CN204258855U - 一种高温单芯电缆800k调制解调器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温单芯电缆800K调制解调器电路，包括发送端和接收端和FPGA芯片；所述FPGA芯片包括FPGA发送模块和FPGA接收模块；发送端设置有FPGA发送模块；接收端设置有FPGA接收模块；发送端的FPGA发送模块包括依次顺序电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器；接收端的FPGA接收模块包括依次顺序电连接的高速混合前端器件、高速采样器、时域均衡器、FFT解调器、解码器和第二数据接口。该调制解调器电路，实现信号的等幅频率放大以及传输，其接收效果更好，信号抗干扰性更好，同时也具有较高的通讯速率。

Description

一种高温单芯电缆800K调制解调器电路

技术领域

本实用新型涉及石油测井仪器电子技术领域，尤其是涉及一种高温单芯电缆800K调制解调器电路。

背景技术

在进行石油测井作业时，电缆石油测井仪器其通讯速率始终是一个影响测井性能的关键因素；目前利用7芯电缆通过应用OFDM技术进行通讯传输，其4线通讯速率最高可以达到2Mbps；然而对于单芯仪器来说，其通讯速率目前最高也只有350Kbps，很显然单芯仪器通讯速率较低其无法满足高质量测井作业的要求。

单芯仪器通讯速率较低，究其原因是因为现有技术中的单芯电缆的分布电容达到了1.3uF(微法)，波形通过电缆后时域上完整性被严重破坏(即信号幅度变化较大，对后续接收信号的完整性产生严重影响)，通用做法是使用激励监测，添加时域均衡滤波器，达到恢复波形的目的，但是单芯电缆的延时太大，时域平衡效果变差，尤其是OFDM的调制幅度参数影响很大，所以传统做法只能达到350kbps的效果(即利用OFDM调幅后对后续信号接收产生了较大干扰)。

因此，如何克服现有技术中的上述缺陷，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高温单芯电缆800K调制解调器电路，以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供的一种高温单芯电缆800K调制解调器电路，包括发送端和接收端和FPGA芯片；所述FPGA芯片包括FPGA发送模块和FPGA接收模块；所述发送端设置有FPGA发送模块；所述接收端设置有FPGA接收模块，其中：

所述发送端的所述FPGA发送模块包括依次顺序电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器；所述第一数据接口、所述编码器、所述IFFT调制器、所述第一高通滤波器、所述高速DAC数模转换器和所述第一频率放大器、所述电流驱动放大器均集成在所述FPGA发送模块上；

所述接收端的所述FPGA接收模块包括依次顺序电连接的高速混合前端器件、高速采样器、时域均衡器、FFT解调器、解码器和第二数据接口；所述高速混合前端器件、所述高速采样器、所述时域均衡器、所述FFT解调器、所述解码器和所述第二数据接口均集成在所述FPGA接收模块上。

优选的，作为一种可实施方案，所述编码器为BCH编码器。

优选的，作为一种可实施方案，所述解码器为BCH解码器。

所述高速混合前端器件包括第二频率放大器、第二高通滤波器和电平调节器。

优选的，作为一种可实施方案，所述发送端的所述FPGA发送模块还包括QAM正交幅度调制器。

优选的，作为一种可实施方案，所述QAM正交幅度调制器为16QAM调制器。

优选的，作为一种可实施方案，所述高速DAC数模转换器为双路16位800MSPS通信DAC数模转换器。或者所述高速DAC数模转换器为双路16位625MSPS通信DAC数模转换器。

与现有技术相比，本实用新型实施例的优点在于：

本实用新型提供的一种高温单芯电缆800K调制解调器电路，其主要由发送端上的FPGA发送模块以及接收端的FPGA接收模块组成；分析上述结构可知：所述发送端的所述FPGA发送模块包括依次顺序电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器；所述接收端的所述FPGA接收模块包括依次顺序电连接的高速混合前端器件、高速采样器、时域均衡器、FFT解调器、解码器和第二数据接口；很显然，FPGA发送模块具有集成电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器具有重要意义；首先其FPGA芯片性能优越，可适应高温工况环境；另外，数据通过同步数据接口进入FPGA发送模块，FPGA发送模块中对数据进行16QAM调制，通过256阶FFT算法，调制到110个数据通道中，每个通道速率2Kbps，达到原始物理通道880Kbps，然后通过加入前导，等冗余数据，完成数据发送。FPGA发送模块中的IFFT调制器和第一频率放大器对信号进行等幅变频调节，即调频波形，然后发送，最终收到了理想的应用效果(这样其避免了传统的信号调幅处理，避免了调幅后频率变化大对后续信号接收产生了较大干扰的影响)。

接收端，FPGA接收模块接收到信号，经过放大和平衡，然后通过同步前导码，确认采样窗口，8倍过采样2048点数据，进行FFT解调，解调出数据，经过高速同步接口送出。这样经过上述处理后的调制解调器电路可以实现较高的通讯质量，减少了延时，并实现了较高的通讯速率。

本实用新型提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路，在现有技术中的时域均衡滤波器，高通滤波器等器件的基础上，加装编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和频率放大器实现信号的等幅频率放大以及传输，其接收效果更好，避免了接收信号的干扰，同时也具有较高的通讯速率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路的一视角立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

参见图1，本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路，包括发送端和接收端和FPGA芯片；所述FPGA芯片具体包括FPGA发送模块和FPGA接收模块(如图1所示FGPA芯片同时具有发送处理功能(即FPGA发送模块)和接收处理功能(即FPGA接收模块))；所述发送端设置有上述FPGA发送模块1；所述接收端设置有上述FPGA接收模块2，其中：

所述发送端的所述FPGA发送模块1包括依次顺序电连接的第一数据接口11、编码器12、IFFT调制器13、第一高通滤波器14、高速DAC数模转换器15和第一频率放大器16、电流驱动放大器17；所述第一数据接口11、所述编码器12、所述IFFT调制器13、所述第一高通滤波器14、所述高速DAC数模转换器15和所述第一频率放大器16、所述电流驱动放大器17均集成在所述FPGA发送模块1上；

所述接收端的所述FPGA接收模块2包括依次顺序电连接的高速混合前端器件21、高速采样器22、时域均衡器23、FFT解调器24、解码器25和第二数据接口26；所述高速混合前端器件21、所述高速采样器22、所述时域均衡器23、所述FFT解调器24、所述解码器25和所述第二数据接口26均集成在所述FPGA接收模块上。

分析上述结构可知：高温单芯电缆800K调制解调器电路，其主要由发送端上的FPGA发送模块以及接收端的FPGA接收模块组成；分析上述结构可知：所述发送端的所述FPGA发送模块包括依次顺序电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器；所述接收端的所述FPGA接收模块包括依次顺序电连接的高速混合前端器件、高速采样器、时域均衡器、FFT解调器、解码器和第二数据接口；很显然，FPGA发送模块具有集成电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器具有重要意义；首先其FPGA芯片性能优越，可适应高温工况环境；另外，数据通过同步数据接口进入FPGA发送模块，FPGA发送模块中对数据进行16QAM调制，通过256阶FFT算法，调制到110个数据通道中，每个通道速率2Kbps，达到原始物理通道880Kbps，然后通过加入前导，等冗余数据，完成数据发送。FPGA发送模块中的IFFT调制器和第一频率放大器对信号进行等幅变频调节，即调频波形，然后发送，最终收到了理想的应用效果(这样其避免了传统的信号调幅处理，避免了调幅后频率变化大对后续信号接收产生了较大干扰的影响)。

接收端，FPGA接收模块接收到信号，经过放大和平衡，然后通过同步前导码，确认采样窗口，8倍过采样2048点数据，进行FFT解调，解调出数据，经过高速同步接口送出。这样经过上述处理后的调制解调器电路可以实现较高的通讯质量，减少了延时，并实现了较高的通讯速率(FPGA芯片上的FPGA发送模块和FPGA接收模块处理程序均为公知技术对此不再一一赘述，本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路侧重保护的是其具有的电路结构)。

本实用新型提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路，在现有技术中的时域均衡滤波器，高通滤波器等器件的基础上，加装编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和频率放大器实现信号的等幅频率放大以及传输，其接收效果更好，避免了接收信号的干扰，同时也具有较高的通讯速率。

下面对本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路的具体结构做一下详细说明：

优选的，作为一种可实施方案，所述编码器12为BCH编码器。所述解码器25为BCH解码器。

所述高速混合前端器件21包括第二频率放大器、第二高通滤波器和电平调节器。

需要说明的是，在接收端的数据处理和应用中，同样也要经过第二频率放大器、第二高通滤波器和电平调节器这样的前端处理器件进行处理。

优选的，作为一种可实施方案，所述发送端的所述FPGA发送模块1还包括QAM正交幅度调制器。所述QAM正交幅度调制器为16QAM调制器。

需要说明的是，QAM中文全称：正交振幅调制，其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。QAM是正交载波调制技术与多电平振幅键控的结合。正交幅度调制(QAM，QuadratureAmplitude Modulation)是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为90度(π/2)的正弦波，因此被称作正交载波。因此使用上述调制方式应用在本实用新型实施例中的调制解调器电路。

优选的，作为一种可实施方案，所述高速DAC数模转换器为双路16位800MSPS通信DAC数模转换器。或者所述高速DAC数模转换器为双路16位625MSPS通信DAC数模转换器。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路为了增加其传输通讯速率应该选用高速DAC数模转换器，例如：双路16位800MSPS通信DAC数模转换器。或者所述高速DAC数模转换器为双路16位625MSPS通信DAC数模转换器。

本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其通过增加了接口调频方案，把仪器通信速率提高到800kbps。并且其保持了175℃的工作温度的稳定性和适应性。

很显然，现有技术中的石油测井仪器使用单芯电缆通讯时，通讯速率是限制仪器性能的一个瓶颈，为此我们设计了在单芯电缆上完成800kbps通讯速率的调制解调器，采用了高温FPGA实现了OFDM调制解调和单芯电缆时域均衡，完成了有效的通讯功能；

下面对本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路的工作原理做一下详细的介绍：

由于成熟的芯片工作温度只能达到85℃，本方案采用了高温FPGA和高温ADC等175℃芯片方案。

数据通过同步数据接口进入FPGA，FPGA中对数据进行16QAM调制，通过256阶FFT算法，调制到110个数据通道中，每个通道速率2Kbps，达到原始物理通道880Kbps，然后通过加入前导，等冗余数据，完成数据发送。

接收端，接收到信号，经过放大和平衡，然后通过同步前导码，确认采样窗口，8倍过采样2048点数据，进行FFT分析，再通过8倍插值算法计算，解调出数据，经过高速同步接口送出。

由于单芯电缆的分布电容达到了1.3uF，波形通过电缆后时域上完整性被严重破坏，通用做法是使用激励监测，添加时域均衡滤波器，达到恢复波形的目的，但是单芯电缆的延时太大，时域平衡效果变差，尤其是OFDM的调制幅度参数影响很大，所以传统做法只能达到350kbps的效果，我们把幅度变化率大的OFDM数据包，变换为幅度等幅频率变化的调频波形，然后发送，最终收到了理想的应用效果。以上芯片的最高工作温度为175℃，采用以上芯片可以达到175℃稳定工作的目的。只有以上连接才能配合FPGA内部程序正常工作，实现系统要求的功能。

综上所述，本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其FPGA芯片性能优越，可适应高温工况环境；另外，数据通过同步数据接口进入FPGA发送模块，FPGA发送模块中对数据进行16QAM调制，通过256阶FFT算法，调制到110个数据通道中，每个通道速率2Kbps，达到原始物理通道880Kbps，然后通过加入前导，等冗余数据，完成数据发送。FPGA发送模块中的IFFT调制器和第一频率放大器对信号进行等幅变频调节，即调频波形，然后发送，最终收到了理想的应用效果(这样其避免了传统的信号调幅处理，避免了调幅后频率变化大对后续信号接收产生了较大干扰的影响)。

接收端，FPGA接收模块接收到信号，经过放大和平衡，然后通过同步前导码，确认采样窗口，8倍过采样2048点数据，进行FFT解调，解调出数据，经过高速同步接口送出。这样经过上述处理后的调制解调器电路可以实现较高的通讯质量，减少了延时，并实现了较高的通讯速率；与现有技术相比，本实用新型实施例提供的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其较高的通讯速率和通信质量可以大幅度提升石油测井的智能化测井效率，保证石油测井的可靠性和测井质量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

包括发送端和接收端和FPGA芯片；所述FPGA芯片包括FPGA发送模块和FPGA接收模块；所述发送端设置有FPGA发送模块；所述接收端设置有FPGA接收模块，其中：

所述发送端的所述FPGA发送模块包括依次顺序电连接的第一数据接口、编码器、IFFT调制器、第一高通滤波器、高速DAC数模转换器和第一频率放大器、电流驱动放大器；所述第一数据接口、所述编码器、所述IFFT调制器、所述第一高通滤波器、所述高速DAC数模转换器和所述第一频率放大器、所述电流驱动放大器均集成在所述FPGA发送模块上；

所述接收端的所述FPGA接收模块包括依次顺序电连接的高速混合前端器件、高速采样器、时域均衡器、FFT解调器、解码器和第二数据接口；所述高速混合前端器件、所述高速采样器、所述时域均衡器、所述FFT解调器、所述解码器和所述第二数据接口均集成在所述FPGA接收模块上。

2.根据权利要求1所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述编码器为BCH编码器。

3.根据权利要求2所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述解码器为BCH解码器。

4.根据权利要求1所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述高速混合前端器件包括第二频率放大器。

5.根据权利要求4所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述高速混合前端器件还包括第二高通滤波器。

6.根据权利要求5所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述高速混合前端器件还包括电平调节器。

7.根据权利要求6所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述发送端的所述FPGA发送模块还包括QAM正交幅度调制器。

8.根据权利要求7所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述QAM正交幅度调制器为16QAM调制器。

9.根据权利要求1所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述高速DAC数模转换器为双路16位800MSPS通信DAC数模转换器。

10.根据权利要求1所述的高温单芯电缆800K调制解调器电路，其特征在于，

所述高速DAC数模转换器为双路16位625 MSPS通信DAC数模转换器。