EDN China > 设计实例 > 模拟设计 > 转换器 > 正文
? 2016博客大赛-不限主题,寻找电子导师,大奖升级??

(多图) 基于DSP和USB的三维感应测井数据采集系统

2009年07月14日 ?? 收藏0

  引 言

  数据采集是DSP最基本的应用领域,本文设计的数据采集系统利用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。该芯片的主要特点有:150 MI/s(百万条指令/秒)的执行速度使得指令周期减小到6.67ns,从而提高了控制器的实时控制能力;采用哈佛总线结构,具有高性能的32位的CPU,在一个周期内能够实现32位×32位或两个16位×16位的乘法累加操作,具有快速中断响应与处理能力;TMS320F2812应用大量外设接口简化了电路设计;提供了足够的处理能力,使一些复杂的实时控制算法的应用成为可能。

  USB是现在应用广泛的一种高速通用串行总线协议。本文利用Philips公司的PDIUSBD12芯片。将USB协议应用于以DSP为核心的嵌入式系统,可以大大提高DSP系统与计算机的通信能力,从而拓宽DSP的应用范围。本文利用DSP和USB设计的数据采集系统,符合三维感应测井多通道数据采集的需要。

  数字采集系统设计

  数据采集系统的结构框图如图1所示,主要包括DSP、前置放大电路、信号调理电路、USB通讯接口,由于三维感应测井有3个Z轴向接收线圈和7组三分量接收线圈构成,所以采用了7组多路开关。在一个数据采集系统中,A/D转换器是采集系统的核心。在基于TMS320F2812的数据采集系统中,选用了芯片嵌入式的ADC模块。

三维感应测井数据采集系统结构框图

图1 三维感应测井数据采集系统结构框图

  信号调理电路

  由于本采集系统用于三维感应测井中,它对信号采集的精度要求高,因为被采信号频率较高,采样通道多,所以结果分析对原始数据的依赖性强。本设计信号调理电路分为前置放大器、带通滤波器、程控增益放大器、陷波器四部分。

  前置放大器设计

  前置放大器的噪声系数对整个采集系统的噪声特性具有重要的影响。因为它所产生的噪声会被后续各级放大器逐级放大,所以在选择放大器时低噪声指标非常重要。在研制低噪声放大器时,应该抓住低噪声这个关键指标来分析、计算并设计电路。目前,可用噪声指标比较好的集成电路来设计低噪声放大电路。

  由于测井时被采信号一般为微伏级,因此本设计采用INA128仪用差分放大器,它的最大输入失调电压为50μV,温度系数为0.5μV/℃,最大输入失调电流为5nA,同时还有很宽的电源电压范围,可以在±2.25V到±18V的供电电压范围内稳定工作。电压增益可以通过外接电阻改变,在1脚和8脚之间外接不同的电阻R,电压增益可以在0-10000的范围内变化,其计算公式为。当电压增益大于100时,INA128的输入共模抑制比达到120dB,对输入信号的共模干扰起到了很好的抑制作用。

  用MAX267 设计带通滤波器

  在三维感应测井中所设定的有用信号的带宽为20kHz到250kHz,因此选用MAX267设计一种带通增益放大器。MAX267内部含有2个独立的二阶开关电容带通滤波器,它有12个可编程输入端,其中F0~F4为滤波器中心频率设置输入端,分别接低电平或高电平,可以将中心频率设置为时钟频率的1/10,另外Q0~Q6为品质因数设置输入端,分别接低电平或高电平,可以在0.5~64 之间设置滤波器的品质因数。因此,不需要外加任何元件,而仅需外部时钟就可以实现带通滤波功能,使用极为方便。带通特性曲线如图2所示。

带通特性曲线

图2 带通特性曲线

  其传递函数 G(S)为:

公式

  在上式中,HOPB是ω=ω0时的输出带宽值,且ω0 =2πf。

  fL和fH分别为:

公式

  其中 公式

  程控增益放大器设计

  程控放大器是在DSP的控制下,将初级放大的信号放大到ADC的转化区间内,以提高仪器的动态范围和灵敏度。考虑到器件的低频噪声特性和提高共模抑制比等因素,选择了PGA204、PGA205组合,其共模抑制最高可达120dB。本设计采用了两级程控反向差分的方法,并且两级程控放大采用直接耦合差动连接的方式。原理如图3示。

两级程控放大级联原理图

图3 两级程控放大级联原理图

  其中两个级联的第一级程控差分放大器由两片PGA205实现,两片PGA205的输出分别作为PGA204的正负输入端,于是就构成了第二级程控差分放大器。PGA204的可控放大倍数为1,10,100,1000;PGA205的可控放大倍数为1,2,4,8。所以,级联后程控放大部分的可控放大倍数可有16种组合方式。

  陷波器设计

  50Hz的工频干扰是数据采集系统中不可避免的,它会严重影响到前方和主放的稳定性。所以此处利用高性能器件MC33171构成50Hz陷波器,MC33171具有宽频带和较高的转换速率。图4为基于MC33171的50Hz陷波器电路,在图示的元件数值下,通过改变两个电阻R的值和一个电容C的值,可获得陷波频率,其数值为:f=1/4πRC。取R=16K,C=0.1μF可得陷波频率为50Hz。

陷波器电路

图4 陷波器电路?


上一页12下一页
?? ?? ??


打开微信“扫一扫”,打开网页后点击屏幕右上角分享按钮

1.扫描左侧二维码
2.点击右上角的分享按钮
3.选择分享给朋友
?? ??

DSP? USB? 三维感应? 测井?

相关文章

我来评论
美国的游客
美国的游客 ??? (您将以游客身份发表,请登录 | 注册)
?
有问题请反馈