XRAY项目--电荷积分放大器AD8488介绍（上）

mdyfpga

XRAY项目--电荷积分放大器AD8488介绍（上）

本文为明德扬原创文章，转载请注明出处！

一、项目背景
       明德扬(MDY)为中科院某所研制一款X射线采集和处理设备，该设备采用了AD8488和AD9244两款芯片进行X射线的采集，采用FPGA进行处理，并通过网口上送至上位机处理。
       本文介绍了AD8488和AD9244的原理，下一篇文章将介绍X射线采集中遇到的问题，希望能对大家有所帮助。明德扬专注于FPGA方面的项目研发以及相关元器件销售，有相关需求的，可联系我们。

二、AD8488简介
      AD8488是一款128通道模拟前端，为高性能数字X射线系统而设计。它的模拟通道由一个积分器和增益可选的单端转低阻抗差分输出组成。该模拟通道将X射线或光电二极管检波器收集的电荷转换成电压信号。通道由CMOS晶体管组成，这些晶体管采用典型高输入阻抗的CMOS门。该设备的积分器采用一系列可选电容值，产生与电荷有关的电压，可适应广泛的输入电荷值。单端输入转差分输出电压放大器位于积分器之后，在这里偏移和低频噪声电压从输入电压中减去。一条128:1通道差分MUX位于缓冲器之后，驱动模拟输出缓冲。同时还提供开关驱动器和某些数字计时功能；这些功能全部集成在255引脚BGA基板上。全部128通道的电荷转换是同步进行的，之后便采用7位地址编码生成顺序电压输出读数。一共两次序列，对全部128通道进行采样。逻辑控制输入CS_A和CS_B分别选择通道地址的下限和上限64模块。

三、电荷积分放大器
       图1为运放积分放大器的电路图

图1：理想积分放大器电路图

       根据运放虚短可知，反向端与同相端电压相等，又由虚断可知，通过R1的电流与通过C1的电流相等。

                                通过R1的电流为：

                                通过C1的电流为：

                                         所以：

      由此可得，运放的输出电压等于对输入电压在时间上的积分。若输入端为电荷采集装置的话，那么运放的输出与输入端的电荷量成正比。两部分组合起来就是电荷积分放大器。

四、AD8488工作原理

       AD8488电路结构如图2所示：

                                                               图2：AD8488电路结构图
       如图所示，AD8488主要由四部分构成。分别为前置电荷量转换器、差分输出选择器、输出缓冲器和时序/控制部分。
前置电荷量转换器为128通道电荷积分放大器，每一个通道由一个放大器，一个低通滤波器和一个二级放大器构成。电路结构图如图3所示：

                                                              图3：电荷量转换器结构图
      前端采集到的电荷信号通过第一级积分放大器进行转换，共有四档可选。各档位转换参数如图4所示：

                                                              图4：电荷积分放大器转换参数
      这四档分别由四种不同容值的反馈电容（CF1）控制。当CF1=0.45pF时，输出典型值为2.3V/pC（单位为伏特每皮库伦，指每积分1皮库伦，输出为1V。1pC==10-12c）；当CF1=1.1pF时，输出典型值为1.1V/pC，以此类推。CF1容值越大，增益越低。
第二级低通滤波器实际上是一个保持装置，由一个电阻R1和一个电容CH构成。第一级放大器输出的电压信号通过R1给电容CH充电，以便于第二级放大器对CH进行积分放大。因此相当于一个低通滤波器。CH的参数由GNSEL[3..0]选择，参数如图5所示：

                                                              图5：CH参数选择表
       注：GNSEL[3..0]寄存器只能选择CH的容值，并不代表增益。上图中所表示的增益实际上是当二级放大器的反馈电容为0.5pF是，不同的CH容值下对应的增益。
      
      

第五章节见下篇