高精度低功耗分布式地震采集站的研制

【摘要】分布式地震采集站作为遥测数字地震仪数据采集系统的前端数据采集单元，是遥测数字地震仪的重要组成部分之一，其性能指标直接决定了遥测数字地震仪的整体性能。本论文采用高精度模数转换技术、FPGA嵌入式技术及微功耗电源技术，研制了适用于大规模有线数字遥测地震仪的高精度低功耗分布式地震采集站。分布式地震采集站由数据采集电路板和FPGA主控电路板组合而成。数据采集电路板设计了基于Cirrus套片的数据采集板和基于ADS1282与DAC1282的数据采集板，它们均采用高精度地震勘探专用芯片进行设计，从前置电路、电源电路、PCB板设计等方面保证其模拟采集精度。FPGA主控电路板设计了基于CycloneIVE的FPGA主控板和基于CycloneVE的FPGA主控板，它们均采用符合分布式地震采集站逻辑资源和功耗要求的主控芯片，并从电路板形状、结构布局、电路走线、噪声和干扰处理等方面进行了一系列优化设计。论文根据分布式地震采集站的实际功能要求，在QuartusII综合平台上运用VHDL硬件描述语言，采用自底而上的混合编辑方法完成了FPGA的逻辑设计。主要设计了CS5378驱动程序、ADS1282与DAC1282驱动程序、曼彻斯特编译码模块和数据帧处理模块等分模块程序，通过将各个分模块程序进行元件例化与组合，最终完成了顶层原理图设计。经过一系列测试实验验证，分布式地震采集站具有较高的采集精度及较低的功率损耗。在采集性能方面，Cirrus套片数据采集板和ADS1282与DAC1282数据采集板在等效输入噪声、谐波畸变、动态范围等性能方面均达到了SY/T5391-2007的A级标准。在功耗方面，由ADS1282采集板与CycloneVI主控板组成的分布式地震采集站具有优异的低功耗和低成本特性。在数据传输性能方面，将多个分布式地震采集站与主从电源站进行连接和测试，结果证明采集站与主从电源站、采集站与采集站之间的数据传输稳定可靠。
【作者】黄建宇；
【导师】段红梅；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】地震勘探；采集站；高精度；低功耗；

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