信号完整性测试技术研究

2013-04-23西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室张家田

电子世界 2013年3期

西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室张家田

西安石油大学光电油气测井与检测教育部重点实验室宝鸡文理学院侯永春

1.引言

石油测井行业中对井下的测试数据精度要求比较高，石油测井中采用多支井下仪器组合测井，电缆遥测井下仪（TCC）是石油测井系统中关键仪器之一，它与大多数井下仪器配接完成测井作业，传统的电缆遥测井下仪采用中小规模集成电路和分立元件设计，其稳定性，可靠性和抗干扰能力都较差。为了完成测井地面仪器与井下仪器之间大量数据高速、实时、准确的传输，对其进行信号完整性[1，2]的测试是十分有必要的。因此，本文采用agilent6000示波器对电缆遥传系统井下TCC电路的信号完整性进行了测试。

2.电缆遥测井下仪（TCC）

电缆遥测井下仪（Telemetry Cable Communicstion，TCC）是数控石油测井系统中关键仪器之一，它与大多数井下仪器配接完成测井作业，是电缆谣传系统不可或缺的部分，其外部关系接口示意图如图1所示。

2.1 井下仪器母线（DTB）[3，4]

井下遥测单元送出的DTB总线有3根同轴电缆与3个56欧电阻组成。三根母线与各井下仪器相连。这三根线分别是UDATA/GO线（向上数据/GO）线，UCLK线（向上时钟）线，DSIG（向下信号）线。

2.1.1 UDATA/GO线（向上数据/GO）线

UDATA/GO母线是双向的。为了保证一个新的帧的开始，所有仪器都要监视UDATA/GO线上的GO信号（准备脉冲信号）。GO信号是由数传伽马短接在UDATA/GO线上发送的一个3.6V正脉冲。每帧开始时，井下遥测单元通过UDATA/GO母线，发出GO脉冲，通知各井下仪器，做好传送数据的准备。然后，各井下仪器就在UCLK的选通下，仪器将数据按1.2V电平为1，零电平为0的方式依次把数据送至UDATA/GO母线，向上传送。每帧开始时，井下遥测单元发出GO脉冲，320us后，便向第一个井下仪器发上传时钟信号（UCLK母线）。UCLK的下降沿把第一个井下仪器的数据一位一位地选通到UDATA/GO母线上。第一个井下仪器的数据被选通完以后，UCLK就送到第二井下仪器，直到把所有井下仪器的数据选通完，井下遥测单元就停止发上传时钟UCLK。要注意的是，当井下仪器不被选通数据时，其数据输出线应处于高阻状态。

2.1.2 UCLK（向上时钟）线

UCLK是上传时钟母线，它可把各井下仪器的数据选通到UDATA/GO母线上去。各井下仪器是顺序传送数据的，故UCLK母线以“菊花链”方式，与各井下仪器相连。每帧开始时，UCLK先接到第一个井下仪器。第一个井下仪器送完数据后，UCLK就被接到第二个井下仪器。依次类推，直至把最后一个井下仪器的数据送完为止。向上时钟是一串1.2V的脉冲波，其周期为10us，脉宽为5us。

3.TCC电路信号完整性的测试

3.1 TCC电路测试总体设计

本文运用agilent6000示波器电缆遥传系统井下TCC电路的信号完整性进行测试，通过对电缆遥传系统井下TCC电路中GO和UCLK信号的串扰及眼图参数的完整性测量，从而对测井地面仪与井下仪之间大量数据是否高速、实时、准确的传输做出明确的判断。井下TCC电路信号测试的连接示意框图如图2所示。

3.2 振幅测试

3.2.1 幅度

分别打开1、2通道，关闭其他通道，调整GO、UCLK脉冲信号，使其处于示波器合适位置，按Display按钮，选择Persist，一段时间后，再在示波器面板上按下Quick Meas，选择Amplitude测试，再按Measure Ampl按钮，观测波形如图3所示。

3.2.2 过冲和欠冲

过冲是指电平在跳变时超过规定跳变电平的部分，单位为V、mV或者百分比。它通常可以分为正过冲和负过冲，正过冲是指电平在由低电平跳变为高电平后超过高电平的部分，负过冲是指电平在由高电平跳变为低电平后超过低电平的部分。欠冲正好相反，是指电平在跳变时少于规定跳变电平的部分，通常可以分为正欠冲和负欠冲，正过冲是指电平在由低电平跳变为高电平后少于高电平的部分，负欠冲是指电平在由高电平跳变为低电平后少于低电平的部分。过分的过冲能够引起保护二极管工作，导致过早地失效，严重的还会损坏器件。过分的下冲能够引起假的时钟或数据错误。它们可以通过增加适当端接来予以减少或消除。

打开1、2通道，关闭其他通道，调整GO、UCLK脉冲信号，使其处于示波器合适位置，按Display按钮，选择Persist，一段时间后，再在示波器面板上按下Quick Meas，选择Overshoot测试，再按Measure overshoot按钮，观测波形图4、5、6所示。