌禧,张杰,张洪,向廷元. 仪表技术与传感器. 2002(06)
[9]高精度恒流源[J]. 曾滨. 电测与仪表. 1994(06)
[10]高准确度V/F转换系统的研究[J]. 陈涤,陈志坚,王国骥. 仪器仪表学报. 1993(02)
硕士论文
[1]I/F转换电路非线性补偿及全数字I/F转换器研究[D]. 姜建伟.青岛科技大学 2012
[2]新型温补实时时钟芯片的研究与设计[D]. 赵东世.华侨大学 2011
[3]FPGA的低功耗设计技术研究[D]. 李宏钧.中南大学 2010
[4]微弱电流检测系统的设计与实现[D]. 佘乾顺.西北师范大学 2009
[5]加速度计数字读出系统的设计与补偿方法研究[D]. 赵来先.国防科学技术大学 2009
本文编号：2902443
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 I/F转换电路背景简介
1.2 本课题的研究目的和意义
1.3 国内外研究现状
1.4 本课题的研究内容和论文的结构安排
2 大量程精密I/F转换电路方案原理
2.1 传统I/F转换电路介绍
2.1.1 I/F转换器基本原理
2.1.2 传统I/F电路的固有缺陷
2.1.3 I/F转换器类型综述
2.2 基于FPGA+ADC的精密I/F转换电路方案设计
2.2.1 总体方案框图
2.2.2 三元展宽式I/F转换电路工作原理
2.2.3 三元展宽式I/F转换电路参数计算
3 精密I/F转换电路的硬件设计
3.1 器件选型与硬件系统框图
3.1.1 关键器件选型
3.1.2 系统硬件框图
3.2 子功能电路设计分析
3.2.1 三元展宽相关部分子功能电路设计分析
3.2.2 FPGA脉冲扩展部分子功能电路设计分析
4 算法设计与FPGA硬件语言实现
4.1 关键外围数字器件操作方法
4.1.1 双AD7366模数采集
4.1.2 DS18B20Z温度测量
4.2 脉冲数扩展算法
4.2.1 积分器输出波形模式
4.2.2 脉冲数扩展实现原理
4.2.3 脉冲数扩展方案的证明
4.2.4 阈值电压的设置与扩展脉冲量的计算
4.3 FPGA实现
4.3.1 搭建程序框架
4.3.2 ISE14.7开发平台简介
4.3.3 编程实现
5 实验数据与误差分析
5.1 实验准备
5.2 测试数据结果
5.3 大量程精密I/F转换电路误差分析
5.3.1 I/F转换电路主要误差产生环节
5.3.2 脉冲数扩展算法的误差分析
6 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于FPGA的大比例系数高精度I/F电路设计[J]. 程远超,黄伟,赵新强,吕成方,杨洋. 导航与控制. 2018(02)
[2]可调直流稳压电源电路的设计与实现[J]. 王天凤,梁子卫. 电子世界. 2016(24)
[3]单恒流源电流频率转换技术研究[J]. 王媚娇,杨雨,雷旭亮,陆煜明. 导航与控制. 2016 (03)
[4]提高V/F转换电路线性度的一种方法[J]. 董明杰,汪渤,石永生,高志峰. 北京理工大学学报. 2011(03)
[5]基于TPS54610的FPGA供电模块设计[J]. 韩江涛,胡庆生,孙远. 电子技术应用. 2006(10)
[6]弱电流测量中的I-F变换电路[J]. 董成富,苏弘,邢建萍,李小刚,马晓莉. 核电子学与探测技术. 2004(05)
[7]捷联系统中加速度计的信号采集[J]. 贾苹,李志宏. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2003(02)
[8]电压—频率转换电路的动态特性分析及求解[J]. 叶林,李昌禧,张杰,张洪,向廷元. 仪表技术与传感器. 2002(06)
[9]高精度恒流源[J]. 曾滨. 电测与仪表. 1994(06)
[10]高准确度V/F转换系统的研究[J]. 陈涤,陈志坚,王国骥. 仪器仪表学报. 1993(02)
硕士论文
[1]I/F转换电路非线性补偿及全数字I/F转换器研究[D]. 姜建伟.青岛科技大学 2012
[2]新型温补实时时钟芯片的研究与设计[D]. 赵东世.华侨大学 2011
[3]FPGA的低功耗设计技术研究[D]. 李宏钧.中南大学 2010
[4]微弱电流检测系统的设计与实现[D]. 佘乾顺.西北师范大学 2009
[5]加速度计数字读出系统的设计与补偿方法研究[D]. 赵来先.国防科学技术大学 2009
本文编号：2902443
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