信號完整性測試技術研究

2013-04-23 05:16:28西安石油大學光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室張家田

電子世界 2013年3期

關鍵詞：信號

西安石油大學光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室張家田

西安石油大學光電油氣測井與檢測教育部重點實驗室寶雞文理學院侯永春

1.引言

石油測井行業中對井下的測試數據精度要求比較高，石油測井中采用多支井下儀器組合測井，電纜遙測井下儀（TCC）是石油測井系統中關鍵儀器之一，它與大多數井下儀器配接完成測井作業，傳統的電纜遙測井下儀采用中小規模集成電路和分立元件設計，其穩定性，可靠性和抗干擾能力都較差。為了完成測井地面儀器與井下儀器之間大量數據高速、實時、準確的傳輸，對其進行信號完整性[1，2]的測試是十分有必要的。因此，本文采用agilent6000示波器對電纜遙傳系統井下TCC電路的信號完整性進行了測試。

2.電纜遙測井下儀（TCC）

電纜遙測井下儀（Telemetry Cable Communicstion，TCC）是數控石油測井系統中關鍵儀器之一，它與大多數井下儀器配接完成測井作業，是電纜謠傳系統不可或缺的部分，其外部關系接口示意圖如圖1所示。

2.1 井下儀器母線（DTB）[3，4]

井下遙測單元送出的DTB總線有3根同軸電纜與3個56歐電阻組成。三根母線與各井下儀器相連。這三根線分別是UDATA/GO線（向上數據/GO）線，UCLK線（向上時鐘）線，DSIG（向下信號）線。

2.1.1 UDATA/GO線（向上數據/GO）線

UDATA/GO母線是雙向的。為了保證一個新的幀的開始，所有儀器都要監視UDATA/GO線上的GO信號（準備脈沖信號）。GO信號是由數傳伽馬短接在UDATA/GO線上發送的一個3.6V正脈沖。每幀開始時，井下遙測單元通過UDATA/GO母線，發出GO脈沖，通知各井下儀器，做好傳送數據的準備。然后，各井下儀器就在UCLK的選通下，儀器將數據按1.2V電平為1，零電平為0的方式依次把數據送至UDATA/GO母線，向上傳送。每幀開始時，井下遙測單元發出GO脈沖，320us后，便向第一個井下儀器發上傳時鐘信號（UCLK母線）。UCLK的下降沿把第一個井下儀器的數據一位一位地選通到UDATA/GO母線上。第一個井下儀器的數據被選通完以后，UCLK就送到第二井下儀器，直到把所有井下儀器的數據選通完，井下遙測單元就停止發上傳時鐘UCLK。要注意的是，當井下儀器不被選通數據時，其數據輸出線應處于高阻狀態。

2.1.2 UCLK（向上時鐘）線

UCLK是上傳時鐘母線，它可把各井下儀器的數據選通到UDATA/GO母線上去。各井下儀器是順序傳送數據的，故UCLK母線以“菊花鏈”方式，與各井下儀器相連。每幀開始時，UCLK先接到第一個井下儀器。第一個井下儀器送完數據后，UCLK就被接到第二個井下儀器。依次類推，直至把最后一個井下儀器的數據送完為止。向上時鐘是一串1.2V的脈沖波，其周期為10us，脈寬為5us。

3.TCC電路信號完整性的測試

3.1 TCC電路測試總體設計

本文運用agilent6000示波器電纜遙傳系統井下TCC電路的信號完整性進行測試，通過對電纜遙傳系統井下TCC電路中GO和UCLK信號的串擾及眼圖參數的完整性測量，從而對測井地面儀與井下儀之間大量數據是否高速、實時、準確的傳輸做出明確的判斷。井下TCC電路信號測試的連接示意框圖如圖2所示。

3.2 振幅測試

3.2.1 幅度

分別打開1、2通道，關閉其他通道，調整GO、UCLK脈沖信號，使其處于示波器合適位置，按Display按鈕，選擇Persist，一段時間后，再在示波器面板上按下Quick Meas，選擇Amplitude測試，再按Measure Ampl按鈕，觀測波形如圖3所示。

3.2.2 過沖和欠沖

過沖是指電平在跳變時超過規定跳變電平的部分，單位為V、mV或者百分比。它通?？梢苑譃檎^沖和負過沖，正過沖是指電平在由低電平跳變為高電平后超過高電平的部分，負過沖是指電平在由高電平跳變為低電平后超過低電平的部分。欠沖正好相反，是指電平在跳變時少于規定跳變電平的部分，通?？梢苑譃檎窙_和負欠沖，正過沖是指電平在由低電平跳變為高電平后少于高電平的部分，負欠沖是指電平在由高電平跳變為低電平后少于低電平的部分。過分的過沖能夠引起保護二極管工作，導致過早地失效，嚴重的還會損壞器件。過分的下沖能夠引起假的時鐘或數據錯誤。它們可以通過增加適當端接來予以減少或消除。

打開1、2通道，關閉其他通道，調整GO、UCLK脈沖信號，使其處于示波器合適位置，按Display按鈕，選擇Persist，一段時間后，再在示波器面板上按下Quick Meas，選擇Overshoot測試，再按Measure overshoot按鈕，觀測波形圖4、5、6所示。