用于大型地震勘探網的高精度低功耗自檢測數據采集系統(05-100)

　　可編程增益放大器(PGA)

　　傳感器與信號源距離的不同,所產生的信號長度也會各異。使用PGA對接收到的數據放大可以充分利用所有的ADC功能。圖2顯示的是PGA的內部構造。增益設置從1X到64X采用的是二進制加權算法。每個PGA放大器都使用斷路器穩定機制,以消除偏移電壓和1/f 噪聲效應。該放大器的輸入參考噪聲頻率為0.1到2000Hz,輸入噪聲電壓為8.5 nV。

　　即使增益設置為36dB,PGA仍然表現出極高的線性(118dB)。采用了獨特的多路前饋架構的放大器是完全可能實現這種性能的。采用這種特殊的多路前饋架構可在極低的運行功率(27.5mW)下獲得帶寬為200Hz的180dB開環增益。與目前主流的極補償放大器需要的10GHz總增益帶寬相比,這種多路前饋補償放大器結構僅需要10MHz的總增益帶寬,因而節省了功率。

　　PGA是專為地震應用而設計的。在輸入MUX中,針對主信號流可選擇A輸入選項;在通道校準時選擇B輸入選項;選擇內部終止(800)可決定通道地噪聲選項。另一種設計功率和噪聲規格與之相類似,但沒有用于水下聽診器的高阻抗的斷路器穩定接口。這種放大器的1/f角度為~10Hz。

　　圖6 自檢測DS DAC方框圖

　　調節器(模數轉換器)

　　圖3顯示的是該設計中應用的4階單位品調節器。ADC的性能主要是由第一積分器和反饋DAC決定的。因此,這種調節器將大部分功率用在第一積分器上,以獲取最高的線性能力,并最大限度地減少噪聲。該設計通過選擇恰當的調節器系數和動態地調整第一積分器偏壓大幅節省了功率。此外,粗/精電荷采樣配置可用來降低非線性輸入電流導致的失真度。在所有電路中采用的全差分電路,也有助于降低噪聲并使線性達到最佳。

　　第一積分器還采用了一種時鐘化的動態偏壓A類放大器,在每一個階段中都盡可能地降低了功率損耗。第一積分器中的放大器負責處理三個不同的任務,即回轉、沉降并維持輸出值。在調節器的第一積分器中,各個階段中動態變化的電流水平也可以保證節省功率。更高的電流能夠在相對較短的時間內完成回轉階段,為接下來的沉降階段節約了更多的時間。這樣就減少了放大器所需的互導(gm),從而節約了功率。回轉階段的電流強度是沉降階段電流強度的四倍。還有一個能夠節省功率的地方,那就是放大器的第一階段。放大器第二階段的樣本正是第一階段的輸出數據。這一階段的偏置電流有可能降低到沉降階段電流強度的四分之一。這樣可以節省約30%的功率。