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,深度系統是最重要的部分,離開了深度系統中的井深,儀器中大部分參數都將失去意義[1]。而在深度系統中,大鉤高度的測量是最為關鍵的。通過絞車信號的實時數據檢測，可得到與大鉤高度相關的絞車脈沖信號計數值,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據采集與傳輸系統要求現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的絞車信號測量電路就不能滿足無線錄井系統的這些特殊要求。

　　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點，具有低功耗、高密度、在系統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邏輯芯片來實現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良性能[3]。

　　無線錄井絞車信號檢測電路的設計與實現

　　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、計數和數據讀取接口等部分。

　　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兩路信號經過單穩態觸發器，在其上升沿和下降沿處分別進行觸發，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、鑒相和計數等處理，并在單片機的控制下對數據進行輸出或清零。