采样保持电路

第一节采样保持电路采样/保持电路：具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并保持其值的功能。在采样状态下：电路的输出跟踪输入模拟信号。在保持状态下：电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。一般应用：信号的采集，自动补偿直流放大器的失调和漂移。瞬态变量的测量等。基本组成：1.模拟开关2.存储电容3.缓冲放大器6.2采样保持电路6.2.1基本原理当Uc=“1”时，S接通，ui向C充电，输出跟踪模拟输入信号变化——采样阶段(uo=uc=ui)。∞-+N1+∞-+N2+uiuoUcCSuc当Uc=“0”时，S断开，uo保持S断开瞬间的输入信号值——保持状态(uo保持uc值)。采样定理：采样频率fs2fmax采样间隔Ts1/2fmax通常取fs=(7~10)fmax6.2.1基本原理■对采样保持电路的主要要求：精度和速度为提高实际电路的精度和速度，可从元件和电路两方面着手解决。6.2采样保持电路a)OtTsui,uoOtuof(t)fs(t)ui,uouoTsttOOui采样保持■模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流小，极间电容小和切换速度快。■存储电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻大的电容。■运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转换速率（上升速率）大的运算放大器，输入运放还应具有大的输出电流。元件性能要求采样保持电路基本原理采样保持电路的基本组成：（1）模拟开关（2）模拟信号存储电容（3）缓冲放大器uoa）S/H电路原理b）模拟信号采样tTs∞-++N1∞-++uiSUCCtuof(t)OOui,uoUCUc=1，S闭合：uo=ui,输出跟随输入变化。并向电容C充电。Uc=0，S断开：uo保持断开瞬间的输入信号。采样保持电路对采样保持电路的主要要求：精度和速度，充电快、放电慢为提高实际电路的精度和速度，需同时从元件和电路两方面着手解决。基本原理∞-++N1∞-++uiuoSUCC带宽，上升速率、最大输出电流和漂移输入阻抗、上升速率、漂移导通电阻、截止电阻、延迟时间漏电流采样保持电路基本原理采样保持电路的主要性能指标：捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，到输出值达到规定的误差范围以内所需的时间。跟踪性能的标志。孔径时间：指从发出保持指令的时刻起，到开关真正断开所需的时间。切断能力的标志。下垂率：指由于存贮电容的电荷的泄漏所引起的输出电压的变化率。。第一节采样保持电路二、采样保持实用电路（1）模拟开关漏电流的旁路Uc∞-++NR-EV1uiCuoV通过减小模拟开关漏电流对存储电容的影响来提高保持精度的。V为主开关，V1为隔离开关当控制电压Uc为高电平时，V和V1导通，电路处于采样阶段当控制电压Uc为低电平时，V和V1关断，电路处于保持阶段Uc∞-++NR-EV1uiCuoV在保持状态下，V的漏电流通过R流入运算放大器的输出端。由于该漏电流在R上形成的压降很小，一般低于10mV，所以V1的漏极与衬底间的电压很小。同样，V1源极与衬底之间的电压为运算放大器两输入端的电压差(即失调电压)，也是很小的。在这种条件下，V1的漏电流大约减小两个数量级。Uc∞-++NR-EV1uiCuoV可见采用V1后能将V与存储电容C隔离，一方面使V的漏电流不流经存储电容，另一方面又有效地降低了V1的漏流，从而提高了存储电容的保持精度。Uc∞-++NR-EV1uiCuoV二、采样保持实用电路（2）电容校正方法应用补偿电容C1来减小开关漏电流及运算放大器偏置电流的影响。uouiCVUcVD1VD2V1∞-++N2∞-++N1R1C1R3R2V2二、采样保持实用电路当Uc为高电平时：VD1使V1的UGS1UP1(夹断电压)，开关V1断开，这时VD2反偏使V的UGS=OV，开关V导通，从而使V2也导通，导通电阻分别为Ron和Ron2，电路处于采样状态，等效电路如图。uouiCVUcVD1VD2V1∞-++N2∞-++N1R1C1R3R2V2二、采样保持实用电路当Uc为高电平时：Cuo∞-++N2∞-++N1uiC1Ron2Ronb)N1、N2和R1构成负反馈电路，N2用作跟随器，使uo=ui。由于主模拟开关V处于闭环回路中，所以其导通电阻Ron以及N2的失调和漂移对精度的影响均大大地削弱。可见电路有很高的采样精度。存储电容C和反馈校正电容C1都引入时间常数，限制了电路的工作速度。等效电路如图。二、采样保持实用电路当Uc为低电平时：V和V2截止，V1导通，电路处于保持状态，等效电路如图所示uouiCVUcVD1VD2V1∞-++N2∞-++N1R1C1R3R2V2二、采样保持实用电路当Uc为低电平时：Cuo∞-++N2∞-++N1uiR1C1Ron1等效电路V1导通使N1继续处于负反馈闭环状态，避免N1处于开环而进入深度饱和状态，以缩短S/H电路从保持状态到采样状态的过渡时间。由于V和V2为对称管，两管的泄漏电流值相等，且反馈补偿电容C1=C，因而开关管泄漏电流、N2的偏置电流将在C1、C上产生数值相同的电压变化量，而且两电容电压的变化对输出电压uo的影响刚好相反，互相抵消，使输出电压基本不变。采用补偿电容措施，大约使保持精度提高一个数量级。（3）高速S/H电路用开环式采样/保持电路方案，选用高速元件，并通过扩增驱动电流来减小存储电容的充电时间。∞-++N1∞-++N2UcuoCuiV1R1R2VV2VD1VD2（3）高速S/H电路在采样期间，Uc为正，V与V2导通，V1截止。V1的导通将使V和C置于N1的闭环回路中，C上的电压将等于输入电压而不受V的导通电阻的影响，另外，由于N1反相端的偏置电流和V1的漏电流都很小，V2导通电阻的压降极小，故其影响可以略去不计，所以C上的电压仍能非常精确地等于N1反相端的电压。但与图6-1-10相比，由于N2未在反馈回路中，虽然N2使电路工作速度得以提高，但它的漂移和共模误差在采样期间得不到校正，会使采样误差增大。在保持期，V、V2截止。除了V外，V2也将产生漏电流。所以保持精度也比图6-1-10的差。由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的。（4）集成采样-保持电路AD582&1234567891011121314?/#模拟量输入状态AD571偏移调节C+5VAD582uoui∞-++N1∞-++N2UcSDG#（4）集成采样-保持电路AD582两级运算放大器N1和N2，模拟开关S，门控制电路DG应用时，引脚3和4之间外接1OOk电位器用以失调调零，引脚6外接保持电容C：0.001--0.01uf，其大小与采样频率和精度有关引脚12输入控制信号Uc。图中，AD582的采样-保持输出信号送入A/D转换器AD571的模拟量输入端，AD571的状态输出端与AD582的控制信号输入端相连接。A/D转换器启动后，状态输出端为低电平，控制AD582内的开关S断开，AD582处于保持状态，当A/D转换器对模拟输入量的转换过程结束时，状态输出端立即变为高电平，使AD582内的开关S闭合，使之又处于采样状态。