本实用新型属于地震数据传输技术领域，具体涉及一种驱动AD采集的高精度晶振的脉冲补偿装置。
背景技术：
井中地震仪采集数据通常处于高温高压环境，对晶振的精度会产生很大影响，进而影响了井地同步数据采集的一致性。虽然，有为井中环境使用而专门设计的高温晶振，但是其精度远远小于常温晶振，同时，一些常见的晶振补偿方式，如温度补偿、电压控制等也很难适用在井中的环境中。若要实现井中、地面仪器同步开始采集的目的，需要根据使用环境和仪器结构做出一些针对性的设计和补偿，进而实现高精度晶振驱动AD采集。
CN205958949U公开发明了一种用于无缆同步地震仪同步时钟源系统，能够对无缆地震仪进行精确授时，降低了地震仪的功耗，但该系统中地震仪主要在地面接收数据，并不适用于井下的地震数据采集。
CN206211975U公开发明了一种基于晶振元器件的温度补偿装置，通过将模拟量转换成数字量,可实现自动温度补偿,使晶体振荡器频率稳定度变高。但是井中环境通常为高温高压环境，在井中测量是容易产生累计误差，进而影响采集精度。
技术实现要素：
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种驱动AD采集的高精度晶振脉冲补偿装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种驱动AD采集的高精度晶振的脉冲补偿装置，由高温晶振、GPS信号接收模块以及脉冲补偿模块构成；
所述GPS信号接收模块用于接收地面模块发送的PPS秒脉冲并对其进行2分频后输出，得到0.5Hz占空比为50％的信号，即将信号分成奇数秒与偶数秒两组；
所述脉冲补偿模块由分频器、脉冲计数器和脉冲控制器组成，其中，分频器用于将PPS作为控制信号对晶振的频率进行分频；脉冲计数是用来记录已经对晶振信号进行了多少个分频周期的补偿，记录周期数还被用来确定补偿脉冲的个数；脉冲控制器根据需要补偿的脉冲数和记录周期数，确定本周期需要补偿的脉冲个数，并确定要对脉冲补偿进行加脉冲的补偿还是减脉冲的补偿；
所述GPS信号接收模块经分频器、脉冲计数器、脉冲控制器与A/D模块连接，高温晶振与脉冲计数器连接；地震信号经过可编程增益放大器(PGA)被放大后做滤波处理，将滤波后的信号发送到A/D模块转换成数字量，所述GPS信号接收模块接收PPS秒脉冲信号后经分频器、脉冲计数器和脉冲控制器对秒脉冲进行2分频处理通过脉冲计数器和脉冲控制器对晶振模块进行补偿，脉冲控制器用补偿后的脉冲驱动A/D模块实现高精度的采集。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型设计一个高精度的晶振来驱动AD进行采集，避免工作一段时间后晶振产生的累积误差对AD采集造成的影响。通过将秒脉冲信号分为奇数秒与偶数秒两组，分别进行脉冲补偿。脉冲补偿模块通过将晶振误差的补偿分散到多个周期中进行，进而实现高精度的AD采集。本实用新型保障了数据采集的稳定性和准确性。满足了井中数据传输的实时性，具有较高的工程应用价值。
附图说明
图1高精度晶振脉冲补偿装置图；
图2高精度晶振模块结构框图；
图3脉冲产生原理图；
图4加脉冲实现图；
图5减脉冲实现图。
具体实施方式
本实用新型提供一种驱动AD采集的高精度晶振脉冲补偿装置。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图对本实用新型进行详细说明。
电缆延时测量和补偿的目的是保证不同采集节点第一个采样点的同步。在进行数据采集时AD需要外部晶振提供脉冲才能够正常工作。井中地震信号采集采用的ADS1282，需要外接频率为4.096MHz的晶振。受井中高温环境的影响，所使用的晶振会产生一定的误差，为了避免工作一段时间后晶振产生的累积误差对AD模块采集造成的影响，本实用新型设计了一个高精度的晶振来驱动AD模块进行采集，高精度晶振脉冲补偿装置图如图1所示。地震信号经过增益放大器(PGA)做滤波处理后送到A/D模块转换成数字量，A/D模块工作时需要晶振驱动，由于晶振存在偏差若直接驱动A/D模块采集则会影响采集精度，因而将晶振输出的脉冲送入FPGA模块中，通过GPS信号接收模块与脉冲计数器来判断需要补偿的脉冲个数，再通过脉冲控制器实现脉冲补偿，用补偿后的脉冲驱动A/D模块实现高精度的采集。
为了获取一个不具有累积误差的频率为4.096MHz的高精度晶振。采用8.192MHz的高温晶振作为基础晶振频率。高精度晶振由基础晶振模块、GPS信号接收模块及晶振补偿模块组成，整体结构如图2所示。采用8.192MHz的晶振的目的是为了方便对产生4.096MHz的基础晶振频率进行补偿，当产生的基础晶振频率小于4.096MHz时可以同步插入8.192MHz的脉冲信号进行补偿。
高温晶振主要是解决普通晶振在高温高压环境下精度会产生很大影响，进而影响计数精度而专门设计的晶振；脉冲补偿模块是通过分频产生分频脉冲，将晶振误差的补偿分散到多个周期中进行。
GPS信号接收模块接收地面模块发送PPS秒脉冲，脉冲补偿模块通过对秒脉冲的2分频处理，来控制脉冲计数器及对时晶振模块进行补偿。虽然在电缆传输上会对PPS信号产生延时，但是在晶振的设计中，PPS脉冲的作用是用来分频和提供一个计数周期，因此电缆传输产生的延时对晶振没有影响。
GPS信号接收模块对PPS信号进行2分频后输出，得到0.5Hz占空比为50％的信号。2分频的目的是将GPS输出的秒脉冲信号进行奇数秒和偶数秒的分组，这样可以将基本时钟信号分成两组进行较正。如果不进行分组，在对第一秒数据进行计数后，需要一定时间对下一秒进行补偿，这会消耗时钟周期，而造成第二秒输出的不准确，因此将脉冲分成奇偶两组分开计数，保障输出的准确性。利用2分频的信号作为门控信号，高电平时使能奇数秒(2n+1)的晶振脉冲计数器，低电平时使能偶数秒(2n+2)的晶振脉冲计数器。将脉冲计数器的数值同理论值做差，求得该秒需要补偿的脉冲个数。若值为负则需要加入脉冲，若值为正则需要减去脉冲。奇数秒求取的补偿值在下一个奇数秒进行补偿，偶数秒求取的补偿值在下一个偶数秒进行补偿。最终将奇数秒同偶数秒合并输出，就得到了校正后的脉冲。
脉冲补偿模块由分频器、脉冲计数器、脉冲控制器组成。其作用是通过分频产生分频脉冲，将晶振误差的补偿分散到多个周期中进行，主要功能如下：
(1)分频器的作用是将PPS作为控制信号对晶振的频率进行分频，用分频获得的频率信号控制模块对晶振误差进行补偿。
(2)脉冲计数器，用来记录已经对晶振信号进行了多少个分频周期的补偿，记录周期数还被用来确定补偿脉冲的个数。
(3)脉冲控制器，根据需要补偿的脉冲数和记录周期数，确定本周期需要补偿的脉冲个数，并确定要对脉冲补偿进行加脉冲的补偿还是减脉冲的补偿。
产生的基础晶振频率是4.096MHz，精度为70ppm，因此一秒内脉冲计数的误差个数最大为280个。脉冲补偿模块对晶振产生的脉冲数进行补偿。但是不论是进行加脉冲还是减脉冲的操作，都不应该只是进行简单的脉冲加减，而应该将晶振脉冲的补偿均分在整个1s的单位长度内。假定误差脉冲的个数为n，误差补偿时，应将n均匀分布在1s内。在实际操作时，为了便于误差补偿的实现，将1s分成m份进行补偿。同时，为了便于硬件实现，m应当为2的整数次方。m值取512。也就是将4.096MHz的振荡分成512份。实际应用时，可以根据误差值n的数值通过简单加减进行补偿值的设定。将误差的补偿分布在512个周期中的前n周期中进行。
输出晶振的原理框图如图3所示，将高温晶振的8.192MHz进行2分频，将得到4.096MHz作为基础晶振。对晶振脉冲进行分频以生成512Hz的方波。根据512Hz方波产生的512个上升沿对基础时钟进行补偿。根据脉冲补偿模块的计数值在512个周期中前n个周期进行补偿。若补偿脉冲为加脉冲，则用8.192MHz的脉冲替换当前脉冲，若为减脉冲，则将电平输出置低。图4为加脉冲的补偿原理。图5为减脉冲的补偿原理。
采用本方法对晶振的脉冲进行补偿，因AD模块需要根据外部晶振输入的脉冲来进行采样，所以如果一个新的采样时刻恰好是脉冲补偿时刻，会对采样点的采集时刻产生影响，其误差为半个或1个4.096MHz的晶振周期。每次开始计数时，开始时刻的晶振相位存在不确定性，因此计算误差时需要计入一个基础晶振8.192MHz的晶振周期125ns。因此采用本方法对采样点产生的最大误差为375ns。
本实用新型驱动AD采集的高精度晶振的脉冲补偿装置可应用于井中仪器采集时间同步系统，该系统地面部分由GPS模块、测量模块、恒温晶振组成，井中部分由信号转发模块、延时补偿模块、晶振模块组成。分为延时测量、延时补偿和AD晶振三个部分。本实用新型保障了数据采集的稳定性和准确性。满足了井中数据传输的实时性，具有较高的工程应用价值。