基于∑-△的地震采集系统前置放大器探讨

0 引言
勘探中的仪，原前端采用采样／保持电路+瞬时浮点放大器(FPA)+14位逐次比较式A／D转换，由于采样／保持电路的平顶处理过程是为了配合FPA来实现A／D转换的范围扩展，但其严重抑制了高频反射信号，现大多改进为∑-△技术来完成A／D转换。目前使用∑-△ A／D转换器的系统中，其前端，在信号调理上多为线性放大器。本文通过对地震信号的时间衰减性分析，对配合∑-△ A／D转换器的改为非线性放大电路，尽可能发挥∑-△A／D转换器的优点，以求拓展其动态范围，提高小信号拾取能力。

1 地震信号时域特征分析
由Sinc子波改进后得到的合成模型模拟实际地震记录，如图1所示。

在图1中发现地震信号中处于能量相对集中的大信号段占了信号幅度的80％以上，而有效代表地震反射层的小信号段只能占10％以下。文献提出一种智能程控型，它的增益随深度自动增大，地层深度从O．5～3．0 s，放大器的增益依次为O dB，18 dB，24 dB，30 dB，36 dB和42 dB。显然这种处理方法对配合∑-△技术完成A／D转换，使∑-△A／D转换器良好的24位处理能力等优点能够获得到更好的体现。但这种步进式增益调整的方法，其增益调整过程中在时域信号上的切换会破坏时域信号的连续性，而对于采用超采样技术的∑-△A／D转换器，会产生信号的畸变，使数据恢复回放过程产生干扰。由于其采用了固定时段的增益切换，不能将切换产生的干扰视同噪声，故无法在∑-△A／D转换器的数字滤波过程完成抑制处理。
这样，问题变为如何在保证时域波形连续性的条件下，使前置放大器在信号调理上能够对大、小信号不以同一增益进行放大，且大小信号的分界点可以通过自动确知性设定。

2 电路方案与电路原理
基于以上问题，本文提出非线性前置信号调理的方法，非线性放大电路的原理图如图2所示。

由文献分析可知：
(1)当输入信号Ui满足：时，U0|EX+1．2 |，D1，D2均不导通，这时电路的放大倍数为：Av1=-16。
(2)当输入信号Ui满足：时，U0>|EX+1．2|，D1，D2均导通，这时电路的放大倍数为：Av2=Av2’=-1。
(3)可调变的EX，可以对Ui设定不同的大小信号放大限幅范围，同时对大信号输入与输出依然保持了线性关系，不会丢失大信号中的有效成分。

3 含单片机、DAC实现可调EX的电路
系统整体Proteus仿真电路如图3所示，图中单片机Ul采用了AT89C51，通过AT89C51的P2口对U2 DAC0808置入不同的8位数据(A1，A2，…，A8)，实现前述非线性放大电路中EX的步进设置。