基于DSP和USB的三維感應測井數據采集系統

用MAX267 設計帶通濾波器

在三維感應測井中所設定的有用信號的帶寬為20kHz到250kHz，因此選用MAX267設計一種帶通增益放大器。MAX267內部含有2個獨立的二階開關電容帶通濾波器，它有12個可編程輸入端，其中F0~F4為濾波器中心頻率設置輸入端，分別接低電平或高電平，可以將中心頻率設置為時鐘頻率的1/10，另外Q0~Q6為品質因數設置輸入端，分別接低電平或高電平，可以在0.5~64 之間設置濾波器的品質因數。因此，不需要外加任何元件，而僅需外部時鐘就可以實現帶通濾波功能，使用極為方便。帶通特性曲線如圖2所示。

圖2 帶通特性曲線

其傳遞函數 G(S)為：

在上式中，HOPB是ω=ω0時的輸出帶寬值，且ω0 =2πf。

fL和fH分別為：

其中

程控增益放大器設計

程控放大器是在DSP的控制下，將初級放大的信號放大到ADC的轉化區間內，以提高儀器的動態范圍和靈敏度。考慮到器件的低頻噪聲特性和提高共模抑制比等因素，選擇了PGA204、PGA205組合，其共模抑制最高可達120dB。本設計采用了兩級程控反向差分的方法，并且兩級程控放大采用直接耦合差動連接的方式。原理如圖3示。

圖3 兩級程控放大級聯原理圖

其中兩個級聯的第一級程控差分放大器由兩片PGA205實現，兩片PGA205的輸出分別作為PGA204的正負輸入端，于是就構成了第二級程控差分放大器。PGA204的可控放大倍數為1，10，100，1000；PGA205的可控放大倍數為1，2，4，8。所以，級聯后程控放大部分的可控放大倍數可有16種組合方式。

陷波器設計

50Hz的工頻干擾是數據采集系統中不可避免的，它會嚴重影響到前方和主放的穩定性。所以此處利用高性能器件MC33171構成50Hz陷波器，MC33171具有寬頻帶和較高的轉換速率。圖4為基于MC33171的50Hz陷波器電路，在圖示的元件數值下，通過改變兩個電阻R的值和一個電容C的值，可獲得陷波頻率，其數值為：f=1/4πRC。取R=16K，C=0.1μF可得陷波頻率為50Hz。

圖4 陷波器電路

A/D采樣設計