可程控核能譜信號放大器中AD5445的應用

作者簡介：周舜銘(1989-)，男，浙江省諸暨市；中國地質大學（北京）本科在讀。研究方向：電子信息

基金項目：中國地質大學（北京）學生科技活動基金資助課題

摘要：本文介紹一種使用AD5445 DA芯片實現的核能譜信號可程控放大電路，該電路的程控精度為12位，信號帶寬為10MHz，能適用于X熒光和伽瑪能譜測量系統。將AD5445芯片應用于可程控放大電路能獲得較高的性價比，在程控放大電路設計中具有一定的參考價值。

關鍵詞: 程控放大器 AD5445 核能譜測量

中圖分類號：TL821文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

核輻射測量是一種交叉性、綜合性很強的技術，對某些電測量儀器的精度要求很高，[]目前該技術已經成為一種重要的物質成分分析手段。以單片機為基礎的虛擬儀器測量系統的出現，是電子電工測量的一項重大變革。為拓寬測量儀器的測量范圍，虛擬儀器需要具有與傳統測量方法相同的增益調節功能，顯然增益調節已經不宜采用傳統的多檔開關來實現。由于測量的需要，在某些電測儀器中，需要測試信號能根據要求連續調節增益，實現程控測試，并且能產生各種不同測試波形。核能譜信號探測技術中，探頭采用最常用的NaI晶體，其信號幅度0.05—3.5V，脈沖寬度1—5μs，在探測過程中，為使核能譜信號增益程控可調，并能獲得較高的增益精度，本文介紹一種使用AD5445 DA芯片實現核能譜信號的可程控放大。

1 12位并行高速D/A轉換芯片AD5445簡介

AD5445系列是一類12位并行高速D/A轉換芯片，該芯片采用CMOS亞微米工藝制造，能夠提供出色的四象限乘法特性，大信號乘法帶寬最高可達10MHz。此外，該系列芯片還具有數據反饋功能，可以讀取芯片內部寄存器的數據。此芯片可以方便地應用于精密儀器的輸出控制系統中。

傳統8位D/A轉換芯片DAC0832，原有低功耗，轉換控制容易等優點，其精度為1/28；12位D/A轉換芯片AD5445在保持DAC0832芯片的優點上，將精度改為1/212，進一步提升了轉換精度，并具有10MHz的帶寬，能有效提高核脈沖的通過率。

2 AD5445兩種不同的輸出方式

從AD5445輸出端流出的是電流信號，需要通過運放電路將電流信號轉換為電壓信號，AD5445與運放芯片可構成單極性和雙極性兩種不同方式的輸出電路，在信號經過AD5445芯片的時候，可以根據對輸出信號幅值的要求，設定AD5445數字輸入端的值。

單極性輸出電路工作時，輸入端接入探測信號，經過AD5445，從OUT1輸出電流信號。經過運放芯片將輸出的電流信號轉換為電壓信號VOUT，其與AD5445輸入端信號VREF存在一固定關系：

VOUT=-（VREF*D/2n）

其中n為12，即AD5445精度，D為12位二進制輸入。

與單極性輸出電路相對的是雙極性輸出電路。從單極性輸出電路工作模式可以得知，輸出信號幅值的極性與輸入信號幅值的極性是相反的，如若想得到與輸入信號同極性的輸出信號，需要在運放電路后再添加增益為-1的放大電路。雙極性輸出電路可避免這一缺陷，輸出信號可以根據D的不同取值得到不同極性。雙極性輸出電路工作時，其各接口與單極性輸出電路相同。運放芯片輸出電壓VOUT與AD5445輸入端VREF也存在一固定關系：

VOUT=（VREF*D/2n-1）-VREF

3 采用AD5445實現的可程控核能譜信號放大器電路

3.1核能譜信號放大器設計

核能譜探測器輸出的電信號加載到可程控核能譜放大器電路的輸入端，經微分電路后出現下沖現象，為消除此現象，增加極零相消電路。由于信號幅值較小，將信號經過初級放大處理，得到幅值較大信號。為了使信號的極性能夠根據要求選取，在初級放大處理后添加一反相電路。

探測器輸出的電信號經過極零相消，初級放大后，轉變成了不利于測量幅值等屬性的尖頂波形，為使尖頂波形變光滑便于測量，在極性選擇后添加兩個二階巴特沃斯濾波器成形電路。

將經過濾波成形后的信號接入AD5445輸入端，實現信號的可程控衰減。由于可程控核能譜信號放大器有精度較高要求，單極性輸出電路在精度上略高于雙極性輸出電路，故可程控核能譜信號放大器采用AD5445單極性輸出方式。

核能譜信號從AD5445處理完輸出，處理后信號夾帶著直流分量。直流分量不利于信號幅值檢測，因此先對信號進行取直流操作，接著將信號跟取出的直流分量做差，得到不含直流分量的信號。

3.2 AD5445與STC12C5A16S2單片機連接構成程控電路部分

為使探測信號增益程控可調，將AD5445與STC12C5A16S2單片機相連，構成信號增益程控電路部分。

傳統8位D/A轉換芯片DAC0832與單片機連接時，P0口作為數據口與DAC0832中八個數據位依次相連，用于程控DAC0832工作。AD5445較DAC0832而言，多出四個數據位，因此，在P0作為數據口的同時，需要擴展其余I/O口作為剩余的四個數據口，以確保AD5445工作時能夠達到預期12位精度。

AD5445與STC12C5A16S2單片機連接時，P0口作為低八位數據口使用，P1.0~P1.3作為高四位數據口使用。

單片機控制AD5445工作時，P0和P1口的高低電平可以根據輸出信號具體要求設定，單片機上某些功能口與AD5445連接，編寫程序時應使其能滿足AD5445的工作時序，進而達到程控放大的目的。

4 結語

本文介紹了一種使用AD5445芯片實現的核能譜信號可程控放大電路，在上述電路實例中，AD5445采取單極性輸出，設計的核能譜信號放大器程控的精度為1/212。另外，由于AD5445與單片機相連，在D/A轉換時，不必通過傳統的多檔開關進行數字量D的輸入，直接編程用單片機控制AD5445就能進行數字量D的輸入，進而實現核能譜信號增益的軟件連續可調。

參考文獻

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