（控制理论与控制工程专业论文）用于地震检波的高精度ad转换器设计.pdf

r 一 q l f 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：_ _ 盘粹 e t 期：业 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：j 蝌导师签名： r 一 山东人学硕上学位论文 目录 摘要i a 】 i s t r a c t 1 1 1 第一章绪论1 1 1 选题背景1 1 2 地震检波器概述1 1 3m e m s 加速度传感器概述：j 2 1 4 用于地震检波的y , a a d c 3 1 5 课题研究内容及方法4 1 6 论文章节安排5 第二章e a a d c 原理及分析6 2 1e a a d c 基础6 2 1 1a d 转换器6 2 1 2f a a d c 结构6 2 1 3 传统a d c 与e a a d c 比较7 2 2 调制器8 2 2 1 一阶e a 调制器8 2 2 2 二阶调制器1 2 2 2 3 高阶e a 调制器1 3 2 2 4 级联调制器1 4 2 3 数字抽取滤波器1 6 2 4 本章小结1 7 第三章a 调制器设计及仿真1 9 3 1 理想建模1 9 3 2 非理想因素建模2 0 3 2 1 时钟抖动2l 3 2 2 积分器噪声2 2 3 2 3 非理想积分器2 4 3 2 4 总体仿真结果2 5 山东人学硕 学位论文 3 3 本章小结。2 7 第四章z a 调制器电路设计2 8 4 1z a a d c 原理设计2 8 4 2z a 调制器电路仿真2 8 4 3e a 调制器电路设计3 6 4 4y a 调制器电路p c b 设计3 8 4 5z a 调制器电路调试一3 8 4 6 本章小结4 1 第五章多级z a 调制器参数设计和优化4 2 5 1z a 调制器参数设计介绍一4 2 5 2 模拟退火算法4 3 。 5 2 1m e t r o p o l i s 准则4 4 5 2 2 模拟退火算法的步骤4 4 5 2 3 冷却进度表4 5 5 3y a 调制器参数优化一4 5 5 4 本章小结4 8 第六章总结一4 9 参考文献5l 致 射5 4 攻读学位期间发表的学术论文5 5 一 坐查叁兰型：兰兰篁迨塞 一一 _ 一一一 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e ：i a b s t r a c ti ne n g l i s h ：i i i c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1b a c k g r o u n da n dm e a n i n go fs u b j e c t 1 1 2i n t r o d u c t i o no fs e i s m o g r a p h ：1 1 3m e m sa c c e l e r o m e t e rs e n s o r ：2 1 4z a a d ci ns e i s m i cd e t e c t o r ：3 1 5t e c h n i q u e sa n dm e a t h o d so fs u b j e c t ：4 1 6c o n t e n t sa n df r 撇e ：5 c h a p t e r2p r i n c i p l ea n d a r c h i t e c t u r eo fy a a d c 6 2 1f u n d a m e n t a l so fz a a d c ：”：6 2 i ia dc o n v e r t o r 6 2 1 2a r c h i t e c t u r eo f e a a d c ：一二6 2 1 3t r a d i t i o n a la d c a n de a a d c 7 2 2z am o d u i a t o r ：j 8 2 2 1f i r s t - o r d e r am o d u l a t o r j “8 2 2 2s e c o n d o r d e ry am o d u l a t o r 12 2 2 3h i g h e r - o r d e ry am o d u l a t o r 13 2 2 4c a s c a d e d am o d u l a t o r 1 4 2 3d i g i t a lf i l t e r i n ga n dd o w n - s a m p l ed a t a 1 6 2 4s u m m a r y 1 7 c h a p t e r3m o d e l i n ga n da n a l y s i sz am o d u l a t o r i ns y s t e ml e v e l 1 9 3 1i d e a lm o d e l i n g 1 9 3 2n o n i d e a lm o d e l i n g 2 0 3 2 1c i o c kj i t t e r 2 1 3 2 2n o i s eo f i n t e r g r a t o r 2 2 3 2 3n o n - i d e a li n t e r g r a t o r 2 4 3 2 4s i m u l a t i o no fs y s t e m 2 5 山东人学硕一l ：学位论文 3 3s u m m a r y ：2 7 c h a p t e r4d e s i g no fz am o d u l a t o ri nc i r c u i tl e v e l 2 8 4 1p r i n c i p l ed e s i g no fz a a d c 2 8 4 2s i m u l a t i o no f e am o d u l a t o ri nc i r c u i tl e v e l 2 8 4 3c i r c u i td e s i g no fe am o d u l a t o r j ：3 6 4 4p c bc i r c u i tb o a r do f m o d u l a t o r 3 8 4 5c i r c u i td e b u g g i n go f z hm o d u l a t o r 3 8 4 6s u m m a r y ：2 l l c h a p t e r5p a r a m e t e rd e s i g no fz a m o d u l a t o r 4 2 1 ；1i n t r o d u c t i o no fp a r a m e t e rd e s i g no fz am o d u l a t o r 4 2 5 2s i m u l a t e d a n n e a l i n ga l g o r i t h m 4 3 5 2 1m e t r o p o l i sc r i t e r i o n 4 4 5 2 2s t e p so fs i m u l a t e d a n n e a l i n g 4 4 5 2 3c o o l i n gs c h e d u l e 4 5 5 3e x a m p l eo fp a r a m e t e rd e s i g no fx ：am o d u l a t o r 4 5 5 4s u m m a r y 4 8 c h a p t e r6c o n c l u s i o n 4 9 r e f e r e n c e s j ! ；1 a c k n o w l e d g e m e n t 5 4 p u b l i s h e d p a p e r s ：j ；! ；5 山东火学硕l j 学位论文 摘要 石油是现代社会发展和生活极其重要的资源。现代石油地质勘探通过人为 地震使地层反射声波分析地质构造并寻找油气f f l ，地震检波器记录声波并用计算 机处理这些数据，构造出地下岩层系统的图像。数字地震检波器将传感器和高精 度a d 转换器相结合，并通过数据处理，完成地震数据采集，具有重量轻、体 积小、易组网、稳定性好，灵敏度高等特点，是当前发展的趋势j 用于地震勘探的d 转换器是影响数字地震检波器性能的主要部件，要求 精度高、动念范围大、性能稳定，普通的a d 转换器很难达到。目前流行的b r a d 转换器在低频高分辨率应用方面表现出色，它采用高速率采样，用一位量化、积 分器噪声整形和数字滤波技术得到高分辨率数字信号，在新一代地震仪中广泛使 用，并且成为国内外研究的技术重点。 本课题在山东省自然科学基金支持下对高精度数字地震检波器进行理论砚 究和应用设计，目标是基于刖t 骊x t k lm e m s 加速度传感器，设计符合要求的高精度 a d 转换器，构成具有自主知识产权的高精度数字地震检波器。本课题完成的主 要工作有： 1 对调制器的原理进行数学建模和仿真分析 对线性化量化器的调制器进行数学建模分析，以用于地震检波的m e m s 传感器输出信号特征为参数，用m a t l a b 和s i m u l i n k 对调制器做系统级的 仿真。调制器的特点在于运用了过采样和噪声整形技术。通过数学建模和仿 真分析，一阶调制器达到高精度很困难，而高阶、级联等结构的调制器 可以达到高的分辨率，但是要考虑系统的稳定性和参数设计问题。 2 分析开关电容型调制器非理想因素 实际电路存在很多非理想因素，无法精确数学建模，通过分析和仿真开关 电容调制器的各种非理想因素，对实际设计调制器起到预测和指导作用， 电路设计时尽可能降低非理想因素对系统性能的影响。 3 电路实现调制器 用于地震检波的e a a d 转换器结构上分为调制器电路和数字抽取滤波电 路。调制器电路由积分器、比较器、d 触发器和反馈等组成，难点在于选取合适 山东人学硕l j 学位论文 带宽和速度的运放及对积分器阻抗匹配( 即设计合适参数) 。文章从m u l t i s i m 电 路仿真、p c b 布板到电路制板，实现了二阶调制器，通过测试，性能指标满 足设计要求。 4 探索和尝试复杂结构调制器的参数优化 对于地震检波中a d 转换器要达到12 0 d b 以上的分辨率，调制器往往 需要采用性能等同于高阶调制器的改进结构f l 勺y a 调制器( 级联式，插入网 络式等) ，复杂结构的e a 调制器的参数设计是难点。文章创新性的运用模拟退火 算法对用于地震检波中的调制器进行参数设计。 关键词：地震勘探；高精度a d c ；调制器；参数优化 h 山东人学硕士学位论文 a bs t r a c t o i li so n eo ft h em o s ti m p o r t a n te n e r g yo fo u rm o d e ms o c i e t y o i le x p l o r a t i o n w o r k e r sf i n dt h eo i lr e s e r v o i rw i t h i nr e f l e c t e ds o u n dw a v e s ，a n dr e c o r dt h et i m eo f w h i c hs o u n dw a v e sr e f l e c t e db a c k t h e np r o c e s st h ed a t aa n dc o n s t r u c tt h ei m a g eo f u n d e r g r o u n dr o c ks y s t e mb yu s i n gc o m p u t e r g e o p h o n ei sr e s p o n s i b l ef o rr e c e i v i n g a n dp r o c e s s i n gr e f l e c t i o nw a v e sw h i c ha r e g e n e r a t e db ym a n m a d e s e i s m i c t r a d i t i o n a lg e o p h o n ei so n l yas e n s o r , b u tm o d e mg e o p h o n ei sc o m p o s e do fas e n s o r a n da na dc o n v e r t e lw i t h i nm i c r o t e c h n o l o g yt h e ya r ei n t e g r a t e di na c h i pw h i c hi s c a l l e dd i g i t a ls e i s m o g r a p h t h et r a n s m i s s i o no f d i g i t a ls i g n a lh a sh i g hr e l i a b i l i t ya n d i n f o r m a t i v ei nad i g i t a ls e i s m o g r a p h ，a n dw e a ks i g n a lc a nb ep r e s e r v e da sm u c ha s p o s s i b l e ，a sw e l la sn o i s ew o u l db er e d u c e d t h er e s o l u t i o no fa dc o n v e r t e rh a sg r e a te f f o r tt os e i s m o g r a p h ，s oh i g h r e s o l u t i o n ，g o o dd y n a m i cr a n g ea n ds t a b l ep e r f o r m a n c eo fa dc o n v e r t e r si ns e i s m i c e x p l o r a t i o na r er e q u i r e dw h i c hi sd i f f i c u l tt oan o r m a ln y q u i s t a dc o n v e r t e r e a a d c o n v e r t e ri s p o p u l a rb e c a u s eo fo u t s t a n d i n gb e h a v i o ri n t h el o w - f r e q u e n c ya n d h i g h - p r e c i s i o ni m p l e m e n t b ym e a n so fh i 【曲一r a t es a m p l i n g ，o n e - b i tq u a n t i z a t i o n ， i n t e g r a t o rn o i s es h a p i n gt e c h n o l o g ya n dd i g i t a lf i l t e r s ，e a a d ci sa b l et og e th i 曲 r e s o l u t i o n ，s oi ti sw i d e l yu s e di nt h en e wg e n e r a t i o no fs e i s m o g r a p h ，a n dt h em o s to f m a j o rm a n u f a c t u r e r sf o c u so nt h i st e c h n i q u eg r a d u a l l y t h es u b j e c ti st h e o r e t i c a l s t u d ya n da p p l i c a t i o ni m p l e m e n t a t i o no ft h e 1 1 i g h p r e c i s i o nd i g i t a lg e o p h o n es y s t e ms u p p o r ti nt h es h a n d o n gp r o v i n c en a t u r a l s c i e n c e f o u n d a t i o n h i g h - p r e c i s i o na d c o n v e r t e rb a s e so nf r o n t e n dm e m s a c c e l e r o m e t e ra n a l o gs e n s o rw h i c hi n t e g r a t e d 、析t l la na dc o n v e n e ro na c h i pt of o r m as e l f - i n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t so fh i 曲- p r e c i s i o nd i g i t a ls e i s m i cd e t e c t o r t h em a i n j o b si nt h i ss u b j e c ta r e ： 1 m o d e l i n ga n da n a l y s i so fe am o d u l a t o r i na c c o r d a n c ew i t ht h es i g n a lp a r a m e t e rw h i c ho u t p u tb ym e m ss e n s o r so f s e i s m i cd e t e c t i o n ，u s i n gm a t l a ba n ds i m u l i n kt os i m u l a t ez am o d u l a t o ri n s y s t e m - l e v e l t h em a i nf e a t u r e so fx am o d u l a t o ra r eo v e rs a m p l i n ga n dn o i s es h a p i n g i i i - - 。一 山东人学硕士学位论文 b ym a t h e m a t i c a la n ds i m u l a t i o na n a l y s i s ，w ec a nl e a r nf i r s t - o r d e re am o d u l a t o ri s v e r yd i f f i c u l tt oa c h i e v eh i 曲a c c u r a c y , w h i l eh i g ho r d e ra n dc a s c a d e m o d u l a t o r c a na c h i e v eh i g hr e s o l u t i o n 2 a n a l y s i so fn o n - i d e a l i t i e so fs w i t c h e dc a p a c i t o re am o d u l a t o r t h e r ea r em a n yn o n i d e a lf a c t o r si na c t u a lc i r c u i t y o uc a nn o tf i g u r ea c c u r a t e l y t h em a t h e m a t i c a lm o d e l i n g ，e x c e p ta n a l y z ea n ds i m u l a t ea n yp o s s i b l ep h e n o m e n o ni n t h ec i r c u i tl e v e r , s u c ha sf i n i t e a m p l i f i e rg a i na n dc o m p o n e n tm i s m a t c h t h e s e n o n - i d e a lf a c t o r sw i l lr e s u l ti nn o n l i n e a r i t i e sa n dd e g r a d et h es n r ，ah i g h l e v e l m o d e l i n gm e t h o db a s e do nm a t l a bi sp r e s e n t e dw h i c hc o u l dg u i d et h ec i r c u i t d e s i g no fx a m o d u l a t o r 3 c i r c u i t sd e s i g no f m o d u l a t o r e a a dc o n v e r t e ri st h ec a s c a d eo fa na n a l o gm o d u l a t o ra n dad i g i t a lf i l t e r m o d u l a t o rc i r c u i tc o n s i s t so fi n t e g r a t o r , c o m p a r a t o r , df l i p f l o p sa n df e e d b a c k t h e d i f f i c u l t y l i e s i n s e l e c t i n ga p p r o p r i a t eb a n d w i d t ha n ds p e e do fo p a m p ，c h o o s i n g s u i t a b l ep a r a m e t e r so fi n t e g r a t o r , a n dt h ec i r c u i ts t a b i l i t yp r o b l e m s i nd i g i t a ls e c t i o n ， w h e r et h es y s t e mc l o c kg e n e r a t i o n ，d i g i t a lf i l t e r i n ga n dd o w n - s a m p l ed a t at a k ep l a c e b yu s i n gf p g a i nt h i sp a p e r ，t h es e c o n do r d e rx ；am o d u l a t o rc i r c u i t sd e s i g ni s p r e s e n t e da n dt h ep e r f o r m a n c ec a nm e e tt h en e e d s 4 e x p l o r ep a r a m e t e ro p t i m i z a t i o nm e t h o do fc a s c a d ea n di n t e r p o l a t i v el o o p m o d u l a t o r h i 曲- o r d e ra n ds i n g l e - l o o p m o d u l a t o rs u f f e r sf r o mi n s t a b i l i t yp r o b l e m sa n d c o n s i d e r a b l ep e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o nc o m p a r e dt oa ni d e a lm o d u l m o r a na l t e r n a t i v e t oc i r c u m v e n ti n s t a b i l i t i e sw h i l eo b t a i n i n gh i g h - o r d e rs h a p i n gc a nb ef o u n di nt h e c a s c a d ek n di n t e r p o l a t i v el o o pe am o d u l a t o r t h ep r o b l e mi st h ec o e f f i c i e n t sd e s i g n w h i c hi sc o m b i n a t o r i a lo p t i m i z a t i o np r o b l e m s t h es c h e m ea d o p t ss i m u l a t e d a n n e a l i n ga l g o r i t h mt od e s i g np a r a m e t e r s k e yw o r d s ：s e i s m i ce x p l o r a t i o n ；h i ：曲- r e s o l u t i o n a dc o n v e r t e r ；m o d u l a t i o n ； p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n i v 山东人学硕 j 学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景 地震勘探是石油开采中最可靠最常用的技术i 。随着国民经济对 油气需求的增大，对地震勘探的要求也越来越高。而地震检波器的性 能好坏直接决定地震勘探分辨率的高低。目前，国内应用的多是传统 的机电转换式和模拟式地震检波器，这类检波器的主要缺点是抗干扰 能力低、灵敏度低、分辨率低、重量和体积大等。 现在的高精度地震检波器要求做到全数字式，即将数据采集、处 理、控制、存储和通信接口等集成成为数字地震检波器。与模拟地震 检波器相比，数字地震检波器具有精度高、可靠性高、重量轻、体积 小和易组网等优点。新一代全数字地震遥测仪是以m e m s 技术和2 4 位y a a d c 为特征的。 国内在地震检波器高精度和数字化方面的研究与国外相比还有一 定差距。现在国内应用大多是性能较差的模拟检波器，使用的数字地， 震检波器多为进口，价格昂贵，这一现状已经严重影响了我国能源工 业的发展。 一 本课题在山东省自然科学基金支持下对高精度数字地震检波器进 行系统理论研究和应用实现，课题通过对信号放大、滤波、高精度a d ： 转换、数字抽取滤波等技术的研究，采用z a a d 转换等关键技术，实 现精度高、可靠性好、可应用于实际，与前端m e m s 传感器组成具有 自主知识产权的高精度地震检波器。 1 2 地震检波器概述 石油勘探的原理是通过油藏反射的声波找到石油，记录声波反射 回来的时间，再用计算机处理这些数据，构造出地下岩层系统的图像 1 2 】。地震检波器就负责采集和处理声波反射数据。 可见，地震检波器是地震勘探中数据采集的关键部件。传统的地 山东人学硕卜学位论文 震检波器将检测到的模拟信号通过检波导线传到采集站，检波器只是 检测部件，如图1 一l 所示。现在的数字地震检波器是集微型传感器、 执行器、信号处理、控制接口、通信接口和电源为一体的微机电系统。 数字地震检波器与模拟地震检波器相比，具有精度高、故障率低、重 量轻、体积小和易组网等优点。 r ； 采集| 数据 1 卜- 图l l 传统的地震检波器下作原理 目前，地震勘探仪器的发展已经到了第六代全数字地震遥测仪。 典型代表有法国s e r c e l 公司的d s u 系列，美国i o 公司的v c 和v r 系列。系统包含了以m e m s 技术为核心的加速度数字传感器( 取代了 传统的模拟传感器) ，z a 2 4 位a d c ( 取代了先前的瞬时浮点放大器或 14 、l5 位a d 转换器) 。国内在相关技术方面与国外相比还有一定的 差距。 1 3m e m s 加速度传感器概述 m e m s ( m i c r o e l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e m s ) 微机电系统，它通过微 精细加工技术将机械元件、传感器、执行器和电子器件集成在一块芯 ， 片上【引。 ： 在地震勘探中，广泛使用的m e m s 传感器是一种差动电容式微机 械加速度传感器。m e m s 数字加速度传感器通过地震波反射产生的地 下成像来测量微小的地面运动。 典型的用于地震勘探的数字m e m s 加速度传感芯片主要有两部分 组成：微电子技术加工的差动电容传感系统和混合信号专用的集成电 2 山东人学硕i j 学位论义 路模块( a s i c ) 。不同厂家的差动电容传感系统和专用集成电路模块的 具体结构各有不用。如山东威海双丰集团生产的m e m s 加速度传感器 有一个专用混合集成电路模块( a s s e m b l y ) ，该专用模块主要包括c v 变换电路和放大滤波电路1 4j 。 。 振n 信号 电容变 连续电压信号 化信号 数字信暑 身怦 卜 。 a e a d c i m e m sc v 变换放大、预滤波信号处理 ：，上j a s i c 图1 2m e m s 加速度传感芯片原理 幢 用于地震检波器的m e m s 加速度传感器如图1 - 2 所示，当有振动 信号作用于差动电容传感系统时，加速度产生电容极板的位移导致系 统电容的变化，通过c v 变换电路转换为连续电压信号，经过放大和 预滤波后，送入y a a d 转换器，输出多位数字信号。将传感器和信号 处理电路放在同一个芯片上，其思想是将传感器尽可能地靠近信号处 理接口以避免信号衰减和减少噪声【5 1 。 ， 地震勘探野外数据采集具有路途远、情况复杂、干扰多，而且要 求高精度高保真等特点，而m e m s 数字加速度传感器能很好的满足其 需要。从技术角度来看，m e m s 数字加速度传感器有较好的宽带线性 响应和矢量高保真；从实际操作角度来看，它重量轻、成本低、倾斜 补偿好而且容易使用，这些是m e m s 数字加速度传感器相对于传统的 地震检波器的优势【6 1 。 。 1 4 用于地震检波的x a a d c , , a a d 转换( z a a d c ) 最早出现在2 0 世纪初，在近些年是很热 门的研究方向。在通信，消费和专业音响，工业计量和精确测量方面 应用广泛1 7 】。 利用过采样调制技术实现高精度a d 转换有很多优点： 山东人学硕l ：学位论文 ( 1 ) 采用过采样和噪声成形技术降低了基带内的量化噪声，转换 精度高； 。 ( 2 ) 采用过采样降低了前端低通滤波器要求，低分辨率的一位量 化器降低了对模拟元件精度要求； ( 3 ) 大部分电路适合用数字电路实现，其面积和功耗优化前景非 常乐观。 作为m e m s 加速度传感器的接e l 电路，e a a d c 应用广泛。在地 震勘探中，高分辨率的地震采样数据应尽量降低噪声，提高动态范围， 使地震响应真实的反映地下沉积层。另外，m e m s 传感器输出信号幅 度从微伏到毫伏不等，其幅度微弱，这对于抑制噪声和滤波的接口电 路要求很高，而y a a d c 可以很好的满足m e m s 系统这种特征的严格 限制【引。 正是调制技术的这些优良特性使得它在地震勘探中应用广泛。 它使现代地震勘探仪器的a d 转换器发展到2 4 位，瞬时动态范围达到 1 2 0 d b 以上，控制系统的谐波失真度在o 0 0 1 之内，更加准确地记录 大信号背景下的高频弱小信号，使地震勘探具有更高的分辨率和更好 的保真度1 9 1 。 1 5 课题研究内容及方法 i 妊h 瓣h 口 图1 3 数字地震检波器的高精度a d 转换器设计结构图 图1 3 所示是用于数字地震检波器的高精度a d 转换器的结构。 首先用模拟电路实现输入m e m s 信号的预处理，通过调制器后输 出数字位流，用f p g a 提供系统时钟并且进行数字抽取滤波，滤除带 外噪声，降低采样频率，并将位流信号转换成具有给定字长的数字信 号，然后通过数字接口输出，供后续计算机的处理、查询和解释。 课题研究过程如图1 4 所示。首先，查阅资料了解一些基础知识 和国内外本行业的发展方向，确定研究的重点和方法。在对理论有了 4 山东大学硕士学位论文 一定的认识之后，对其进行系统仿真。本文通过s i m u l i n k 模块和 m a t l a b 编程混合的方式实现系统级仿真。系统仿真与电路实现还有 很大的差别，本文使用m u l t i s i m 进行电路行为仿真。在对电路的各模 块和整体都有了清楚的认识之后，用p r o t e l 绘制电路原理图，进行印 制电路板布线，数字部分使用q u a r t u s 软件对c p l d f p g a 完成电路描 述。最后，进行电路板的制作和调试工作。 理论研究 ， li 系统级仿真 地震检波器i - 一一m a t l a b s i m u l i n k 至冷调制器ii 理想月e 理想模型 数字抽取滤波li 晒1 6 论文章节安排 l 电路仿真 m u l t i s i m 电路布板 p r o t e l 电路板 制作、调 试 图卜4 课题研究步骤 本文第一章介绍了课题背景、内容及研究方法。概述了地震勘探 检波器的原理和技术重点，着重介绍了m e m s 加速度传感器和e a a d 转换器在地震检波中的应用。 第二章介绍了e a a d 转换器的原理。运用数学模型和s i m u l i n k 仿 真分析了x a 调制器一阶、高阶及级联结构，简述了数字抽取滤波器的 设计要点。 第三章按照地震检波中m e m s 传感器输出信号的特征，对二阶 调制器的理想和非理想模型用m a t l a b 分别进行系统级的仿真，对比各 种非理想因素对系统的影响，以降低实际电路中的各种噪声和失真。 第四章从电路设计、m u l t i s i m 仿真、p c b 布板、制版到电路调试， 最终完成用于地震检波的二阶厶调制器的电路。 第五章针对级联式和插入网络式等复杂结构的x a 调制器，探索和 尝试运用模拟退火算法设计参数，这种方法可同样用于地震检波中任 何高阶拓扑结构x a 调制器的参数设计。 第六章对课题进行总结和前景展望。 山东人学硕r t ：学位论文 第二章a a d c 原理及分析 2 1 a a d c 基础 2 1 1a d 转换器 地震勘探系统中实际的采集控制对象是模拟量，需要将这些模拟 信号转换成数字信号，再用计算机识别处理。 一 ， 模数转换的过程就是时间上的采样和幅度上的量化【l0 1 。采样是以 一定的采样间隔对模拟信号进行时间离散的过程。为了使采样后仍 能准确地恢复原信号，采样频率f s 必须大于信号最高频率f b 的两倍， 即f 。 _ 2 f b ，这就是采样定理，称f ：2 f b 为n y q u i s t 采样频率，以n y q u i s t 采样频率进行的采样叫做n