基于DSP和USB的三维感应测井数据采集系统

引 言
数据采集是DSP最基本的应用领域，本文设计的数据采集系统利用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片。该芯片的主要特点有：150 MI/s（百万条指令/秒）的执行速度使得指令周期减小到6.67ns，从而提高了控制器的实时控制能力；采用哈佛总线结构，具有高性能的32位的CPU，在一个周期内能够实现32位×32位或两个16位×16位的乘法累加操作，具有快速中断响应与处理能力；TMS320F2812应用大量外设接口简化了电路设计；提供了足够的处理能力，使一些复杂的实时控制算法的应用成为可能。

USB是现在应用广泛的一种高速通用串行总线协议。本文利用Philips公司的PDIUSBD12芯片。将USB协议应用于以DSP为核心的嵌入式系统，可以大大提高DSP系统与计算机的通信能力，从而拓宽DSP的应用范围。本文利用DSP和USB设计的数据采集系统，符合三维感应测井多通道数据采集的需要。

数字采集系统设计

数据采集系统的结构框图如图1所示，主要包括DSP、前置放大电路、信号调理电路、USB通讯接口，由于三维感应测井有3个Z轴向接收线圈和7组三分量接收线圈构成，所以采用了7组多路开关。在一个数据采集系统中，A/D转换器是采集系统的核心。在基于TMS320F2812的数据采集系统中，选用了芯片嵌入式的ADC模块。

图1 三维感应测井数据采集系统结构框图

信号调理电路

由于本采集系统用于三维感应测井中，它对信号采集的精度要求高，因为被采信号频率较高，采样通道多，所以结果分析对原始数据的依赖性强。本设计信号调理电路分为前置放大器、带通滤波器、程控增益放大器、陷波器四部分。

前置放大器设计

前置放大器的噪声系数对整个采集系统的噪声特性具有重要的影响。因为它所产生的噪声会被后续各级放大器逐级放大，所以在选择放大器时低噪声指标非常重要。在研制低噪声放大器时，应该抓住低噪声这个关键指标来分析、计算并设计电路。目前，可用噪声指标比较好的集成电路来设计低噪声放大电路。

由于测井时被采信号一般为微伏级，因此本设计采用INA128仪用差分放大器，它的最大输入失调电压为50μV，温度系数为0.5μV/℃，最大输入失调电流为5nA，同时还有很宽的电源电压范围，可以在±2.25V到±18V的供电电压范围内稳定工作。电压增益可以通过外接电阻改变，在1脚和8脚之间外接不同的电阻R，电压增益可以在0-10000的范围内变化，其计算公式为。当电压增益大于100时，INA128的输入共模抑制比达到120dB，对输入信号的共模干扰起到了很好的抑制作用。