四象限乘法器／除法器在伽瑪相機(jī)中的應(yīng)用

　　AD734是Analog Devices（AD公司）的產(chǎn)品，與同類產(chǎn)品相比，具有直接除法模式，可以利用外部輸入電壓直接控制除法模式中的分母電壓，使用起來(lái)相當(dāng)靈活方便。而其他同類產(chǎn)品除法模式的分母電壓只能由內(nèi)部電路提供，外部無(wú)法控制。AD734還可以作為調(diào)制器、解調(diào)器、寬帶增益控制器、直流均方根轉(zhuǎn)換器、壓控放大器、振蕩器和濾波器使用，用途非常廣泛。

　　1AD734的基本結(jié)構(gòu)及功能

　　AD734是一個(gè)高精度、高速四象限模擬乘法器/除法器，他與符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的模擬乘法器/除法器AD534引腳互相兼容，其傳遞函數(shù)為W=XY/U。他具有以下特點(diǎn)：

　　(1) 高精度：0.1%的典型誤差。

　　(2) 高速：10 MHz滿功率帶寬；450 V/μs的回轉(zhuǎn)率；上升到滿功率的0.1%需200 ns。

　　(3)低失真：任意輸入信號(hào)的失真均為-80 dB。

　　(4)低噪聲：10 Hz~20k Hz時(shí)，信噪比為94 dB；10 Hz~10M Hz時(shí)，信噪比為70 dB。

　　(5)直接除法模式。

　　(6)增益為100時(shí)，帶寬為2 MHz。

　　圖1所示為AD734的管腳示意圖。

　　其具體管腳定義如下：

　　X1和X2：差動(dòng)輸入端；

　　Y1和Y2：差動(dòng)輸入端；

　　Z1和Z2：差動(dòng)輸入端；

　　U0，U1，U2：分母電壓控制端；

　　W：輸出端；

　　VP：正電源供電；

　　DD：電壓控制使能；

　　ER：參考電壓；

　　VN：負(fù)電源供電。

　　AD734與AD534相比，其先進(jìn)的功能有：

　　(1)AD734是一個(gè)新型的輸出放大器。在滿功率帶寬10 MHz時(shí)，AD734的回轉(zhuǎn)率（450V/μs） 要比AD534（20 V/μs）高出20多倍。

　　(2)AD734的失真非常低，即使在滿功率的情況下也一樣。在AD734的設(shè)計(jì)中采用了新的電路設(shè)計(jì)技術(shù)及激光微調(diào)技術(shù)，消除了所有的寄生非線性誤差，而這些誤差在早期的設(shè)計(jì)中是無(wú)法消除的。

　　(3)AD734可以實(shí)現(xiàn)分母電壓的直接控制。外部輸入在10 mV~10 V之間的任意值均可代替分母電壓。對(duì)分母電壓的直接控制可以使AD734在分母電壓較小時(shí)也可獲得較高精度。AD734與AD534相比，在除法模式下工作時(shí)，帶寬比AD534高200倍。

　　AD734芯片的傳遞函數(shù)為：

　　其中，A0為輸出放大器的開(kāi)環(huán)增益，其典型值為72 dB。X1，X2，Y1，Y2，Z1，Z2，U1，U2為AD734的差動(dòng)輸入。用戶可以根據(jù)不同的需要對(duì)AD734進(jìn)行相應(yīng)的連接，使其獲得不同的傳輸函數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同的功能。另外，AD734的分母電壓U也可由其內(nèi)部精確穩(wěn)定的齊納擊穿參考電壓提供，其電壓值為10 V。

　　用戶通常在電路中設(shè)計(jì)一個(gè)負(fù)反饋通路，使式（1）中大括號(hào)內(nèi)的值為0，同時(shí)，還把Z1和W接在一起，這時(shí)AD734的傳遞函數(shù)就變?yōu)椋?

　　AD734可看成是增益可變的放大器。X輸入信號(hào)的響應(yīng)輸出可由Y輸入（需要衰減時(shí)用Y而不用U）和U輸入（需放大時(shí)用U而不用Y）來(lái)控制。

　　2AD734在伽瑪相機(jī)中的使用

　　伽瑪相機(jī)是一種核醫(yī)學(xué)顯影診斷儀器，用于診斷早期腫瘤和循環(huán)系統(tǒng)疾病的醫(yī)學(xué)設(shè)備。

　　伽瑪相機(jī)由碘化鈉晶體、光電倍增管、前端放大電路、程控放大電路、位置電路、開(kāi)窗選擇電路、心電門控電路等組成。先由碘化鈉晶體把不可見(jiàn)的伽瑪射線轉(zhuǎn)化為微弱光信號(hào)，再通過(guò)光電倍增管把微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換成毫伏級(jí)的電信號(hào)。電信號(hào)通過(guò)前端放大電路和程控放大電路后進(jìn)入位置電路，位置電路的主要功能是把多個(gè)光電倍增管輸出的信號(hào)進(jìn)行整理計(jì)算，得出伽瑪射線打在晶體上的具體位置。伽瑪相機(jī)的分辨率大小與位置電路的設(shè)計(jì)密切相關(guān)。AD734在伽瑪相機(jī)中用于位置電路的設(shè)計(jì)。因?yàn)锳D734具有較高的精度、較低的失真和噪聲干擾，因此能滿足伽瑪相機(jī)的設(shè)計(jì)要求。

　　位置電路的設(shè)計(jì)分2部分。前一部分是電阻矩陣，電阻矩陣的主要功能是把多路光電倍增管的輸出信號(hào)通過(guò)不同阻值的精密電阻轉(zhuǎn)換為X+，X-，Y+和Y-位置信號(hào)；后一部分是由AD734及其外圍電路構(gòu)成的位置、能量電路，此部分電路負(fù)責(zé)把X+，X-，Y+和Y-位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為與前端晶體坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的X，Y位置信息，以及Z能量信息。

　　圖3為伽瑪相機(jī)位置電路部分的示意圖。

　　前端使用的運(yùn)算放大器為OPA4650。OPA4650是寬帶、低功耗、四通道電壓反饋運(yùn)算放大器。本設(shè)計(jì)中，AD734在直接除法模式下工作。這種模式除了可以提供較高的精度和帶寬外，還可以提供較大的靈活性。因?yàn)橘が斚鄼C(jī)的后續(xù)電路中有開(kāi)窗選擇電路的設(shè)計(jì)，此電路測(cè)試時(shí)會(huì)不斷地改變分母值，AD734的分母值隨外部輸入電壓的變化而變化，易于調(diào)節(jié)。因此，在伽瑪相機(jī)中使用此芯片相對(duì)比較簡(jiǎn)便快捷。

　　當(dāng)AD734除法分母輸入U(xiǎn)比較小時(shí)，需先進(jìn)入運(yùn)算放大器OPA4650進(jìn)行放大，具體連接如圖3所示。圖3中使用2 MΩ的反饋電阻來(lái)提高其增益精度。

　　3AD734的其他用途

　　3.1平方根運(yùn)算

　　AD734可用來(lái)產(chǎn)生與輸入信號(hào)的平方根成正比的輸出信號(hào)，其具體連接如圖4所示。

　　因?yàn)閄與Y輸入通道之間的極性總是相反的，因此連接到X和Y輸入通道的反饋也總是負(fù)的。Z輸入為差分輸入。當(dāng)Z輸入的極性不正確時(shí)，輸出總為負(fù)值，為了防止這一種情況的發(fā)生，一般在輸出上加一個(gè)二極管。在高速電路中，輸出端加不小于1kΩ的負(fù)載電阻可以提高響應(yīng)速度。

　　倒三角符號(hào)表示等電勢(shì)。

　　3.2RMSDC轉(zhuǎn)換器（均方根電壓直流電壓轉(zhuǎn)換器）

　　AD734用作RMSDC轉(zhuǎn)換器時(shí)，其傳遞函數(shù)為：

　　其電路連接如圖5所示。

　　其中，即為均方根（RMS） 電壓。

　　圖5中，AD734和AD708雙運(yùn)算放大器用作10 MHz帶寬的RMSDC轉(zhuǎn)換器。AD734把輸入信號(hào)求平方，其輸出由R1和C1組成的低通濾波器濾波。U2a，U2b以及 AD708共同組成了一個(gè)增益穩(wěn)定的緩沖器，為電路提供輸出電壓以及輸入驅(qū)動(dòng)。為了使電路 能夠精確地測(cè)量100 mV以下的輸入電壓，AD734的輸出偏移電壓必須設(shè)法消除，否則將 引起直流誤差。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　AD734由于高速、高精度、低失真、低噪聲等特點(diǎn)，使用起來(lái)相當(dāng)穩(wěn)定可靠，且與AD534引腳兼容，因此AD734能完全取代AD534，并提供了比AD534更多、更靈活的功 能。使用者可通過(guò)對(duì)U0~U2端電壓的控制來(lái)直接控制AD734的分母電壓。另外，也可 由AD734內(nèi)部提供高精度的分母電壓，使用戶有更大的操作空間，也使AD734芯片與同類產(chǎn)品 相比具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。