采樣保持電路(采樣/保持器)又稱為采樣保持放大器。當(dāng)對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，模擬信號(hào)要保持基本不變，這樣才能保證轉(zhuǎn)換精度。采樣保持電路即為實(shí)現(xiàn)這種功能的電路。
采樣保持電路（sampleholddevices)簡(jiǎn)稱S/H；它用在模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的一種電路，作用是采集模擬輸入電壓在某一時(shí)刻的瞬時(shí)值，并在模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間保持輸出電壓不變，以供模數(shù)轉(zhuǎn)換。采樣保持電路的保持電容值要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用綜合考慮。
主要技術(shù)
采樣保持電路有采樣和保持兩種工作狀態(tài)，這兩種工作狀態(tài)對(duì)于電路的性能，整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換部分性能都有很大的影響。在這兩種不同的模式下，電路的特點(diǎn)也有一定的差別，下面根據(jù)采樣保持電路兩種不同的工作狀態(tài)來(lái)分析其主要技術(shù)指標(biāo)。
1）采樣狀態(tài)下的主要技術(shù)指標(biāo)
偏移電壓，是指在采樣模式下，當(dāng)輸入端電壓為零時(shí)，輸出端的輸出電壓值。為了保證A/D轉(zhuǎn)化芯片能夠準(zhǔn)確地采樣，偏移電壓的值應(yīng)當(dāng)滿足式(1)
-最大變化頻率，是指在采樣模式下，輸出電壓最高的變化頻率。這個(gè)頻率值受到保持電容容值大小的影響，對(duì)系統(tǒng)的工作頻率有一定的限制作用。
2）保持狀態(tài)下的主要技術(shù)指標(biāo)
降壓速率，是指在保持模式下，輸出端的輸出電壓值隨輸入時(shí)間變化的速率。降壓速率滿足式(2)
-饋通衰減量，是指在保持模式下，輸入信號(hào)的電壓值到經(jīng)過(guò)采樣保持電路后，在輸出端輸出時(shí)的減少量。為了使A/D芯片能夠準(zhǔn)確地采樣出信號(hào)，饋通衰減量小于A/D芯片的最低有效位LSB的1/2。
3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的主要技術(shù)指標(biāo)
采樣時(shí)間，是指當(dāng)電路由保持狀態(tài)切換為采樣狀態(tài)時(shí)，獲取輸入信號(hào)電壓值所需的最大時(shí)間?？讖窖訒r(shí)，是指當(dāng)電路由采樣狀態(tài)變?yōu)楸３譅顟B(tài)時(shí)，電容由充電開(kāi)始，到電壓穩(wěn)定所經(jīng)歷的時(shí)間?？讖窖舆t是一個(gè)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，其直接影響著采樣的速率和精確度。
4）影響采樣保持電路性能的主要因素
一個(gè)簡(jiǎn)化的采樣保持電路模型如圖所示
簡(jiǎn)化的采樣保持電路模型
由簡(jiǎn)化了的采樣電路模型可以看出，一個(gè)采樣保持電路由輸入、輸出端口，切換開(kāi)關(guān)以及保持電容等幾個(gè)部分組成。因此，對(duì)其性能的影響也主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，保持電容的容值。采樣保持電路的保持電容值要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用綜合考慮。如果容值較小，那么采樣過(guò)程中電容的充電時(shí)間就較短，就能夠較好地跟蹤變化頻率較高的信號(hào)，對(duì)前面提到的采樣狀態(tài)下的主要技術(shù)指標(biāo)最大變化頻率有很好的提高。但是，較小的容值會(huì)使電路在保持狀態(tài)時(shí)放電較快，使得保持狀態(tài)下的降壓速率加大，從而影響系統(tǒng)的采樣精度。因此，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要結(jié)合系統(tǒng)要求，對(duì)保持電容的容值進(jìn)行仿真優(yōu)化，達(dá)到最佳效果。輸入輸出端電阻。輸入輸出端電阻值對(duì)電路性能的影響和保持電容的容值的影響一樣，都是基于對(duì)電路充放電時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)考慮的。一般情況下，我們希望輸入端電阻值越小越好，這樣在采樣狀態(tài)下，電容能夠較快速地充電；我們也希望輸出端所接電阻值越大越好，這樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電路進(jìn)入保持狀態(tài)使系統(tǒng)放電較慢，進(jìn)而降壓速率降低，提高系統(tǒng)采樣精度。采樣保持狀態(tài)切換開(kāi)關(guān)。切換開(kāi)關(guān)的性能也對(duì)整個(gè)電路有著十分重要的影響。切換開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷速度直接影響著采樣保持電路的精度。如果開(kāi)關(guān)的切換速度較慢，電路就不能在所需的時(shí)間切換到采樣或者保持狀態(tài)，進(jìn)而無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行取樣的要求，使采樣到的信號(hào)失真。另外，切換開(kāi)關(guān)本身也有孔徑延時(shí)，孔徑抖動(dòng)的問(wèn)題，這些都對(duì)電路性能有一定的影響。結(jié)合上述分析，在設(shè)計(jì)采樣保持電路時(shí)，一般在輸出端接一個(gè)由集成運(yùn)放構(gòu)成的信號(hào)跟隨器。由于運(yùn)放的輸入電阻一般較高，這樣電容放電時(shí)間較短。在電容的輸入端，也可以接集成運(yùn)放，利用其輸出電阻較小的特性，加快充電時(shí)間。在切換開(kāi)關(guān)的選取上，盡量選擇切換時(shí)間短，孔徑延遲和孔徑抖動(dòng)都比較小的開(kāi)關(guān)，這樣才能保證采樣保持電容的性能指標(biāo)，進(jìn)而提升系統(tǒng)的采樣準(zhǔn)確度。對(duì)于保持電容的選取，要利用仿真設(shè)計(jì)軟件，對(duì)多種容值進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，達(dá)到采樣和保持時(shí)性能的折中點(diǎn)，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
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