放大器应用实例教学内容.doc

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1、放大器应用实例精品文档基于DSP和USB的三维感应测井数据采集系统研究LoggingDataAcquisitionSystemResearchofThree-DimensionalInductionBasedonDSPandUSB西安石油大学徐飞陕西能源职业技术学院聂熙雅引言数据采集是DSP最基本的应用领域，本文设计的数据采集系统利用TI公司的TMS320F2812DSP芯片。该芯片的主要特点有：150MI/s（百万条指令/秒）的执行速度使得指令周期减小到6.67ns，从而提高了控制器的实时控制能力；采用哈佛总线结构，具有高性能的32位的CPU，在一个周期内能够实

2、现32位×32位或两个16位×16位的乘法累加操作，具有快速中断响应与处理能力；TMS320F2812应用大量外设接口简化了电路设计；提供了足够的处理能力，使一些复杂的实时控制算法的应用成为可能。USB是现在应用广泛的一种高速通用串行总线协议。本文利用Philips公司的PDIUSBD12芯片。将USB协议应用于以DSP为核心的嵌入式系统，可以大大提高DSP系统与计算机的通信能力，从而拓宽DSP的应用范围。本文利用DSP和USB设计的数据采集系统，符合三维感应测井多通道数据采集的需要。数字采集系统设计数据采集系统的结构框图如图1所示，主要包括DSP、前置放大电路、

3、信号调理电路、USB通讯接口，由于三维感应测井有3个Z轴向接收线圈和7组三分量接收线圈构成，所以采用了7组多路开关。在一个数据采集系统中，A/D转换器是采集系统的核心。在基于TMS320F2812的数据采集系统中，选用了芯片嵌入式的ADC模块。图1三维感应测井数据采集系统结构框图信号调理电路由于本采集系统用于三维感应测井中，它对信号采集的精度要求高，因为被采信号频率较高，采样通道多，所以结果分析对原始数据的依赖性强。本设计信号调理电路分为前置放大器、带通滤波器、程控增益放大器、陷波器四部分。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档前置放大器设计前置放大器的噪声

4、系数对整个采集系统的噪声特性具有重要的影响。因为它所产生的噪声会被后续各级放大器逐级放大，所以在选择放大器时低噪声指标非常重要。在研制低噪声放大器时，应该抓住低噪声这个关键指标来分析、计算并设计电路。目前，可用噪声指标比较好的集成电路来设计低噪声放大电路。由于测井时被采信号一般为微伏级，因此本设计采用INA128仪用差分放大器，它的最大输入失调电压为50μV，温度系数为0.5μV/℃，最大输入失调电流为5nA，同时还有很宽的电源电压范围，可以在±2.25V到±18V的供电电压范围内稳定工作。电压增益可以通过外接电阻改变，在1脚和8脚之间外接不同的电阻R，电压增益可

5、以在0-10000的范围内变化，其计算公式为。当电压增益大于100时，INA128的输入共模抑制比达到120dB，对输入信号的共模干扰起到了很好的抑制作用。用MAX267设计带通滤波器在三维感应测井中所设定的有用信号的带宽为20kHz到250kHz，因此选用MAX267设计一种带通增益放大器。MAX267内部含有2个独立的二阶开关电容带通滤波器，它有12个可编程输入端，其中F0~F4为滤波器中心频率设置输入端，分别接低电平或高电平，可以将中心频率设置为时钟频率的1/10，另外Q0~Q6为品质因数设置输入端，分别接低电平或高电平，可以在0.5~64之间设置滤波器的品

6、质因数。因此，不需要外加任何元件，而仅需外部时钟就可以实现带通滤波功能，使用极为方便。带通特性曲线如图2所示。图2带通特性曲线其传递函数G(S)为：在上式中，HOPB是ω=ω0时的输出带宽值，且ω0=2πf。fL和fH分别为：其中收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档程控增益放大器设计程控放大器是在DSP的控制下，将初级放大的信号放大到ADC的转化区间内，以提高仪器的动态范围和灵敏度。考虑到器件的低频噪声特性和提高共模抑制比等因素，选择了PGA204、PGA205组合，其共模抑制最高可达120dB。本设计采用了两级程控反向差分的方法，并且两级程控放大采用直接

7、耦合差动连接的方式。原理如图3示。图3两级程控放大级联原理图其中两个级联的第一级程控差分放大器由两片PGA205实现，两片PGA205的输出分别作为PGA204的正负输入端，于是就构成了第二级程控差分放大器。PGA204的可控放大倍数为1，10，100，1000；PGA205的可控放大倍数为1，2，4，8。所以，级联后程控放大部分的可控放大倍数可有16种组合方式。陷波器设计50Hz的工频干扰是数据采集系统中不可避免的，它会严重影响到前方和主放的稳定性。所以此处利用高性能器件MC33171构成50Hz陷波器，MC33171具有宽频带和较高的转换速率。图4为基于MC3

8、3171的