四象限乘法器／除法器在伽瑪相機中的應用

　　AD734是Analog Devices（AD公司）的產(chǎn)品，與同類(lèi)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)相當靈活方便。而其他同類(lèi)產(chǎn)品除法模式的分母電壓只能由內部電路提供，外部無(wú)法控制。AD734還可以作為調制器、解調器、寬帶增益控制器、直流均方根轉換器、壓控放大器、振蕩器和濾波器使用，用途非常廣泛。

　　1AD734的基本結構及功能

　　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)標準的模擬乘法器/除法器AD534引腳互相兼容，其傳遞函數為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(mǎn)功率帶寬；450 V/μs的回轉率；上升到滿(mǎn)功率的0.1%需200 ns。

　　(3)低失真：任意輸入信號的失真均為-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(mǎn)功率帶寬10 MHz時(shí)，AD734的回轉率（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(mǎn)功率的情況下也一樣。在A(yíng)D734的設計中采用了新的電路設計技術(shù)及激光微調技術(shù)，消除了所有的寄生非線(xiàn)性誤差，而這些誤差在早期的設計中是無(wú)法消除的。

　　(3)AD734可以實(shí)現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(hù)可以根據不同的需要對AD734進(jìn)行相應的連接，使其獲得不同的傳輸函數，實(shí)現不同的功能。另外，AD734的分母電壓U也可由其內部精確穩定的齊納擊穿參考電壓提供，其電壓值為10 V。

　　用戶(hù)通常在電路中設計一個(gè)負反饋通路，使式（1）中大括號內的值為0，同時(shí)，還把Z1和W接在一起，這時(shí)AD734的傳遞函數就變?yōu)椋?

　　AD734可看成是增益可變的放大器。X輸入信號的響應輸出可由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在伽瑪相機中的使用

　　伽瑪相機是一種核醫學(xué)顯影診斷儀器，用于診斷早期腫瘤和循環(huán)系統疾病的醫學(xué)設備。

　　伽瑪相機由碘化鈉晶體、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(mén)控電路等組成。先由碘化鈉晶體把不可見(jiàn)的伽瑪射線(xiàn)轉化為微弱光信號，再通過(guò)光電倍增管把微弱光信號轉換成毫伏級的電信號。電信號通過(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進(jìn)行整理計算，得出伽瑪射線(xiàn)打在晶體上的具體位置。伽瑪相機的分辨率大小與位置電路的設計密切相關(guān)。AD734在伽瑪相機中用于位置電路的設計。因為AD734具有較高的精度、較低的失真和噪聲干擾，因此能滿(mǎn)足伽瑪相機的設計要求。

　　位置電路的設計分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通過(guò)不同阻值的精密電阻轉換為X+，X-，Y+和Y-位置信號；后一部分是由AD734及其外圍電路構成的位置、能量電路，此部分電路負責把X+，X-，Y+和Y-位置信號轉換為與前端晶體坐標相對應的X，Y位置信息，以及Z能量信息。

　　圖3為伽瑪相機位置電路部分的示意圖。

　　前端使用的運算放大器為OPA4650。OPA4650是寬帶、低功耗、四通道電壓反饋運算放大器。本設計中，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。因為伽瑪相機的后續電路中有開(kāi)窗選擇電路的設計，此電路測試時(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，易于調節。因此，在伽瑪相機中使用此芯片相對比較簡(jiǎn)便快捷。

　　當AD734除法分母輸入U比較小時(shí)，需先進(jìn)入運算放大器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平方根運算

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

　　因為X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的。Z輸入為差分輸入。當Z輸入的極性不正確時(shí)，輸出總為負值，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的負載電阻可以提高響應速度。

　　倒三角符號表示等電勢。

　　3.2RMSDC轉換器（均方根電壓直流電壓轉換器）

　　AD734用作RMSDC轉換器時(shí)，其傳遞函數為：

　　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雙運算放大器用作10 MHz帶寬的RMSDC轉換器。AD734把輸入信號求平方，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)增益穩定的緩沖器，為電路提供輸出電壓以及輸入驅動(dòng)。為了使電路 能夠精確地測量100 mV以下的輸入電壓，AD734的輸出偏移電壓必須設法消除，否則將 引起直流誤差。

　　4結語(yǔ)

　　AD734由于高速、高精度、低失真、低噪聲等特點(diǎn)，使用起來(lái)相當穩定可靠，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內部提供高精度的分母電壓，使用戶(hù)有更大的操作空間，也使AD734芯片與同類(lèi)產(chǎn)品 相比具有較強的優(yōu)勢和競爭力。