水利工程全波列超声测井信号自动增益放大电路设计

2015-03-27黄河勘测规划设计有限公司周锡芳张晓予

电子世界 2015年18期

黄河勘测规划设计有限公司周锡芳张晓予

1 引言

在水利工程全波列信号采集过程中，由于地质条件变化较大，信号输入端需要较强的信号幅度控制调整能力，而传统的放大电路无法兼顾一些幅度不大的高频纵波、幅度过大的低频斯通利波；在软地层及薄互层测量时，传统的放大电路存在放大倍数不够或放大倍数调整响应迟缓的缺陷，不利于提高工作效率。用自动增益控制放大的方法就能解决这些问题。

2 可变增益放大器的整体结构

本文采用的是压控增益放大器，如图1所示。VGA具有60DB的动态放大倍数，放大倍数很高，信号输入前经过带通滤波，避免直流信号引起信号失真。

图1 压控增益放大电路结构框图

3 电路设计

详细电路如图2所示。压电换能器的输出阻抗高，输出信号有一个很强的50Hz干扰信号，因此用运放U3做了一级高通滤波，滤除50Hz干扰信号，且进行阻抗匹配，避免输入阻抗过低影响压电换能器的信噪比。

U3为ADI公司的压控增益放大器AD8336，其功能框图如图3所示，其内部由前置放大器、衰减器、固定增益放大器、偏置级和增益控制接口等五部分组成。总的增益是前置放大器增益、衰减器增益和固定增益放大器之和。芯片的前置放大级采用差分输入，具有较好的共模抑制能力，放大倍数可在0～26d B范围内调整。该芯片通过调节增益控制接口输入端的电压控制衰减器的衰减因子，实现可调增益放大-26dB～34dB或0dB～60dB。测井探管是长线供电，且电路板在井下密闭空间工作，为了降低功耗，采用±5V供电。AD8336的前置放大器作为低通滤波器，进一步滤除干扰。增益控制负输入端接0.75V，则增益控制正输入端的变化范围是0～1.5V。

图3 AD8336功能框图

U1为有效值转直流芯片AD8436，其内部包含了一个输入缓冲器、交直流转换内核和一个输出缓冲器。输入缓冲器是一个宽带JFET放大器，在10mv交流输入下的3dB带宽为2.7MHz，在1v交流输入下的3dB带宽为1.5MHz。交直流转换内核包括一个精密电流响应全波整流器和一个对数-反对数晶体管阵列，用于进行电流平方和平方根计算，从而实现交直流转换。对于交直流转换只需一个外部电容用于均值计算。任意输入电平均能迅速建立转换，带宽为1MHz。输出缓冲器是一个双极性输入放大器，经过激光调整以消除输入失调电压误差。

图2 压控增益放大电路图

本设计将输出缓冲器作为一个比较器，在同向输入端施加一个电压基准，调整该基准可以调整AD8336的输出电压有效值。要比较的电压是来自交直流转换器的检测电压。输出接到AD8336的增益控制正极端，当比较输入降至基准电压以下时，比较输出电压会增加，使AD8336的放大倍数增加，其输出恢复其标称电平。若比较基准设为88mV则最小能将11mV的信号放大到1.7V，要想放大更小信号，则将该基准调低。