[发明专利]一种单芯电缆数据传输系统及方法

摘要

本发明公开了一种单芯电缆数据传输系统及方法，包括：下行数据传输模块对地面下发的控制命令进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换。井下仪器控制模块将下行数据传输模块处理后的控制命令进行解调，然后采用半双工模式，通过CAN总线将该命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将该数据发送给上行数据传输模块。上行数据传输模块将采集的井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将8PSK数字信号和同步信号经过D/A变换、带通滤波、频率补偿及低通滤波后叠加到一起传输给单芯电缆。通过本发明的方案，能够在对电缆要求不高的情况下实现单芯测井电缆中数据的高速传输。

主权项

1.一种单芯电缆数据传输系统，其特征在于，所述系统包括：下行数据传输模块、井下仪器控制模块、上行数据传输模块；所述下行数据传输模块，用于对地面下发的包括控制命令的下行数据进行滤波、增益调制、模拟/数字A/D变换；所述井下仪器控制模块，用于将下行数据传输模块处理后的所述控制命令进行解调，并采用半双工模式，通过CAN总线将所述控制命令发送给井下仪器；并且采集井下仪器数据，将所述井下仪器数据发送给所述上行数据传输模块进行处理；所述上行数据传输模块，用于将所述井下仪器控制模块采集的所述井下仪器数据，采用分时隙传输结构，调制为8移相键控8PSK数字信号，同时产生一个同步信号；将所述8PSK数字信号和所述同步信号经过数字/模拟D/A变换、带通滤波、频率补偿以及低通滤波后叠加到一起传输给所述单芯电缆；所述下行数据传输模块，包括依次连接的第一滤波单元、调制输出电路、A/D数据转换单元和第一数据处理现场可编程门阵列FPGA芯片；所述第一滤波单元，包括依次连接的第一二阶压控低通滤波器、第二二阶压控低通滤波器、二阶高通滤波器，负反馈放大电路；所述第一二阶压控低通滤波器和所述第二二阶压控低通滤波器，用于对所述下行数据进行连续两次低通滤波；所述二阶高通滤波器，用于对低通滤波后的所述下行数据进行一次高通滤波；所述负反馈放大电路，用于将滤波后的所述下行数据进行放大后通过所述调制输出电路输出给所述A/D数据转换单元；所述A/D数据转换单元，用于接收所述调制输出电路发送的所述下行数据，对所述下行数据进行A/D变换，获得所述下行数据的数字信号；所述第一数据处理FPGA芯片，用于采集所述A/D数据转换单元输出的所述下行数据的数字信号，并对所述数字信号进行高阶带通数字滤波，将滤波后的所述数字信号进行迟滞比较，并将迟滞比较后的所述数字信号转化为带宽为第一波特率的通用异步接收/发送UART信号发送给所述井下仪器控制模块；所述井下仪器控制模块包括单片机和CAN驱动器；所述单片机，通过双向数据总线与所述第一数据处理FPGA芯片相连，用于接收所述第一数据处理FPGA芯片发送的所述UART信号；所述单片机，还通过所述CAN总线与所述CAN驱动器连接，用于通过所述CAN总线和所述CAN驱动器向所述井下仪器发送所述控制命令，控制所述井下仪器收到所述控制命令后按照预先约定的数据量将所述井下仪器数据发送给所述CAN驱动器，并从所述CAN驱动器接收所述井下仪器数据；所述CAN驱动器，还与所述井下仪器连接，用于将所述单片机发送的所述下行数据由二进制码流转换为差分信号发送所述井下仪器，并将所述井下仪器返回的所述井下仪器数据由差分信号转换为二进制码流发送给所述单片机；所述上行数据传输模块包括：第二数据处理FPGA芯片、第三数据处理FPGA芯片、数字/模拟D/A数据转换单元、第二滤波单元、高频补偿单元、模拟切换开关、低通滤波单元及发送驱动单元；所述第二数据处理FPGA芯片，通过双向数据总线与所述单片机相连，用于采集所述单片机接收的所述井下仪器数据，将所述井下仪器数据按时序写入先进先出FIFO堆栈中；并读取所述FIFO堆栈中的所述井下仪器数据，按照预定的波特率产生需要调制的基带数据，并将所述基带数据发送给所述第三数据处理FPGA芯片；所述第三数据处理FPGA芯片，与所述第二数据处理FPGA芯片相连，用于接收所述基带数据，并将所述基带数据调制为所述8PSK数字信号，然后输出给所述D/A数据转换单元；所述第三数据处理FPGA芯片，还用于产生一个同步信号，作为时钟同步锁相环PLL的输出频率信号，连同所述8PSK数字信号一起发送给所述D/A数据转换单元；所述D/A数据转换单元，为12位双路数模转换器，用于将所述8PSK数字信号和所述同步信号由数字信号转换为模拟信号，并发送给所述第二滤波单元；所述第二滤波单元，包括依次连接的第一低通滤波器和第一高通滤波器，用于为所述8PSK数字信号进行带通滤波；还包括依次连接的第二低通滤波器和第二高通滤波器，用于为所述同步信号进行带通滤波；所述高频补偿单元，包括依次连接的第一级频率补偿电路、第二级频率补偿电路、第三级频率补偿电路和第四级频率补偿电路；用于根据信道性能选择不同的补偿级数，对所述8PSK数字信号和所述同步信号进行频率补偿；其中，第一级频率补偿电路的输入端与所述第二滤波单元的输出端相连，每一级频率补偿电路的输出端与所述模拟切换开关相连；所述模拟切换开关，用于通过四个选择开关的断开与闭合选择四种不同的补偿级数；所述低通滤波单元，其输入端与所述模拟切换开关的输出端相连，用于滤除所述8PSK数字信号和所述同步信号中大于200K的信号；所述发送驱动单元，其输入端与所述低通滤波单元的输出端相连，用于将经过带通滤波的所述同步信号和所述8PSK数字信号叠加到一起，经放大驱动后加载到所述单芯电缆上。