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作者简介：周舜铭(1989-)，男，浙江省诸暨市；中国地质大学（北京）本科在读。研究方向：电子信息
基金项目：中国地质大学（北京）学生科技活动基金资助课题
摘要：本文介绍一种使用AD5445 DA芯片实现的核能谱信号可程控放大电路，该电路的程控精度为12位，信号带宽为10MHz，能适用于X荧光和伽玛能谱测量系统。将AD5445芯片应用于可程控放大电路能获得较高的性价比，在程控放大电路设计中具有一定的参考价值。
关键词: 程控放大器 AD5445 核能谱测量
中图分类号：TL821文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)10(b)-0000-00
核辐射测量是一种交叉性、综合性很强的技术，对某些电测量仪器的精度要求很高，[]目前该技术已经成为一种重要的物质成分分析手段。以单片机为基础的虚拟仪器测量系统的出现，是电子电工测量的一项重大变革。为拓宽测量仪器的测量范围，虚拟仪器需要具有与传统测量方法相同的增益调节功能，显然增益调节已经不宜采用传统的多档开关来实现。由于测量的需要，在某些电测仪器中，需要测试信号能根据要求连续调节增益，实现程控测试，并且能产生各种不同测试波形。核能谱信号探测技术中，探头采用最常用的NaI晶体，其信号幅度0.05—3.5V，脉冲宽度1—5μs，在探测过程中，为使核能谱信号增益程控可调，并能获得较高的增益精度，本文介绍一种使用AD5445 DA芯片实现核能谱信号的可程控放大。
1 12位并行高速D/A转换芯片AD5445简介
AD5445系列是一类12位并行高速D/A转换芯片，该芯片采用CMOS亚微米工艺制造，能够提供出色的四象限乘法特性，大信号乘法带宽最高可达10MHz。此外，该系列芯片还具有数据反馈功能，可以读取芯片内部寄存器的数据。此芯片可以方便地应用于精密仪器的输出控制系统中。
传统8位D/A转换芯片DAC0832，原有低功耗，转换控制容易等优点，其精度为1/28；12位D/A转换芯片AD5445在保持DAC0832芯片的优点上，将精度改为1/212，进一步提升了转换精度，并具有10MHz的带宽，能有效提高核脉冲的通过率。
2 AD5445两种不同的输出方式
从AD5445输出端流出的是电流信号，需要通过运放电路将电流信号转换为电压信号，AD5445与运放芯片可构成单极性和双极性两种不同方式的输出电路，在信号经过AD5445芯片的时候，可以根据对输出信号幅值的要求，设定AD5445数字输入端的值。
单极性输出电路工作时，输入端接入探测信号，经过AD5445，从OUT1输出电流信号。经过运放芯片将输出的电流信号转换为电压信号VOUT，其与AD5445输入端信号VREF存在一固定关系：
VOUT=-（VREF*D/2n）
其中n为12，即AD5445精度，D为12位二进制输入。
与单极性输出电路相对的是双极性输出电路。从单极性输出电路工作模式可以得知，输出信号幅值的极性与输入信号幅值的极性是相反的，如若想得到与输入信号同极性的输出信号，需要在运放电路后再添加增益为-1的放大电路。双极性输出电路可避免这一缺陷，输出信号可以根据D的不同取值得到不同极性。双极性输出电路工作时，其各接口与单极性输出电路相同。运放芯片输出电压VOUT与AD5445输入端VREF也存在一固定关系：
VOUT=（VREF*D/2n-1）-VREF
3 采用AD5445实现的可程控核能谱信号放大器电路
3.1核能谱信号放大器设计
核能谱探测器输出的电信号加载到可程控核能谱放大器电路的输入端，经微分电路后出现下冲现象，为消除此现象，增加极零相消电路。由于信号幅值较小，将信号经过初级放大处理，得到幅值较大信号。为了使信号的极性能够根据要求选取，在初级放大处理后添加一反相电路。
探测器输出的电信号经过极零相消，初级放大后，转变成了不利于测量幅值等属性的尖顶波形，为使尖顶波形变光滑便于测量，在极性选择后添加两个二阶巴特沃斯滤波器成形电路。
将经过滤波成形后的信号接入AD5445输入端，实现信号的可程控衰减。由于可程控核能谱信号放大器有精度较高要求，单极性输出电路在精度上略高于双极性输出电路，故可程控核能谱信号放大器采用AD5445单极性输出方式。
核能谱信号从AD5445处理完输出，处理后信号夹带着直流分量。直流分量不利于信号幅值检测，因此先对信号进行取直流操作，接着将信号跟取出的直流分量做差，得到不含直流分量的信号。
3.2 AD5445与STC12C5A16S2单片机连接构成程控电路部分
为使探测信号增益程控可调，将AD5445与STC12C5A16S2单片机相连，构成信号增益程控电路部分。
传统8位D/A转换芯片DAC0832与单片机连接时，P0口作为数据口与DAC0832中八个数据位依次相连，用于程控DAC0832工作。AD5445较DAC0832而言，多出四个数据位，因此，在P0作为数据口的同时，需要扩展其余I/O口作为剩余的四个数据口，以确保AD5445工作时能够达到预期12位精度。
AD5445与STC12C5A16S2单片机连接时，P0口作为低八位数据口使用，P1.0~P1.3作为高四位数据口使用。
单片机控制AD5445工作时，P0和P1口的高低电平可以根据输出信号具体要求设定，单片机上某些功能口与AD5445连接，编写程序时应使其能满足AD5445的工作时序，进而达到程控放大的目的。
4 结语
本文介绍了一种使用AD5445芯片实现的核能谱信号可程控放大电路，在上述电路实例中，AD5445采取单极性输出，设计的核能谱信号放大器程控的精度为1/212。另外，由于AD5445与单片机相连，在D/A转换时，不必通过传统的多档开关进行数字量D的输入，直接编程用单片机控制AD5445就能进行数字量D的输入，进而实现核能谱信号增益的软件连续可调。
参考文献
[1] 金玉田.程控放大器实现方法研究[J].电测与仪表,1997.7.
[2] 李东仓,杨磊,田勇,袁树林.基于Sallen-Key滤波器的核脉冲成形电路研究[J].核电子学与探测技术,2008.
[3] 王相杰,杨全玖.一种高速模数转换电路在核电子学中的应用[J].国外电子测量技术,2010.2.
[4] 卢文汐.基于单片机的程控放大器的设计与应用[J].信息与电脑,2010.7.
基金项目：中国地质大学（北京）学生科技活动基金资助课题
摘要：本文介绍一种使用AD5445 DA芯片实现的核能谱信号可程控放大电路，该电路的程控精度为12位，信号带宽为10MHz，能适用于X荧光和伽玛能谱测量系统。将AD5445芯片应用于可程控放大电路能获得较高的性价比，在程控放大电路设计中具有一定的参考价值。
关键词: 程控放大器 AD5445 核能谱测量
中图分类号：TL821文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2011)10(b)-0000-00
核辐射测量是一种交叉性、综合性很强的技术，对某些电测量仪器的精度要求很高，[]目前该技术已经成为一种重要的物质成分分析手段。以单片机为基础的虚拟仪器测量系统的出现，是电子电工测量的一项重大变革。为拓宽测量仪器的测量范围，虚拟仪器需要具有与传统测量方法相同的增益调节功能，显然增益调节已经不宜采用传统的多档开关来实现。由于测量的需要，在某些电测仪器中，需要测试信号能根据要求连续调节增益，实现程控测试，并且能产生各种不同测试波形。核能谱信号探测技术中，探头采用最常用的NaI晶体，其信号幅度0.05—3.5V，脉冲宽度1—5μs，在探测过程中，为使核能谱信号增益程控可调，并能获得较高的增益精度，本文介绍一种使用AD5445 DA芯片实现核能谱信号的可程控放大。
1 12位并行高速D/A转换芯片AD5445简介
AD5445系列是一类12位并行高速D/A转换芯片，该芯片采用CMOS亚微米工艺制造，能够提供出色的四象限乘法特性，大信号乘法带宽最高可达10MHz。此外，该系列芯片还具有数据反馈功能，可以读取芯片内部寄存器的数据。此芯片可以方便地应用于精密仪器的输出控制系统中。
传统8位D/A转换芯片DAC0832，原有低功耗，转换控制容易等优点，其精度为1/28；12位D/A转换芯片AD5445在保持DAC0832芯片的优点上，将精度改为1/212，进一步提升了转换精度，并具有10MHz的带宽，能有效提高核脉冲的通过率。
2 AD5445两种不同的输出方式
从AD5445输出端流出的是电流信号，需要通过运放电路将电流信号转换为电压信号，AD5445与运放芯片可构成单极性和双极性两种不同方式的输出电路，在信号经过AD5445芯片的时候，可以根据对输出信号幅值的要求，设定AD5445数字输入端的值。
单极性输出电路工作时，输入端接入探测信号，经过AD5445，从OUT1输出电流信号。经过运放芯片将输出的电流信号转换为电压信号VOUT，其与AD5445输入端信号VREF存在一固定关系：
VOUT=-（VREF*D/2n）
其中n为12，即AD5445精度，D为12位二进制输入。
与单极性输出电路相对的是双极性输出电路。从单极性输出电路工作模式可以得知，输出信号幅值的极性与输入信号幅值的极性是相反的，如若想得到与输入信号同极性的输出信号，需要在运放电路后再添加增益为-1的放大电路。双极性输出电路可避免这一缺陷，输出信号可以根据D的不同取值得到不同极性。双极性输出电路工作时，其各接口与单极性输出电路相同。运放芯片输出电压VOUT与AD5445输入端VREF也存在一固定关系：
VOUT=（VREF*D/2n-1）-VREF
3 采用AD5445实现的可程控核能谱信号放大器电路
3.1核能谱信号放大器设计
核能谱探测器输出的电信号加载到可程控核能谱放大器电路的输入端，经微分电路后出现下冲现象，为消除此现象，增加极零相消电路。由于信号幅值较小，将信号经过初级放大处理，得到幅值较大信号。为了使信号的极性能够根据要求选取，在初级放大处理后添加一反相电路。
探测器输出的电信号经过极零相消，初级放大后，转变成了不利于测量幅值等属性的尖顶波形，为使尖顶波形变光滑便于测量，在极性选择后添加两个二阶巴特沃斯滤波器成形电路。
将经过滤波成形后的信号接入AD5445输入端，实现信号的可程控衰减。由于可程控核能谱信号放大器有精度较高要求，单极性输出电路在精度上略高于双极性输出电路，故可程控核能谱信号放大器采用AD5445单极性输出方式。
核能谱信号从AD5445处理完输出，处理后信号夹带着直流分量。直流分量不利于信号幅值检测，因此先对信号进行取直流操作，接着将信号跟取出的直流分量做差，得到不含直流分量的信号。
3.2 AD5445与STC12C5A16S2单片机连接构成程控电路部分
为使探测信号增益程控可调，将AD5445与STC12C5A16S2单片机相连，构成信号增益程控电路部分。
传统8位D/A转换芯片DAC0832与单片机连接时，P0口作为数据口与DAC0832中八个数据位依次相连，用于程控DAC0832工作。AD5445较DAC0832而言，多出四个数据位，因此，在P0作为数据口的同时，需要扩展其余I/O口作为剩余的四个数据口，以确保AD5445工作时能够达到预期12位精度。
AD5445与STC12C5A16S2单片机连接时，P0口作为低八位数据口使用，P1.0~P1.3作为高四位数据口使用。
单片机控制AD5445工作时，P0和P1口的高低电平可以根据输出信号具体要求设定，单片机上某些功能口与AD5445连接，编写程序时应使其能满足AD5445的工作时序，进而达到程控放大的目的。
4 结语
本文介绍了一种使用AD5445芯片实现的核能谱信号可程控放大电路，在上述电路实例中，AD5445采取单极性输出，设计的核能谱信号放大器程控的精度为1/212。另外，由于AD5445与单片机相连，在D/A转换时，不必通过传统的多档开关进行数字量D的输入，直接编程用单片机控制AD5445就能进行数字量D的输入，进而实现核能谱信号增益的软件连续可调。
参考文献
[1] 金玉田.程控放大器实现方法研究[J].电测与仪表,1997.7.
[2] 李东仓,杨磊,田勇,袁树林.基于Sallen-Key滤波器的核脉冲成形电路研究[J].核电子学与探测技术,2008.
[3] 王相杰,杨全玖.一种高速模数转换电路在核电子学中的应用[J].国外电子测量技术,2010.2.
[4] 卢文汐.基于单片机的程控放大器的设计与应用[J].信息与电脑,2010.7.