测井仪器间通讯驱动电路

技术领域

本发明涉及勘探技术领域，具体涉及一种测井仪器间通讯驱动电路。

背景技术

目前，在地球物理与油气勘探开发过程中，仪器内部稳定通讯是仪器的重要技术指标，随着钻井技术的发展，深井、超深井的普及，井眼尺寸越来越小，温度越来越高，对仪器内部通讯技术也提出了更高的要求。因此，需要一种通讯驱动电路来实现测井仪器内部的长距离通讯。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的测井仪器间通讯驱动电路。

根据本发明的一个方面，提供了一种测井仪器间通讯驱动电路，包括：多种信号对应的通讯驱动子电路，每一种信号对应的通讯驱动子电路包括：信号驱动前接口、信号驱动电路、信号保护电路以及信号总线接口；

信号驱动前接口的第一端与串行外设接口模块的目标接口连接，信号驱动前接口用于接入串行外设接口模块的目标接口输出的目标信号；

信号驱动电路与信号驱动前接口的第二端连接，信号驱动电路用于对目标信号进行放大处理；

信号保护电路与信号驱动电路连接，信号保护电路用于对放大后的目标信号进行过压保护；

信号总线接口的第一端与信号保护电路连接，信号总线接口的第二端通过电缆与目标电路连接，信号总线接口用于输出过压保护后的目标信号。

可选地，当信号为使能信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口的第一端与串行外设接口模块的CS引脚连接；

当信号为时钟信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口的第一端与串行外设接口模块的SCLK引脚连接；

当信号为数据信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口的第一端与串行外设接口模块的数据接口连接。

可选地，当信号为数据信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口包括：常态拉高电平接入子接口、常态拉低电平接入子接口以及数据信号子接口；

常态拉高电平接入子接口、常态拉低电平接入子接口以及数据信号子接口的第一端与串行外设接口模块的数据接口连接，常态拉高电平接入子接口、常态拉低电平接入子接口以及数据信号子接口的第二端与信号驱动电路连接；

数据信号子接口用于接入数据信号，常态拉高电平接入子接口以及常态拉低电平接入子接口分别用于接入用于传输数据信号的常态拉高电平以及常态拉低电平。

可选地，当信号为使能信号或者时钟信号，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动电路进一步包括：

第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一二极管、第二二极管、第一PMOS管、第一NMOS管；

信号驱动前接口的第二端分别与第一电阻的第一端、第一二极管的正极、第二电阻的第一端以及第二二极管的负极连接，第一电阻与第一二极管并联，第二电阻与第二二极管并联；第一PMOS管的栅极G与第一电阻的第二端以及第一二极管的负极连接，第一PMOS管的源极S通过第三电阻连接低电平，第一PMOS管的漏极D与第四电阻的第一端连接；第一NMOS管的栅极G与第二电阻的第二端以及第二二极管的正极连接，第一NMOS管的源极S接地，第一NMOS管的漏极D与第五电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第五电阻的第二端连接至信号保护电路中的第一结点。

可选地，当信号为使能信号或者时钟信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号保护电路进一步包括：第三二极管、第四二极管、第五二极管、第六电、第七电阻以及第一稳压管；

第三二极管的正极、第四二极管的负极、第六电阻的第一端连接至第一结点，第三二极管的负极连接低电平，第四二极管的正极接地，第六电阻的第二端与第七电阻的第一端以及第一稳压管的负极连接，第七电阻的第二端与信号总线接口的第一端连接，第一稳压管的正极与第五二极管的正极连接，第五二极管的负极接地。

可选地，当信号为数据信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动电路进一步包括：

第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第六二极管、第七二极管、第二PMOS管、第二NMOS管；

常态拉高电平接入子接口的第一端与串行外设接口模块的数据接口连接，常态拉高电平接入子接口的第二端与第八电阻的第一端以及第六二极管的正极连接，第八电阻与第六二极管并联，第二PMOS管的栅极G与第八电阻的第二端以及第六二极管的负极连接，第二PMOS管的源极S通过第十二电阻连接低电平，第二PMOS管的漏极D与第十三电阻的第一端连接；

常态拉低电平接入子接口的第一端与串行外设接口模块的数据接口连接，常态拉低电平接入子接口的第二端与第九电阻的第一端以及第七二极管的负极连接，第九电阻与第七二极管并联，第二NMOS管的栅极G与第九电阻的第二端以及第七二极管的正极连接，第二NMOS管的源极S接数字地，第二NMOS管的漏极D与第十四电阻的第一端连接；

数据信号子接口的第一端与串行外设接口模块的数据接口连接，数据信号子接口的第二端与第十电阻的第一端以及第十一电阻的第一端连接，第十电阻的第二端接数字地；

第十一电阻的第二端、第十三电阻的第二端以及第十四电阻的第二端连接至信号保护电路中的第二结点。

可选地，当信号为数据信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号保护电路进一步包括：

第八二极管、第九二极管、第十二极管、第十五电阻、第十六电阻以及第二稳压管；

第八二极管的正极、第九二极管的负极、第十五电阻的第一端连接至第二结点，第八二极管的负极连接低电平，第九二极管的正极接数字地；第十五电阻的第二端与第十六电阻的第一端以及第二稳压管的负极连接，第十六电阻的第二端与使能信号总线接口的第一端连接，第二稳压管的正极与第十二极管的正极连接，第十二极管的负极接地。

根据本发明的测井仪器间通讯驱动电路，以常用的SPI接口为基础构建了一组通讯驱动电路，其电路结构简单易于实现，时钟信号和使能信号经过驱动电路后，增强了其驱动能力，使其能在长距离电缆上传输，并且数据信号在发送时，采用一对具有相位差的常态拉高电平和常态拉低电平，进一步增强了其驱动能力，总之，实现了测井仪器内部长距离通讯驱动电路，使原本只能用于短距离的SPI通讯协议可以在长电缆上工作；当应用于数据接收端时，由于发送端中驱动电路具有较强的驱动能力，因此可直接将接收的信号进行处理，本发明实施例的测井仪器间通讯驱动电路的自适应能力强，数据接收端和发送端均适用，时钟频率可达到2MHz，也能够在高温环境中工作。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的测井仪器间通讯驱动电路的电路示意图；

图2示出了本申请实施例中常态拉高电平和常态拉低电平的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例提供的测井仪器间通讯驱动电路的电路示意图，本驱动电路为半双工通讯方式，该测井仪器间通讯驱动电路包括：多种信号对应的通讯驱动子电路，每一种信号对应的通讯驱动子电路包括：信号驱动前接口、信号驱动电路、信号保护电路以及信号总线接口；

信号驱动前接口的第一端与串行外设接口模块的目标接口连接，信号驱动前接口用于接入串行外设接口模块的目标接口输出的目标信号；

信号驱动电路与信号驱动前接口的第二端连接，信号驱动电路用于对目标信号进行放大处理；

信号保护电路与信号驱动电路连接，信号保护电路用于对放大后的目标信号进行过压保护；

信号总线接口的第一端与信号保护电路连接，信号总线接口的第二端通过电缆与目标电路相连接，信号总线接口用于输出过压保护后的目标信号。

本发明实施例的测井仪器间通讯驱动电路用于对接SPI模块，SPI以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以(单向传输时)。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是MISO(主设备数据输入)、MOSI(主设备数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。

具体地，多种信号包括使能信号、时钟信号以及数据信号。其中，对于使能信号和时钟信号，两者对应的通讯驱动子电路中的信号驱动电路和信号保护电路的电路结构是一致的。

具体以使能信号为例，来说明信号驱动电路以及信号保护电路的电路结构，对于使能信号，其对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口、信号驱动电路、信号保护电路以及信号总线接口分别称为：使能信号驱动前接口、使能信号驱动电路、使能信号保护电路以及使能信号总线接口。

参见图1，使能信号对应的通讯驱动子电路，使能信号驱动前接口101的第一端与SPI模块的CS引脚连接(图中未示出)，使能信号驱动前接口101用于接入SPI模块的CS引脚输出的使能信号；使能信号驱动前接口101的第二端与使能信号驱动电路102连接，使能信号驱动电路102用于对使能信号进行放大处理；使能信号保护电路103与使能信号驱动电路102连接，使能信号保护电路103用于对放大后的使能信号进行过压保护；使能信号总线接口104的第一端与使能信号保护电路103连接，使能信号总线接口104的第二端与后续电路相连接，使能信号总线接口104用于输出过压保护后的使能信号。

其中，使能信号驱动电路102包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一二极管CR1、第二二极管CR2、第一PMOS管Q1、第一NMOS管Q2。各个元器件之间的连接关系具体如下：

使能信号驱动前接口101的第二端分别与第一电阻R1的第一端、第一二极管CR1的正极、第二电阻R2的第一端以及第二二极管CR2的负极连接，第一电阻R1与第一二极管CR1并联，第二电阻R2与第二二极管CR2并联；第一PMOS管Q1的栅极G与第一电阻R1的第二端以及第一二极管CR1的负极连接，第一PMOS管Q1的源极S通过第三电阻R3连接低电平(+VL)，第一PMOS管Q1的漏极D与第四电阻R4的第一端连接；第一NMOS管Q2的栅极G与第二电阻R2的第二端以及第二二极管CR2的正极连接，第一NMOS管Q2的源极S接地，第一NMOS管Q2的漏极D与第五电阻R5的第一端连接，第四电阻R4的第二端与第五电阻R5的第二端连接至使能信号保护电路103中的第一结点1031。

使能信号保护电路103包括：第三二极管CR3、第四二极管CR4、第五二极管CR5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第一稳压管ZD1。其中，第三二极管CR3的正极、第四二极管CR4的负极、第六电阻R6的第一端连接至第一结点1031，第三二极管CR3的负极连接低电平(+VL)，第四二极管CR4的正极接地，第六电阻R6的第二端与第七电阻R7的第一端以及第一稳压管ZD1的负极连接，第七电阻R7的第二端与使能信号总线接口104的第一端连接，第一稳压管ZD1的正极与第五二极管CR5的正极连接，第五二极管CR5的负极接地。其中，通过稳压管使电压钳位在一定范围，防止电压超过后续电路的承受范围。

对于时钟信号，其对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口、信号驱动电路、信号保护电路以及信号总线接口分别称为：时钟信号驱动前接口、时钟信号驱动电路、时钟信号保护电路以及时钟信号总线接口。如图1所示，时钟信号驱动前接口105的第一端与SPI模块的SCLK引脚连接，用于接入SPI模块的SCLK引脚输出的时钟信号；时钟信号驱动前接口105的第二端与时钟信号驱动电路106连接，时钟信号驱动电路106用于对时钟信号进行放大处理；时钟信号保护电路107与时钟信号驱动电路106连接，时钟信号保护电路107用于对放大后的时钟信号进行过压保护；时钟信号总线接口108的第一端与时钟信号保护电路107连接，时钟信号总线接口108用于对过压保护后的时钟信号进行输出。其中，时钟信号驱动电路106的电路结构与使能信号驱动电路102的电路结构一致，时钟信号保护电路107的电路结构与使能信号保护电路103的电路结构一致，具体可参见前述描述，在此不进行赘述。

对于数据信号，其对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口、信号驱动电路、信号保护电路以及信号总线接口分别称为：双向数据收发接口、数据信号驱动电路、数据信号保护电路以及数据信号总线接口。如图1所示，双向数据收发接口109的第一端与SPI模块的数据接口连接，双向数据收发接口109的第二端与数据信号驱动电路110连接，双向数据收发接口109用于接入SPI模块的数据接口输出的数据信号，数据信号驱动电路110用于对数据信号进行放大处理；数据信号保护电路111与数据信号驱动电路110连接，数据信号保护电路111用于对放大后的数据信号进行过压保护；数据信号总线接口112的第一端与数据信号保护电路111连接，数据信号总线接口112用于对过压保护后的数据信号进行输出。

具体地，当信号为数据信号时，信号对应的通讯驱动子电路中的信号驱动前接口包括：常态拉高电平接入子接口、常态拉低电平接入子接口以及数据信号子接口，数据信号子接口用于接入数据信号，常态拉高电平接入子接口以及常态拉低电平接入子接口分别用于接入用于传输数据信号的常态拉高电平以及常态拉低电平。

图2示出了本申请实施例中常态拉高电平和常态拉低电平的示意图，通过采用如图2所示的LSOP(常态拉高)21和LSON(常态拉低)

参见图1，数据信号驱动电路110包括：第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第六二极管CR6、第七二极管CR7、第二PMOS管Q3、第二NMOS管Q4。具体的电路连接关系如下：

常态拉高电平接入子接口1091的第一端与SPI模块中的数据接口连接，常态拉高电平接入子接口1091的第二端与第八电阻R8的第一端以及第六二极管CR6的正极连接，第八电阻R8与第六二极管CR6并联，第二PMOS管Q3的栅极G与第八电阻R8的第二端以及第六二极管CR6的负极连接，第二PMOS管Q3的源极S通过第十二电阻R12连接低电平(+VL)，第二PMOS管的漏极D与第十三电阻R13的第一端连接。

常态拉低电平接入子接口1092的第一端与SPI模块中的数据接口连接，常态拉低电平接入子接口1092的第二端与第九电阻R9的第一端以及第七二极管CR7的负极连接，第九电阻R9与第七二极管并联，第二NMOS管Q4的栅极G与第九电阻R9的第二端以及第七二极管CR7的正极连接，第二NMOS管Q4的源极S接数字地，第二NMOS管Q4的漏极D与第十四电阻的第一端连接。

数据信号子接口1093的第一端与SPI模块中的数据接口连接，数据信号子接口1093的第二端与第十电阻R10的第一端以及第十一电阻R11的第一端连接，第十电阻R10的第二端接数字地；第十一电阻R11的第二端、第十三电阻R13的第二端以及第十四电阻R14的第二端连接至数据信号保护电路111中的第二结点1111。

数据信号保护电路111包括：第八二极管CR8、第九二极管CR9、第十二极管CR10、第十五电阻R15、第十六电阻R16以及第二稳压管ZD2。其中，第八二极管CR8的正极、第九二极管CR9的负极、第十五电阻R15的第一端连接至第二结点1111，第八二极管CR8的负极连接低电平(+VL)，第九二极管CR9的正极接数字地。第十五电阻R15的第二端与第十六电阻R16的第一端以及第二稳压管ZD2的负极连接，第十六电阻R16的第二端与使能信号总线接口112的第一端连接，第二稳压管ZD2的正极与第十二极管CR10的正极连接，第十二极管CR10的负极接地。

根据本发明实施例的测井仪器间通讯驱动电路，以常用的SPI接口为基础构建了一组通讯驱动电路，其电路结构简单易于实现，时钟信号和使能信号经过驱动电路后，增强了其驱动能力，使其能在长距离电缆上传输，数据信号在发送时，采用一对具有相位差的常态拉高电平和常态拉低电平，进一步增强了其驱动能力，总之，实现了测井仪器内部长距离通讯驱动电路，使原本只能用于短距离的SPI通讯协议可以在长电缆上工作；当应用于数据接收端时，由于发送端中驱动电路具有较强的驱动能力，因此可直接将接收的信号进行处理，本发明实施例的测井仪器间通讯驱动电路的自适应能力强，数据接收端和发送端均适用，时钟频率可达到2MHz，可采用耐高温的元器件以使驱动电路能够在高温环境中工作，例如200℃高温环境下工作。

在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。