Ad8488笔记:积分电荷放大器原理-电子发烧友网

第1节mdyFmcAd8481.1积分电荷放大器原理

在核物理和粒子物理实验中，我们必须用电子学方法收集核辐射粒子通过探测器产生的电信号，然后对其进行处理和分析。由于探测器输出信号一般都比较小，通常在探测器与放大器之间加一预放大器，也就是前置放大器。由于输出的幅度反映了输入电荷的大小，且与输入电容无关，故称之为电荷灵敏前置放大器。

基本的电荷灵敏前置放大器原理图如下图所示。

a. A是放大器的开环增益

b. C为耦合电容

a)探测器与放大器之间的C起到隔直作用，取值为几千个pF量级如（4700pF）。

c. Rd是探测器偏置电阻

d. Cf是反馈电容

a)拿AD8488芯片来讲，AD8488内部每个通道并联了4个反馈电容，分别是0.45pF、0.9pF、3.5pF、7pF，通过命令配置选择联通相应的反馈电容，即可实现不太的增益的电荷灵敏前放。

e. Rf是反馈电阻

a)为了保证Cf上电荷的积累，一般情况下，Rf为MΩ到GΩ量级。

b) Rf主要有两个作用，一是用于泄放Cf上的电荷，二是产生直流负反馈以稳定放大器直流工作点。

c) AD8488的通道内部的开关就相当于Rf。当该开关打开时，作用是：在Cf上电荷的积累，产生输出电压；当该开关关闭时，作用是：在Cf上电荷的积累进行泄放。

1.2增益控制器原理

当探测器输出正比于入射线能量E的电荷量到电荷灵敏前置放大器时，电荷前放输出电压幅度

Vom=Q/Cf

式中Q为探测器产生的电荷量，Q=Ee/W。E为入射能量，e为电子电荷，为1.6e库仑，W为平均电离能，对于硅半导体探测器，W=3.62*10MeV，而对于锗半导体探测器，W=2.96* 10MeV。不难推出，Vom∝Q∝E。对于电荷前放来说，其总的输入电容Cif=Ci+(1+A0)Cf。其中Ci=CD+CS+CA，CD为探测器体电容，CS为引线分布电容，CA是放大器输入电容，由于有(1+A0)Cf远远大于Ci，从而使得电荷前放的增益仅与反馈电容Cf有关，得出前放的电荷灵敏度为:AQ=1/Cf，反馈电容越小增益越大。

1.3积分电荷参数计算

电荷灵敏放大器输出电压幅度V=Q/Cf，我们只要知道电荷量Q和反馈电容Cf，就可以知道其输出幅度。拿信号源测试举例，信号源输出频率为高阻输出幅度0到1V频率1KHz的方波，接1pF瓷片电容，则Q=C* U=1pF* 1V=1pC电荷量。由于电容精度不高，以实际输出电荷量为准。电荷灵敏放大器反馈电容为已知量，加入反馈电容1pF。则V=Q/Cf=C* U/Cf =1pC/1pF=1V。依此类推。

1.4AD8488数据手册1.4.1AD8488整体结构

上图取自AD8488的数据手册，是AD8488的功能架构图。由图中可以看到如下细节。

1)整个功能可以分成积分变换器(CHARGE CONVERSION AMPLIFIER)、差分输出选择器(DIFFERENTIAL OUTPUT MULTIPLEXER)、输出缓冲器(OUTPUT BUFFER)、时序和控制组成(TIMING AND CONTROL)。控制寄存器(CONTROL REGISTER)和MUX选择器(MUX SELECTOR)。

2)积分变换器由积分器(INT)、低通滤波器(LPF)和增益放大器(GAIN AMPLIFIER)组成

a.积分器

Ø有一个电容。估计：存储电荷的。

Ø有一个开关。估计：当打开时，对电荷进行积分；当关闭时，就是放电的过程。

Ø开关受哪些信号控制？

Ø通道输入IN0~127，接到INT的负极；VREF接到正级。

Ø INT的作用原理：XXXXX（要查一下资料）

b.低通滤波器

Ø说明太快的信号会滤掉。

Ø多快才会滤掉？

Ø注意有两个输入，一个是VREF，另一个是积分器输出，为何？

Ø输出也有两个