用于大型地震勘探網(wǎng)的高精度低功耗自檢測數據采集系統(05-100)

　　可編程增益放大器(PGA)

　　傳感器與信號源距離的不同,所產(chǎn)生的信號長(cháng)度也會(huì )各異。使用PGA對接收到的數據放大可以充分利用所有的ADC功能。圖2顯示的是PGA的內部構造。增益設置從1X到64X采用的是二進(jìn)制加權算法。每個(gè)PGA放大器都使用斷路器穩定機制,以消除偏移電壓和1/f 噪聲效應。該放大器的輸入參考噪聲頻率為0.1到2000Hz,輸入噪聲電壓為8.5 nV。

　　即使增益設置為36dB,PGA仍然表現出極高的線(xiàn)性(118dB)。采用了獨特的多路前饋架構的放大器是完全可能實(shí)現這種性能的。采用這種特殊的多路前饋架構可在極低的運行功率(27.5mW)下獲得帶寬為200Hz的180dB開(kāi)環(huán)增益。與目前主流的極補償放大器需要的10GHz總增益帶寬相比,這種多路前饋補償放大器結構僅需要10MHz的總增益帶寬,因而節省了功率。

　　PGA是專(zhuān)為地震應用而設計的。在輸入MUX中,針對主信號流可選擇A輸入選項;在通道校準時(shí)選擇B輸入選項;選擇內部終止(800)可決定通道地噪聲選項。另一種設計功率和噪聲規格與之相類(lèi)似,但沒(méi)有用于水下聽(tīng)診器的高阻抗的斷路器穩定接口。這種放大器的1/f角度為~10Hz。

　　圖6 自檢測DS DAC方框圖

　　調節器(模數轉換器)

　　圖3顯示的是該設計中應用的4階單位品調節器。ADC的性能主要是由第一積分器和反饋DAC決定的。因此,這種調節器將大部分功率用在第一積分器上,以獲取最高的線(xiàn)性能力,并最大限度地減少噪聲。該設計通過(guò)選擇恰當的調節器系數和動(dòng)態(tài)地調整第一積分器偏壓大幅節省了功率。此外,粗/精電荷采樣配置可用來(lái)降低非線(xiàn)性輸入電流導致的失真度。在所有電路中采用的全差分電路,也有助于降低噪聲并使線(xiàn)性達到最佳。

　　第一積分器還采用了一種時(shí)鐘化的動(dòng)態(tài)偏壓A類(lèi)放大器,在每一個(gè)階段中都盡可能地降低了功率損耗。第一積分器中的放大器負責處理三個(gè)不同的任務(wù),即回轉、沉降并維持輸出值。在調節器的第一積分器中,各個(gè)階段中動(dòng)態(tài)變化的電流水平也可以保證節省功率。更高的電流能夠在相對較短的時(shí)間內完成回轉階段,為接下來(lái)的沉降階段節約了更多的時(shí)間。這樣就減少了放大器所需的互導(gm),從而節約了功率?；剞D階段的電流強度是沉降階段電流強度的四倍。還有一個(gè)能夠節省功率的地方,那就是放大器的第一階段。放大器第二階段的樣本正是第一階段的輸出數據。這一階段的偏置電流有可能降低到沉降階段電流強度的四分之一。這樣可以節省約30%的功率。