CN110894787B - 一种用于随钻测量短节的总线驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于随钻测量短节的总线驱动装置，随钻测量短节的外壳作为总线驱动装置的地信号线，总线驱动装置包括：处理器，其输出发送使能信号和发送数据，以及获取并解析接收数据；总线匹配模块，其外接于处理器，用于将处理器所需的数据与总线驱动模块所需的逻辑信号进行匹配转换处理；总线驱动模块，其与总线匹配模块和处理器连接，用于接收并识别发送使能信号，在发送使能信号有效时，将经过匹配转换处理的发送数据传输至单芯信号传输电缆，以及将从单芯信号传输电缆获取到的含有接收数据信息的总线传输信号转发至总线匹配模块。本发明通过总线驱动装置简化随钻测量短节之间的电气连接线，提高随钻的短节间连接的可靠性。

Description

一种用于随钻测量短节的总线驱动装置

技术领域

本发明涉及石油勘探的随钻测量领域，具体地说，是涉及一种用于随钻测量短节的总线驱动装置。

背景技术

随着石油和天然气开发的不断进行，复杂油气藏的地质导向施工需要检测各种地质和工程参数的随钻测量数据。其中，随钻测量的参数除了传统的包括井斜、方位、工具面、伽马、电阻率等数据，还增加了如：中子、密度、声波、核磁等新的参数。随钻测量数据越丰富、越精确，地质导向工程师进行决策的依据就越充分，出现错误判断的可能性就越低。因此，随钻测量仪器短节由过去的单个短节完成，向多个仪器短节组合完成发展。

由于井下工作环境的特殊性，例如：高温高压高振动、空间有限、短节之间承受巨大的扭矩。因此，多个仪器短节之间连接最重要的要求就是简单可靠、现场装配方便。由于井下多数采用单个主机+多个测量节点模式，即一个主机系统，能够控制一个或者多个从机。在现有技术中，较多采用485总线、CAN总线作为井下随钻仪器短节的连接总线。这类总线都是需要2根或者2根以上的连接线，完成数据的连接。这里的连接线都是用作信号的传输，各仪器短节本体的金属连接不适合作为其中的一根，因为，部分仪器短节把短节本体作为接“地”使用。因此，如果有一种能进一步减少连接线，充分利用短节本体的接“地”，进一步简化数据连接线结构将对降低仪器短节的对接复杂度、提高其可靠性将非常有意义。

进一步的，现有的1根地线与1根信号线的总线专用芯片及配套电路大多应用在普通工业设备中，在石油、天然气钻探等井下的仪器当中使用受到一定的限制。具体地，需要各类仪器短节中的微处理器都内置同一种总线专用芯片及配套电路，而随钻的仪器短节由于其复杂度和专业性特别，往往开发者使用的微处理器很难统一，因此，更难做到总线专用芯片及其配套电路的统一。此外，由于井下的高温环境，一般对芯片或电路的工作温度都要求较高，一般都要达到150摄氏度，而统一后的微处理器中的单线总线专用芯片很难达到高温的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于随钻测量短节的总线驱动装置，所述随钻测量短节的短节本体作为所述总线驱动装置的地信号线，用于多个随钻测量短节间的数据传输，其中，所述总线驱动装置包括：处理器，其对发送使能信号和含有当前随钻测量短节采集到的随钻测量数据信息的发送数据进行输出，以及获取并解析接收数据，得到其他随钻测量短节采集到的当前随钻测量短节所需的随钻测量数据；总线匹配模块，其外接于所述处理器，用于将所述处理器所需的数据与总线驱动模块所需的逻辑信号进行匹配转换处理；所述总线驱动模块，其与所述总线匹配模块和所述处理器连接，用于接收并识别所述发送使能信号，在所述发送使能信号有效时，将经过匹配转换处理的所述发送数据传输至单芯信号传输电缆，以及将从所述单芯信号传输电缆获取到的含有所述接收数据信息的总线传输信号转发至所述总线匹配模块。

优选地，所述总线驱动模块包括：发送驱动器，其与所述总线匹配模块和所述处理器连接，用于在识别出所述发送使能信号有效时，将接收到的完成匹配转换处理的所述发送数据而得到的逻辑发送信号转换成与该所述逻辑发送信号匹配的总线传输信号，并通过所述单芯信号传输电缆发送至其他随钻测量短节；接收调理器，其与所述总线匹配模块连接，用于在所述发送使能信号无效时，将接收到的含有所述接收数据信息的总线传输信号转换成相应的逻辑接收信号。

优选地，所述发送驱动器包括：使能发射控制单元，其通过发送信号线与所述总线匹配模块连接，用于识别所述发送使能信号，在所述发送使能信号为有效的情况下，消除所述逻辑发送信号的组合逻辑毛刺；输出功率驱动单元，其输入端与所述使能发射控制单元连接，输出端接入所述单芯信号传输电缆，用于将所述逻辑发送信号转换成相应的所述总线传输信号。

优选地，所述使能发射控制单元选自与非门组合结构、或非门组合结构和异或门组合结构中的一种。

优选地，所述使能发射控制单元包括：第一与非门，其第一输入端通过发送使能信号线与所述处理器连接，第二输入端通过所述发送信号线与所述总线匹配模块连接；第二与非门，其第一输入端通过所述发送信号线与所述总线匹配模块连接，第二输入端接入外接高电平信号；第三与非门，其第一输入端与所述第一与非门的输出端连接，第二输入端接入所述外接高电平信号，并且输出端与所述输出功率驱动单元连接；第四与非门，其第一输入端通过所述发送使能信号线与所述处理器连接，第二输入端与所述第二与非门的输出端连接，并且输出端与所述输出功率驱动单元连接。

优选地，所述输出功率驱动单元为三极管组合结构或者MOS管组合结构。

优选地，所述输出功率驱动单元包括：NMOS管，其栅极与所述使能发射控制单元中的第三与非门的输出端连接，源极接入外接地信号；PMOS管，其栅极与所述使能发射控制单元中的第四与非门的输出端连接，源极接入外接高电平信号；保护二极管，其阳极接入所述PMOS管的漏极，阴极接入所述NMOS管的漏极；限流电阻，其一端与所述保护二极管的阴极和所述NMOS管的漏极连接，另一端接入所述单芯信号传输电缆。

优选地，所述接收调理器包括：接收迟滞比较单元，其输入端接入所述单芯信号传输电缆，用于将接收到的所述总线传输信号转换成所述逻辑接收信号；接收缓冲单元，其输入端与所述接收迟滞比较单元的输出端连接，用于对接收到的所述逻辑接收信号进行整形处理，并将处理后的所述逻辑接收信号转发至所述总线匹配模块。

优选地，所述接收迟滞比较单元包括：滤波电阻，其第一端接入外接地信号，第二端接入所述单芯信号传输电缆；第一反馈电阻，其第一端接入所述单芯信号传输电缆；第一分压电阻，其第一端接入外接地信号；第二分压电阻，其第一端接入外接高电平信号，第二端与所述第一分压电阻的第二端连接；运算放大器，其负输入端与所述第一反馈电阻的第二端连接，正输入端接入所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的中点，输出端与所述接收调理器中的接收缓冲单元连接；和第二反馈电阻，其第一端与所述运算放大器的负输入端连接，第二端与所述运算放大器的输出端连接。

优选地，所述处理器其构成为解析所述接收数据，从中识别出短节编码标识和随钻测量数据，若所述短节编码标识与预设的当前短节编号一致，则确定所述随钻测量数据为所述当前随钻测量短节所需的随钻测量数据，进一步解析该随钻测量数据，得到从其他随钻测量短节传输的检测参数。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提出了一种用于随钻测量短节的总线驱动装置。这种装置充分利用仪器短节本体，将短节本体作为电源地(信号传输的地信号线)，起到了一根导线的作用，使得井下一起短节之间仅依靠一根用于数据传输的单芯信号传输电缆便能够实现短节间数据的传输，进一步简化井下仪器短节之间的电气连接线，提高随钻的仪器短节之间连接的可靠性。其中，总线驱动装置内的各个模块采用功能模块化设计，总线专用芯片无需进行统一，只需达到与处理器进行匹配即可，从而很容易找到既满足相应处理器的专用总线芯片也能够满足井下高温的需求。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的用于随钻测量短节的数据传输系统的总体结构示意图。

图2为本申请实施例的用于随钻测量短节的数据传输系统中的总线驱动装置40的总体结构示意图。

图3为本申请实施例的用于随钻测量短节的数据传输系统中的总线驱动装置40的电路结构示意图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

其中，附图标记列表如下：

10：第一随钻测量短节(第一短节本体)

20：第二随钻测量短节(第二短节本体)

30：第三随钻测量短节(第三短节本体)

40：总线驱动装置

50：单芯信号传输电缆

60：外接地信号(线)

70：外接高电平信号(线)

100：处理器

101：发送使能信号线

102：第一数据线

103：第二数据线

200：总线匹配模块

201：发送信号线

202：接收信号线

300：发送驱动器

310：使能发射控制单元

311：第一与非门

312：第二与非门

313：第三与非门

314：第四与非门

320：输出功率驱动单元

321：NMOS管

322：PMOS管

323：保护二极管

324：限流电阻

400：接收调理器

410：接收迟滞比较单元

411：滤波电阻

412：第一反馈电阻

413：第一分压电阻

414：第二分压电阻

415：运算放大器

416：第二反馈电阻

420：接收缓冲单元

500：总线驱动模块

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

现今，随着随钻测量数据的种类及数据量的逐渐增多，随钻测量仪器短节由过去的单个短节完成，向多个仪器短节组合完成发展。由于井下工作环境具有高温高压高振动、空间有限、短节之间承受巨大的扭矩等的特殊性。因此，多个仪器短节之间连接最重要的要求就是简单可靠、现场装配方便。

在现有技术中，较多采用485总线、CAN总线作为井下随钻仪器短节的连接总线。这类总线都是需要2根或者2根以上的连接线，完成数据的连接。这里的连接线都是用作信号的传输，各仪器短节本体的金属连接不适合作为其中的一根。

进一步的，现有的1根地线与1根信号线的总线专用芯片及配套电路大多应用在普通工业设备中，在石油、天然气钻探等井下的仪器当中使用受到一定的限制。具体地，需要各类仪器短节中的微处理器都内置同一种总线专用芯片及配套电路，而随钻的仪器短节由于其复杂度和专业性特别，往往开发者使用的微处理器很难统一，因此，对于统一总线专用芯片而言难度很大。此外，由于井下的高温环境，一般对芯片或电路的工作温度都要求较高，一般都要达到150摄氏度，而上述统一后的微处理器中的总线专用芯片很难达到高温的需求。

因此，本发明提出了一种用于随钻测量短节之间的数据传输系统以及安装于随钻仪器内的总线驱动装置。这种系统充分利用仪器短节本体，将短节本体作为电源地(信号传输的地信号线)，起到了一根导线的作用，使得井下一起短节之间仅依靠一根用于数据传输的单芯信号传输电缆(TR_BUS)便能够实现短节间数据的传输，进一步简化井下仪器短节之间的电气连接线，提高随钻的仪器短节之间连接的可靠性。其中，由于现有技术不同随钻测量短节内的微处理器可能是不同类型的，因此，微处理器内集成的专用总线芯片也可能是不同类型的，故现有技术很难实现具有同类型专用总线芯片的微处理器的统一，而本发明采用模块化设计，无需专用总线芯片与微处理器的集成性的匹配关系，与微处理器匹配的总线芯片无需进行统一，只需找到一种适用于各种微处理器和高温的专用总线芯片即可，从而很容易找到既满足相应处理器的专用总线芯片也能够满足井下高温的需求。

图1为本申请实施例的用于随钻测量短节的数据传输系统的总体结构示意图。如图1所示，上述数据传输系统包括多个随钻测量短节(10、20、30)，每个随钻测量短节(10、20、30)的短节本体机械连接在一起。其中，每个随钻测量短节(10、20、30)均内置有总线驱动装置40，每个总线驱动装置40通过单芯信号传输电缆(TR_BUS)50相互连接，并且总线驱动装置40的外接地信号(线)60与所在的短节本体(10、20、30)连接，使得每个随钻测量短节(10、20、30)的短节本体作为数据传输的地信号(线)60，与上述单芯信号传输电缆(TR_BUS)50构成一对数据传输电缆，从而实现井下随钻测量仪器中各个随钻测量短节(10、20、30)间的数据传输功能。需要说明的是，本发明对上述数据传输系统中所包含的多个随钻测量短节的数量不作具体限定，图1中所示的三个随钻测量短节(10、20、30)仅为本发明的数据传输系统的一个具体示例。

图2为本申请实施例的用于随钻测量短节的数据传输系统中的总线驱动装置40的总体结构示意图。如图2所示，总线驱动装置40包括：处理器100、总线匹配模块200和总线驱动模块500。其中，上述单芯信号传输电缆(TR_BUS)50与总线驱动模块500连接。下面结合图1和图2对总线驱动装置40的内部结构及功能进行详细说明。

具体地，处理器100能够输出发送使能信号TX_EN和需要传输至其他随钻测量短节(例如：若上述数据传输系统中具备第一随钻测量短节10、第二随钻测量短节20、第三随钻测量短节30，在第一随钻测量短节10需要向第二随钻测量短节20发送第一随钻测量短节10采集的检测数据时，此处的其他随钻测量短节则代表第二随钻测量短节20，当前随钻测量短节则代表第一随钻测量短节10)内的发送数据(其中，发送数据含有当前随钻测量短节采集到的随钻测量数据信息)。

另外，处理器100还能够获取并解析从其他测量短节传输过来的接收数据(例如：若上述数据传输系统中具备第一随钻测量短节10、第二随钻测量短节20、第三随钻测量短节30，在第三随钻测量短节30需要向第二随钻测量短节20发送第三随钻测量短节10采集的检测数据时，此处的其他随钻测量短节则代表第三随钻测量短节30，当前随钻测量短节则代表第二随钻测量短节20)，得到其他随钻测量短节采集到的当前随钻测量短节所需的随钻测量数据。其中，处理器100在接收到上述接收数据后，需要将接收数据进行解析，从中识别出短节编码标识和随钻测量数据，若上述解析出的短节编码标识与当前短节编号一致，则确定从接收数据解析出的随钻测量数据为当前随钻测量短节所需的随钻测量数据，进一步解析随钻测量数据，从而得到从其他随钻测量短节(10、20、30)传输的当前随钻测量短节所需的各种具体的检测参数。其中，每个总线驱动装置40中的处理器100均存储有代表自身短节的编号(当前短节编号)。

需要说明的是，每个随钻测量短节根据其内部安装的测量仪器，采集相应的检测参数，其中，每个随钻测量短节能够采集的检测参数包括：井斜、方位、工具面、伽马、电阻率、中子、密度、声波、核磁等参数中的一种或几种。例如：内置有电阻率测量设备的随钻测量短节能够采集电阻率参数，内置有伽马探管的随钻测量短节能够采集伽马参数，在内置有电阻率测量设备的随钻测量短节需要内置有伽马探管的随钻测量短节所采集到的伽马参数的情况下，内置有伽马探管的随钻测量短节可以按照预设的定时传输时间，将其采集到的伽马参数传输至内置有电阻率测量设备的随钻测量短节。其中，每个处理器100中具备实时时钟功能，使得每个处理器100能够根据数据采集、数据计算及处理的时间，设置对应的不同的定时传输时间(至少包括定时数据发送时间和定时数据接收时间)，以防止井下不同短节间数据传输过程中的发送与接收过程的数据冲突问题。

参考图1，在一个实施例中，当第一随钻测量短节10需要向第二随钻测量短节20传输第二随钻测量短节20所需的随钻测量数据时，第二随钻测量短节即为目标接收短节，第二随钻测量短节中的处理器100所获取的接收数据中含有目标接收短节的短节编码标识和包含第一随钻测量短节10采集到的检测数据信息的随钻测量数据。在第二随钻测量短节中的处理器100解析出的短节编码标识与当前短节编号一致后，进一步解析上述随钻测量数据，用以获取第一随钻测量短节10采集到的检测数据。

再次参考图1，在另一个实施例中，由于每个随钻测量短节(10、20、30)的单芯信号传输电缆(TR_BUS)50是复用的，因此，当第一随钻测量短节10需要向第二随钻测量短节20传输第二随钻测量短节20所需的随钻测量数据时，第三随钻测量短节30中的处理器100会接收到与第二随钻测量短节获取到的相同的接收数据，在第三随钻测量短节30中的处理器100也会对接收数据进行解析并得到相应的短节编码标识，在识别出短节编码标识与当前短节编号不一致后，将上述获取到的接收数据进行清除处理。

然后，对总线匹配模块200进行说明。总线匹配模块200外接于处理器100。优选地，总线匹配模块200无需集成于处理器100中。总线匹配模块200用于将处理器100所需的数据与总线驱动模块(下述)500所需的逻辑信号进行电平匹配转换处理。除此之外，总线匹配模块100还匹配单芯信号传输电缆50的类型与处理器100的接口类型。处理器100的两个I/O接口分别接入用于传输上述发送数据的第一数据线102的第一端和用于传输上述接收数据的第二数据线103的第一端。第一数据线102的第二端和第二数据线103的第二端分别接入总线匹配模块200的数据接收接口(未图示)和数据输出接口(未图示)。另外，总线匹配模块200通过发送信号线201与总线驱动模块500连接。具体地，一方面，总线匹配模块200通过数据接收接口(也就是通过第一数据线102)将接收到的发送数据进行数模转换处理，将该发送数据转换成逻辑发送信号TX，而后，通过发送信号线201将逻辑发送信号TX传输到总线驱动模块500。总线匹配模块200还能够通过接收信号线202从总线驱动模块500处接收逻辑接收信号RX，将逻辑接收信号RX进行模数转换处理，并转换成与处理器100的数据接收接口的类型和电平匹配的相应的接收数据，并通过数据输出接口(也就是通过第二数据线103)将接收数据传输至处理器100中。

然后，对总线驱动模块500进行详细说明。总线驱动模块500与上述总线匹配模块200和处理器100连接，用于接收并识别发送使能信号，在发送使能信号有效时，将经过匹配转换处理的发送数据传输至单芯信号传输电缆50，以及将从单芯信号传输电缆50获取到的含有接收数据信息的总线传输信号转发至总线匹配模块200。

进一步，总线驱动模块500包括发送驱动器300和接收调理器400。其中，总线匹配模块200通过发送信号线201与发送驱动器300连接，总线匹配模块200通过接收信号线202与接收调理器400连接，单芯信号传输电缆50接入发送驱动器300的输出端和接收调理器400的输入端，并且通过发送使能信号线101将处理器100与发送驱动器300连接起来。

下面对发送驱动器300进行说明。发送驱动器300能够接收发送使能信号TX_EN和逻辑发送信号TX，在识别出发送使能信号TX_EN有效时，将接收到的完成匹配转换处理的发送数据而得到的逻辑发送信号TX，转换成与逻辑发送信号TX匹配的总线传输信号并通过单芯信号传输电缆(TR_BUS)50发送至其他随钻测量短节(10、20、30)。另外，在发送驱动器300识别出发送使能信号TX_EN为无效时，发送驱动器300的输出信号为高阻状态，从而，使得总线驱动装置40在不处于数据发送状态下，随时处于等待数据接收状态。

进一步的，(参考图2)在一个实施例中，发送驱动器300包括：使能发射控制单元310和输出功率驱动单元320。其中，使能发射控制单元310通过发送信号线201与总线匹配模块200连接，用于识别发送使能信号TX_EN，在发送使能信号TX_EN为有效的情况下，能够有效的消除逻辑发送信号TX的组合逻辑毛刺。进一步，使能发射控制单元310还能够降低总线上的逻辑误判。使能发射控制单元310采用多个组合逻辑器件组合结构，可选自包括：与非门组合结构、或非门组合结构、异或门组合结构中的一种。

图3为本申请实施例的用于随钻测量短节的数据传输系统中的总线驱动装置40的电路结构示意图。如图3所示，在一个实施例中，使能发射控制单元310包括：第一与非门311、第二与非门312、第三与非门313和第四与非门314。具体地，第一与非门311的第一输入端通过发送使能信号线101与处理器100连接，第二输入端通过发送信号线201与总线匹配模块200连接。第二与非门312的第一输入端通过发送信号线201与总线匹配模块200连接，第二输入端接入外接高电平信号(70)VDD。第三与非门313的第一输入端与第一与非门311的输出端连接，第二输入端接入外接高电平信号(70)VDD，并且其输出端与输出功率驱动单元320连接。第四与非门314的第一输入端通过发送使能信号线101与处理器100连接，其第二输入端与第二与非门312的输出端连接，并且其输出端与输出功率驱动单元320连接。

在使能发射控制单元310的设计过程中，如果不使用预防毛刺的电路，则需要将逻辑发送信号TX与发送使能信号TX_EN组合后的输出分成两路，一路直接连接到后端(下述)输出功率驱动单元320内的NMOS管Q1(321)的栅极，另一路需要连接一个非门后再连接到后端(下述)输出功率驱动单元320内的PMOS管Q2(322)的栅极。由于这个非门的存在，则引入了一个信号延时，因此，加载在NMOS管Q1(321)和PMOS管Q2(322)上的两个控制信号就不同步，存在引入毛刺的风险。参考图3，本发明实施例中的使能发射控制单元310，在逻辑发送信号TX与发送使能信号TX_EN的组合后所输出的控制信号，分别加载在NMOS管Q1(321)和PMOS管Q2(322)，这两个分别引入NMOS管Q1(321)和PMOS管Q2(322)的控制信号都是两个与非门的延时，因此，两个延时相互抵消，也就保证了加载在NMOS管Q1(321)和PMOS管Q2(322)上的两个控制信号的完全同步，从而消除了毛刺的风险。

进一步的，输出功率驱动单元320的输入端与上述使能发射控制单元310连接，其输出端接入单芯信号传输电缆(TR_BUS)50，用于将逻辑发送信号TX转换成相应的总线传输信号。其中，输出功率驱动单元320采用三极管组合结构或者MOS管组合结构。

进一步的，在一个实施例中，参考图3，输出功率驱动单元320包括：NMOS管Q1(321)、PMOS管Q2(322)、保护二极管D1(323)和限流电阻R1(324)。具体地，NMOS管Q1(321)的栅极与使能发射控制单元310中的第三与非门313的输出端连接，其源极接入外接地信号GND(60)。PMOS管Q2(322)的栅极与使能发射控制单元310中的第四与非门314的输出端连接，其源极接入外接高电平信号VDD(70)。保护二极管D1(323)的阳极接入PMOS管Q2(322)的漏极，阴极接入NMOS管Q1(321)的漏极。限流电阻R1(324)的其中一端与保护二极管D1(323)的阴极和NMOS管Q1(321)的漏极连接，另一端接入单芯信号传输电缆(TR_BUS)50。需要说明的是，在上述使能发射控制单元310识别出发送使能信号TX_EN为无效的情况下，使能发射控制单元310的输出信号为高阻状态，从而可以驱动输出功率驱动单元320的输出也为高阻状态，达到保护输出功率驱动单元320不发生长时间输出大电流的功能。由于长时间的大电流容易引起局部发热严重的现象，这种情况在井下高温环境下容易引起电路失效，因此，要抑制大电流的长时间输出。

其中，在输出功率驱动单元320中，当发送使能信号TX_EN无效，即低电平时，无论逻辑发送信号TX是否变化，NMOS管Q1(321)和PMOS管Q2(322)均处于断开，输出处于悬空或者高阻状态。当发送使能信号TX_EN有效，即高电平时，若逻辑发送信号TX为高电平，则NMOS管Q1(321)导通，并且PMOS管Q2(322)断开，此时，该单元320输出高电平；若逻辑发送信号TX为低电平，则NMOS管Q1(321)断开，并且PMOS管Q2(322)导通，此时，该单元320输出低电平。进一步，限流电阻R1(324)的作用是防止输出功率驱动单元320输出的高电压通过PMOS管Q2(322)将高电平信号VDD(70)与NMOS管Q1(321)所述输出的外接地信号GND(60)近似短路连接，形成非常大的电流，造成电路损坏。保护二极管D1(323)利用其反向截止功能，用于保护其它模块所产生的干扰电流对PMOS管Q2(322)的源极和漏极的影响。

最后，对上述接收调理器400进行说明。接收调理器400一端接入单芯信号传输电缆(TR_BUS)50，另一端通过接收信号线202与总线匹配模块200连接。接收调理器400能够通过单芯信号传输电缆(TR_BUS)50接收从其他随钻测量短节(例如：若上述数据传输系统中具备第一随钻测量短节10、第二随钻测量短节20、第三随钻测量短节30，在第三随钻测量短节30需要接收从第二随钻测量短节20传输过来的第二随钻测量短节20采集到的检测数据时，此处的其他随钻测量短节则代表第二随钻测量短节20，当前随钻测量短节则代表第三随钻测量短节30)传输过来的含有接收数据信息(含有其他随钻测量短节采集到的随钻测量数据信息)的总线传输信号，并将该总线传输信号进行转换，生成与接收到的当前的总线传输信号匹配的逻辑接收信号RX。

进一步的，在一个实施例中，接收调理器400包括：接收迟滞比较单元410和接收缓冲单元420。其中，接收迟滞比较单元410的输入端接入单芯信号传输电缆(TR_BUS)50，用于将接收到的当前的总线传输信号转换成逻辑接收信号RX。参考图3，接收迟滞比较单元410包括滤波电阻R2(411)、第一反馈电阻R3(412)、第二反馈电阻R6(416)、第一分压电阻R4(413)、第二分压电阻R5(414)和运算放大器415。

具体地，在一个实施例中，滤波电阻R2(411)的第一端接入外接地信号GND(60)，其第二端接入单芯信号传输电缆(TR_BUS)50。第一反馈电阻R3(412)的第一端接入单芯信号传输电缆(TR_BUS)50。第一分压电阻R4(413)的第一端接入外接地信号GND(60)。第二分压电阻R5(414)的第一端接入外接高电平信号VDD(70)，第二端与第一分压电阻R4(413)的第二端连接。运算放大器415的负输入端与第一反馈电阻R3(412)的第二端连接，正输入端接入第一分压电阻R4(413)和第二分压电阻R5(414)的中点，进一步，运算放大器415的输出端与接收调理器400中的接收缓冲单元420的输入端连接。第二反馈电阻R6(416)的第一端与运算放大器415的负输入端连接，第二端与运算放大器415的输出端连接。

运算放大器415的正输入端连接逻辑阈值电压，逻辑阈值电压通过第一分压电阻R4(413)和第二分压电阻R5(414)从VDD和GND处分压获得，这个逻辑阈值电压的大小由电阻R4和R5的阻值大小决定。第一反馈电阻R3(412)和第二反馈电阻R6(416)的中点接入运算放大器415的负输入端，运算放大器415的输出端连接到电阻R6的另一端，从而构成了针对运算方法器的反馈结构。这种结构实现了对单芯信号传输电缆(TR_BUS)50传输的总线传输信号的迟滞比较，比较的电压由逻辑阈值电压决定，即电阻R4和R5的阻值大小决定，迟滞电压由R3和R6的阻值大小决定。接收迟滞比较单元400一方面将单芯信号传输电缆(TR_BUS)50上的总线传输信号的电压与阈值电压的大小关系转换成输出端的逻辑电压。另外，接收迟滞比较单元400通过迟滞比较结构的设计，避免了当单芯信号传输电缆(TR_BUS)50上的总线传输信号(电压信号)有噪声时，特别是总线传输信号的电压大小接近阈值电压时产生的逻辑噪声。

进一步的，接收缓冲单元420的输入端与上述迟滞比较单元410内的运算放大器415的输出端连接，该单元420用于对接收到的逻辑接收信号RX进行整形处理，并将处理后的逻辑接收信号RX转发至总线匹配模块200中。具体地，在一个实施例中，接收缓冲单元420采用一个非门或者两个串联的非门。由于非门对电平的识别能力非常清晰，可以将前序放大器的输出的模拟信号，有效转换成数字逻辑电平信号。

本发明涉及一种用于随钻测量短节的总线驱动装置和数据传输系统，该系统能够通过总线驱动装置进一步简化井下仪器短节之间的电气连接线，提高随钻的仪器短节之间连接的可靠性。总线驱动装置将现有的集成与微处理器中的单总线专用芯片进行模块化处理，从而构成为至少包括处理器100、总线驱动模块500和总线匹配模块200的总线驱动装置。其中，发送驱动器300中的使能发射控制单元310在发送使能信号TX_EN有效时可以有效消除组合逻辑毛刺和降低总线上的逻辑误判的作用，在发送使能信号TX_EN无效时可以使输出功率驱动单元320处于高阻状态，保护输出功率驱动单元320不发生长时间大电流输出。另外，接收调理器400中的接收迟滞比较单元410一方面将单芯信号传输电缆(TR_BUS)上的总线传输信号(电压信号)与阈值电压的大小关系转换成逻辑电压，还通过迟滞比较结构的设计，避免了当单芯信号传输电缆(TR_BUS)上的总线传输信号(电压信号)有噪声时，特别是总线传输信号的电压大小接近阈值电压时产生的逻辑噪声。

此外，在实际应用过程中，深井或超深井极易发生井下钻具的剧烈震动和冲击，对于随钻仪器来说，发生连接线缆断裂的风险极大。依照本发明所设计的总线驱动装置在上述情境下，能够有效降低这类风险50％以上，这些效果对于钻井轨迹的调整和钻进安全非常有利。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于随钻测量短节的总线驱动装置，其特征在于，所述随钻测量短节的短节本体作为所述总线驱动装置的地信号线，用于多个随钻测量短节间的数据传输，其中，所述总线驱动装置包括：

处理器，其对发送使能信号和含有当前随钻测量短节采集到的随钻测量数据信息的发送数据进行输出，以及获取并解析接收数据，得到其他随钻测量短节采集到的当前随钻测量短节所需的随钻测量数据；

总线匹配模块，其外接于所述处理器，用于将所述处理器所需的数据与总线驱动模块所需的逻辑信号进行匹配转换处理；

所述总线驱动模块，其与所述总线匹配模块和所述处理器连接，用于接收并识别所述发送使能信号，在所述发送使能信号有效时，将经过匹配转换处理的所述发送数据传输至单芯信号传输电缆，以及将从所述单芯信号传输电缆获取到的含有接收数据信息的总线传输信号转发至所述总线匹配模块，其中，所述总线驱动模块包括：

发送驱动器，其与所述总线匹配模块和所述处理器连接，用于在识别出所述发送使能信号有效时，将接收到的完成匹配转换处理的所述发送数据而得到的逻辑发送信号转换成与该所述逻辑发送信号匹配的总线传输信号，并通过所述单芯信号传输电缆发送至其他随钻测量短节；

接收调理器，其与所述总线匹配模块连接，用于在所述发送使能信号无效时，将接收到的含有所述接收数据信息的总线传输信号转换成相应的逻辑接收信号，其中，所述发送驱动器包括：

使能发射控制单元，其通过发送信号线与所述总线匹配模块连接，用于识别所述发送使能信号，在所述发送使能信号为有效的情况下，消除所述逻辑发送信号的组合逻辑毛刺；

输出功率驱动单元，其输入端与所述使能发射控制单元连接，输出端接入所述单芯信号传输电缆，用于将所述逻辑发送信号转换成相应的所述总线传输信号，其中，所述使能发射控制单元包括：

第一与非门，其第一输入端通过发送使能信号线与所述处理器连接，第二输入端通过所述发送信号线与所述总线匹配模块连接；

第二与非门，其第一输入端通过所述发送信号线与所述总线匹配模块连接，第二输入端接入外接高电平信号；

第三与非门，其第一输入端与所述第一与非门的输出端连接，第二输入端接入所述外接高电平信号，并且输出端与所述输出功率驱动单元连接；

第四与非门，其第一输入端通过所述发送使能信号线与所述处理器连接，第二输入端与所述第二与非门的输出端连接，并且输出端与所述输出功率驱动单元连接。

2.根据权利要求1所述的总线驱动装置，其特征在于，所述使能发射控制单元选自与非门组合结构、或非门组合结构和异或门组合结构中的一种。

3.根据权利要求1所述的总线驱动装置，其特征在于，所述输出功率驱动单元为三极管组合结构或者MOS管组合结构。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的总线驱动装置，其特征在于，所述输出功率驱动单元包括：

NMOS管，其栅极与所述使能发射控制单元中的第三与非门的输出端连接，源极接入外接地信号；

PMOS管，其栅极与所述使能发射控制单元中的第四与非门的输出端连接，源极接入外接高电平信号；

保护二极管，其阳极接入所述PMOS管的漏极，阴极接入所述NMOS管的漏极；

限流电阻，其一端与所述保护二极管的阴极和所述NMOS管的漏极连接，另一端接入所述单芯信号传输电缆。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的总线驱动装置，其特征在于，所述接收调理器包括：

接收迟滞比较单元，其输入端接入所述单芯信号传输电缆，用于将接收到的所述总线传输信号转换成所述逻辑接收信号；

接收缓冲单元，其输入端与所述接收迟滞比较单元的输出端连接，用于对接收到的所述逻辑接收信号进行整形处理，并将处理后的所述逻辑接收信号转发至所述总线匹配模块。

6.根据权利要求5所述的总线驱动装置，其特征在于，所述接收迟滞比较单元包括：

滤波电阻，其第一端接入外接地信号，第二端接入所述单芯信号传输电缆；

第一反馈电阻，其第一端接入所述单芯信号传输电缆；

第一分压电阻，其第一端接入外接地信号；

第二分压电阻，其第一端接入外接高电平信号，第二端与所述第一分压电阻的第二端连接；

运算放大器，其负输入端与所述第一反馈电阻的第二端连接，正输入端接入所述第一分压电阻和所述第二分压电阻的中点，输出端与所述接收调理器中的接收缓冲单元连接；和

第二反馈电阻，其第一端与所述运算放大器的负输入端连接，第二端与所述运算放大器的输出端连接。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的总线驱动装置，其特征在于，所述处理器其构成为解析所述接收数据，从中识别出短节编码标识和随钻测量数据，若所述短节编码标识与预设的当前短节编号一致，则确定所述随钻测量数据为所述当前随钻测量短节所需的随钻测量数据，进一步解析该随钻测量数据，得到从其他随钻测量短节传输的检测参数。

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