устройство фазовой автоподстройки тактовой частоты аналого- цифровых преобразователей в многоканальных системах сбора сейсмических данных

Формула изобретения

Устройство фазовой автоподстройки тактовой частоты аналого-цифровых преобразователей в многоканальных системах сбора сейсмических данных, включающее тактовый генератор, связанный с тактовыми входами соединенных последовательно цифрового фильтра и дельта-модулятора аналого-цифрового преобразователя, на вход дельта-модулятора поступают аналоговые сейсмические сигналы, а выход аналого-цифрового преобразователя является выходом устройства в линию связи, отличающееся тем, что включает первый D-триггер, на тактовый вход которого поступает сигнал опроса из линии связи, а на информационный вход - сигнал готовности аналого-цифрового преобразователя, при этом тактовый генератор включает кварцевый генератор, выход которого связан с тактовым входом второго D-триггера и тактовыми входами соединенных последовательно двух счетчиков-делителей частоты, при этом информационный вход первого счетчика-делителя частоты соединен с выходом первого D-триггера, а его загрузочный вход - с выходом второго D-триггера, информационный вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика-делителя частоты, один из разрядных выходов которого является выходом тактового генератора и связан с тактовыми входами цифрового фильтра и дельта-модулятора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике передачи сообщений с использованием преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму на основе дельта-модуляции и может быть использовано в многоканальных телеметрических системах сбора сейсмических данных.

Известен высокоинформативный аналого-цифровой преобразователь с использованием принципов дельта-модуляции для сейсмических исследований (патент РФ 2128880, Н 03 М 3/02). Данное устройство включает тактовый генератор, связанный с дельта-модулятором, содержащим входное устройство, делитель частоты, устройство вычитания, компаратор, преобразователь полярности, устройство управления интегратором, управляемый интегратор. В соответствии с общеизвестными схемными решениями АЦП выходной сигнал Y дельта-модулятора далее поступает на цифровой фильтр (в описании не показан), с которого снимаются конечные сигналы аналого-цифрового преобразования и сигналы готовности данных для считывания (DRDY). Данная организация АЦП не может обеспечить высокую достоверность, надежность, отсутствие потерь приема сейсмической информации в многоканальных телеметрических системах сбора сейсмической информации, так как темп работы АЦП напрямую зависит от частоты тактового генератора каждого канала. Поскольку частоты генераторов могут различаться, то постепенно происходит изменение промежутка времени между моментом опроса АЦП и готовностью его данных. В следствие этого, если длительность сеанса велика, возможно появление ошибок двух типов: ошибка переполнения, когда АЦП подготовил очередную порцию данных, а предыдущая не была прочитана; ошибка заема, когда к моменту опроса АЦП данные еще не готовы. Эти ошибки на сейсмограмме приводят к потери данных (провал в 0) или мгновенному скачкообразному изменению фазы входного сигнала (ступенька), что приводит к погрешности передачи сейсмической информации и, следовательно уменьшает надежность многоканальных систем сбора сейсмических данных.

Задачей изобретения является организация подстройки тактовой частоты АЦП так, чтобы обеспечить синфазную работу всех АЦП, входящих в многоканальную телеметрическую систему сбора сейсмических данных, и повысить достоверность передачи сейсмической информации.

Поставленная задача решается тем, что устройство фазовой автоподстройки тактовой частоты аналого-цифровых преобразователей в многоканальных системах сбора сейсмических данных, включающее тактовый генератор, связанный с тактовыми входами соединенных последовательно цифрового фильтра и дельта-модулятора аналого-цифрового преобразователя, согласно изобретению, дополнительно включает первый D-триггер, на тактовый вход которого поступает сигнал опроса из линии связи, а на информационный - сигнал готовности аналого-цифрового преобразователя, при этом тактовый генератор включает кварцевый генератор, выход которого связан с тактовым входом второго D-триггера и тактовыми входами соединенных последовательно двух счетчиков-делителей частоты, при этом информационный вход первого счетчика-делителя частоты соединен с выходом первого D-триггера, а его загрузочный вход - с выходом второго D-триггера, информационный вход которого соединен с выходом переполнения второго счетчика-делителя частоты, один из разрядных выходов которого является выходом тактового генератора и связан с тактовыми входами цифрового фильтра и дельта-модулятора.

Сущность изобретения заключается в том, что для управления сигналом готовности АЦП осуществляется ускорение или замедление частоты преобразования путем соответствующего изменения частоты тактового генератора.

На чертеже приведена структурная схема устройства согласно изобретению.

Устройство фазовой автоподстройки тактовой частоты аналого-цифровых преобразователей в многоканальных системах сбора сейсмических данных содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, включающий дельта-модулятор 2, связанный с цифровым фильтром 3. Тактовые входы дельта-модулятора 2 и цифрового фильтра 3 связаны с выходом тактового генератора 4. Выход сигнала готовности АЦП 1 соединен с информационным входом первого D-триггера 5, на тактовый вход которого поступают сигналы опроса из линии связи 6. Тактовый генератор 4 включает кварцевый генератор 7, выход которого связан с тактовыми входами соединенных последовательно счетчиков-делителей частоты 8 и 9 и второго D-триггера 10. Информационный вход и выход D-триггера 10 соединены соответственно с выходом сигнала переполнения счетчика-делителя частоты 9 и входом сигнала загрузки счетчика-делителя частоты 8. Выходом тактового генератора 4 является один из разрядных выходов счетчика-делителя частоты 9.

Устройство согласно изобретению работают следующим образом.

В многоканальных системах сбора сейсмической информации опрос АЦП 1, на вход которых поступают аналоговые сейсмические сигналы, происходит в момент прохождения по линии связи 6 сигнала опроса ("ПАКЕТ"), который содержит данные АЦП 1, опрошенных ранее каналов, и имеет заданную для данной системы тактовую частоту. Сигнал "ПАКЕТ" поступает на тактовый вход D-триггера 5, на информационный вход которого приходит сигнал готовности АЦП 1. Состояние D-тригтера 5 указывает на то, который из указанных сигналов пришел первым, а который позже, то есть происходит косвенное сравнение тактовой частоты АЦП 1 данного канала с заданной в системе тактовой частотой. Если выход равен "0" происходит (необходимо) ускорение тактов, если выход равен "1" - замедление. Тактовая частота АЦП 1 образуется путем деления опорной частоты кварцевого генератора 7 с помощью двух соединенных последовательно счетчиков-делителей 8 и 9. Счетчики-делители 8 и 9 работают в синхронном режиме. Когда первый счетчик-делитель 8 переполняется, на его выходе Cout появляется сигнал переполнения (импульс высокого уровня), по которому переключается счетчик-делитель 9. При переполнении счетчика-делителя 9, сигнал Cout переполнения поступает на информационный вход D-триггера 10, на выходе которого формируется сигнал коррекции длительностью один период тактовой частоты, который поступает на вход "загрузка" ("LOAD) счетчика-делителя 8. При появлении этого сигнала счетчик-делитель 8 из состояния "00" переходит в состояние "00", если на выходе D-триггера 5 сигнал "1", то есть пропускает один такт. Если на выходе D-триггера 5 сигнал "0", то счетчик-делитель 8 переходит в состояние "10", то есть переходит на два шага вперед, пропуская состояние "01". Вследствие этого происходит корректировка (замедление или ускорение) периода следования импульсов, снимаемых с соответствующего разрядного выхода счетчика-делителя 9 и задающих тактовую частоту АЦП 1. Указанные импульсы поступают на тактовые входы дельта-модулятора 2 и цифрового фильтра 3. Таким образом осуществляется фазовая автоподстройка тактовой частоты АЦП 1, в результате чего сигналы готовности всех АЦП 1, входящих в многоканальную систему сбора сейсмических данных, подстраиваются к заданному в многоканальной системе моменту опроса данных.

Устройство согласно изобретению реализовано в многоканальной сейсмической станции СТС-24Р, выполненной на 6-канальных полевых модулях, с использованием стандартных микросхем CK5321BL-1 (дельта-модулятор, цифровой фильтр) и EPF10K10L 184-4 (D-триггеры и счетчики-делители). Точность кварцевых генераторов (например, HG-2012 ВХ-16,384 МГц) составляет 5010^-6, при этом их взаимная нестабильность в многоканальной системе может доходить до 10010^-6. До введения системы фазовой автоподстройки тактовой частоты аналого-цифровых преобразователей ошибки наблюдались уже при передачи 10000 отсчетов сейсмической информации. Использование устройства согласно изобретению позволило проводить сеансы регистрации длительностью до 200000 и более отсчетов на каждый канал без возникновения ошибок, а также без необходимости перезапуска полевых модулей перед каждым сеансом наблюдений.