隨鉆電阻率AD轉換模塊研究

李 穎

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院鉆井工藝研究所，黑龍江大慶163000）

1 研究的目的及意義

隨鉆地層電阻率測井儀器正快速成為石油鉆井作業的主導設備。電阻率的主控電路中，AD轉換模塊由單片機和AD7008構成，用于將接收信號混頻得到一個6kHz的混頻信號。6kHz的信號提高了信號的精確度，便于下一步的信號處理。提高了儀器的穩定性。在信號處理中，經常對不同頻率的信號進行混頻。隨鉆電阻率中，需要大量使用AD轉換模塊，對于AD轉換模塊研究對于研制隨鉆電阻率工具具有極其重要的意義。

2 電阻率AD轉換模塊電路研究

2.1 AD轉換模塊原理

AD7008是ADI采用DDS技術推出的混頻器。圖1所示為其封裝圖[1]。其內部高度集成了常用AD所需要的所有功能，包括與計算機進行I/O通訊的串口和并口通訊通道，可以通過計算機編程等方法進行控制的直接混頻系統，以及10位的DAC。使用的時候，外部電路接上時鐘控制器，AD7008就可以通過時鐘控制器，進行內部編程以及生成包括正弦波信號在內的各種信號輸出波形。同時，還可以對輸出波形進行相位和振幅方面的調制和控制。在對AD7008進行編程時，可以使用計算機通過串口或并口進行I/O通訊，芯片能兼容八位或十六位的并口通訊。數字信號輸出的最小分辨率為0.48Hz，此時的外接時鐘信號為20MHz。AD7008采用的是CMOS技術，使用時可以全部功能開啟，在不使用時，可以設置為休眠模式，從而降低功耗。它的封裝為PLCC形式，輸入的供電電壓為5V，最大輸出信號的電流可達20mA。

圖1 AD7008封裝圖

AD7008外接的時鐘振蕩器頻率最高可為49.98MHz，精度達到億分之一級。通過計算機端進行編程和調制之后，芯片的每一個管腳都可以達到在最低和最高頻率之間進行選擇并輸出所需要的數字信號。

AD7008內部功能分為3個模塊，它的內部邏輯框圖見圖2。第一個模塊是數字合成系統，這部分可以通過寄存器進行編程和調制，數字混頻系統由32位相位累加器、余弦/正弦表和D/A轉換器組成。第二模塊功能為接收計算機傳輸的編程指令，并將指令發送給具有調制功能的寄存器。第三模塊功能是對串口以及并口進行I/O通訊的定義以及編譯，實現和計算機通過串、并口通訊。

圖2 AD7008內部邏輯框圖

2.2 AD轉換模塊在電阻率主控電路板上的電路研究

電阻率主控電路板控制電阻率發射模塊發射2組信號，分別為400kHz和2MHz，這2個信號由AD控制器產生，如圖3所示。通過數字合成系統，將總線芯片發來的調制信號和原信號進行直接混頻、濾波后，發送到放大器，最終由發射天線發射出去。在這其中，總線發來的時鐘信號為12.288MHz。AD控制器的性能好壞直接決定了混頻信號的性能，而混頻信號的性能又直接影響了最終地層電阻率的測量結果。所以AD轉換模塊在電阻率數字信號調制的過程中至關重要。

圖3 接收板框圖（AD轉換模塊）

MPR電阻率上有1個接收電路板，上面有2個接收通道（R1和R2）。它們的外觀和功能都是一樣的，接收發射天線產生2MHz和400kHz的振蕩信號，并處理成6kHz的信號去主控。接收板的供電方式為電源板供電，需要+12V、-12V和+5V的直流電。主控電路板通過總線和晶振控制接收電路板工作，并保持工作同步。68HC711接到68332的指令開始工作，向NCO傳送數字命令使其振蕩，通過濾波器后，產生1.994MHz和394kHz的本振信號。接收天線接收到信號，放大后與本振產生的1.994MHz和394kHz信號進行混頻，經過放大和帶通濾波器后，產生6kHz的信號，然后進入主控板的A/D轉換器。混頻后降低信號頻率有助于更加簡單地處理信號。

AD轉換模塊由下面元件組成：68HC711微控制器、12.288MHz的時鐘、AD7008芯片、電源輸出放大器。

輸出的2MHz和400kHz的頻率是由AD7008數控振蕩器產生的，AD7008被微控制器68HC711所控制，而68HC711又輪流被68332的主處理器控制。AD7008的輸出被電源輸出器放大。

3 結論

AD轉換模塊可以將原始信號進行調制，轉換為所需要的各種數字信號。其精度高，可控制性強，編程簡單，能完全滿足電阻率發射信號所需要的各個參數的屬性，是電阻率控制電路以及信號產生電路必不可少的功能模塊。

[1]Analog Devices.AD7008數據手冊[Z].