专利名称：一种分层注水井井下数据传输电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种分层注水井，特别涉及一种应用曼彻斯特码传输技术的分层注水 井井下数据传输电路。
背景技术：
由盘锦辽河专利代理有限公司申请的专利号为02280919.8的"注水井存储式流量计" 专利提出采用注水井井下存储数据的方式测试，测试完毕后将其打捞至地面，通过计算机 将存储在流量计内的数据读出，再进行回放等操作进行井下数据传输，这种数据传输方式 是在测试结束后进行的，使得回放的数据不具有实时性，而且操作过程耗费大量的人力物 力。
由北京市中实友知识产权代理有限责任公司申请的专利号为200420007710. 9的"注水 井超声波流量测试仪"专利中提出通过RS485转换接口与电缆连接至地面计算机实现井 下数据至地面的传输。但是RS485的传输速率和传输距离都有限，而且采用RS485的传输 体制不便于与其他的测井仪器接口。 发明内容
本实用新型的目的在于提供一种在测井过程中，利用曼彻斯特码实时传输分层注水井 井下数据的电路。
本实用新型的技术方案如下
一种分层注水井井下数据传输电路，包括CPLD芯片IC1、曼彻斯特码芯片IC2、差分 放大与整形电路IC3、驱动电路IC4、通信变压器IC5、电缆IC6、晶体振荡器IC10构成。 其中CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/01 1/010分别与曼彻斯特码芯片IC2的编码 移位时钟引脚ENCSHCLK、编码时钟引脚ENCCLK、串行数据输出引脚SDO、译码数据输出 引脚TAKEDATA、同步选择引脚SYNCSELECT、编码使能引脚ENCEN、译码时钟引脚DECCLK、 串行数据输入引脚SDI、译码移位时钟引脚DEC SHCLK、输出控制引脚OPUTINHABIT相连； CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/011 1/015分别与曼彻斯特码芯片IC2的控制复位 引脚MASTERESET、译码复位引脚DECRESET、编码数据输出引脚SENDDATA、单极性数据输 入引脚UNIPDI引脚以及差分放大与整形电路IC3的输出引脚相连；此外CPLD芯片IC1的 通用输入输出引脚1/016与晶体振荡器IC4的0SC引脚相连。
通信变压器IC5具有两组变压器绕组， 一组变压器的初级与电缆IC6相连，次级与差 分放大电路的输入端相连；另一组变压器的初级与驱动电路IC4的输出引脚BIP0NE、 BIPZER0相连，次级与电缆IC6相连。
差分放大与整形电路IC3包括运算放大器IC8、 IC9、 IC10以及比较器ICll,所述运 算放大器IC8的输入端纽与通信变压器IC5的第一组变压器的次级相连，运算放大器IC8 的输出端信号由两级运算放大器IC9、 IC10放大后送入比较器IC11的反相输入端，经比
较器处理后的输出信号与CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚I/015相连。
采用本实用新型的分层注水井井下数据传输电路，利用CPLD芯片作为控制核心，严格 控制曼彻斯特码的时序，可以准确地对数据进行曼彻斯特码的编码和译码操作；采用曼彻 斯特码传输方式，将普通二进制数据与其位率时钟相异或，从而使信号本身包含时钟，大 大增加了信号传输速率，适合远距离传输；包含对地面信号的差分放大和整形电路，使得 传输到地面的信号可以很好的恢复。
图l是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型的电路原理图。
图3是差分放大及整形电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的电路原理框图如图l所示，包括CPLD芯片IC1、曼彻斯特码芯片IC2、差 分放大与整形电路IC3、驱动电路IC4、变压器IC5和电缆IC6。 CPLD芯片IC1完成尖脉冲滤 波、串并转换、并串转换、指令译码；曼彻斯特码芯片IC2完成对地面数据的曼彻斯特码 译码和对井下数据的曼彻斯特码编码；电缆IC6实现将地面命令传输至井下及把井下数据 传输至地面；变压器IC5完成对地面命令和井下数据的耦合放大。
差分放大与整形电路IC3包括差分变单端电路IC8、信号放大电路IC9、 IC10以及比较 器电路ICll，完成对地面命令的差分变单端、放大及整形处理。
本实用新型的具体电路原理图如图2所示，包括CPLD芯片IC1、曼彻斯特码芯片IC2、 差分放大与整形电路IC3、驱动电路IC4、通信变压器IC5、电缆IC6、晶体振荡器IC7构 成。其中CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/01 1/010分别与曼彻斯特码芯片IC2的 编码移位时钟引脚ENC SHCLK、编码时钟引脚ENCCLK、串行数据输出引脚SDO、译码数据 输出引脚TAKEDATA、同步选择引脚SYNCSELECT、编码使能引脚ENCEN、译码时钟引脚DEC CLK、串行数据输入引脚SDI、译码移位时钟引脚DEC SHCLK、输出控制引脚OPUTINHABIT 相连；CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚I/011 I/015引脚分别与曼彻斯特码芯片IC2 的控制复位引脚MASTERESET、译码复位引脚DECRESET、编码数据输出引脚SENDDATA、单 极性数据输入引脚UNIPDI引脚以及差分放大与整形电路IC3的输出引脚相连；此外CPLD 芯片IC1的通用输入输出引脚1/016引脚与晶体振荡器IC7的0SC引脚相连。
通信变压器IC5具有两组变压器绕组， 一组变压器的初级与电缆IC6相连，次级与差 分放大电路的输入端相连；另一组变压器的初级与驱动电路IC4的编码数据输出归一码引 脚BIP0NE和归零码引脚BIPZER0相连，次级与电缆IC6相连。
CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/02与芯片IC2的编码时钟引脚ENC CLK相连， 为芯片IC2提供曼彻斯特码编码时钟，其频率为曼彻斯特码编码数据率的12倍；CPLD芯 片IC1的通用输入输出引脚1/07与芯片IC2的译码时钟引脚DEC CLK相连，它为芯片IC2
提供曼彻斯特码译码时钟，其频率为曼彻斯特码译码数据率的12倍。
地面发送的命令通过电缆IC6，经通信变压器IC5耦合放大送至差分放大与整形电路 IC3，进行信号的差分变单端、放大以及整形处理。CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/015 与差分放大与整形电路IC3的输出引脚相连，CPLD芯片IC1对经过差分放大与整形电路处 理的信号进行尖脉冲滤波，滤波后的信号通过CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/014 送到CPLD芯片IC2的单极性数据输入引脚UNIPDI。芯片IC2的译码复位引脚DECRESET是 输入脚，与CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/012相连，CPLD芯片IC1在通用输入输 出引脚1/012上产生的低电平可以保证芯片IC2进行曼彻斯特码译码的操作。芯片IC2对 单极性数据输入引脚UNIPDI上的信号进行曼彻斯特码译码，译码后的数据再通过芯片IC2 的串行数据输出引脚SD0输出到芯片IC1的通用输入输出引脚1/03。芯片IC2的译码时钟 移位引脚DEC SHCLK是输出脚，与芯片IC1的通用输入输出引脚1/09相连，它为CPLD芯 片IC1提供数据进行串并转换的时钟信号。CPLD芯片IC1对通用输入输出引脚1/03上的 数据在时钟信号的作用下进行串并转换，串并转换后的数据送给后级的数据处理电路。芯 片IC2的译码数据输出引脚TAKEDATA输出的是高电平，该引脚与CPLD芯片IC1的通用输 入输出引脚1/04相连,该信号作为后级的数据处理电路所需的中断使能信号。这样就完成 了一次地面至井下数据传输的过程。
后级的数据处理电路响应地面的命令后，开始向地面传输相应的数据，根据接收命令 的不同向地面传输所需不同注水层的数据，后级的数据处理电路就把相应层的数据按协议 好的格式发给CPLD芯片IC1,需要传输的数据以并口的形式先送至CPLD芯片IC1。芯片 IC2的编码数据输出，l脚SENDDATA输出的是高电平，该引脚与CPLD芯片IC1的通用输入 输出引脚1/013相连；芯片IC2的编码移位时^t"引脚ENC SHCLK是输出脚，它与CPLD芯 片IC1的通用输入输出引脚1/01相连，通过与CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/013 上信号的逻辑组合为CPLD芯片IC1提供并串转换的时钟信号。并串转换的同时产生芯片 IC2的曼彻斯特码编码使能信号，该信号通过CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/06与 芯片IC2的编码使能引脚ENC EN相连；另外并串转换时还要产生芯片IC2所需的同步信 号，该信号通过CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/05送给芯片IC2的同步选择引脚 SYNCSELECT，该信号是低电平，它是曼彻斯特码编码操作时数据的同步信号。并串转换后 的数据经CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/08与芯片IC2的串行数据输入引脚SDI相 连，芯片IC2接收到CPLD芯片IC1发送来的串行数据后对数据进行曼彻斯特码编码操作。 芯片IC1的通用输入输出引脚1/010产生低电平，它与芯片IC2的输出控制引脚 OPUTINHIBIT相连，使得芯片IC2的编码数据输出归一码引脚BIP0NE0和归零码引脚 BIPZER0引脚处于激活状态。经过曼彻斯特码编码以后的数据通过芯片IC2的BIPPNE0和 BIPZER0引脚接到驱动电路IC4，驱动后的信号由通信变压器耦合放大与电缆IC6相连， 从而完成了一次数据从井下到地面的传输过程。
CPLD芯片IC1的通用输入输出引脚1/011引脚产生低电平，它与芯片IC2的控制复位 引脚MASTERESET相连，目的是不让芯片IC2的曼彻斯特码编码器和曼彻斯特码译码器内 部的2: l计数器和6: l分频电路复位。
差分放大和整形电路如原理如图3所示，由差分变单端电路IC8，放大电路IC9、 IC10 和整形电路ICll。其中通信变压器IC5的输出信号，先经IC8由原来的差分信号变为单端 信号，变成的单端信号经运算放大电路IC9 、 IC10的二级放大后，其数据进入整形电路 ICll。整形的数据送到CPLD芯片IC1通用输入输出引脚1/015进行尖脉冲滤波，滤波后 的信号再通过CPLD芯片IC1进行曼彻斯特码编码、串并转换处理，处理后的数据通过并 口送到后级的数据处理电路。
权利要求1. 一种分层注水井井下数据传输电路，包括CPLD芯片(IC1)、曼彻斯特码芯片(IC2)、差分放大与整形电路(IC3)、驱动电路(IC4)、通信变压器(IC5)、电缆(IC6)、晶体振荡器(IC10)，其特征在于，CPLD芯片(IC1)的通用输入/输出引脚I/O1～I/O10分别与曼彻斯特码芯片(IC2)的编码移位时钟引脚ENC SHCLK、编码时钟引脚ENC CLK、串行数据输出引脚SDO、译码数据输出引脚TAKEDATA、同步选择引脚SYNCSELECT、编码使能引脚ENC EN、译码时钟引脚DEC CLK、串行数据输入引脚SDI、译码移位时钟引脚DEC SHCLK、输出控制引脚OPUTINHABIT相连；CPLD芯片(IC1)的通用输入输出引脚I/O11～I/O15分别与曼彻斯特码芯片(IC2)的控制复位引脚MASTERESET、译码复位引脚DECRESET、编码数据输出引脚SENDDATA、单极性数据输入引脚UNIPDI引脚以及差分放大与整形电路(IC3)的输出引脚相连；此外CPLD芯片(IC1)的通用输入/输出引脚I/O16与晶体振荡器(IC7)的OSC引脚相连。
2. 根据权利要求1所述的分层注水井井下数据传输电路，其特征在于，所述的通信变 压器(IC5)具有两组变压器绕组， 一组变压器的初级与电缆(IC6)相连，次级与差分放大电 路的输入端相连；另一组变压器的初级与驱动电路(IC4)的输出引脚BIPONE、 BIPZERO相 连，次级与电缆(IC6)相连。
3. 根据权利要求1所述的分层注水井井下数据传输电路，其特征在于，所述的差分放 大与整形电路(IC3)，包括运算放大器(IC8、 IC9、 IC10)以及比较器(IC11)，所述的运算 放大器(IC8)的输入端与通信变压器(IC5)的第一组变压器的次级相连；运算放大器(IC8) 的输出端信号由两级运算放大器(IC9、 IC10)放大后，送入比较器(IC11)的反相输入端， 经比较器处理后的输出信号与CPLD芯片(IC1)的通用输入输出引脚1/015相连。
专利摘要一种分层注水井井下数据传输电路，包括CPLD芯片IC1、曼彻斯特码芯片IC2、差分放大与整形电路IC3、驱动电路IC4、变压器IC5和电缆IC6，其中CPLD芯片是整个系统的控制和处理核心，实时地接收地面命令并根据不同命令给地面发送不同注水层的数据，从而完成了地面和井下的实时数据传输；采用曼彻斯特码传输，使传输的速率和精度都得到很好的改善。
文档编号E21B47/12GK201209443SQ20082002927
公开日2009年3月18日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者任志平, 党瑞荣, 高国旺 申请人:西安石油大学