利用MAX551实现程控谱仪放大器

电子工程师　．２８Ｎｏ．３　２００２　利用ＭＡＸ５５１实现程控谱仪放大器　Ａ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＡＸ５５１　四川大学原子核科学技术研究所　（成都６ｌ００６４）　王　鹏　李泰华　【摘要】介绍了一种利用Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５５１实现程控放太器的方法．谊法已成功　地应用于ｘ射线荧光谱仪放太器中。　关键词：ＭＡＸ５５１，程控放大器，Ｄ／Ａ转换器　【Ａｂｓｔｒａｃｔ　１　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ｏｆ　Ｘ—ｒａｙ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＡＸ５５１，ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，Ｄ／Ａ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　１　引言　通过添加外部电流电压转换器，输出电流　（Ｉ　ｃ　ｔ　）可以转换为电压。ＭＡＸ５５１的数字量的输入　随着计算机技术的日益成熟和普及．程控仪器　设备已成为仪器自动化的重要手段之一。在笔者使　用的Ｘ荧光分析仪中，欲对谱仪实现软件调节放大　是三线串行输入，其串行接口兼容ＳＰ１及　ＭＩＣＲｏｗＩＲＥ标准，其输入时序如图２所示　参考　输＾端ＲＥＦ可输＾固定的或时变的电压信号以及　电流信号。ＭＡＸ５５ｌ可工作于单极性方式或双极性　方式　所有的输入脚均兼容ＴＴＩ　及ＣＭＯＳ电平。　倍数和自动稳谱，必须对放大电路进行程控化　程控　化需要考虑以下两个因素：（１）程控电路加入后要满　足系统Ａ／Ｄ转换器对信号上升时间的要求，（２）程　控电路的加＾不能影响原系统的平均计数率　利用　ＭＡＸ５５１对其谱放大器部分进行改进而实现的程　控放大器能够较好地满足上述两个要求。　图２　３程控电路的设计　程控电路部分的原理围如图３所示。前级放大　器的输出连至ＭＡＸ５５１的参考输入端ＲＥＦ引脚，　输出端连至ＭＡＸ４１　０ｌ宽带运放进行电流一电压转　图１　换　Ｃ１用来消除由ＭＡＸ５５１的输出电容和内部反　馈电阻ＲＦ“所形成的极点，避免和高速运放　２　ＭＡＸ５５１简介　ＭＡＸ５５１为串行输入电流型Ｄ／Ａ芯片，具有　１２位分辨率，其内部包括１　２位移位寄存器、１２位　ＤＡＣ寄存器、１　２位Ｄ／Ａ转换器、上电复位电路和　反馈电阻等，结构框图如图１所示　ＭＡＸ４１０１相连后输出产生振铃现象。这样，程控放　大电路的时间常数由ＭＡＸ５５１的等效输出电阻、等　效输出电容及ＭＡＸ４１０１的等效输入电容决定　而　ＭＡＸ５５ｌ的等效输出电阻约为７．Ｉｋ．等效输出电容　约为１　４～２０ｐＦ，ＭＡＸ４１　Ｏ１的输入电容约为ｌ～　２ｐＦ　因此．由ｒ—Ｒ・（’．理论上程控放大电路时间　收稿日搠：２００２　０２　０８　・３・　维普资讯 http://www.cqvip.com

王　鹏，等：利用ＭＡＸ５５１实现程控谱　放大器　＝＝１５ｐ　。　＼　ＭＡＸ６　Ｓ［ｇ　３　１　１／　ｉ　　１；　｛ｌ・　…ｌ・『卜・　一５Ｖ　．一　图３　常数最大约为ｌ１２～１６５ｎｓ，小于原始谱信号的时间　常数，使得原始谱信号通过程控部分后，满足设计时　Ａ／Ｔ）转换器对谱信号的要求　ＭＡＸ５５１工作于单极　性方式：当Ｄ／Ａ输人为全１时，输Ｈ｛电压信号　．　与输人电压信号　的关系式为：　．　一　（４０９５／　４０９　６）×Ｖ　；输入全０时，Ｖ　．　一０　输入最高位为］　时，　＿－　２，可将此状态设为开机时的正常工　作状态，以便对上下留有充足的涮节量。若此时电压　幅度过低，可以在ＭＡＸ５５１第３脚与ＭＡＸ４１０１的　第６脚间串联－台适的电阻，进行适当地放大；或在　后面再加一级运放，使得脉冲信号幅度符合Ａ／Ｄ转　换器的要求　程控放大器的分辨率可达１／４０９６　对　于笔者使用的Ｘ荧光分析仪，Ａ／Ｄ转换器转换精度　为１ｆｉ　ｆ　，则Ａ　Ｄ转换器的最大分辨约为１　ｌ０２１．　加人此程控放大部分．其输出电压的最小涧　量约　为Ａ／１）转换器最人分辨量的１　４　也就是说，如　与Ａ／Ｄ转换器相匹配的多道为ｌ０２４道（这也是此　Ａ　Ｄ转换器的最大分辨能力），则稃控数字量每变　化４时，峰位才变化１道，完全　ｒ以实现细至１道的　峰值凋节，满足谱仪系统设计‘的要求　４实验结果及结论　在放大器输人端加人一模拟探测器的脉冲信号　羟成形放大电路后其脉冲为负极性。其前沿下降时　间约为５６２ｎｓ，脉冲宽度约为１　３２９ｓ，如图ｄ（ａ）所　示；冉经过程控电路部分后，其前祥　Ｊ　升时间约为　６１６ｎｓ　脉冲宽度约为１．３６　，如图４ｆｈ）所示（此时　ＭＡＸ　５５ｌ　殳为全１）。由ｆ‘ｊ二升时问和时间常数的戈　・　・　系为：，．一２　２ｒ，且鉴个电路的时　常数与各部分电　路时Ｉｈ】常数的关系为：ｒ　一ｒ　ｆ　，　ＪＪ　计算出程控　电路的时问常数约为１ｌ５ｎｓ　与理沱值相符由于程　控电路部分的时间常数小ｆ前级电路的时间常数，　使得通过程控放Ａ器后的信号波形的Ｊ　升时问和脉　冲宽度　原来相当，基本』　保持ｒ原电路的信号波　形和平均｜十数率。改变ＭＡＸ５５１的数字输＾，其输　四４（｝Ｉ）　表１　不同ＭＡＸ５５ｌ数字量输八时输出波形　的上升时间和脉冲宽度　ｊ）。Ａ值　＿＿¨时ｆ．Ｉ　）＾　脉冲宽度（　）　ｃ　Ｈ＿　ｃ．１１ｌ１．１１１ｌ　“ｌｌｊ　１．　７　㈨…１．１１ｌ１　１１１ｌ＿　ｃ、ｊ　１．３　１　ｃ…１　【１１】　】【　１　ｃ　０　１　３６　¨　ｊ１ｌ，ｌ１１１，１１　】　６　】５　１　３Ｓ　０１】ｌ。，ｌ１ｌ１，１　ｌ１　刚３　　ｌ０　０１ｌｌ１，１１ｌ１．１ｌ＿１ｌ＿　６０９　　ｌ３７　ｌｌ１１・Ｊ．１　ｌ　ｌ１．１㈨　１　６ｌ　２　１．Ｓ　：１１１　１【１１　１　・　１１　１．３Ｅ　ｌ　ｃ　ｃ・ｌ＿．１１１１，】　…１　１　Ｆ｛　１．０６　１＿　ｌ１，１１ｌ１，０１１）　，ｌ　１．３＾　１ｌ＿Ｉ　，１１ｌ＇，ｌ　Ｊ１　０１　６１　１　３５　１Ｏ１１．１ｌｌ１．（１”　０，７　　ｌ５　１１Ｉ…．１１１１．１【＿１１　ｌ＿６　１．３　１１川　１１１１．¨　ｌｌｌ　】０　１．１６　１ｌ１‘Ｊ．１１ｌ１　Ｉ（Ｉｌ　８　１　ｌ１．１，１ｌｌ＿，Ｉ）ＯＬＩ，￣Ｉ　ｒ．１ｌＩ　ｌ　（下转第１　ｇ酉）　维普资讯 http://www.cqvip.com

刘　宁．等：ＣＤＭＡ手机中频率合成器设计方案　＠９００ｋＨｚ处，相位噪声优于　１３８ｄＢＣ／Ｈｚ。ＴＣＸＯ　可选择为（、！　１　５＜Ｃ　＜　，１０，计算结果与实际能　很好地吻合　频率合成器的频率稳定度取决于ＴＣＸＯ的稳定度。　ＴＣＸＯ采用的是ｋｉｎｓｅｋｉ：频率为１　９．６８ＭＨｚ、相位　通过对电路的连接调试．得到当环路带宽为　ｌｋＨｚ时．带内相位噪声可以达到　７２ｄＩ￣．／Ｈｚ．与理　论值基本相Ｉ司　因此带内噪声主要由鉴相器和分频　器的相位噪声基底产生．晶振的相位噪声由于总分　频比　／Ｒ不夫．所以对带内噪声基本没有影响。带　外噪声由ＶＣＯ决定．在偏频９００ｋＨｚ处为　１　３８ｄＢｃ／Ｈｚ，能够满足系统要求。由于辅助滤波器的　作用．基本看　到鉴相频率的纹渡。而此时环路的锁　噪声一１０５ｄＢｃ／Ｈｚ＠１００Ｈｚ、　１２５ｄｔ￣＇／Ｈｚ＠１ｋＨｚ、　１４０ｄｌ：ｋ＇／Ｈｚ＠ｌ０ｋＨｚＯｆｆｓｅｔ。　Ｒ３　下　图６　环路滤渡器有无源和有源两种形式．考虑到体　定时间为８００￣ｓ，符合电路要求。　参ｌ卢尔瑞等考文献　积与噪声等因素，在手机中…般采用无源三阶环路　滤波器。至于元件参数的确定，很多资料上都给出了　很成熟的经验公式．这里不再讨论　具体电路如图６　所示　实践证明．按照公式：　移动通信工程．北京：人民邮电出版社，１　９９３　Ｓｔａｎｄａ耐ｆ０ｒ　２　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ　Ｍｉｎｉｍｕｍ　Ｐｅｒｆｏｒｍａ　Ｄｕａｌ—Ｍｏｄｅ　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｓｐｒｅａｄ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｃｅｌｔｕｌａｒ　Ｍｏｈｉｔｅ　一　ｉＫｖ　Ｋ　—　∞　Ｒ　。Ｔ　Ｓ￣ａｔｉｏｎ．ＴＩＡ／ＥＩＡ　ＩＳ　９８　Ａ　Ｉｎｔｅｒｉｍ　Ｓｔａｎｄａｒｄ，Ａｐｒｉｌ　１　９９６　环路的参数可由此确定为　、　３　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｓｌａｔｉｏｎ—Ｂａｓｅ　Ｓｔａｔｉｏｎ（＇ｏｍｐａｔｉｂｉ［ｉｔｙ　Ｓｌａｎｄａｒｄ　ｆ０ｒ　Ｋｌ　ｔｌＫｖｔｎ　　Ｄｕａｌ　Ｍｏｄｅ　Ｗｉｄｅｂａｎｄ　Ｓｐｒｅａｄ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｃｅｌｌｕｌａｒ　Ｓｙｓｔ唧ｉ　ＩＡ／ＥＩＡ　ＩＳ　９５一Ａ．Ｄｅｃｅｍｂｅｒ．１９９２　一Ⅳ　４　张厥盛等．锁相技术．西安：西安电子科技大学出版社，　。　√　＃　，　勰　｛　＾　一　，　ｒ　］９９８●　＃＾　０　舞ｎ｛　０　靠　《　搿＾＿　ｆ　０　ｇ　＿　《　￡　｛　（上接第４而）　出波形的上升时间与脉冲宽度的值如表１所示。由　表１可见，随着ＭＡＸ５５１数字输＾的改变．并不改　大信号的波形发生歧变，满足Ａ／Ｄ转换器对输＾脉　冲波形的要求；同时也基本保持了原放大电路的平　均计数率通过恰当的接１：３，可以用软件设置　变其输出波形的上升时间和脉冲宽度．因此，通过程　控放大器调节放大倍数时并不会改变其输出波形的　ＭＡＸ５５ｌ的数字琏输＾．从而方便地实现谱仪放大　倍数的设定以及自动稳谱功能　参考文献　形状　由于ＭＡＸ５５１具有良好的线形和分辨率．因　此可以通过设置其数字输＾而实现谱仪放大倍数的　软件设定以及自动稳谱功能的实现。　综上所述．程控电路部分的引＾，并没有使原放　江辑光电路原理．北京　清华大学出版社．２００ｕ■　料的交换。此款ＩＳＰｌ３６２单晶片产品符合ＵＳＢ实施　论坛（ＵＳＢ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｒｓ　Ｆｏｒｕｍ）的ＵＳＢ２．０标准　０ＴＧ补充条款　透过主机协商协定（Ｈｏｓｔ　Ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏ１　皇家飞利浦电子集团成员之一．飞利浦半导体　．ＨＮＰ）的整合，ＩＳＰｌ３６２可直接进行主机和外接周　来一亚洲地区主机和外接周　宣布推出新型ＵＳＢＯｎ　Ｔｈｅ　Ｇｏ（（）ＴＧ）晶片．可在　边设备功能角色的转换．而无需借助于交换缆线　（Ｓｗｉｔｃｈ　ＣａＭｅ）．如此备。　移动电话、数据相机、数据摄影机、数据式录放音机、　曰Ｊ表机和个人数据助理（ＰＤＡ）等设备间进行灵活　且符合经济效益的点对点通讯一新型的ＵＳＢ　ＯＴＧ　晶片可作为资料交换的媒介．亦即在没有个人电脑　边设备的制造商便可决定其产品将支援何种周边设　的地方．可以像可携式与移动通讯没备一样进行资　・１９・