基于XC2C64A芯片的無線錄井絞車信號檢測電路設計

　　引言

　　在錄井儀器中,深度系統(tǒng)是最重要的部分,離開了深度系統(tǒng)中的井深,儀器中大部分參數(shù)都將失去意義[1]。而在深度系統(tǒng)中,大鉤高度的測量是最為關鍵的。通過絞車信號的實時數(shù)據(jù)檢測，可得到與大鉤高度相關的絞車脈沖信號計數(shù)值,將該值傳入上位機，通過相應的計算可以得到實時的井深。

　　同時，基于太陽能和蓄電池供電的無線錄井數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)要求現(xiàn)場絞車信號檢測電路必須具有低功耗、小尺寸和抗干擾性強的特點。因此，采用分離元器件所設計的傳統(tǒng)的絞車信號測量電路就不能滿足無線錄井系統(tǒng)的這些特殊要求。

　　美國Xilinx公司的CoolRunner II系列CPLD芯片XC2C64A結合XC9500系列的高速度、方便易用和XPLA3系列的超低功耗等優(yōu)點，具有低功耗、高密度、在系統(tǒng)可編程和抗干擾能力強等特點[2]，在一顆芯片上就可以代替多顆傳統(tǒng)邏輯芯片來實現(xiàn)復雜的組合與時序邏輯控制，能夠達到低功耗、小尺寸和抗干擾性強的優(yōu)良性能[3]。

　　無線錄井絞車信號檢測電路的設計與實現(xiàn)

　　絞車順時針旋轉時, 傳感器輸出A相波形超前B相波形90°;逆時針旋轉時，輸出A相波形滯后B相波形90°。其后的鑒相(方向鑒別)、倍頻和計數(shù)就是基于如上輸出的兩相脈沖信號。

　　絞車信號檢測電路的整體結構(圖1)，包括絞車信號的整形、隔離、鑒相、倍頻、計數(shù)和數(shù)據(jù)讀取接口等部分。

　　信號A和信號B是來自絞車傳感器的相位差90?的兩路脈沖信號，先經過第一次施密特整形，抑制現(xiàn)場干擾和線路衰減引起的脈沖波形畸變，轉換為標準的脈沖信號;然后經數(shù)字隔離器進行電氣隔離，隔離電路一方面對后面的電路起保護作用，另一方面起電壓變換的作用，將信號轉換為3.3V標準電壓的脈沖信號;再經過第二次施密特整形電路進行整形，此次整形的主要目的是將兩路脈沖信號的波形進行變換，產生A、B、AA(A的反相)和BB(B的反相)四路信號。

　　圖1 絞車信號檢測電路結構框圖

　　經第二次整形后，A、B兩路信號經過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在其上升沿和下降沿處分別進行觸發(fā)，得到四個窄脈沖信號AU、AD，BU、BD。

　　得到的A、B、AA、BB、AU、AD、BU、BD共8路信號輸入到CPLD XC2C64A，進行倍頻、鑒相和計數(shù)等處理，并在單片機的控制下對數(shù)據(jù)進行輸出或清零。