CN101382597B - 用于地球物理勘探的高速数据传输板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于地球物理勘探的高速数据传输板，其中，数据接口模块连接上下级传输板，用于接收和均衡来自后级传输板的上行数据，并将均衡处理后的上行数据发送给串并转换模块，或者将上行数据的发送电压预加重；串并转换模块和数据接口模块相连接，用于对来自后级传输板的上行数据进行串并转换，将并行上行数据发送给现场可编程逻辑器件，或者将发往上级传输板的上行数据进行并串转换，并将转换后的串行上行数据发送给数据接口模块；现场可编程逻辑器件和串并转换模块相连接，用于对上行数据的处理和存储，并将处理后的上行数据发送给串并转换模块。本发明能够增大地震数据的采集量，增强长电缆高密度地震采集数据的传输可靠性与稳定性。

Description

用于地球物理勘探的高速数据传输板

技术领域

本发明涉及地球物理勘探领域，具体说，涉及一种用于地球物理勘探的高速数据传输板。

背景技术

地震数据采集系统是地震勘探中最关键的设备，地震勘探作业要求不失真地接收并记录地震波，地震数据采集系统必须具有大动态范围、低噪音、低漂移、宽频带和压制干扰波等能力。

地震数据采集系统往往采用多传感器采集地震波、高采样、24bit模数转换器和实时地震数据采集技术来实现对地震数据的采集和接收。

地震数据实时传输是物探地震数据采集中一项重要的技术，它需要在采集期间完成多通道、高分辨地震数据的无误码实时传输，具有以下特点：

1、无误码

由于地震数据是多通道、高分辨、高精度的数据，所以不允许有错误数据产生。

2、传输速率高

由于需要在一个采样周期内完成所有数据的实时传输，所以要求高传输速率。

3、长距离传输

地震勘探中，多个线缆连接在一起工作的，一段拖缆就是一个数据采集传输单元，中继距离最短为100米。

4、串行传输

在地震勘探作业中，都是采用串行方式传输数据。一是因为长距离并行数据传输同步不容易控制，二是线缆连接器接插针的数目有限。

地震勘探采集设备中，地震信号采集获取后需实时进行高速稳定的数据传输。针对一条数据通路具有2000个检波器、1/4ms采样率、24位模数转换器的地震采集系统中，通常采用光纤进行地震数据的实时传输。在生产实践中，地震采集设备如果采用光纤传输技术，则增加了电缆的成本，同时光纤接插损耗大，稳定性较低；地震采集设备如果采用电传输技术，传输数据量小，但是不利于实现长电缆高密度地震数据采集传输。同时，发现光纤连接制作非常困难，光信号传输存在光纤接口的插接损耗，对光接头本身具有极高的技术要求，而目前常用的电信号传输的地震采集系统，传输的地震数据量相对较小。在地震勘探生产中，发现光纤接头易脏和光纤对接不可靠容易引发数据传输中断，造成地震采集系统工作效率不高。同时，由于光电转换器件功耗较大，限制了采集线缆的长度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于地球物理勘探的高速数据传输板，能够增大地震数据的采集量，增强长电缆高密度地震采集数据的传输可靠性与稳定性。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于地球物理勘探的高速数据传输板，包括：现场可编程逻辑器件、串并转换模块和数据接口模块，其中，

数据接口模块，连接上下级传输板，用于接收和均衡来自下级传输板的上行数据，并将均衡处理后的上行数据发送给所述串并转换模块，或者将发往上级传输板的上行数据的发送电压预加重；

串并转换模块，和所述数据接口模块相连接，用于对来自所述下级传输板的上行数据进行串并转换，将转换后的并行上行数据发送给所述现场可编程逻辑器件；或者将发往上级传输板的上行数据进行并串转换，并将转换后的串行上行数据发送给所述数据接口模块；

现场可编程逻辑器件，和所述串并转换模块相连接，用于对所述上行数据的处理和存储，并将处理后的上行数据发送给所述串并转换模块。

优选的，所述现场可编程逻辑器件优先处理本地采集板的上行数据，然后传输下级传输板的上行数据。

优选的，所述现场可编程逻辑器件设置有存储器，所述下级传输板的上行数据存储在所述存储器内。

优选的，所述现场可编程逻辑器件进一步用于下行命令的传输和解析。

优选的，所述现场可编程逻辑器件将本地采集板的下行命令发送给所述串并转换模块进行串并转换，然后所述现场可编程逻辑器件对并行的下行命令进行解析，并将解析后的命令转发给所述本地采集板。

优选的，进一步包括状态信息模块，所述状态信息模块用于监测本传输板的状态，将监测到的状态信息发送给所述现场可编程逻辑器件。

优选的，进一步包括命令接口模块，所述命令接口模块用于接收来自上级传输板的下行命令，并将所述下行命令发送给下级传输板或者本地采集板。

优选的，所述串并转换模块包括第一串并转换模块和第二串并转换模块，其中，所述第一串并转换模块用于对来自所述下级传输板的上行数据进行串并转换，将转换后的并行上行数据发送给所述现场可编程逻辑器件；所述第二串并转换模块用于将发往上级传输板的上行数据进行并串转换，并将转换后的串行上行数据发送给所述数据接口模块。

优选的，所述数据接口模块包括第一数据接口模块和第二数据接口模块，其中，所述第一数据接口模块用于接收和均衡来自下级传输板的上行数据，所述第二数据接口模块用于将发往上级传输板的上行数据的发送电压预加重。

优选的，所述串并转换模块和数据接口模块之间设置有匹配电阻和上拉电阻。

本发明应用电子技术、通讯领域的最新成果，通过电传输解决了现有技术中存在的难题，具有传输数据量大，传输速率高、功耗小、误码率低、冗错能力强、成本低和稳定性高等特点，增大地震数据的采集量，增强了长电缆高密度地震采集数据的传输可靠性与稳定性，能够为油田后期精细开发方案以及海洋油藏勘探提供准确数据。

本发明采用高速HotLink的传输方式，8B/10B编码和10bit解码和预加重-均衡的电信号传输技术，传输最大速率可达400Mbps，支持最大缆长12km，实现了高可靠高稳定大数据量地震数据的实时传输。本发明用于地震采集设备中，对地震电缆采集到的地震数据进行实时汇聚和高可靠高稳定传输，降低传输功耗，减少发热，增大缆长，使接口更稳定易安装。

附图说明

图1是传输板的电路结构图；

图2是clc001的输出电路图；

图3是7b923到clc001的电路连接示意图；

图4是clc012到7b933的电路连接示意图。

具体实施方式

传输板是地球物理勘探系统中水下拖缆的重要部分，传输板完成的主要功能如下：

1)将采集板采集到的数据上传给DPM机箱，数据传输速率大于240Mbps，采用6类双绞线，传输距离在100米以上。

2)接收来自DPM机箱的命令，并将命令传给采集板。

3)将拖缆的状态信息传给DPM机箱。

如图1所示，是传输板的电路结构图，传输板电路包括：现场可编程逻辑器件(FPGA)、串并转换模块(包括串并转换芯片7b923和7b933)、数据接口模块(包括clc012和clc001)、命令接口模块(选用max3490e)、状态信息模块(选用max187)和电源。

本实施例中，上行数据是来自下级传输板的地震采集数据，采集板数据是本传输板所采集的地震采集数据。

负责数据传输的主要功能器件包括：FPGA、数据接口模块和串并转换模块；max3490e负责接收下行命令，向下级传输板传输下行命令，max3490e是MAXIM公司的双工485芯片。当下行命令的目标是本传输板连接的采集板时，max3490e将该下行命令发送给本传输板连接的采集板，并且，max3490e还负责接收来自该采集板的数据。

FPGA负责下行命令的传输和解析，数据的收集、处理和存储。

下行命令传输和解析：由于下行命令是由串行的485协议传输，而下行命令字是16bit的，因此每个数据包收到下行命令后需要进行串并转换然后才能解析下行命令。如果每次都将下行命令解析后再将下行命令下传，就会因为串并转换或者并串转换而造成很长的命令传输延迟。因此，在下行命令传到每一个数据包都分成两路，一路由直通线直接下传(到下级传输板)，另一路发送到7b933进行串并转换，然后FPGA对并行的下行命令进行解析，并将解析后的命令通过max3490e发给本地采集板(即本传输板所连接的采集板)。

数据收集、处理和存储：为了使在每个采样点上每段电缆上采集到的数据同步，电缆上第一个传输包(头包)在每个采样周期开始时向后级发出一个“收集数据”命令，在距离“收集数据”命令半个采样周期的时刻向后级发出“上传数据”命令。由于命令是直通下传，每级传输包收到命令的时刻只比上一级有500ns的延迟，一条6km的电缆也只有30us的延迟。当传输板收到采集板上传的数据后，将数据存储在FPGA内部的一个FIFO(先入先出存储器)中，直到收到头包下传的“上传数据”命令，再将FIFO中的数据向前一级的传输板传输。由于数据传输通道只有一条，FPGA中还开辟了另一个FIFO来缓存下级传输板的数据，直到本地的数据传输结束，再传输后级数据。这样每次采样的数据就顺序上传了。

串并转换模块选用的是CYPRESS公司的7b923和7b933，其中，7b933负责对来自下级传输板的上行数据进行串并转换，7b923负责对FPGA处理后的数据进行并串转换，并将并串转换后的上行数据发送给clc001。7b923和7b933除了并串转换或者串并转换外，还进行8B/10b转换。

数据接口模块，用于连接上下级传输板。数据接口模块选用的是NS公司的clc001和clc012，它们和传输线相连，其中，clc001负责将发送到上级传输板的上行数据的发送电压预加重，clc012负责接收和均衡来自下级传输板的上行数据。

状态信息模块用于监测本传输板的状态，将监测到的状态信息发送给FPGA，并进一步上报给DPM机箱。状态信息模块选用的是MAXIM公司的模数转换器max187和ANALOG公司的放大器op297。op297是一款低功耗的放大器，在传输板上用来做跟随器，max187是一款低功耗、12位串行输出的ADC，传输板对于状态信息的抽取频率很低(1秒钟8次)，精度要求也不严格，主要是判断传输板上电压是否正常。FPGA每隔125ms独取一次状态信息，将状态数据和采集板采集到的地震数据一块打包上传。

FPGA、7b923、7b933、clc012和clc001负责传输波特率达到240Mbps的上行数据，传输最大速率可达400Mbps。

如图2所示，是clc001的输出电路图，clc001的输出匹配选用并联匹配，脚6和脚7是clc001的输出管脚，用于连接上级传输板的数据接口模块。脚6和脚7上各自连接有一个匹配电阻，匹配电阻的另一端接地，该匹配电阻须和传输线的特征阻抗相等。

如图3所示，是7b923到clc001的电路连接示意图，由于7b923是正的射极耦合逻辑(PECL，positive emitted-couple-logic)电平，clc001是低电压差分信号(LVDS，Low Voltage Differential Signal)电平，所以7b923和clc001之间须有匹配。由于PECL电压过高，需用100欧姆的串联匹配和120欧姆的并联匹配降低电压，使其达到clc001的输入电压范围。

如图4所示，是clc012到7b933的电路连接示意图，由于clc012是低电压差分信号(LVDS，Low Voltage Differential Signal)电平，7b933是正的射极耦合逻辑(PECL，positive emitted-couple-logic)电平，所以需要上拉到7b933所需要的PECL电平，对于普通的5mil传输线，上拉电阻R1为10k欧，R2和R3为91欧。

Claims (8)

1.一种用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，包括：现场可编程逻辑器件、串并转换模块和数据接口模块，其中，

数据接口模块，连接上下级传输板，用于接收和均衡来自下级传输板的上行数据，并将均衡处理后的上行数据发送给所述串并转换模块，或者将发往上级传输板的上行数据的发送电压预加重，所述数据接口模块包括第一数据接口模块和第二数据接口模块，其中，所述第一数据接口模块用于接收和均衡来自下级传输板的上行数据，所述第二数据接口模块用于将发往上级传输板的上行数据的发送电压预加重；

串并转换模块，和所述数据接口模块相连接，用于对来自所述下级传输板的上行数据进行串并转换，将转换后的并行上行数据发送给所述现场可编程逻辑器件；或者将发往上级传输板的上行数据进行并串转换，并将转换后的串行上行数据发送给所述数据接口模块，所述串并转换模块包括第一串并转换模块和第二串并转换模块，其中，所述第一串并转换模块用于对来自所述下级传输板的上行数据进行串并转换，将转换后的并行上行数据发送给所述现场可编程逻辑器件；所述第二串并转换模块用于将发往上级传输板的上行数据进行并串转换，并将转换后的串行上行数据发送给所述数据接口模块；

现场可编程逻辑器件，和所述串并转换模块相连接，用于对所述上行数据的处理和存储，并将处理后的上行数据发送给所述串并转换模块。

2.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，所述现场可编程逻辑器件优先处理本地采集板的上行数据，然后传输下级传输板的上行数据。

3.如权利要求2所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，所述现场可编程逻辑器件设置有存储器，所述下级传输板的上行数据存储在所述存储器内。

4.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，所述现场可编程逻辑器件进一步用于下行命令的传输和解析。 

5.如权利要求4所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，所述现场可编程逻辑器件将本地采集板的下行命令发送给所述串并转换模块进行串并转换，然后所述现场可编程逻辑器件对并行的下行命令进行解析，并将解析后的命令转发给所述本地采集板。

6.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，进一步包括状态信息模块，所述状态信息模块用于监测本传输板的状态，将监测到的状态信息发送给所述现场可编程逻辑器件。

7.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，进一步包括命令接口模块，所述命令接口模块用于接收来自上级传输板的下行命令，并将所述下行命令发送给下级传输板或者本地采集板。

8.如权利要求1所述的用于地球物理勘探的高速数据传输板，其特征在于，所述串并转换模块和数据接口模块之间设置有匹配电阻和上拉电阻。 

Images