一種高溫單芯電纜800k數據機電路的製作方法
2023-08-10 11:04:51
一種高溫單芯電纜800k數據機電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種高溫單芯電纜800K數據機電路，包括發送端和接收端和FPGA晶片；所述FPGA晶片包括FPGA發送模塊和FPGA接收模塊；發送端設置有FPGA發送模塊；接收端設置有FPGA接收模塊；發送端的FPGA發送模塊包括依次順序電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器；接收端的FPGA接收模塊包括依次順序電連接的高速混合前端器件、高速採樣器、時域均衡器、FFT解調器、解碼器和第二數據接口。該數據機電路，實現信號的等幅頻率放大以及傳輸，其接收效果更好，信號抗幹擾性更好，同時也具有較高的通訊速率。
【專利說明】一種高溫單芯電纜800K數據機電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及石油測井儀器電子【技術領域】，尤其是涉及一種高溫單芯電纜800K數據機電路。
【背景技術】
[0002]在進行石油測井作業時，電纜石油測井儀器其通訊速率始終是一個影響測井性能的關鍵因素；目前利用7芯電纜通過應用OFDM技術進行通訊傳輸，其4線通訊速率最高可以達到2Mbps ;然而對於單芯儀器來說，其通訊速率目前最高也只有350Kbps，很顯然單芯儀器通訊速率較低其無法滿足高質量測井作業的要求。
[0003]單芯儀器通訊速率較低，宄其原因是因為現有技術中的單芯電纜的分布電容達到了 1.3uF(微法)，波形通過電纜後時域上完整性被嚴重破壞(即信號幅度變化較大，對後續接收信號的完整性產生嚴重影響)，通用做法是使用激勵監測，添加時域均衡濾波器，達到恢復波形的目的，但是單芯電纜的延時太大，時域平衡效果變差，尤其是OFDM的調製幅度參數影響很大，所以傳統做法只能達到350kbps的效果(即利用OFDM調幅後對後續信號接收產生了較大幹擾)。
[0004]因此，如何克服現有技術中的上述缺陷，是本領域技術人員亟待解決的問題。實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於提供一種高溫單芯電纜800K數據機電路，以解決上述技術問題。
[0006]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的:
[0007]本實用新型提供的一種高溫單芯電纜800K數據機電路，包括發送端和接收端和FPGA晶片；所述FPGA晶片包括FPGA發送模塊和FPGA接收模塊；所述發送端設置有FPGA發送模塊；所述接收端設置有FPGA接收模塊，其中:
[0008]所述發送端的所述FPGA發送模塊包括依次順序電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器；所述第一數據接口、所述編碼器、所述IFFT調製器、所述第一高通濾波器、所述高速DAC數模轉換器和所述第一頻率放大器、所述電流驅動放大器均集成在所述FPGA發送模塊上；
[0009]所述接收端的所述FPGA接收模塊包括依次順序電連接的高速混合前端器件、高速採樣器、時域均衡器、FFT解調器、解碼器和第二數據接口 ；所述高速混合前端器件、所述高速採樣器、所述時域均衡器、所述FFT解調器、所述解碼器和所述第二數據接口均集成在所述FPGA接收模塊上。
[0010]優選的，作為一種可實施方案，所述編碼器為BCH編碼器。
[0011]優選的，作為一種可實施方案，所述解碼器為BCH解碼器。
[0012]所述高速混合前端器件包括第二頻率放大器、第二高通濾波器和電平調節器。
[0013]優選的，作為一種可實施方案，所述發送端的所述FPGA發送模塊還包括QAM正交幅度調製器。
[0014]優選的，作為一種可實施方案，所述QAM正交幅度調製器為16QAM調製器。
[0015]優選的，作為一種可實施方案，所述高速DAC數模轉換器為雙路16位800MSPS通信DAC數模轉換器。或者所述高速DAC數模轉換器為雙路16位625MSPS通信DAC數模轉換器。
[0016]與現有技術相比，本實用新型實施例的優點在於:
[0017]本實用新型提供的一種高溫單芯電纜800K數據機電路，其主要由發送端上的FPGA發送模塊以及接收端的FPGA接收模塊組成；分析上述結構可知:所述發送端的所述FPGA發送模塊包括依次順序電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器；所述接收端的所述FPGA接收模塊包括依次順序電連接的高速混合前端器件、高速採樣器、時域均衡器、FFT解調器、解碼器和第二數據接口 ；很顯然，FPGA發送模塊具有集成電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器具有重要意義；首先其FPGA晶片性能優越，可適應高溫工況環境；另外，數據通過同步數據接口進入FPGA發送模塊，FPGA發送模塊中對數據進行16QAM調製，通過256階FFT算法，調製到110個數據通道中，每個通道速率2Kbps，達到原始物理通道880Kbps，然後通過加入前導，等冗餘數據，完成數據發送。FPGA發送模塊中的IFFT調製器和第一頻率放大器對信號進行等幅變頻調節，即調頻波形，然後發送，最終收到了理想的應用效果(這樣其避免了傳統的信號調幅處理，避免了調幅後頻率變化大對後續信號接收產生了較大幹擾的影響)。
[0018]接收端，FPGA接收模塊接收到信號，經過放大和平衡，然後通過同步前導碼，確認採樣窗口，8倍過採樣2048點數據，進行FFT解調，解調出數據，經過高速同步接口送出。這樣經過上述處理後的數據機電路可以實現較高的通訊質量，減少了延時，並實現了較高的通訊速率。
[0019]本實用新型提供的高溫單芯電纜800K數據機電路，在現有技術中的時域均衡濾波器，高通濾波器等器件的基礎上，加裝編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和頻率放大器實現信號的等幅頻率放大以及傳輸，其接收效果更好，避免了接收信號的幹擾，同時也具有較高的通訊速率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路的一視角立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0023]在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
[0025]下面通過具體的實施例子並結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。
[0026]參見圖1，本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路，包括發送端和接收端和FPGA晶片；所述FPGA晶片具體包括FPGA發送模塊和FPGA接收模塊(如圖1所示FGPA晶片同時具有發送處理功能(即FPGA發送模塊)和接收處理功能(即FPGA接收模塊))；所述發送端設置有上述FPGA發送模塊I ;所述接收端設置有上述FPGA接收模塊2，其中:
[0027]所述發送端的所述FPGA發送模塊I包括依次順序電連接的第一數據接口 11、編碼器12、IFFT調製器13、第一高通濾波器14、高速DAC數模轉換器15和第一頻率放大器16、電流驅動放大器17 ;所述第一數據接口 11、所述編碼器12、所述IFFT調製器13、所述第一高通濾波器14、所述高速DAC數模轉換器15和所述第一頻率放大器16、所述電流驅動放大器17均集成在所述FPGA發送模塊I上；
[0028]所述接收端的所述FPGA接收模塊2包括依次順序電連接的高速混合前端器件21、高速採樣器22、時域均衡器23、FFT解調器24、解碼器25和第二數據接口 26 ;所述高速混合前端器件21、所述高速採樣器22、所述時域均衡器23、所述FFT解調器24、所述解碼器25和所述第二數據接口 26均集成在所述FPGA接收模塊上。
[0029]分析上述結構可知:高溫單芯電纜800K數據機電路，其主要由發送端上的FPGA發送模塊以及接收端的FPGA接收模塊組成；分析上述結構可知:所述發送端的所述FPGA發送模塊包括依次順序電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器；所述接收端的所述FPGA接收模塊包括依次順序電連接的高速混合前端器件、高速採樣器、時域均衡器、FFT解調器、解碼器和第二數據接口 ；很顯然，FPGA發送模塊具有集成電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器具有重要意義；首先其FPGA晶片性能優越，可適應高溫工況環境；另外，數據通過同步數據接口進入FPGA發送模塊，FPGA發送模塊中對數據進行16QAM調製，通過256階FFT算法，調製到110個數據通道中，每個通道速率2Kbps，達到原始物理通道880Kbps，然後通過加入前導，等冗餘數據，完成數據發送。FPGA發送模塊中的IFFT調製器和第一頻率放大器對信號進行等幅變頻調節，即調頻波形，然後發送，最終收到了理想的應用效果(這樣其避免了傳統的信號調幅處理，避免了調幅後頻率變化大對後續信號接收產生了較大幹擾的影響)。
[0030]接收端，FPGA接收模塊接收到信號，經過放大和平衡，然後通過同步前導碼，確認採樣窗口，8倍過採樣2048點數據，進行FFT解調，解調出數據，經過高速同步接口送出。這樣經過上述處理後的數據機電路可以實現較高的通訊質量，減少了延時，並實現了較高的通訊速率(FPGA晶片上的FPGA發送模塊和FPGA接收模塊處理程序均為公知技術對此不再一一贅述，本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路側重保護的是其具有的電路結構)。
[0031]本實用新型提供的高溫單芯電纜800K數據機電路，在現有技術中的時域均衡濾波器，高通濾波器等器件的基礎上，加裝編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和頻率放大器實現信號的等幅頻率放大以及傳輸，其接收效果更好，避免了接收信號的幹擾，同時也具有較高的通訊速率。
[0032]下面對本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路的具體結構做一下詳細說明:
[0033]優選的，作為一種可實施方案，所述編碼器12為BCH編碼器。所述解碼器25為BCH解碼器。
[0034]所述高速混合前端器件21包括第二頻率放大器、第二高通濾波器和電平調節器。
[0035]需要說明的是，在接收端的數據處理和應用中，同樣也要經過第二頻率放大器、第二高通濾波器和電平調節器這樣的前端處理器件進行處理。
[0036]優選的，作為一種可實施方案，所述發送端的所述FPGA發送模塊I還包括QAM正交幅度調製器。所述QAM正交幅度調製器為16QAM調製器。
[0037]需要說明的是，QAM中文全稱:正交振幅調製，其幅度和相位同時變化，屬於非恆包絡二維調製。QAM是正交載波調製技術與多電平振幅鍵控的結合。正交幅度調製(QAM，Quadrature Amplitude Modulat1n)是一種在兩個正交載波上進行幅度調製的調製方式。這兩個載波通常是相位差為90度(/2)的正弦波，因此被稱作正交載波。因此使用上述調製方式應用在本實用新型實施例中的數據機電路。
[0038]優選的，作為一種可實施方案，所述高速DAC數模轉換器為雙路16位800MSPS通信DAC數模轉換器。或者所述高速DAC數模轉換器為雙路16位625MSPS通信DAC數模轉換器。
[0039]需要說明的是，本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路為了增加其傳輸通訊速率應該選用高速DAC數模轉換器，例如:雙路16位800MSPS通信DAC數模轉換器。或者所述高速DAC數模轉換器為雙路16位625MSPS通信DAC數模轉換器。
[0040]本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路，其通過增加了接口調頻方案，把儀器通信速率提高到800kbps。並且其保持了 175°C的工作溫度的穩定性和適應性。
[0041]很顯然，現有技術中的石油測井儀器使用單芯電纜通訊時，通訊速率是限制儀器性能的一個瓶頸，為此我們設計了在單芯電纜上完成800kbps通訊速率的數據機，採用了高溫FPGA實現了 OFDM調製解調和單芯電纜時域均衡，完成了有效的通訊功能；
[0042]下面對本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路的工作原理做一下詳細的介紹:
[0043]由於成熟的晶片工作溫度只能達到85°C，本方案採用了高溫FPGA和高溫ADC等175°C晶片方案。
[0044]數據通過同步數據接口進入FPGA，FPGA中對數據進行16QAM調製，通過256階FFT算法，調製到110個數據通道中，每個通道速率2Kbps，達到原始物理通道880Kbps，然後通過加入前導，等冗餘數據，完成數據發送。
[0045]接收端，接收到信號，經過放大和平衡，然後通過同步前導碼，確認採樣窗口，8倍過採樣2048點數據，進行FFT分析，再通過8倍插值算法計算，解調出數據，經過高速同步接口送出。
[0046]由於單芯電纜的分布電容達到了 1.3uF，波形通過電纜後時域上完整性被嚴重破壞，通用做法是使用激勵監測，添加時域均衡濾波器，達到恢復波形的目的，但是單芯電纜的延時太大，時域平衡效果變差，尤其是OFDM的調製幅度參數影響很大，所以傳統做法只能達到350kbps的效果，我們把幅度變化率大的OFDM數據包，變換為幅度等幅頻率變化的調頻波形，然後發送，最終收到了理想的應用效果。以上晶片的最高工作溫度為175°C，採用以上晶片可以達到175°C穩定工作的目的。只有以上連接才能配合FPGA內部程序正常工作，實現系統要求的功能。
[0047]綜上所述，本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路，其FPGA晶片性能優越，可適應高溫工況環境；另外，數據通過同步數據接口進入FPGA發送模塊，FPGA發送模塊中對數據進行16QAM調製，通過256階FFT算法，調製到110個數據通道中，每個通道速率2Kbps，達到原始物理通道880Kbps，然後通過加入前導，等冗餘數據，完成數據發送。FPGA發送模塊中的IFFT調製器和第一頻率放大器對信號進行等幅變頻調節，即調頻波形，然後發送，最終收到了理想的應用效果(這樣其避免了傳統的信號調幅處理，避免了調幅後頻率變化大對後續信號接收產生了較大幹擾的影響)。
[0048]接收端，FPGA接收模塊接收到信號，經過放大和平衡，然後通過同步前導碼，確認採樣窗口，8倍過採樣2048點數據，進行FFT解調，解調出數據，經過高速同步接口送出。這樣經過上述處理後的數據機電路可以實現較高的通訊質量，減少了延時，並實現了較高的通訊速率；與現有技術相比，本實用新型實施例提供的高溫單芯電纜800K數據機電路，其較高的通訊速率和通信質量可以大幅度提升石油測井的智能化測井效率，保證石油測井的可靠性和測井質量。
[0049]最後應說明的是:以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍。
【權利要求】
1.一種高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 包括發送端和接收端和FPGA晶片；所述FPGA晶片包括FPGA發送模塊和FPGA接收模塊；所述發送端設置有FPGA發送模塊；所述接收端設置有FPGA接收模塊，其中: 所述發送端的所述FPGA發送模塊包括依次順序電連接的第一數據接口、編碼器、IFFT調製器、第一高通濾波器、高速DAC數模轉換器和第一頻率放大器、電流驅動放大器；所述第一數據接口、所述編碼器、所述IFFT調製器、所述第一高通濾波器、所述高速DAC數模轉換器和所述第一頻率放大器、所述電流驅動放大器均集成在所述FPGA發送模塊上； 所述接收端的所述FPGA接收模塊包括依次順序電連接的高速混合前端器件、高速採樣器、時域均衡器、FFT解調器、解碼器和第二數據接口 ；所述高速混合前端器件、所述高速採樣器、所述時域均衡器、所述FFT解調器、所述解碼器和所述第二數據接口均集成在所述FPGA接收模塊上。
2.根據權利要求1所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述編碼器為BCH編碼器。
3.根據權利要求2所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述解碼器為BCH解碼器。
4.根據權利要求1所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述高速混合前端器件包括第二頻率放大器。
5.根據權利要求4所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述高速混合前端器件還包括第二高通濾波器。
6.根據權利要求5所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述高速混合前端器件還包括電平調節器。
7.根據權利要求6所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述發送端的所述FPGA發送模塊還包括QAM正交幅度調製器。
8.根據權利要求7所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述QAM正交幅度調製器為16QAM調製器。
9.根據權利要求1所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述高速DAC數模轉換器為雙路16位800MSPS通信DAC數模轉換器。
10.根據權利要求1所述的高溫單芯電纜800K數據機電路，其特徵在於， 所述高速DAC數模轉換器為雙路16位625 MSPS通信DAC數模轉換器。
【文檔編號】H04L25/03GK204258855SQ201420831423
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優先權日:2014年12月23日
【發明者】 田 浩 申請人:北京泰瑞博創科技有限公司