Согласование сигнала с каналом связи
Если непрерывный источник при данной точности воспроизведения 6 имеет скорость создания сообщений С, то можно закодировать сообщение на выходе источника и передавать его по каналу связи с пропускной способностью С приточности воспроизведения, как угодно близкой к 8 (т.е. без дополнительных погрешностей в канале), если только С > С. Это означает, что возможна передача с любой заранее заданной малой погрешностью, сколь угодно меньшей величины помех в канале, если только скорость создания сообщений меньше или равна пропускной способности канала. Следует иметь в виду, что при 8 > О скорость создания сообщений стремится к бесконечности и к каналу предъявляются требования бесконечно большой пропускной способности. Методы передачи при С = С сильно усложняются, появляются большие задержки во времени при кодировании и декодировании. Чем больше превышение С над С, тем легче осуществить передачу и прием и тем проще аппаратура. Реальные системы построены с весьма значительным превышением С над С. Если С < С, то принципиально неустранимы дополнительные погрешности, наблюдается потеря части информации в канале из-за помех, так что первоначальная точность воспроизведения 8 не сохраняется. При С < С является необходимым согласование полосы пропускания сигнала с каналом. Необходимо согласовать еще их частотные характеристики. Например, передача сигнала возможна только в том случае, если F < FK, где F - частота передачи; FK - граничная частота передачи в канале. Если это неравенство не соблюдается, то для передачи сигнала в данном канале необходимо так перекодировать сигнал, чтобы частота уменьшилась до уровня FK. При этом неизбежно произойдет соответствующее увеличение времени передачи Т. Происходит так называемый обмен частоты сигнала на время передачи. Если, например, сигнал, записанный на магнитофонную ленту, передавать в канал, снизив вдвое скорость протяжки ленты, то, естественно, уменьшится в 2 раза и верхняя частота спектра сигнала F. При этом в 2 раза увеличится время передачи, а количество информации сохранится прежним. Возможен также обмен мощности сигнала на полосу частот или время. Увеличение мощности сигнала при сохранении уровня помех и, следовательно, шага квантования по уровню позволит соответственно увеличить число уровней и перейти к коду с большим основанием п. Код с большим основанием короче и требует меньшего времени Т для передачи. Время передачи теперь нетрудно выразить в частоте. Физически именно за счет таких преобразований возможна передача сигналов по каналу связи с помехами с погрешностью 8, значительно меньшей уровня помех в канале. Если даже Рс < Рп, то пропускная способность канала все еще остается конечной, и если она больше или равна С, то можно получить сколь угодно малую погрешность при передаче, пока соблюдается неравенство С > С. Это приводит к удлинению времени передачи при специальных методах приема путем синхронного накопления сигнала, при котором помехи, носящие случайный характер, уменьшаются, а сигнал, носящий систематический характер, увеличивается с ростом числа циклов накопления.
3.5 Преимущества разрабатываемого устройства
Разрабатываемая мною комплексная скважинная аппаратура предназначена для геофизических и гидродинамических исследований нефтяных скважин ,и представляет собой электромеханическое устройство с информационно-измерительной системой, которая одновременно измеряет и передает информацию по всем перечисленным параметрам помехозащищенным цифровым кодом Манчестер-2.
Базовый модуль аппаратуры позволяет осуществить комплекс исследований по параметрам: давление, температура, локация муфт, гамма-каротаж, влагосодержание, определение мест притока и поглощения.
Аппаратура оснащена стыковочным узлом для подключения дополнительных модулей по контролю за разработкой нефтяных месторождений.
Глубинный прибор:
· Одновременно измеряет и передаёт информацию помехозащищённым цифровым кодом Манчестер-2;
· Может работать с каротажными регистраторами;
· Обладает высокой скоростью обновления передаваемых данных до 4-5 раз в секунду по каждому из параметров;
· Питание может осуществляться от любого источника стабилизированного тока или напряжения через одножильный бронированный геофизический кабель;
· Возможно использование при высоких рабочих температурах (до 220 С).
4 Существующие аналоги элементной базы
4.1 Операционные усилители
Операционные усилители обычно используют для согласования выходных сигналов инструментальных усилителей с входным диапазоном АЦП. OPA2333-HT - это сдвоенный ОУ, характеризующийся ультранизким потреблением 80 мкА (макс.), низким напряжением сдвига и дрейфа (26 мкВ и 0,05 мкВ/°С соответственно). Rail-to-Rail входы и выход обеспечивают максимальное использования диапазона сигнала при напряжении питания от 1,8 до 5,5 В.
Есть также в этой коллекции прецизионный усилитель OPA211-HT с напряжением питания от ±2,25 до ±18 В, широкой полосой пропускания 80 МГц и Rail-to-Rail выходом. Усилитель отличается очень низким уровнем шумов 80 нВ (от пика до пика) в полосе частот от 0,1 до 10 Гц. Спектральная плотность шума на частоте 1 кГц составляет всего 1,1 нВ/√Гц. Выходной ток OPA211-HT достигает 30 мА. Эти параметры позволяют получить очень широкий динамический диапазон усиления сигнала.
Прецизионные операционные усилители чаще всего используют для предварительного усиления выходных сигналов датчиков. Высокий коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) делает их незаменимыми для подавления синфазных помех, которые наводятся на высокоомные выходы некоторых датчиков. Прецизионный усилитель INA129-HT с низким потреблением предназначен для усиления сигналов мостовых датчиков, термопар, терморезисторов и датчиков, используемых в медицине. Высокий КОСС 120 дБ (минимальное значение), низкое напряжение смещения 50 мкВ (макс.), широкий диапазон напряжений питания от 2,25 до 18 В, встроенная защита входов до 40 В позволяют проектировать надежные усилительные каскады для приложений с жесткими условиями эксплуатации.
При проектировании однополярных усилительных каскадов нельзя обойти вниманием операционные усилитель INA333-HT с очень популярным диапазоном напряжений питания от 1,8 до 5,5 В. Стоит обратить внимание, что минимальное значение напряжения питания составляет всего 1,8 В. Усилитель имеет встроенные фильтры радиочастотных помех на каждом входе, низкую спектральную плотность шума 50 нВ/√Гц. Напряжение шумов (от пика до пика) в полосе частот от 0,1 до 10 Гц не превышает 1,6 мкВ.
Нельзя обойти вниманием анонсированный к выпуску в ближайшее время операционные усилитель INA117-HT, имеющий очень высокий допустимый уровень синфазных помех на входах до ±200 В при напряжении питания ±15 В. Защита входов от синфазных и дифференциальных помех до ±500 В, очень высокая линейность передаточной характеристики (нелинейность всего 0,001%) дополнительно повышают интерес к этому усилителю.
Для усиления сигнала датчика тока верхнего плеча Texas Instruments выпускает специализированный операционные усилитель INA271-HT с однополярным напряжением питания от 2,7 до 18 В. Усилитель обладает широким диапазоном допустимого синфазного напряжения на входе от -16 до 80 В и высокой точностью. Полоса пропускания этого усилителя достигает 130 кГц, что обеспечивает высокую скорость реакции на сигналы от датчика тока.
Очень важно упомянуть то,что вышеперечисленные элементы работают в диапазоне от -50 и до +220 по цельсию.
В дальнейшем было решено использовать ОУ INA333-HT