基于FPGA的交替式积分器设计

发布时间：2020-03-30 10:11

【摘要】：新一代托卡马克装置放电时间可达千秒,积分器是其电磁诊断系统的关键电子设备之一。为了保证电磁诊断的精确度,需要设计能够长时间工作的积分器,其应该具备高精度、低漂移、良好的实时性与电磁兼容性等特点。论文调研了国内外积分器的研究现状,详细分析了积分器的工作原理、实现形式及存在的问题,设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的交替式积分器。以FPGA作为交替式积分器的中央处理器,采用两路实时补偿型积分单元对微分信号交替积分,由模数转换器(ADC)将两路积分单元输出的模拟信号转换为数字信号,然后由FPGA完成两路积分信号的拼接运算,再由数模转换器(DAC)将有效信号转换为模拟信号,通过隔离电路将信号输出；采用Verilog HDL语言编写系统程序,通过DSP Builder仿真验证设计方案的正确性；从电路板的布局布线等方面来确保电路板的电磁兼容性。2014年春季超导托卡马克(EAST)装置的放电试验表明,本交替式积分器能够很好的实现两路积分信号的拼接,具有良好的稳定性和较强的抗电磁干扰能力,满足托卡马克装置的设计要求。
【图文】：

Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｐｉｃｋ邋ｕｐ邋ｃｏＵ邋ａｎｄ邋ｔｈｅ邋ａｎａｌｏｇ邋ｉｎ化ｇｒａｋ）ｒ逡逑虽然各种类型的磁探测器的结构与应用有很大差异，但是它们都是通过电磁逡逑感应原理来实现信号检测的。图１．１给出了一个由磁探针与积分器组成的电磁诊逡逑断系统，当磁感应强度５产生变化时，穿过磁探针线圈横截面的磁通量＾也会发逡逑生变化，则磁探针输出的感生电动势Ｅ为［２］：逡逑ｅ邋二邋Ｖｉ邋二邋ＮＡ邋地（１－１）逡逑式中，Ｖ，．为磁探针输出端的电压差，ｉＶ为线圈kw数，为线圈截面面积。为逡逑了得到物理量磁感应强度公或者磁通量需要图１．１中所示的积分器对Ｖ，进逡逑行积分，其输出为：逡逑—邋ｎａｂ逡逑Ｖ。—邋ＲＣ逦－逡逑其中ｉ？ｃ被称为积分器的积分时间常数。逡逑由于元器件的非理想性会造成图１．１所示的模拟积分器的输出值偏离理想情逡逑况，即产生积分误差。积分误差主要包括零点漂移、非线性误差和电容泄漏误差。逡逑随着积分时间ｔ的延长

在众多ＦＰＧＡ器件供应巧中，Ａｌｔｅｒａ公司的器件Ｗ较高性价比和丰富的ＥＤＡ（电逡逑子设计自动化）开发工具而深受到广大工程师的青睐。本文选择Ａｌｔｅｒａ公司Ｃｙｃｌｏｎｅ２逡逑系列ＦＰＧＡ来作为交替式积分器的控制器，其内部功能模块如下图３．３所示，从图逡逑中可Ｗ看出它具有丰富的逻辑资源，，包括了乘法器、专用外部存储器接口电路、逡逑嵌入式存储器模块、锁相环（ＰＬＬ）及高速差分Ｉ／Ｏ模块等，完全能满足本设计的逡逑ｑ？＊邋ｆＨｆ＇逡逑卪叟。逡逑Ｈｊ0ｅ？逦凉一＊Ｈ逡逑逦邋＿＿＿—邋？ｕ邋ｍ逡逑ｒ邋ｊ逡逑—逦１—Ｔ逦逦逡逑泌左诚ｉＳ逦＜逦词逡逑，‘；邋？＇；逦－逡逑、作灄邋Ｉ巧於逦！邋’》■逦Ｊ邋１？季邋ｎ＊逡逑＾邋＊前》姦邋Ａｒｒａｙ逦Ａｎａｙ逦Ａ邋Ａｔｍ逡逑‘邋１逡逑＊＊啦《—＾邋＇－逦逦Ptn逡逑！逡逑ｉｎ邋－、的w>－…之；！”－Ｉｆｌ逡逑图３．３邋Ｃｙｃｌｏｎｅ］型ＦＰＧＡ器件结构逡逑Ｆｉｇ邋３．３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃｙｃ］0ｎｅ２邋ＦＰＧＡ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑１９逡逑
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL631.24

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本文编号：2607409