一种井下高速互联总线制造技术

本发明专利技术提供一种用于声波测井仪内的高速互联总线，所述互联总线包括：差分时钟线、差分数据线和多个节点，所述差分时钟线和差分数据线工作在同步模式，所述多个节点通过所述差分时钟线和所述差分数据线互联。本发明专利技术实施例的总线充分考虑了井下的空间、引线资源有限和功耗敏感的问题，因此该总线物理层结构简单、通讯速度高、控制灵活、协议简洁实用。本发明专利技术成功的解决了高端声波测井仪器内部高速互联的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用地球物理领域，具体涉及一种用于石油井下仪器内部的高速互联总线。
技术介绍
随着勘探开发的不断深入和我国石油开采的难度的不断加大，迫切需要了解低孔、低渗、非均质、各向异性等复杂地层中的油气藏分布规律和剩余油分布规律，因此，新一代高分辨率、扫描测量的成像测井仪器成为迫切需求，这类仪器为获得精细、完备的地层信息均采用大规模阵列式的传感器结构。阵列化的传感器结构带来了控制电路和数据采集电路规模的巨大增加，如新开发的三位成像声波测井仪器传感器总数超过100个。而且井下空间狭小、不同短节之间的引线资源有限，因此，传统的传感器和电子线路分节的方式无法满足阵列化传感器布局的需求。这就要求将传感器和与之配合的电子线路就近装配，将电子线路安装入声系内部，使传感器和与之配合的电子线路形成功能节点，实现局部多传感器的控制功能。阵列化的传感器结构就决定了仪器必须由分布式的多节点组成。多节点、控制复杂和突发大批数据传输成为阵列化传感器的测井仪本地总线所必需解决的问题。常用的UART、SP1、RS485和IIC总线通讯速度低、控制能力弱，CAN总线控制能力强，但是通讯速度也偏低，因此，一种井下高速互联总线成为阵列化传感器的声波测井仪开发中亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种井下高速互联总线，以便于实现多节点的灵活控制和高速数据传输，解决测井仪器内部多节点的高速互联问题。为达上述目的，本专利技术实施例提供了一种用于声波测井仪内的高速互联总线，所述互联总线包括差分时钟线、差分数据线和多个节点，所述差分时钟线和差分数据线工作在同步模式，所述多个节点通过所述差分时钟线和所述差分数据线互联。本专利技术的上述技术方案的有益技术效果在于本专利技术实施例的总线充分考虑了井下的空间、引线资源有限和功耗敏感的问题，因此该总线物理层结构简单、通讯速度高、控制灵活、协议简洁实用。本专利技术成功的解决了高端声波测井仪器内部高速互联的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例的井下高速互联总线拓扑结构框图；图2为本专利技术实施例的井下高速互联总线节点接口原理示意图；图3为本专利技术实施例的井下高速互联总线数据格式；图4为本专利技术实施例的井下高速互联总线节点控制器逻辑框图；图5为本专利技术实施例的井下高速互联总线节点控制状态转换图。附图标号CLKp :差分时钟线正极；CLKn :差分时钟线负极；DATp :差分数据线正极；DATn :差分数据线负极；CLKDEN :时钟驱动使能信号；DATDEN :数据驱动使能信号；CLKO :输出时钟信号；DATO :输出数据信号；CLK1:输入时钟信号；DAT1:输入数据信号；CLKREN :时钟接收使能信号；DATREN :数据接收使能信号。具体实施例方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是，实现多节点的灵活控制和高速数据传输，解决测井仪器内部多节点的高速互联问题。本专利技术实施例提供的互联总线包括差分时钟线、差分数据线和多个节点，所述差分时钟线和差分数据线工作在同步模式，所述多个节点通过所述差分时钟线和所述差分数据线互联。图1为本专利技术实施例的井下高速互联总线拓扑结构框图。如图1所示，两对低压差高速差分线分别为差分时钟线和差分数据线，工作频率为f200MHz，二者同步工作，便于降低总线实现的复杂度和功耗。源节点同时驱动差分时钟线和差分数据线，输出数据与时钟同步，目的节点在时钟的上升沿锁存数据，使源节点和目的节点始终边沿敏感，最大限度的减少时延影响，获得最高传输带宽。在空闲时，差分时钟线和差分数据线都为低电平。所有节点都通过差分时钟线和差分数据线相连，每个节点既可以驱动总线也可以接收总线数据。所有节点工作在半双工模式，当一个节点驱动总线时，其他节点处于接收状态。该差分时钟数和差分数据线也是工作在半双工模式。在一个较佳实施例中，挂接在总线上的节点分为两类，一是主控节点，二是从节点。总线中有且只有一个主控节点，地址固定为0x00。总线中可有多个从节点，地址为OxOl-OxFE。总线中无地址为OxFF的节点，该地址用作广播地址。总线中主控节点可以主动发送数据，其他节点只有在收到请求后才可以发送数据，否则只能处于接收状态。在一个较佳实施例中，总线传输数据以帧为单位。每帧通常包括起始段、控制段、数据段和校验段。其中起始段、控制段和校验段长度为32Bits，数据段的长度由控制段中数据长度位控制。校验段为除起始段外其他所有段数据的校验和，本设计中采用异或校验。控制段分为三个部分，BU31-24为发送节点本地地址，BU23-16为接收节点地址，Bitl5_0为帧类型/数据长度控制位(其中帧类型控制位为BU15-13，帧长度控制位为BU12-0)。接收节点仅接收与自己的地址匹配的数据,旁路其他节点数据。根据帧功能的不同,将帧分为四类下传命令帧、下传数据请求帧、上传数据帧和广播/同步帧。其中下传命令帧、下传数据请求帧和广播/同步帧均由主控节点下发。下传数据请求帧用于主控节点向从节点请求数据，当从节点接收到主控节点的下传数据请求帧后，该从节点可以控制总线上传数据帧。广播/同步帧用于总线上所有节点的同步。这四种帧灵活组合实现声波测井仪内部各功能模块的灵活控制和高速数据传输。声波测井仪器内部主要涉及两类从节点，一类实现声波接收换能器信号放大和采集的数据采集节点，另一类实现声波发射换能器激励的激励节点。数据采集节点需要接收各个通道的增益控制参数和采集控制参数等，并且需要高速上传采集数据，控制相对复杂，因此在FPGA中实现节点控制器的功能。激励节点仅需要接收发射控制参数，不需要上传数据，控制相对简单，因此在CPLD中实现节点控制器的功能。该总线的工作流程为(I)主控节点通过下发命令帧分别给各从节点发送控制参数(对应于数据采集节点为放大及采集控制参数，对应于各个激励节点为激励控制参数)。(2)主控节点通过广播/同步帧给总线所有从节点发送同步命令,激励节点接收到同步命令后启动脉冲激励，数据采集节点接收到同步命令后根据采集控制参数进行相应数据采集工作。(3)主控节点在广播/同步帧下发后延时一定时间，等待采集完成后，给需要上传数据的采集节点下发上传数据请求帧。(4)数据采集节点接收到上传数据请求帧后，通过上传数据帧上传采集到的波形数据到主控节点。本专利技术实施例所述的总线充分考虑了井下的空间、引线资源有限和功耗敏感的问题，因此该总线结构简单、通讯速度高、控制灵活、协议简洁实用，便于在FPGA/CPLD中实现总线控制协议。以下对本专利技术实施例的总线进行更加详细的说明请再参阅本专利技术实施例图1示出的总线拓扑结构，所有节点通过双绞的低压差高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于声波测井仪内的高速互联总线，其特征在于，所述互联总线包括：差分时钟线、差分数据线和多个节点，所述差分时钟线和差分数据线工作在同步模式，所述多个节点通过所述差分时钟线和所述差分数据线互联。

【技术特征摘要】
1.一种用于声波测井仪内的高速互联总线，其特征在于，所述互联总线包括差分时钟线、差分数据线和多个节点，所述差分时钟线和差分数据线工作在同步模式， 所述多个节点通过所述差分时钟线和所述差分数据线互联。2.根据权利要求1所述的互联总线，其特征在于，所述互联总线工作在半双工模式，以帧为单位传输数据。3.根据权利要求1所述的互联总线，其特征在于，所述差分时钟线的两端串接匹配电阻，所述差分数据线的两端串接匹配电阻。4.根据权利要求1所述的互联总线，其特征在于，所述多个节点包括一个主控节点和多个从节点；所述主控节点主动控制总线，所述从节点只有在响应所述主控节点请求数据并且所述主控节点让出总线后才控制总线。5.根据权利要求1所述的互联总线，其特征在于，所述节点包括总线收发器，与所述差分时钟线和所述差分数据线相连，用于在节点控制器发出的控制信号的控制下实现差分信号到单端信号或单端信号到差分信号的转换；节点控制器，用于总线收发器的控制及总线通讯协议的实现。6.根据权利要求5所述的互联总线，其特征在于，所述总线收发器为半双工驱动器。7.根据权利要求5所述的互联总线，其特征在于，所述节点控制器在FPGA或CPLD中实现。8.根据权利要5所述的互联总线，其特征在于，所述节点控制器包括状态控制器，用于实现数据发送和数据接收的控制、总线收发器的控制及与本地逻辑控制器的交互控制；发送存储器，用于缓存待发送数据；发送校验码产生器，用于为待发送数据生成校验码；串行发送器，用于在所述状态控制器的控制下并行读取所述发送存储器中的待发送数据和所述发送校验码产生器产生的校验码，并将所述待发送数据和所述校验码串行地发送出去；串行接收器，用于在所述状态控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：门百永，鞠晓东，乔文孝，王德国，卢俊强，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：