三維感應(yīng)測井高頻信號源實現(xiàn)方案

高頻信號源設(shè)計是三維感應(yīng)測井的重要組成部分。三維感應(yīng)測井的原理是利用激勵信號源通過三個正交的發(fā)射線圈向外發(fā)射高頻信號，再通過多組三個正交的接收線圈，得到多組磁場分量，從而準確測量地層各向異性電阻率。在測井過程中，要求信號源的頻率為高頻，并且要求信號的頻率有很高的穩(wěn)定性。
　　產(chǎn)生信號的方法很多，可以采用函數(shù)發(fā)生器外接分立元件來實現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)外接電容或電阻來設(shè)置輸出信號頻率。但輸出信號受外部分立器件參數(shù)影響很大，且輸出信號頻率不能太高，同時無法實現(xiàn)頻率步進調(diào)節(jié)。另外，采用FPGA可實現(xiàn)信號發(fā)生器的設(shè)計。但當輸出高頻信號時，需要高速D/A 來配合工作。本文采用數(shù)字直接合成技術(shù)，采用專用集成芯片AD9834作為信號產(chǎn)生模塊，由ADSP21992來作為控制器來完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。利用此方法不僅克服了外搭分立元件的干擾，而且AD9834內(nèi)部有D/A轉(zhuǎn)換器，縮小了信號源的體積，從而滿足了測井儀器的要求。
　　信號源系統(tǒng)設(shè)計
　　系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)選ADSP21992作為主控制器，通過鍵盤顯示與控制芯片7279來接收功能設(shè)置和參數(shù)設(shè)置等信息，并將輸出信號等信息送到數(shù)碼管顯示。同時，控制器將讀取的按鍵信息轉(zhuǎn)換成控制命令通過串行接口送給AD9834，由AD9834產(chǎn)生正弦信號，再經(jīng)過信號調(diào)理，使信號達到設(shè)計的要求。
　　
　　圖1 信號源整體設(shè)計框圖
　　ADSP21992控制DDS模塊
　　本設(shè)計采用ADSP21992作為控制器件，它的最高工作時鐘頻率達到150MHz，提供一個獨立的、標準的串行外設(shè)接口SPI，在此主要利用SPI總線向AD9834發(fā)送頻率控制字，使AD9834產(chǎn)生符合要求的高頻信號。串行外設(shè)接口SPI提供了一個4線、全雙工串行總線的能力，本設(shè)計中SPI器件不需要接收數(shù)據(jù)，因此將它配置為主器件。SPI使用4個信號：主出從入（MOSI）、主入從出（MISO）、串行時鐘（SCLK）、從選擇（SPISS）。其中串行時鐘頻率最高可以是外設(shè)時鐘頻率的1/4。AD9834的電源電壓在2.3V到 5.5V范圍內(nèi)可選，ADSP21992的電源電壓為3.3V，所以在連接時無需電平轉(zhuǎn)換。由于ADSP21992只向AD9834發(fā)送數(shù)據(jù)，不需要接收數(shù)據(jù)，因此要將ADSP21992的SPI設(shè)置為主器件。具體接口電路如圖2所示。
　　
　　圖2 ADSP21992與AD9834的接口
　　DDS電路設(shè)計
　　DDS電路設(shè)計主要包括接口電路、DDS芯片及信號調(diào)理電路等，接口電路主要對DSP發(fā)送來的信號進行接收，接收DSP的控制命令，DDS根據(jù)收到的DSP控制命令及接收到的頻率控制字，生成符合頻率要求的信號并輸出。由于DDS的輸出為電流信號，因此，必須將電流信號通過負載轉(zhuǎn)換為電壓信號，將得到的電壓信號進行調(diào)理即可得到所需的正弦信號。DDS電路設(shè)計的原理框圖如圖3所示。