随钻井下32位信号采集系统设计-论文.pdf

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1、HardwareTechnique随钻井下32位信号采集系统设计贾衡天，管康，范锦辉，彭浩，邓乐，高文凯(中石油勘探开发研究院，北京100083)摘要：为满足近钻头电阻率系统测量的需要，设计了一种32位高精度信号采集系统。该系统以内置DSP运算单元的高性能、低功耗的信号处理芯片和FPGA为控制器，进行信号的采集控制。实现了近钻头电阻率测量信号的采集数据转换功能。该系统采用的32位高精度信号采集芯片保证了信号采集的质量，并可稳定地工作在井下高温环境中。关键词：32位高精度信号采集；FPGA；高温环境；电阻率测量中图分类号：TP274．2

2、文献标识码：A文章编号：1674—7720(2014)13—0016—04DesignofMWD32bitdataacquisitionsystemJiaHengtian，GuanKang，FanJinhui，PengHao，DengLe，GaoWenkai(DrillingResearchInstituteofChinaPetro，Beijing100083，China)Abstract：Inordertomeettheneedofnearbitresistivitymeasurementsystem，the32bithighpre

3、cisionsignalacquisitionsystemisdesigned．Thesystemcanacquiredata、controlandsignalprocessingsigna1．Thesystemcanrealizenearbitresistivitymeasurementsignalconversion，storageandtransmissionfunction．Ituses32bithighprecisionsignalacquisitionchipandcanensurethequalityofthesigna

4、lacquisition．Itcanworkstablelyunderhightemperatureenvironment．Keywords：32bithighprecisionsignalacquisition；FPGA；hightemperature；resistivitymeasurement对地层有源激励模拟信号采集是对发射到不同地挥更高效能。ADS1282有多种片内数字滤波器，可选择层中的电信号状态进行采集量化和保存的过程。它是随Sinc+FIR+IIR滤波的不同组合方式，其中FIR滤波方式钻近钻头电阻率⋯测量系统中不可缺少

5、的重要设备。信可通过编程设置为线性或最小相位响应。号采集系统各个单元必须能够保证稳定可靠地工作在ADS1282的内部由多路选择器(MUX)、4阶△一∑调井下高温环境，并能够准确地采集信号。制器、可编程增益放大器(PGA)、增益和失调校准模块、132位模数转换芯片简介超量程检测电路、控制器、可编程数字滤波器及SPI串整个数据采集系统性能的关键是ADC芯片的选择。行总线接口等组成【31。经过比较分析并基于高精度、大动态范围和低噪声的考2高精度数据采集电路设计虑，本系统选用TI公司的ADS1282作为核心ADC器件【2】。本系统数据采集模块

6、的设计结构框图如图1所示。ADS1282的主要特征有：具有高分辨率，并且在高精度由于需要采集的是传感器输出的电流信号，而ADS1282模式，数据输出率达到250S／s时具有130dB信噪比要求输入是全差分电压信号，所以输入的电流信号需要(SNR)，甚至在低功耗模式，数据输出率相同时信噪比转换为一个与电流成正比的电压信号【41。这可由一个高(SNR)也可达127dB；高精度特性，总谐波失真(THD)精度低温漂的采样电阻和跟随器来实现该功能。所得到为一122dB，积分非线性(INL)为O．5ppm；可编程放大器的电压信号输入给一个二阶模拟

7、低通滤波器，该低通滤(PGA)具有低噪声：5nV／x／h-~，放大倍数为1～64倍；波器由一个全差分输出运算放大器构成，在此起到滤去在高精度模式下其功耗为25mW，在低功耗模式下的功高频噪声的功能。其输出经过钳位保护后，直接输入到耗为17mw，待机模式下为90w，而掉电模式下仅为高精度的模数转换器的差分输入端。钳位保护由钳位二10IxW．这能帮助系统在井下以电池为能源的情况下发极管构成，用于保护ADS1282的输入信号瞬时超载。当l6《微型机与应用》2014年第33卷第13期HardwareTechnique输入信号电平超出二极管的额

8、定值时，该钳位二极管可内部编程形成的SPI数据总线模块连接。DRDY引脚由对输入进行钳位，实现电平保护的功能。电压基准源芯FPGA检测，当A／D的数据采样转换完成时该引脚为低片和运放跟随器组成的ADS1282的基准源，这