用于大型地震勘探网的高精度低功耗自检测数据采集系统(05-100)

　　可编程增益放大器(PGA)

　　传感器与信号源距离的不同,所产生的信号长度也会各异。使用PGA对接收到的数据放大可以充分利用所有的ADC功能。图2显示的是PGA的内部构造。增益设置从1X到64X采用的是二进制加权算法。每个PGA放大器都使用断路器稳定机制,以消除偏移电压和1/f 噪声效应。该放大器的输入参考噪声频率为0.1到2000Hz,输入噪声电压为8.5 nV。

　　即使增益设置为36dB,PGA仍然表现出极高的线性(118dB)。采用了独特的多路前馈架构的放大器是完全可能实现这种性能的。采用这种特殊的多路前馈架构可在极低的运行功率(27.5mW)下获得带宽为200Hz的180dB开环增益。与目前主流的极补偿放大器需要的10GHz总增益带宽相比,这种多路前馈补偿放大器结构仅需要10MHz的总增益带宽,因而节省了功率。

　　PGA是专为地震应用而设计的。在输入MUX中,针对主信号流可选择A输入选项;在通道校准时选择B输入选项;选择内部终止(800)可决定通道地噪声选项。另一种设计功率和噪声规格与之相类似,但没有用于水下听诊器的高阻抗的断路器稳定接口。这种放大器的1/f角度为~10Hz。

　　图6 自检测DS DAC方框图

　　调节器(模数转换器)

　　图3显示的是该设计中应用的4阶单位品调节器。ADC的性能主要是由第一积分器和反馈DAC决定的。因此,这种调节器将大部分功率用在第一积分器上,以获取最高的线性能力,并最大限度地减少噪声。该设计通过选择恰当的调节器系数和动态地调整第一积分器偏压大幅节省了功率。此外,粗/精电荷采样配置可用来降低非线性输入电流导致的失真度。在所有电路中采用的全差分电路,也有助于降低噪声并使线性达到最佳。

　　第一积分器还采用了一种时钟化的动态偏压A类放大器,在每一个阶段中都尽可能地降低了功率损耗。第一积分器中的放大器负责处理三个不同的任务,即回转、沉降并维持输出值。在调节器的第一积分器中,各个阶段中动态变化的电流水平也可以保证节省功率。更高的电流能够在相对较短的时间内完成回转阶段,为接下来的沉降阶段节约了更多的时间。这样就减少了放大器所需的互导(gm),从而节约了功率。回转阶段的电流强度是沉降阶段电流强度的四倍。还有一个能够节省功率的地方,那就是放大器的第一阶段。放大器第二阶段的样本正是第一阶段的输出数据。这一阶段的偏置电流有可能降低到沉降阶段电流强度的四分之一。这样可以节省约30%的功率。