技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及地震信號(hào)數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)
[0002] 地震
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是地震信號(hào)數(shù)字化必不可少的環(huán)節(jié)，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到最終獲得地震信號(hào)的
質(zhì)量，并會(huì)影響
數(shù)據(jù)處理結(jié)果。地震觀測(cè)的信號(hào)幅度跨度很大，即其是一種高動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)：例如地震觀測(cè)中，既要接收來自幾千公里之外的微弱地震、核震信號(hào)、地脈動(dòng)及地球背景噪聲等微弱信號(hào)，又要近場(chǎng)監(jiān)測(cè)8級(jí)以上的大地震，總的動(dòng)態(tài)范圍甚至高達(dá)160dB以上。目前寬頻帶地震計(jì)的噪聲
水平小于2μV，而地震計(jì)的最大輸出幅度達(dá)到或超過了±20V（單端輸出）或±40V（差分輸出），輸出模擬
電壓信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到150dB以上。如美國Kinemetrics公司的寬頻帶地震計(jì)KS-2000，動(dòng)態(tài)范圍為155dB。在早期的16位
模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)代，地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中普遍采用瞬時(shí)浮點(diǎn)
放大器IFP（Instantaneous Floating Point Amplifier,IFP）加多路
開關(guān)來提高整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，這一狀況一直延續(xù)了20多年。1992年美國I/O公司首次推出采用24位delta-sigma(ΔΣ)
模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter,ADC）的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，引領(lǐng)了
地震勘探設(shè)備的一場(chǎng)革命，很快，無論是有線地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還是無線地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)紛紛擯棄IFP(瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器)+16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)模式，無一例外地都采用了24位ΔΣ模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
但現(xiàn)代基于ΔΣAD轉(zhuǎn)換技術(shù)的高性能24位數(shù)據(jù)采集器的動(dòng)態(tài)范圍RMS值（有效值）也只能達(dá)到130dB@250SPS，不能滿足地震信號(hào)寬動(dòng)態(tài)范圍記錄的要求。由于地震計(jì)
輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍比地震數(shù)據(jù)采集器的大，也由此導(dǎo)致了數(shù)據(jù)采集器在記錄地震時(shí)對(duì)微小信號(hào)
分辨率不夠，而在大地震時(shí)又容易使數(shù)據(jù)采集器出現(xiàn)
限幅的現(xiàn)象。因此為保證儀器既能記錄諸如火山體的蠕動(dòng)、遠(yuǎn)程人工爆破監(jiān)測(cè)、地脈動(dòng)背景噪聲等微震信號(hào)，又能記錄大
震級(jí)的天然地震，有的24位數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)增加了前置增益放大器或程控前置放大器以及可選的多級(jí)滿幅信號(hào)輸入范圍（比如滿幅輸入為±10V、±20V可選），以此提高對(duì)小信號(hào)的分辨率和進(jìn)行大信號(hào)的測(cè)量，使其適應(yīng)實(shí)際中不同場(chǎng)合的需求。但這種方法并不能提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的真實(shí)動(dòng)態(tài)范圍，即在提高分辨率時(shí)降低了滿幅信號(hào)值，或在增大了滿幅輸入范圍的同時(shí)，犧牲了分辨率，只適用于信號(hào)實(shí)際動(dòng)態(tài)范圍不大且已知的情況，應(yīng)用有限；而且還要專業(yè)人員每次根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合預(yù)先估測(cè)地震信號(hào)幅度范圍，再進(jìn)行人工設(shè)置，應(yīng)用不便；此外也不適于全范圍信號(hào)的記錄，比如地震臺(tái)站既要記錄地球背景噪聲、遠(yuǎn)震等微弱信號(hào)，又要監(jiān)測(cè)近場(chǎng)的大地震。
[0003] 本發(fā)明針對(duì)地震數(shù)據(jù)采集器需要記錄大動(dòng)態(tài)范圍的地震信號(hào)的使用需求，提出了一種按信號(hào)幅度實(shí)行高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集方法及系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分級(jí)采集高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的方法及系統(tǒng)，用于解決地震觀測(cè)的信號(hào)幅度跨度很大、寬頻帶地震計(jì)輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍高的問題，以及解決24位地震數(shù)據(jù)采集器存在對(duì)小信號(hào)的分辨率不高、
信噪比不高、對(duì)大信號(hào)容許度不夠、容易出現(xiàn)大信號(hào)限幅現(xiàn)象等問題。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種分級(jí)采集高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的方法，包括：
[0006] 步驟1，確定
輸入信號(hào)需要分成的級(jí)數(shù)，將要采集的高動(dòng)態(tài)范圍地震模擬輸入信號(hào)分成相應(yīng)級(jí)數(shù)的多路輸入，且每一路輸入信號(hào)匹配有一路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0007] 步驟2，分別對(duì)各路輸入信號(hào)依次進(jìn)行過壓保護(hù)、幅度匹配和電平搬移，使輸入信號(hào)幅度范圍與相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍完全匹配，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換得到各路輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的24位數(shù)字輸出信號(hào)；
[0008] 步驟3，讀取各路數(shù)字輸出信號(hào)，經(jīng)
數(shù)字信號(hào)處理后再合并各路數(shù)字輸出信號(hào)，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0009] 在上述技術(shù)方案的
基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0010] 進(jìn)一步，所述步驟1中根據(jù)要采集的高動(dòng)態(tài)范圍地震模擬輸入信號(hào)的最大電平幅度范圍或具有的最大動(dòng)態(tài)范圍，以及單路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的動(dòng)態(tài)范圍，確定輸入信號(hào)需要分成的級(jí)數(shù)。
[0011] 進(jìn)一步，所述步驟2具體包括：
[0012] 步驟21，根據(jù)總的輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和所需分成的級(jí)數(shù)，確定各路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器要轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓范圍；
[0013] 步驟22，對(duì)各路輸入信號(hào)進(jìn)行過壓保護(hù)，保證該路輸入信號(hào)的電壓范圍不超過該路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所能承受的正常輸入電壓范圍；
[0014] 步驟23，分別給每路輸入信號(hào)確定一個(gè)相應(yīng)的匹配放大因子，通過匹配放大因子使該路輸入信號(hào)的幅度范圍跟該路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍相匹配；
[0015] 步驟24，通過直流電平位移處理，使各路輸入信號(hào)的中間直流電平與該路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的中間直流電平一致；
[0016] 步驟25，采用24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將各路
模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字輸出信號(hào)。
[0017] 進(jìn)一步，所述步驟25具體包括：
[0018] 步驟251，采用4階ΔΣ
調(diào)制器，將經(jīng)步驟21至步驟24處理過的模擬輸入信號(hào)調(diào)制為高頻的一比特流數(shù)字信號(hào)；
[0019] 步驟252，將一比特流數(shù)字信號(hào)經(jīng)
抽取和濾波轉(zhuǎn)換為24位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出。
[0020] 進(jìn)一步，所述步驟3具體包括：讀取各路24位數(shù)字輸出信號(hào)，對(duì)各路24位數(shù)字輸出信號(hào)均進(jìn)行線性一致性處理、靈敏度一致性處理、零輸入偏移處理和交越匹配處理，再將處理后的各路數(shù)字輸出信號(hào)通過移位進(jìn)行合并，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0021] 本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集系統(tǒng)，其包括依次連接的信號(hào)分配模
塊、模擬
信號(hào)處理模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊：
[0022] 信號(hào)分配模塊，用于根據(jù)輸入信號(hào)需要分成的級(jí)數(shù)，將要采集的高動(dòng)態(tài)范圍地震模擬輸入信號(hào)分成相應(yīng)級(jí)數(shù)的多路輸入，且為每一路輸入信號(hào)匹配一路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
[0023] 模擬信號(hào)處理模塊，用于分別對(duì)各路輸入信號(hào)依次進(jìn)行過壓保護(hù)、幅度匹配和電平搬移，使輸入信號(hào)幅度范圍與相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍完全匹配，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換得到各路輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的24位數(shù)字輸出信號(hào)；
[0024] 數(shù)字信號(hào)處理模塊，用于讀取各路數(shù)字輸出信號(hào)，并經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后再合并各路數(shù)字輸出信號(hào)，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0025] 進(jìn)一步，所述模擬信號(hào)處理模塊包括依次連接的過壓保護(hù)
電路、幅度匹配電路和電平搬移電路：
[0026] 過壓保護(hù)電路，其用于對(duì)各路輸入信號(hào)進(jìn)行過壓保護(hù)，保證該路輸入信號(hào)的電壓范圍不超過其承受的正常輸入電壓范圍；
[0027] 幅度匹配電路，其用于分別給每路輸入信號(hào)確定一個(gè)相應(yīng)的匹配放大因子，通過匹配放大因子使該路輸入信號(hào)的幅度范圍跟該路輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍相匹配；
[0028] 電平搬移電路，其用于通過直流電平位移處理，使各路輸入信號(hào)的中間直流電平與對(duì)應(yīng)的24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的中間直流電平一致。
[0029] 進(jìn)一步，所述24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器中集成有依次連接的ΔΣ調(diào)制器和數(shù)字抽取
濾波器：
[0030] 所述ΔΣ調(diào)制器為4階ΔΣ調(diào)制器，用于將經(jīng)過壓保護(hù)電路、幅度匹配電路和電平搬移電路處理過的各路模擬輸入信號(hào)調(diào)制為高頻的一比特流數(shù)字信號(hào)；
[0031] 所述數(shù)字抽取濾波器，用于將得到的一比特流數(shù)字信號(hào)經(jīng)抽取和濾波轉(zhuǎn)換為24位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出。
[0032] 進(jìn)一步，所述數(shù)字信號(hào)處理模塊采用微控制單元MCU，所述MCU讀取各路數(shù)字輸出信號(hào)，對(duì)各路數(shù)字輸出信號(hào)均進(jìn)行線性一致性處理、靈敏度一致性處理、零輸入偏移處理和交越匹配處理，再將處理后的各路數(shù)字輸出信號(hào)通過移位進(jìn)行合并，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0033] 進(jìn)一步，所述24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用型號(hào)為ADS1255的24位高
精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0034] 本發(fā)明的有益效果是：地震觀測(cè)的信號(hào)幅度跨度很大，動(dòng)態(tài)范圍在160dB以上；現(xiàn)代寬頻帶地震計(jì)的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍也達(dá)到了150dB以上，而當(dāng)前普遍使用的24位地震數(shù)據(jù)采集器動(dòng)態(tài)范圍只有130dB@250SPS，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際地震觀測(cè)的需求，導(dǎo)致在記錄小信號(hào)時(shí)分辨率不夠、信噪比不高，而在記錄大地震時(shí)又容易出現(xiàn)限幅現(xiàn)象。本發(fā)明能使用24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集動(dòng)態(tài)范圍超過24位轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的最大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)，擴(kuò)大24位AD采集器的信號(hào)輸入幅度范圍，能采集具有大動(dòng)態(tài)范圍的地震信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)150dB以上動(dòng)態(tài)范圍、±20V滿幅輸入范圍的采集要求，在實(shí)際應(yīng)用中使采集器既能夠滿足對(duì)微小地震信號(hào)高分辨
力的要求，又能夠完整記錄大幅度的地震信號(hào)而不易出現(xiàn)限幅失真的現(xiàn)象，具有廣泛的應(yīng)用。
附圖說明
[0035] 圖1為本發(fā)明所述高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集方法的流程示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明所述高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明所述高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集系統(tǒng)的應(yīng)用示例圖；
[0038] 圖4為
實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)采集的應(yīng)
用例示意圖。
[0039] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0040] 1、信號(hào)分配模塊，2、模擬信號(hào)處理模塊，3、數(shù)字信號(hào)處理模塊，4、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，21、過壓保護(hù)電路，22、幅度匹配電路，23、電平搬移電路，41、ΔΣ調(diào)制器，42、數(shù)字抽取濾波器。
具體實(shí)施方式
[0041] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0042] 如圖1所示，本實(shí)施例提出了一種高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集方法，包括：
[0043] 步驟1，確定輸入信號(hào)需要分成的級(jí)數(shù)，將要采集的高動(dòng)態(tài)范圍地震模擬輸入信號(hào)分成相應(yīng)級(jí)數(shù)的多路輸入，且每一路輸入信號(hào)匹配有一路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器?？芍?，分級(jí)后各路要轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)幅度范圍不同。另外，這里是根據(jù)要采集的高動(dòng)態(tài)范圍地震模擬輸入信號(hào)的最大電平幅度范圍或具有的最大動(dòng)態(tài)范圍，以及單路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所能達(dá)到的動(dòng)態(tài)范圍，確定輸入信號(hào)需要分成的級(jí)數(shù)。
[0044] 步驟2，分別對(duì)各路輸入信號(hào)依次進(jìn)行過壓保護(hù)、幅度匹配和電平搬移，使輸入信號(hào)幅度范圍與相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍完全匹配，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換得到各路輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的24位數(shù)字輸出信號(hào)。
[0045] 步驟3，讀取各路數(shù)字輸出信號(hào)，經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后再合并各路數(shù)字輸出信號(hào)，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0046] 所述步驟2又具體包括：
[0047] 步驟21，根據(jù)總的輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和所需分成的級(jí)數(shù)，確定各路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器要轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓范圍；
[0048] 步驟22，對(duì)各路輸入信號(hào)進(jìn)行過壓保護(hù)，保證該路輸入信號(hào)的電壓范圍不超過該路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器所能承受的正常輸入電壓范圍；
[0049] 步驟23，分別給每路輸入信號(hào)確定一個(gè)相應(yīng)的匹配放大因子，通過匹配放大因子使該路輸入信號(hào)的幅度范圍跟該路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍相匹配；
[0050] 步驟24，通過直流電平位移處理，使各路輸入信號(hào)的中間直流電平與該路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的中間直流電平一致；
[0051] 步驟25，采用24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將各路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)字輸出信號(hào)。
[0052] 其中，所述步驟25具體包括：
[0053] 步驟251，采用4階ΔΣ調(diào)制器，將經(jīng)步驟21至步驟24處理過的模擬輸入信號(hào)調(diào)制為高頻的一比特流數(shù)字信號(hào)；
[0054] 步驟252，將一比特流數(shù)字信號(hào)經(jīng)抽取和濾波轉(zhuǎn)換為24位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出。
[0055] 對(duì)應(yīng)上述高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的采集方法，本實(shí)施例還給出一種高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集系統(tǒng)。如圖2所示，該系統(tǒng)包括依次連接的信號(hào)分配模塊1、模擬信號(hào)處理模塊2和數(shù)字信號(hào)處理模塊3：
[0056] 信號(hào)分配模塊1，用于根據(jù)輸入信號(hào)需要分成的級(jí)數(shù)，將要采集的高動(dòng)態(tài)范圍地震模擬輸入信號(hào)分成相應(yīng)級(jí)數(shù)的多路輸入，且為每一路輸入信號(hào)匹配一路24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器4；
[0057] 模擬信號(hào)處理模塊2，用于分別對(duì)各路輸入信號(hào)依次進(jìn)行過壓保護(hù)、幅度匹配和電平搬移，使輸入信號(hào)幅度范圍與相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的轉(zhuǎn)換范圍完全匹配，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器4的轉(zhuǎn)換得到各路輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的24位數(shù)字輸出信號(hào)；
[0058] 數(shù)字信號(hào)處理模塊3，用于讀取各路數(shù)字輸出信號(hào)，并經(jīng)數(shù)字信號(hào)處理后再合并各路數(shù)字輸出信號(hào)，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0059] 如圖3所示，在具體的實(shí)施過程中，所述模擬信號(hào)處理模塊2包括依次連接的過壓保護(hù)電路21、幅度匹配電路22和電平搬移電路23，同時(shí)所述24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器4中集成有依次連接的4階ΔΣ調(diào)制器41和數(shù)字抽取濾波器42。
[0060] 所述過壓保護(hù)電路21用于對(duì)各路輸入信號(hào)進(jìn)行過壓保護(hù)，保證該路輸入信號(hào)的電壓范圍不超過其承受的正常輸入電壓范圍；所述幅度匹配電路22用于分別給每路輸入信號(hào)確定一個(gè)相應(yīng)的匹配放大因子，通過匹配放大因子使該路輸入信號(hào)的幅度范圍跟該路輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍相匹配；所述電平搬移電路23用于通過直流電平位移處理，使各路輸入信號(hào)的中間直流電平與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的中間直流電平一致。
[0061] 所述24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器4，用于根據(jù)各路輸入信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換范圍，將經(jīng)過壓保護(hù)電路、幅度匹配電路和電平搬移電路處理的各路輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出信號(hào)：所述4階ΔΣ調(diào)制器41，用于將經(jīng)過壓保護(hù)電路、幅度匹配電路和電平搬移電路處理過的各路輸入信號(hào)調(diào)制為高頻的一比特流數(shù)字信號(hào)；所述
數(shù)字濾波器42，用于將得到的一比特流數(shù)字信號(hào)經(jīng)抽取和濾波轉(zhuǎn)換為24位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出。
[0062] 本實(shí)施例中，所述數(shù)字信號(hào)處理模塊3可采用MCU，而所述MCU讀取各路數(shù)字輸出信號(hào)，對(duì)各路數(shù)字輸出信號(hào)均進(jìn)行線性一致性處理、靈敏度一致性處理、零輸入偏移處理和交越匹配處理，再將處理后的各路數(shù)字輸出信號(hào)通過移位進(jìn)行合并，得到32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。
[0063] 根據(jù)上述高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)的分級(jí)采集系統(tǒng)和方法的基本技術(shù)方案，本實(shí)施例給出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍地震信號(hào)采集的具體應(yīng)用例。
[0064] 如圖4所示，高動(dòng)態(tài)范圍的模擬輸入信號(hào)由信號(hào)分配器（相當(dāng)于信號(hào)分配模塊）將輸入信號(hào)分為兩路，每一路前端均設(shè)置有過壓保護(hù)電路，保證從本路輸入的信號(hào)電壓范圍不會(huì)超過本路所能承受的正常輸入電壓范圍，因而能夠保護(hù)本路不會(huì)因輸入過載而損壞。輸入信號(hào)經(jīng)過壓保護(hù)電路后進(jìn)入高精度低噪聲的前置放大器進(jìn)行放大或幅度匹配（即幅度匹配電路采用該前置放大器），每路的放大倍數(shù)或幅度匹配放大因子因本路輸入信號(hào)的幅度范圍不同而不同，對(duì)于大幅度輸入級(jí)，幅度匹配放大因子可能會(huì)小于1，而對(duì)于小幅度輸入級(jí)，放大倍數(shù)則會(huì)大于1。經(jīng)幅度放大或匹配后的信號(hào)再經(jīng)過電平搬移電路，使輸入信號(hào)的中間直流電平經(jīng)電平搬移后跟模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入直流電平的中間值一致。模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用24位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1255，其差分輸入信號(hào)由AIN0、AIN1兩引腳輸入。高精度參考電壓源采用ADR441，為ADS1255提供2.5V低噪聲、低溫漂的AD轉(zhuǎn)換參考電壓，其參考電壓輸出接至ADS1255的VREFP引腳端。
[0065] 為了提高系統(tǒng)采集精度，降低系統(tǒng)噪聲，采集系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分與數(shù)字控制部分（圖4中分別用兩個(gè)虛線框示意模數(shù)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)字控制部分）采取
電隔離設(shè)計(jì)，數(shù)字控制部分主要包括控制處理器（相當(dāng)于數(shù)字信號(hào)處理模塊采用該控制處理器）及控制部分電源。模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的數(shù)字信號(hào)經(jīng)數(shù)字隔離器隔離后再與控制處理器連接，控制部分電源也經(jīng)過DC-DC隔離電源穩(wěn)壓模塊后再給模數(shù)轉(zhuǎn)換部分供電，使兩部分的地線實(shí)現(xiàn)完全隔離，避免數(shù)字控制部分的數(shù)字脈沖干擾通過電源和地線串入模數(shù)轉(zhuǎn)換部分而形成噪聲。數(shù)字隔離器采用磁隔離方式的數(shù)字隔離模塊ADuM14××系列，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS1255的數(shù)字
接口控制信號(hào)SCLK、DIN、DOUT、DRDY、CS經(jīng)數(shù)字隔離器后再分別與控制處理器相連，其中兩ADS1255的SCLK信號(hào)和兩DIN信號(hào)在經(jīng)隔離前分別相連，以節(jié)省
硬件控制系統(tǒng)資源?？刂铺幚砥鞑捎肁RM9嵌入式控制處理器S3C2440，運(yùn)行Linux
操作系統(tǒng)。兩路24位的AD轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)控制處理器由數(shù)字接口讀入，經(jīng)控制處理器判斷和運(yùn)算，合并為32位的采集結(jié)果，實(shí)現(xiàn)有效值（RMS）為150dB@50SPS的高動(dòng)態(tài)采集目標(biāo)。控制部分電源把輸入12V電源變換并穩(wěn)壓成3.3V和5V的穩(wěn)定、低紋波電壓，其中3.3V為數(shù)字控制部分供電，5V電壓再經(jīng)DC-DC隔離電源穩(wěn)壓模塊后分為兩路為模數(shù)轉(zhuǎn)換部分供電，其中一路經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓成3.3V并濾波后為模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的數(shù)字部分供電，另一路經(jīng)穩(wěn)壓和濾波電路處理后為模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的模擬部分提供5V的低噪聲穩(wěn)定工作電源。同時(shí)模擬部分的5V電源再經(jīng)高精度參考電壓源ADR441穩(wěn)壓為2.5V高穩(wěn)定低噪聲低溫漂的電壓為模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供高精度參考電壓。
[0066] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何
修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
