介紹了一種利用D／A轉(zhuǎn)換器MAX551實(shí)現(xiàn)程控放大器的方法，該法已成功地應(yīng)用于X射線熒光譜儀放大器中。
??? 關(guān)鍵詞：MAX551，程控放大器，D／A轉(zhuǎn)換器
　　
1引言
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟和普及，程控儀器設(shè)備已成為儀器自動(dòng)化的重要手段之一。在筆者使用的X熒光分析儀中，欲對(duì)譜儀實(shí)現(xiàn)軟件調(diào)節(jié)放大倍數(shù)和自動(dòng)穩(wěn)譜，必須對(duì)放大電路進(jìn)行程控化。程控化需要考慮以下兩個(gè)因素：（1）程控電路加入后要滿足系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)上升時(shí)間的要求，（2）程控電路的加入不能影響原系統(tǒng)的平均計(jì)數(shù)率。利用MAX551對(duì)其譜放大器部分進(jìn)行改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的程控放大器能夠較好地滿足上述兩個(gè)要求。
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2MAX551簡介
　　MAX551為串行輸入電流型D／A芯片，具有12位分辨率，其內(nèi)部包括12位移位寄存器、12位DAC寄存器、12位D／A轉(zhuǎn)換器、上電復(fù)位電路和反饋電阻等，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　通過添加外部電流電壓轉(zhuǎn)換器，輸出電流（IOUT）可以轉(zhuǎn)換為電壓。MAX551的數(shù)字量的輸入是三線串行輸入，其串行接口兼容SPI及MICROWIRE標(biāo)準(zhǔn)，其輸入時(shí)序如圖2所示。參考輸入端REF可輸入固定的或時(shí)變的電壓信號(hào)以及電流信號(hào)。MAX551可工作于單極性方式或雙極性方式。所有的輸入腳均兼容TTL及CMOS電平。 3程控電路的設(shè)計(jì)
　　程控電路部分的原理圖如圖3所示。前級(jí)放大器的輸出連至MAX551的參考輸入端REF引腳，輸出端連至MAX4101寬帶運(yùn)放進(jìn)行電流－電壓轉(zhuǎn)換。C1用來消除由MAX551的輸出電容和內(nèi)部反饋電阻RFB所形成的極點(diǎn)，避免和高速運(yùn)放MAX4101相連后輸出產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象。這樣，程控放大電路的時(shí)間常數(shù)由MAX551的等效輸出電阻、等效輸出電容及MAX4101的等效輸入電容決定。而MAX551的等效輸出電阻約為7．5k，等效輸出電容約為14～20pF，MAX4101的輸入電容約為1～2pF。因此，由τ＝R·C，理論上程控放大電路時(shí)間 常數(shù)最大約為112～165ns，小于原始譜信號(hào)的時(shí)間常數(shù)，使得原始譜信號(hào)通過程控部分后，滿足設(shè)計(jì)時(shí)A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)譜信號(hào)的要求。MAX551工作于單極性方式：當(dāng)D／A輸入為全1時(shí)，輸出電壓信號(hào)Vout與輸入電壓信號(hào)Vin的關(guān)系式為：Vout＝－（4095／4096）×Vin；輸入全0時(shí)，Vout＝0。輸入最高位為1時(shí)，Vout＝－Vin／2，可將此狀態(tài)設(shè)為開機(jī)時(shí)的正常工作狀態(tài)，以便對(duì)上下留有充足的調(diào)節(jié)量。若此時(shí)電壓幅度過低，可以在MAX551第3腳與MAX4101的第6腳間串聯(lián)一合適的電阻，進(jìn)行適當(dāng)?shù)胤糯?；或在后面再加一?jí)運(yùn)放，使得脈沖信號(hào)幅度符合A／D轉(zhuǎn)換器的要求。程控放大器的分辨率可達(dá)1／4096。對(duì)于筆者使用的X熒光分析儀，A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度為10位，則A／D轉(zhuǎn)換器的最大分辨約為1／1024。加入此程控放大部分，其輸出電壓的最小調(diào)節(jié)量約為A／D轉(zhuǎn)換器最大分辨量的1／4。也就是說，如果與A／D轉(zhuǎn)換器相匹配的多道為1024道（這也是此A／D轉(zhuǎn)換器的最大分辨能力），則程控?cái)?shù)字量每變化4時(shí)，峰位才變化1道，完全可以實(shí)現(xiàn)細(xì)至1道的峰位調(diào)節(jié)，滿足譜儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論
　　在放大器輸入端加入一模擬探測(cè)器的脈沖信號(hào)經(jīng)成形放大電路后其脈沖為負(fù)極性，其前沿下降時(shí)間約為562ns，脈沖寬度約為1．32μs，如圖4（a）所示；再經(jīng)過程控電路部分后，其前沿上升時(shí)間約為616ns，脈沖寬度約為1．36μs，如圖4（b）所示（此時(shí)MAX551設(shè)為全1）。由于上升時(shí)間和時(shí)間常數(shù)的關(guān)系為：tr＝2.2τ,且整個(gè)電路的時(shí)間常數(shù)與各部分電路時(shí)間常數(shù)的關(guān)系為：τ2＝τ21＋τ2 2，可以計(jì)算出程控電路的時(shí)間常數(shù)約為115ns，與理論值相符。由于程控電路部分的時(shí)間常數(shù)小于前級(jí)電路的時(shí)間常數(shù)，使得通過程控放大器后的信號(hào)波形的上升時(shí)間和脈沖寬度與原來相當(dāng)，基本上保持了原電路的信號(hào)波形和平均計(jì)數(shù)率。改變MAX551的數(shù)字輸入，其輸 出波形的上升時(shí)間與脈沖寬度的值如表1所示。由表1可見，隨著MAX551數(shù)字輸入的改變，并不改變其輸出波形的上升時(shí)間和脈沖寬度，因此，通過程控放大器調(diào)節(jié)放大倍數(shù)時(shí)并不會(huì)改變其輸出波形的形狀。由于MAX551具有良好的線形和分辨率，因此可以通過設(shè)置其數(shù)字輸入而實(shí)現(xiàn)譜儀放大倍數(shù)的軟件設(shè)定以及自動(dòng)穩(wěn)譜功能的實(shí)現(xiàn)。
??? 綜上所述，程控電路部分的引入，并沒有使原放
大信號(hào)的波形發(fā)生歧變，滿足A／D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入脈沖波形的要求；同時(shí)也基本保持了原放大電路的平均計(jì)數(shù)率。通過恰當(dāng)?shù)慕涌?，可以用軟件設(shè)置MAX551的數(shù)字量輸入，從而方便地實(shí)現(xiàn)譜儀放大倍數(shù)的設(shè)定以及自動(dòng)穩(wěn)譜功能。
1　江輯光．電路原理．北京：清華大學(xué)出版社，2000