一种核磁共振测井仪低噪声模拟接收电路制造技术

本发明专利技术设计了一种核磁共振测井仪低噪声模拟接收电路，该电路中仪器用放大器能够消除运算放大器失调电压对后级电路动态范围的影响并抑制低频噪声，信号比较器有输入摆幅大及高速高精度的特点，克服了现有电流模式的PWM调制电路开环不稳定、存在峰值电流与平均电流的误差的缺点，提高了输出阻抗、拓宽通频带宽，高频特性较好，而且设计灵活，工作稳定，信噪比有很大提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低噪声模拟接收电路，适用于核磁共振测井仪。
技术介绍
模拟接收电路的噪声来源为来自外部的干扰噪声和电路内部固有噪声2类。模拟接收电路放置在仪器的最前端，目的是就近对天线接收到的微弱回波信号进行低噪声放大，以减少回波信号在传输过程中引入的噪声干扰，同时可以减少高频工作的数字电路对接收电路的干扰，其噪声性能直接影响核磁共振信号的信噪比和仪器的检测灵敏度。核磁共振波谱仪和核磁共振成像仪的工作频率一般不低于20MHz，信号传输采用特性阻抗为50欧的同轴电缆实现，为有效传输信号需满足阻抗匹配条件，即天线阻抗匹配到50欧、发射电路和接收电路的输入输出阻抗为50欧；其模拟接收电路采用低噪声射频三极管实现，可以通过调节集电极电流的方法达到噪声匹配条件以获得最小的噪声系数。核磁共振测井仪的典型特点是传感器采用Inside-out方案即被测样品位于磁体和天线的外部敏感区域，工作频率较低不高于2MHz；天线结构为表面天线，由于样品位于距离天线最远为10cm处，天线的接收效率很低，从而导致天线接收到的核磁共振信号微弱；为减少泥浆和地层电导率对天线性能的影响，天线大都采用低电感和低品质因数设计且采用易于改变频率的并联谐振结构，其阻抗为几百欧姆，核磁共振信号信噪比低。低噪声放大电路的设计原则是保证电路具有尽可能小的噪声系数，在满足噪声匹配条件时其噪声系数最小。通常与放大电路连接的传感器源电阻与放大电路最佳源电阻并不相等，需要进行噪声匹配以满足低噪声设计。常用的噪声匹配方法有调节集电极电流法、输入变压器耦合法和输入级并联法E5]。由于核磁共振测井仪为多频工作，不同的工作频率对应不同的谐振阻抗，且地层电导率的变化也会改变天线的谐振阻抗，因此实现真正的噪声匹配非常困难。为获得高信噪比的核磁共振信号，需要设计一种最佳源电阻与天线谐振阻抗相近的低噪声模拟接收电路。
技术实现思路
为了克服现有模拟接收电路结构复杂、信噪比较低的缺点，提高模拟接收电路的抗噪性能，同时简化电路、提高信噪比，本专利技术设计了一种应用于核磁共振测井仪的低噪声模拟接收电路。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在模拟接收电路中设计了重要的三个部分：仪器用放大器，信号比较器和独立电源模块。其中仪器用放大器部分采用了最佳源电阻为556欧的宽带低噪声运放LMH6626和低噪声运放OPA2111分别作为差分放大器和减法器。同时设计了一个高速高精度的信号比较器，设计的信号比较器输入摆幅大，精度高，响应时间快。通过在比较器的输入级采用并行的PMOS管与NMOS管互补差分对实现输入电压的轨到轨，以获得大的输入摆幅。在比较器电路中加入锁存器电路以实现高速度。通过使用运算放大器的理想负载结构来提高比较器的增益进而获得高精度，增加稳定性。设计了一个独立电源，可以减少数字电路和发射电路的噪声干扰。本专利技术的有益效果是：仪器用放大器能够消除运算放大器失调电压对后级电路动态范围的影响并抑制低频噪声，信号比较器有输入摆幅大及高速高精度的特点，克服了现有电流模式的PWM调制电路开环不稳定、存在峰值电流与平均电流的误差的缺点，该电路输出阻抗较高、通频带宽宽，高频特性好，而且设计灵活，工作稳定，信噪比有很大提升。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是模拟接收电路结构图。图2是仪器用放大器电路。图3是信号比较器模块电路。图4是独立电源模块电路。图2中，U1A、U1B为宽带低噪声运放LMH6626，U2为低噪声运放OPA2111。图3中，M1、M2、M7、M8、M9、M10、M18、M19、M20为PMOS管，M3、M4、M11、M12、M13、M14、M15、M16、M17为NMOS管，M5、M6是PMOS锁存器。具体实施方式图1中，每一级放大电路的输出通过使用一阶RC高通滤波器消除运算放大器失调电压对后级电路动态范围的影响并抑制低频噪声。后三级放大电路采用信号增益和噪声增益相等的同相放大结构。采用Sallen-Key结构的八阶有源带通滤波器有效抑制工作频率外的电路噪声。为降低外界噪声干扰，模拟电路采取在铝盒内安装，且采用铁盒屏蔽电路板。图2中，采用了最佳源电阻为556欧的宽带低噪声运放LMH6626和低噪声运放OPA2111分别作为差分放大器和减法器。U1A、U1B的同相输入端串联电感与电阻，异相输入端通过串联电阻R1连接，其输出端与异相输入端之间分别串联电阻R2、R3，输出信号分别经电阻R4、R5送给低噪声运放U1，U1的输出端6脚与异相输入端2脚串联电阻R7，其3脚接电阻R6后接地。图3中，PMOS管M1、M2和NMOS管M3、M4共同构成互补输入差分对结构，实现输入范围的轨到轨；M1、M2、M15、M16、M13、M14和二极管连接的M7、M8构成PMOS前置放大器，同理M3、M4和二极管连接的M7、M8构成NMOS前置放大器，通式M5、M6组成一个PMOS锁存器，用来实现比较器的高速度；M7、M8是二极管连接的PMOS管，与PMOS管M5、M6并联以获得高的电压增益。PMOS管M9、M10与NMOS管M11、M12共同组成了比较器的推挽式输出级。NMOS管M13、M15与M14、M16组成的电流镜将PMOS差分对M1、M2的电流镜像到NMOS差分对M3、M4电流的公共端，然后经输出级输出；M16、M17，M18、M19、M20组成的电流镜提供偏置电流，为互补差分对提供电流。其中M20、M19、M18共栅、漏极，M20源极接地，M19源极与M17的栅、漏极连接，M18的源极输出到M1、M2的漏极，M1、M2分别与M3、M4共栅极，M1、M2的源极输出分别接到M15、M16的漏极，M15、M16的漏极与源极相连，M15与M13共栅极，M16与M14共栅极，M13、M14、M15、M16的源极接地，M5、M6、M7、M8构成差分放大器理想负载，使得输入摆幅大而且具有高速高精度的特点。其中M5、M7共漏极连接，输出到M13的漏极，M6、M8共漏极连接，输出到M14的漏极，M5、M8共栅极连接，M6、M7共栅极连接，且M5栅极信输出到与M7、M5源极，并作为M9的栅极信号，M5的栅极信号输出到M6、M8的源极，并作为M10的栅极信号，M9、M10共漏极连接，M9的源极信号流向M11的漏极，M10的源极信号流向M12的漏极，且M11的漏极与栅极相连，M11、M12的源极一同接地，输出信号从M10的源极引出。图4中，高压电源主要包括振荡器、倍压整流器两部分，其中振荡器是由变压器、三极管组成的推挽式变压器反馈LC振荡器。变压器Bl的l、2、3端与C2构成了LC选频放大电路，变压器的4、5、6端则构成了正反馈电路。电源接通后，在LC选频放大电路中产生了初始信号，此信号通过变压器4、6两端反馈到Q1、Q2的基级，使得Ql和Q2的基级电流中一个增大，另一个减小。在不断的放大、反馈过程中，变压器Bl的电感随着反馈的不断增大而逐渐减小，使等于电路谐振频率f0信号幅度越来越大，继之一个管子饱和导通而另一个管子截止的状态交替变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核磁共振测井仪低噪声模拟接收电路，包括重要的三个部分：仪器用放大器，信号比较器和独立电源模块；其特征是，其中仪器用放大器部分采用了最佳源电阻为556欧的宽带低噪声运放LMH6626和低噪声运放OPA2111分别作为差分放大器和减法器；高速高精度的信号比较器中，通过在比较器的输入级采用并行的 PMOS管与 NMOS 管互补差分对实现输入电压的轨到轨，以获得大的输入摆幅；设计的独立电源，可以减少数字电路和发射电路的噪声干扰。

【技术特征摘要】
1.一种核磁共振测井仪低噪声模拟接收电路，包括重要的三个部分：仪器用放大器，信号比较器和独立电源模块；其特征是，其中仪器用放大器部分采用了最佳源电阻为556欧的宽带低噪声运放LMH6626和低噪声运放OPA2111分别作为差分放大器和减法器；高速高精度的信号比较器中，通过在比较器的输入级采用并行的PMOS管与NMOS管互补差分对实现输入电压的轨到轨，以获得大的输入摆幅；设计的独立电源，可以减少数字电路和发射电路的噪声干扰。2.根据权利要求1所述的一种核磁共振测井仪低噪声模拟接收电路，其特征是仪器用放大器采用了最佳源电阻为556欧的宽带低噪声运放LMH6626和低噪声运放OPA2111分别作为差分放大器和减法器；U1A、U1B的同相输入端串联电感与电阻，异相输入端通过串联电阻R1连接，其输出端与异相输入端之间分别串联电阻R2、R3，输出信号分别经电阻R4、R5送给低噪声运放U1，U1的输出端6脚与异相输入端2脚串联电阻R7，其3脚接电阻R6后接地。3.根据权利要求1所述的一种核磁共振测井仪低噪声模拟接收电路，其特征是所述信号比较器模块中M20、M19、M18共栅、漏极，M20源极接地，M19源极与M17的栅、漏极连...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志杰，
申请(专利权)人：何志杰，
类型：发明
国别省市：辽宁;21