CN2777573Y - 一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路 - Google Patents

Abstract

一种感应测井仪的数字相敏检波电路，包括16位A/D转换芯片U1(AD977)，32位DSP数字信号处理芯片U2(TMS320VC33)，程序和数据存储器芯片U3(29F010)，电平转换芯片U4(74LVC245)，晶体振荡器U5，14位D/A转换芯片U6(AD9767)，运算放大器U7(LF347)。本实用新型利用浮点数字信号处理器、高精度A/D数字芯片实现了感应测井仪的数字相敏检波，它克服了传统模拟相敏检波器中由于三极管管压降引起检波精度不高的弊病，彻底去除了无用信号，保留了与油、气储层有关的有用信号，具有检波精度高、性能可靠的特点。

Description

一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路

技术领域

本实用新型涉及一种感应测井仪的数字相敏检波电路。

背景技术

目前石油测井行业所装备的801型感应测井仪器中的相敏检波器是传统的模拟相敏检波器，它是利用双发射极晶体管的开关特性实现的，其最主要的缺点在于三极管的管压降导致了较大的检波误差，影响到对地层电阻率的识别精度，从而影响了对油、气储层的准确判别。

发明内容

本实用新型的目的在于为感应测井仪器提供了一种高精度的数字相敏检波电路，它能够彻底去除无用信号，保留与油、气储层有关的有用信号，具有检波精度高、性能可靠的特点。

实现本实用新型目的的技术方案是一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路，包括16位A/D转换芯片U1，32位数字信号处理芯片U2，程序和数据存储芯片U3，电平转换芯片U4，晶体振荡器U5，14位D/A转换芯片U6，运算放大器U7，其特征是与U1的输入引脚R2IN相连的由R7、R8、R9组成的电阻网络用以进行增益补偿与调节，数字信号处理芯片U2的串行口由帧同步引脚FSRO、串行数据引脚DRO、串行时钟引脚CLKRO组成，它们分别连接到U1的 BUSY、DATA、DATACLK引脚上，U1的输入端R/ C直接与U2的XF1引脚相连，U3的D0-D7数据引脚为输出端，通过电平转换芯片U4实现与U2的接口，U3的A0-A16地址引脚为输入端，可直接与U2连接，U4的方向控制引脚DIR与U2的R/ W相连，同时U4的输出使能引脚OE与U2的地址线A19相连，U2的数据引脚D19-D32是输入引脚，与U6的数据引脚D0-D13直接相连，模拟信号由U6的输出引脚OUT1与OUT2以差分电流的形式输出，该差分信号经运算放大器U7转换为单端信号，并进行放大和驱动后输出到测井仪器的传输电路中，以便将其传输至地面。

数字信号处理芯片U2的串行口帧同步引脚FSRO、串行数据引脚DRO、串行时钟引脚CLKRO分别经电阻R1、R2，R3、R4，R5、R6构成的分压电路连接到U1的 BUSY、DATA、DATACLK引脚上。

与U2相接的U5是通用一体化晶体振荡器，为U2提供时钟信号。

U2采用外部时钟方式，其引脚EXTCLK与U5相连，引脚XIN与地相连。

本实用新型的特点是采用了以浮点数字信号处理器、高精度A/D为核心的检波电路。其中数字信号处理器(以下简称DSP)是一种扩展精度为40位的浮点芯片，为了节省功耗，DSP的电源采用+3.3V供电，内核采用+1.8V供电。用于相敏检波的程序存放在EPROM中，EPROM为+5V供电的芯片，采用电平转换芯片U4实现了DSP数据与EPROM数据之间的电平转换。

本实用新型的工作过程如下：

感应测井仪的测井信号输入到A/D芯片的输入端，由A/D芯片转换成数字信号，将转换结果通过串行口送入DSP，DSP按照通用傅立叶变换的原理完成相敏检波，检波后的信号送入高精度D/A芯片转换成模拟信号，再由运算放大器进行驱动和放大，最终将检波后的信号传输到地面。

附图说明

图1是现有模拟相敏检波的波形图。

图2是现有模拟相敏检波器的电路图。

图3是本实用新型数字相敏检波器的电路图。

具体实施方式

现有的感应测井仪中相敏检波的实现如图1、图2所示。该电路由耦合变压器B1、B2，双发射极晶体管BG1、BG2，负载电阻R3和滤波电路L1、L2、L3、C1组成。这是一个全波相敏检波电路，BG1和BG2是PNP型双发射极晶体管，在电路中起开关作用，当其集电极和基极之间加上正向偏置电压时，管子导通，发射极E1、E2之间呈低阻状态；反之，当集电极和基极间反向偏置时，管子截止，发射极E1、E2之间呈高阻状态。其检波过程如下：

在0-π期间，参考信号为正半周，假设变压器B1的次级电压极性为上端“+”，下端“-”，这时参考信号使BG1的集-基极反向偏置，BG2的集-基极正向偏置，于是BG1截止，BG2导通。如果有用信号在变压器B2的次级也是上端“+”，下端“-”，则有用信号从右至左流过负载电阻R3。而对于无用信号，在0-π/2期间，极性与有用信号相同，因此在此期间无用信号形成的电流方向与有用信号相同；在π/2-π期间，无用信号与有用信号反相，因此在此期间无用信号形成的电流从左至右流过R3，即无用信号被检出的是负信号。由相敏检波波形图2可见，在0-π/2和π/2-π期间，无用信号被检出的正、负信号的波形面积相等，因此经过L1、L2、L3、C1组成的滤波电路后，无用信号被滤掉。这时相敏检波输出的只有有用信号。

在π-2π期间，相敏检波器的工作原理与0-π期间相同，同样是有用信号被检出，无用信号被滤掉。不同的是，在此期间变压器B1和B2的次级极性与图2所标出的极性相反，因此BG1导通，BG2截止。

图3是本实用新型实现相敏检波的电路框图。包括16位A/D转换芯片U1(AD977)，32位DSP芯片U2(TMS320VC33)，程序和数据存储器芯片U3(AM29F010)，电平转换芯片U4(74LVC245)，晶体振荡器U5，14位D/A转换芯片U6(AD9767)，运算放大器U7(LF347)。

被检波的测井信号是频率为20KHz的正弦波，该信号送入A/D转换芯片U1的输入引脚R2IN后转换成16位的数字信号，与R1IN引脚相连的由R7、R8、R9组成的电阻网络用以进行增益补偿与调节。该数字信号送入DSP芯片U2的串行口，该串行口由帧同步引脚FSRO、串行数据引脚DRO、串行时钟引脚CLKRO组成，它们分别连接到U1的 BUSY、DATA、DATACLK引脚上。由于U2的I/O电平是+3.3V，而U1的I/O电平是+5V，所以上述U1的三个引脚的输出电平也是+5V，为了使其能够与U2接口，对这三个引脚的信号经电阻R1、R2，R3、R4，R5、R6构成的分压电路分出+3.3V的信号后送到U2的串口。U1的输入端R/ C是读取数据和启动转换的输入引脚，可以直接承受+3.3V的电平，因而直接与U2相连。

U2的程序是存放在程序和数据存储芯片U3中的，上电后，U2的引脚CLKXO为高电平，经反相后为低电平，这就保证了U3的输出使能引脚 OE低电平，即U3处于输出状态，从而使U2自动将U3内的程序一次性地加载到U2内部的高速RAM区并开始高速运行。程序开始执行后，U2的引脚CLKXO变为低电平，使U3停止数据的输出。由于U3采用+5V供电，其D0-D7数据引脚为输出端，因此需通过电平转换芯片U4实现与U2的接口，而其A0-A16地址引脚为输入端，可直接与U2连接。

U4是一种可实现双向数据传输的电平转换芯片，为了保证上电后能将U3内部的程序加载到U2上，因此将U4的方向控制引脚DIR与U2的引脚R/ W相连，即上电后R/W为高电平，使引脚DIR为高，同时U4的输出使能引脚 OE与U2的地址线A19相连，这就使得上电后U4输出的数据可直接传输到U2上。

对感应测井信号的相敏检波采用的是通用的傅立叶变换法，检波的运算过程是在U2中实现的，检波的目的是计算出被检波信号的相位，以去除掉无用信号，保留有用信号，并将有用信号经过D/A转换芯片U6转换为模拟信号。U2的数据引脚D19-D32是输入引脚，而且可直接与U6的数据引脚相连。U2是一种具有32个数据引脚的芯片，为了避免数据冲突，将U2的D19-D32与U6的DO-D13进行直接相连。模拟信号由U6的输出引脚OUT1与OUT2以差分电流的形式输出，该差分信号经运算放大器U7转换为单端信号，并进行放大和驱动后输出到测井仪器的传输电路中，以便将其传输至地面。

与U2相接的U5是通用一体化晶体振荡器，为U2提供时钟信号。U2采用外部时钟方式，其引脚EXTCLK与U5相连，引脚XIN与地相连。

Claims (4)

1.一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路，包括16位A/D转换芯片U1，32位DSP数字信号处理器芯片U2，程序和数据存储芯片U3，电平转换芯片U4，晶体振荡器U5，14位D/A转换芯片U6，运算放大器U7，其特征是与U1的输入引脚R2IN相连的由R7、R8、R9组成的电阻网络用以进行增益补偿与调节，DSP芯片U2的串行口由帧同步引脚FSR0、串行数据引脚DR0、串行时钟引脚CLKR0组成，它们分别连接到U1的 BUSY、DATA、DATACLK引脚上，U1的输入端R/ C直接与U2的XF1引脚相连，U3的D0-D7数据引脚为输出端，通过电平转换芯片U4实现与U2的接口，U3的A0-A16地址引脚为输入端，可直接与U2连接，U4的方向控制引脚DIR与U2的R/ W相连，同时U4的输出使能引脚 OE与U2的地址线A19相连，U2的数据引脚D19-D32是输入引脚，与U6的数据引脚D0-D13直接相连，模拟信号由U6的输出引脚OUT1与OUT2以差分电流的形式输出，该差分信号经运算放大器U7转换为单端信号，并进行放大和驱动后输出到测井仪器的传输电路中，以便将其传输至地面。

2.如权利要求1所述的一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路，其特征是DSP芯片U2的串行口帧同步引脚FSR0、串行数据引脚DR0、串行时钟引脚CLKR0分别经电阻R1、R2，R3、R4，R5、R6构成的分压电路连接到U1的 BUSY、DATA、DATACLK引脚上。

3.如权利要求1所述的一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路，其特征是与U2相接的U5是通用一体化晶体振荡器，为U2提供时钟信号。

4.如权利要求1所述的一种用于感应测井仪的数字相敏检波电路，其特征是U2采用外部时钟方式，其引脚EXTCLK与U5相连，引脚XIN与地相连。

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