基于XC2C64A芯片的无线录井绞车信号检测电路设计

　　引言

　　在录井仪器中,深度系统是最重要的部分,离开了深度系统中的井深,仪器中大部分参数都将失去意义[1]。而在深度系统中,大钩高度的测量是最为关键的。通过绞车信号的实时数据检测，可得到与大钩高度相关的绞车脉冲信号计数值,将该值传入上位机，通过相应的计算可以得到实时的井深。

　　同时，基于太阳能和蓄电池供电的无线录井数据采集与传输系统要求现场绞车信号检测电路必须具有低功耗、小尺寸和抗干扰性强的特点。因此，采用分离元器件所设计的传统的绞车信号测量电路就不能满足无线录井系统的这些特殊要求。

　　美国Xilinx公司的CoolRunner II系列CPLD芯片XC2C64A结合XC9500系列的高速度、方便易用和XPLA3系列的超低功耗等优点，具有低功耗、高密度、在系统可编程和抗干扰能力强等特点[2]，在一颗芯片上就可以代替多颗传统逻辑芯片来实现复杂的组合与时序逻辑控制，能够达到低功耗、小尺寸和抗干扰性强的优良性能[3]。

　　无线录井绞车信号检测电路的设计与实现

　　绞车顺时针旋转时, 传感器输出A相波形超前B相波形90°;逆时针旋转时，输出A相波形滞后B相波形90°。其后的鉴相(方向鉴别)、倍频和计数就是基于如上输出的两相脉冲信号。

　　绞车信号检测电路的整体结构(图1)，包括绞车信号的整形、隔离、鉴相、倍频、计数和数据读取接口等部分。

　　信号A和信号B是来自绞车传感器的相位差90?的两路脉冲信号，先经过第一次施密特整形，抑制现场干扰和线路衰减引起的脉冲波形畸变，转换为标准的脉冲信号;然后经数字隔离器进行电气隔离，隔离电路一方面对后面的电路起保护作用，另一方面起电压变换的作用，将信号转换为3.3V标准电压的脉冲信号;再经过第二次施密特整形电路进行整形，此次整形的主要目的是将两路脉冲信号的波形进行变换，产生A、B、AA(A的反相)和BB(B的反相)四路信号。

　　图1 绞车信号检测电路结构框图

　　经第二次整形后，A、B两路信号经过单稳态触发器，在其上升沿和下降沿处分别进行触发，得到四个窄脉冲信号AU、AD，BU、BD。

　　得到的A、B、AA、BB、AU、AD、BU、BD共8路信号输入到CPLD XC2C64A，进行倍频、鉴相和计数等处理，并在单片机的控制下对数据进行输出或清零。