随钻电阻率AD转换模块研究

2018-06-19李颖

西部探矿工程 2018年6期

李颖

(大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院钻井工艺研究所，黑龙江大庆163000）

1 研究的目的及意义

随钻地层电阻率测井仪器正快速成为石油钻井作业的主导设备。电阻率的主控电路中，AD转换模块由单片机和AD7008构成，用于将接收信号混频得到一个6kHz的混频信号。6kHz的信号提高了信号的精确度，便于下一步的信号处理。提高了仪器的稳定性。在信号处理中，经常对不同频率的信号进行混频。随钻电阻率中，需要大量使用AD转换模块，对于AD转换模块研究对于研制随钻电阻率工具具有极其重要的意义。

2 电阻率AD转换模块电路研究

2.1 AD转换模块原理

AD7008是ADI采用DDS技术推出的混频器。图1所示为其封装图[1]。其内部高度集成了常用AD所需要的所有功能，包括与计算机进行I/O通讯的串口和并口通讯通道，可以通过计算机编程等方法进行控制的直接混频系统，以及10位的DAC。使用的时候，外部电路接上时钟控制器，AD7008就可以通过时钟控制器，进行内部编程以及生成包括正弦波信号在内的各种信号输出波形。同时，还可以对输出波形进行相位和振幅方面的调制和控制。在对AD7008进行编程时，可以使用计算机通过串口或并口进行I/O通讯，芯片能兼容八位或十六位的并口通讯。数字信号输出的最小分辨率为0.48Hz，此时的外接时钟信号为20MHz。AD7008采用的是CMOS技术，使用时可以全部功能开启，在不使用时，可以设置为休眠模式，从而降低功耗。它的封装为PLCC形式，输入的供电电压为5V，最大输出信号的电流可达20mA。

图1 AD7008封装图

AD7008外接的时钟振荡器频率最高可为49.98MHz，精度达到亿分之一级。通过计算机端进行编程和调制之后，芯片的每一个管脚都可以达到在最低和最高频率之间进行选择并输出所需要的数字信号。

AD7008内部功能分为3个模块，它的内部逻辑框图见图2。第一个模块是数字合成系统，这部分可以通过寄存器进行编程和调制，数字混频系统由32位相位累加器、余弦/正弦表和D/A转换器组成。第二模块功能为接收计算机传输的编程指令，并将指令发送给具有调制功能的寄存器。第三模块功能是对串口以及并口进行I/O通讯的定义以及编译，实现和计算机通过串、并口通讯。

图2 AD7008内部逻辑框图

2.2 AD转换模块在电阻率主控电路板上的电路研究

电阻率主控电路板控制电阻率发射模块发射2组信号，分别为400kHz和2MHz，这2个信号由AD控制器产生，如图3所示。通过数字合成系统，将总线芯片发来的调制信号和原信号进行直接混频、滤波后，发送到放大器，最终由发射天线发射出去。在这其中，总线发来的时钟信号为12.288MHz。AD控制器的性能好坏直接决定了混频信号的性能，而混频信号的性能又直接影响了最终地层电阻率的测量结果。所以AD转换模块在电阻率数字信号调制的过程中至关重要。

图3 接收板框图（AD转换模块）

MPR电阻率上有1个接收电路板，上面有2个接收通道（R1和R2）。它们的外观和功能都是一样的，接收发射天线产生2MHz和400kHz的振荡信号，并处理成6kHz的信号去主控。接收板的供电方式为电源板供电，需要+12V、-12V和+5V的直流电。主控电路板通过总线和晶振控制接收电路板工作，并保持工作同步。68HC711接到68332的指令开始工作，向NCO传送数字命令使其振荡，通过滤波器后，产生1.994MHz和394kHz的本振信号。接收天线接收到信号，放大后与本振产生的1.994MHz和394kHz信号进行混频，经过放大和带通滤波器后，产生6kHz的信号，然后进入主控板的A/D转换器。混频后降低信号频率有助于更加简单地处理信号。

AD转换模块由下面元件组成：68HC711微控制器、12.288MHz的时钟、AD7008芯片、电源输出放大器。

输出的2MHz和400kHz的频率是由AD7008数控振荡器产生的，AD7008被微控制器68HC711所控制，而68HC711又轮流被68332的主处理器控制。AD7008的输出被电源输出器放大。