采样保持器(SHA)
汽车传感器复习题库
59.进气岐管压力传感器的作用是检测进气岐管内的压力变化。 60.涡轮增压传感器的作用是检测涡轮增压机的增压压力。 61.制动总泵压力传感器的作用是检测主油缸的输出压力。 62.热模式和热线式空气流量计都是空气流量增大电阻减小。 63.检查热模式和热线式空气流量计的好坏都是测量电源电压和 信号电压。 64.检查测量芯式流量传感器的方法是用万用表测量传感器各端 子之间的电阻。 65.氧化锆型(ZrO2)氧传感器输出的是电位差。 66.氧化钛型(TiO2)氧传感器的输出量是电阻变化。 67.共振型爆震传感器不能用在不同的发动机上。 68.非共振型爆震传感器可以用在不同的发动机上。
44.汽车中应用的转速传感器的类型有： 脉冲检波式、电磁式、光电式、外附型盘形信号板式等几种。 45.汽车中应用的车速传感器的类型有：磁电式、光电式、 磁阻式等。 46.汽车中应用的角速度传感器的类型有：振动型和音叉型。 47.汽车中应用的爆震传感器类型有： 共振型压电式和非共振型压电式。 48.汽车中应用的碰撞传感器的类型有： 钢球式、半导体式、水银式和光电式。 49.汽车中应用的节气门位置传感器的类型有： 编码式、线性式、滑动式三种。
50.编码式节气门位置传感器开关触点的状态编码是： 怠速状态（IDL）、负荷状态（PSW）、加减速状态（ACC1、 ACC2）。 51.车高传感器的类型有：防滴型转角传感器、霍尔式角度 传感器、光电式车高传感器。 52.转向传感器在汽车中的作用是检测转向盘的：中间位置、 转动方向、转动角度和转动速度。 53.汽车中应用的模拟型液位传感器类型有：浮子式、电热 式、电容式等； 54.汽车中应用的开关型液位传感器类型有：热敏电阻式、 浮子式和舌簧开关式。 55.汽车中应用的曲轴位置传感器的类型有：脉冲式、光电 式、霍尔式。
采样保持器
在数据采集系统中，采样／保持器主要起以下两种作 用： (1)“ 稳定 ” 快速变化的输入信号，以利于模／数转换器 把模拟信号转换成数字信号，减小采样误差。 (2) 用来储存模拟多路开关输出的模拟信号，这样可使 模拟多路开关继续切换下一个待转换的信号。
电容CH对采样／保持的精度有很大的影响，如果电容值 过大，则其时间常数大，当模拟信号频率高时，由于电容 充放电时间长，将会影响电容对输入信号的跟踪特性，而 且在跟踪的瞬间，电容两端的电压会与输入信号电压有一 定的误差。而当处于保持状态时，如果电容的漏电流太大， 负载的内阻太小，都会引起保持信号电平的变化。 为使采样／保持器有足够的精度，一般在其输入端和输 出端均采用缓冲器，以减少信号源的输出阻抗，增加负载 的输入阻抗。在选择电容时，容量大小要适宜，以保证其 时间常数适中，并选用泄漏小的电容。
保持电容器的介质吸收
对一个电容器充电到一定电压Ue，然后对它短路放电一 定时间后再开路，电容器上的电压将从零往Ue方向缓变。 电容器表现出来的“电压记忆”特性称为电容器的介质吸收。 此特性将对保持电压产生误差.
电容器介质吸收造成误差的例子
• 设保持电容原先的保持电压为+5V，当
由保持状态转为跟踪状态时，采样／保 持器输入电压为-5V。
时间tST
在 tAP 后的输出还有一段波动，经过一定时间tST 才保持稳定。为了量化的准确，最好在发出保持 指令后延迟一段时间，等采样／保持器的输出稳 定后再启动A／D转换。
• 2．孔径不定∆Tap
孔径不定∆tAP是指孔径时间的变化范围。 孔径时间只是使采样时刻延迟，如果每次采样 的延迟时间都相同，则对总的采样结果的精确性 不会有影响。但若孔径时间在变化，则对精度就 会有影响。如果改变保持指令发出的时间，可将 孔径时间消除。因此，仅需考虑 ∆ tAP 对精度及采 样频率的影响。
AD783应用笔记
如何通过前端将PC声卡变成高速采样示波器作者：Doug Mercer有多种软件包可以使个人计算机(PC)中的立体声声卡提供类似示波器的显示，但低采样速率、高分辨率模数转换器(ADC)和交流耦合前端最适合20 kHz及以下的可用带宽。
现在，这种有限的带宽可以扩展——针对重复波形，可以在声卡输入前使用一个采样前端。
利用高速采样保持器(SHA)对输入波形进行二次采样，然后通过低通滤波器重建波形，并使其平滑，可以有效延展时间轴，使PC能够用作高速采样示波器。
本文描述一种能够实现这种改造的前端和探头。
图1所示为一个插入式附件的原理图，它可以配合典型PC声卡采样使用。
每个示波器通道使用一个高速采样保持放大器AD783。
SHA的采样信号由时钟分频器电路的数字输出提供，下文将通过一个例子说明。
AD783输入由一个FET缓冲，因此可以使用简单的交流/直流输入耦合。
在所示的两个通道中，当直流耦合跳线开路且输入为交流耦合时，1 MΩ电阻（R1和R3）提供直流偏置。
采样输出由图中所示的双极点有源RC网络低通滤波。
该滤波器不必是一个有源电路，但所示的滤波器能够提供有益的缓冲低阻抗来驱动PC声卡输入。
图1. 双通道模拟采样电路AD783 SHA提供高达数MHz的可用大信号带宽。
输入端的有效压摆率约为100 V/µs以上。
采用±5 V电源时，输入/输出摆幅至少为±3 V。
对于500 mV p-p以下的摆幅，小信号3 dB带宽接近50 MHz。
利用图1所示的前端电路以及采用Visual Analyser1软件的PC 声卡，可以得到一个以1 MHz频率重复的2 MHz单周期正弦波，如图2的屏幕截图所示。
采样时钟以80.321 kHz的采样速率提供250 ns宽的采样脉冲。
这里的有效水平时基为333 ns/分频比。
例子中使用的PC声卡采用SoundMax®编解码器，其采样速率为96 kSPS。
采样／保持器.ppt
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孔径时间 tAP（Aperture time）
Vo max Vm
tAP
2
ftAP
1 2n1
由此可得
f
1
2n2 tAP
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孔径时间 tAP（Aperture time）
如 AD582的tAC在CH= 100pF，10 V阶跃输 入，0.l％的逼近误差时为 6μs，而 CH=1000pF，0.01％的逼近误差时为 25μs。 通常 用τ=RCH来估算捕捉时间tAC 。式中 R为充电回路中的电阻值，CH为保持电容 值，若要求逼近精度为0.l％，则电容至少 应充电到稳态值的99.9%，tAC=7τ；逼近精 度为 0.05％，则tAC= 7.6τ。
馈送误差常用输入电压的百分数或分贝值来
表示，它主要取决于开关的极间电容和保持
电容的比值。
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A1
S/H
A/D
I/O
A2
S/H
A/D
I/O
…
…
…
…
An
S/H
A/D
I/O
并行多通道A/D
A1
S/H
A2
S/H
…
…
An
S/H
多路
开关
A/D
I/O
MUX
共享A/D的多通道
CPU CPU
A1
多路
开关
A2
MUX
S/H
A/D
I/O
CPU
…
An
2020/5/13
共享S/H和A/D的多通道
采样保持器
采样保持器采样保持器计算机系统模拟量输入通道中的一种模拟量存储装置。
它是连接采样器和模数转换器的中间环节。
采样器是一种开关电路或装置，它在固定时间点上取出被处理信号的值。
采样保持器则把这个信号值放大后存储起来，保持一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时间再取出一个模拟信号值来代替原来的值。
在模数转换器工作期间采样保持器一直保持着转换开始时的输入值，因而能抑制由放大器干扰带来的转换噪声，降低模数转换器的孔径时间，提高模数转换器的精确度和消除转换时间的不准确性。
一般生产过程控制计算机的模拟量输入可能是每秒几十点、几百点，对于大型系统甚至上千点,往往需要高速采样(如5000～10000点／秒)。
为使这些模拟量信号逐个地送到模数转换器，而不至降低被测信号的真实性，必须采用采样保持器。
在低速系统中一般可以省略这种装置。
原理采样保持电路由模拟开关、存储元件和缓冲放大器A组成。
在采样时刻，加到模拟开关上的数字信号为低电平，此时模拟开关被接通，使存储元件（通常是电容器）两端的电压UB随被采样信号UA变化。
当采样间隔终止时，D变为高电平,模拟开关断开,UB则保持在断开瞬间的值不变。
缓冲放大器的作用是放大采样信号，它在电路中的连接方式有两种基本类型：一种是将信号先放大再存储，另一是先存储再放大。
对理想的采样保持电路，要求开关没有偏移并能随控制信号快速动作，断开的阻抗要无限大，同时还要求存储元件的电压能无延迟地跟踪模拟信号的电压，并可在任意长的时间内保持数值不变。
光栅的组成结构和检测原理光栅是一种在透明玻璃上或金属的反光平面上刻上平行、等距的密集刻线，制成的光学元件。
数控机床上用的光栅尺，是利用两个光栅相互重叠时形成的莫尔条纹现象，制成的光电式位移测量装置。
按制造工艺不同可分为透射光栅和反射光栅。
透射光栅是在透明的玻璃表面刻上间隔相等的不透明的线纹制成的，线纹密度可达到每毫米100条以上；反射光栅一般是在金属的反光平面上刻上平行、等距的密集刻线，利用反射光进行测量，其刻线密度一般为每毫米4～50条。
MT-007 孔径时间、孔径抖动、孔径延迟时间——正本清源
MT-007TUTORIAL 孔径时间、孔径抖动、孔径延迟时间——正本清源作者：Walt Kester简介在ADC和采样保持器(SHA)的技术规格中，误解最深、滥用最多的可能是那些包含“孔径”的规格。
图1给出了一个简单的模型，SHA最基本的动态特性是它能够快速断开保持电容与输入缓冲放大器的连接。
一直以来，这一动作所需的极短（但非零）时间间隔称为“孔径时间”（或“采样孔径”）t a。
此间隔结束时电压保持的实际值取决于输入信号压摆率和开关操作本身引入的误差。
图1显示对两个任意斜率的输入信号（分别标为1和2）应用保持命令时的情况。
为清楚起见，采样保持基底误差和开关瞬态忽略不计。
最终保持的值是输入信号的延迟版本，并且是开关孔径时间范围内的平均值。
该一阶模型假设，保持电容上的最终电压值约等于应用于开关的信号在开关从低阻抗变为高阻抗的时间间隔(t a)内的平均值。
图1：采样保持波形和定义该模型显示，开关断开所需的有限时间(t a)相当于在驱动SHA的采样时钟中引入一个小延迟t e。
此延迟为常数，可以是正值，也可以是负值。
图中显示，两个信号虽然斜率不同，但适用同一t e值。
此延迟t e称为“有效孔径延迟时间”、“孔径延迟时间”或“孔径延迟”。
在ADC中，孔径延迟时间参考转换器的输入，必须考虑通过输入缓冲器的模拟传播延迟t da 和通过开关驱动器的数字延迟t dd的影响。
以ADC输入为基准，孔径时间t e'定义为前端缓冲器的模拟传播延迟t da与开关驱动器数字延迟t dd的时间差加上孔径时间的一半t a/2。
有效孔径延迟时间通常为正值，但如果孔径时间的一半t a/2与开关驱动器数字延迟t dd之和小于通过输入缓冲器的传播延迟t da，则它也可以是负值。
因此，孔径延迟规格确定了输入信号相对于采样时钟沿的实际采样时间。
孔径延迟时间可以通过如下方法来测量：对ADC应用一个双极性正弦波信号，然后调整同步采样时钟延迟时间，使得ADC的输出为中间电平（对应于正弦波的零交越点），输入采样时钟沿与输入正弦波实际零交越点之间的相对延迟即为孔径延迟时间，如图2所示。
汽车传感器复习题库
二、是非题
1.用NTC元件测量温度时，必须限制其两端的偏置电压。
2.PTC元件可以用作电路开关。
3.压力传感器是由弹性元件与小位移传感器构成的。
4.电子计价秤的荷重传感器是应变式传感器。
5.开关式霍尔集成电路可以直接输出开关电压信号。
62.热模式和热线式空气流量计都是空气流量增大电阻减小。 63.检查热模式和热线式空气流量计的好坏都是测量电源电压和 信号电压。 64.检查测量芯式流量传感器的方法是用万用表测量传感器各端 子之间的电阻。
65.氧化锆型(ZrO2)氧传感器输出的是电位差。 66.氧化钛型(TiO2)氧传感器的输出量是电阻变化。 67.共振型爆震传感器不能用在不同的发动机上。 68.非共振型爆震传感器可以用在不同的发动机上。
52.转向传感器在汽车中的作用是检测转向盘的：中间位置、 转动方向、转动角度和转动速度。
53.汽车中应用的模拟型液位传感器类型有：浮子式、电热 式、电容式等；
54.汽车中应用的开关型液位传感器类型有：热敏电阻式、 浮子式和舌簧开关式。
55.汽车中应用的曲轴位置传感器的类型有：脉冲式、光电 式、霍尔式。
32.数据采集系统的形式有：同时采集、高速采集、分时采 集和差动结构。
33.常用的A/D转换器类型有： 逐次逼近型、双积分型和V/F变换型（电荷平衡式）。
34.通过“路”的干扰有：泄漏电阻、共阻抗耦合干扰、经电 源线引入干扰。
35.通过“场”的干扰有：通过电场耦合的干扰、通过磁场耦 合的干扰、通过辐射电磁场耦合的干扰。
氧传感器，稀燃传感器，烟雾浓度传感器，排烟传感器等。
43.汽车中应用的氧气传感器类型有：
采样保持器课件
D
+5V
R1
+
I
C R2 V
-
R2
I
+ R1
C
R3
+ A
-
R5 V
R4
(a) 无源I/V变换电路
(b) 有源I/V变换电路
图 图2-23电-2流电/电流压/变电换压电变路换电路
有源I/V变换
有源I/V变换是利用有源器件——运算放大器
和电阻电容组成，如图3-2（b）所示。利用同
相放大电路，把电阻R1上的输入电压变成标准
输出电压。该同相放大电路的放大倍数为
G V 1 R4
IR1
R3
(3-1)
若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ， 则输入电流 I 的0 ~ 10 mA就对应电压输出V的0 ~ 5 V；若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ， 则4 ~ 20 mA的输入电流对应于1 ~ 5 V的电压输 出。
采样保持器
1、 零阶采样保持器--零阶采样保持器是在两次采样的
间隔时间内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。它 的组成原理电路与工作波性如图3-8(a)、(b)所示。
采样保持器由输入输出缓冲放大器A1、A2和采样开关S、
保持电容CH等组成。采样期间，开关S闭合，输入电压VIN 通过A1对CH快速充电，输出电压VOUT跟随VIN变化；保持
结构原理
现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原 理如图3-3所示。CD4051由电平转换、译码驱动及 开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级 通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为 “0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端 C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。 比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、 A=001时，通道S通；……当C、B、A = 111时，通 道S7选通。其真值表如表3-1所示。
5_1 采样／保持器
3. 保持电压变化率
在保持阶段，开关S断开，保持电容CH 上所充的电荷通过模拟开关的断开电阻 Roff1、保持电容泄漏电阻Roff2和负载电 阻RL（即输出运放的输入电阻）逐渐泄 放： dVo t Vo ts ID
dt
RH CH
CH
18
式中ID是保持阶段流过保持电容CH的总 泄漏电流
2019/1/15 19
Viபைடு நூலகம்VO
tAC
孔径误差
tAP
保持
2019/1/15
采样
保持
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4. 馈送（Feed through）
在保持阶段，虽然模拟开关处于断开状态， 由于开关源、漏极间的极间电容和其他途径 的耦合作用，使输入信号的变化耦合到输出 端称馈送； 这时采样／保持电路的输出电压（捕捉到的 输入电压的瞬时值）上叠加了馈送所产生的 误差电压，相当于纹波干扰。输入信号变化 快的区域，馈送影响也大。 馈送误差常用输入电压的百分数或分贝值来 表示，它主要取决于开关的极间电容和保持 电容的比值。
采样：开关S1导通，S2断开，运放A1、A2构 成跟随器。Vi很快对CH充电，使VCH=Vi，且 VCH在A2的输出端输出。从而实现输出跟踪输 入的变化。
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反馈型采样／保持器
保持：开关S1断开，S2导通，保持电容CH两端 的电压VCH保持在开关S1断开瞬时的Vi值，输出 电压Vo即保持在开关S1断开瞬时的Vi值。
2019/1/15
保持电压变化率
保持电压的变化率常用的单位有μV／μs、 mV／μs和 mV／s等。 增大CH值可减小保持电压的变化率，但 CH的增大导致捕捉时间的加长。选用高 质量的保持电容，使CH本身的介质漏电 和介质吸附效应引起的电荷变化减小。 选用漏电流小的模拟开关，以及采用高 输入阻抗的输出运放，可减小总的泄漏 电流ID，以达到减小保持电压变化率的 目的，从而提高输出信号的质量。
汽车试验学重点范围
1、实验分类：实验特征：室内台架试验，汽车试验场试验，实际的道路试验。
实验对象：整车试验，总成与大系统试验，零部件试验。
试验目的：质量试验，新产品定型试验、科研实验。
2、室内台架试验：不受环境的影响，可以24小时不停地进行，特别适合于汽车性能的对比试验和可靠性、耐久性试验3、汽车试验场试验：重视原因是汽车试验场上可以设置各种不同的路面，如扭曲路面、比利时砌石路面、高速环道、汽车性能试验专用跑道等。
由于在汽车试验场上可以进行高强化水平的试验，因此可以大大的缩短试验周期。
4、汽车道路试验系统：由数据采集与数据处理系统和各种不同类型的传感器组成，可满足汽车动力性、经济性、制动性及操纵稳定性等各项性能中全部项目的试验要求。
5、汽车试验用仪器设备发展的重要特征：自动化程度高、功能集成、在试验室内再现各种试验环境、高精度高效率。
6、测量四要素：被测对象、计量单位、测量方法、测量误差7、试验系统的特性指系统的输出y （t ）---被测量与输入x(t)---测试结果的关系。
8、静态特性：若被测量x(t)不随时间变化或随时间缓慢变化时，系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关系9、动态特性：若被测量x(t)随时间的变化而变化，系统的输出y(t)与输入x(t)之间的关系10、评价静态特性的指标：灵敏度、分辨率、重复性、回程误差、线性度、漂移11、动态系统的性质：叠加性*、比例性、微分性、积分性、频率保持性*12、传递函数：拉普拉斯变换()()())(01110111s X b s b s b s b s Y a s a s a s a m m m m n n n n ++++=+++---- 传递函数)()()(s X s Y s H =。
①传递函数中没有输入x(t)项，即它与系统的输入无关②传递函数中的各系数11,,,--m m n n b b a a 等是由系统结构特征决定的，系统结构和类型不同， 其取值也不同③传递函数是根据适合任何线性系统的微分方程式得到的，因此它适合于各类系统。
快电子期末50题参考答案
快电⼦期末50题参考答案快电⼦学 Questions 解答1.模拟信号转化为数字信号要实现时间轴上的离散化和幅度上的量化，请简要叙述根据被采样信号的特点如何从上述两个⽅⾯来选择合适的ADC？答：由于采样速率≤ADC转换速率，ADC按信号采样率即时间轴上的离散化程度可选择：快闪型(flash)、流⽔线型(pipelined)、Σ-Δ型、逐次⽐较型(SAR)、积分型。
其中积分型速度最慢，适合采样率低的信号。
根据幅度上的量化即按分辨率选择，由⾼到低有：Σ-Δ型、逐次⽐较型(SAR)、流⽔线型(pipelined)、积分型、快闪型(flash)2.简述量化噪声的特点？它与ADC 的分辨率有何关系？答：如果采样频率满⾜采样定理，则量化是A/D转换过程的唯⼀误差来，源它会使ADC分辨率变差3.简述Nyquist 采样定理？答：4.量化噪声与被采信号的RMS 值有何关系？如何调理被采信号和ADC 的输⼊动态范围适配？答：（RMS值即均⽅根）信噪⽐5.在信号采样——处理——信号重建过程中，防混叠滤波器和信号重建滤波器应处在什么位置？分别有何作⽤？答：可见防混叠滤波器应在采样之前，信号重建滤波器应在数字信号处理之后；防混叠滤波器可确保采样后不出现混叠现象，信号重建滤波器可由离散信号恢复出连续时间信号。
6.什么是ZOH 波形重建？ZOH 重建器中的信号重建滤波器理论上应该具有什么特点？答：利⽤ZOH滤波器进⾏波形重建，其脉冲响应为，频率域为；理论上应具有低频部的幅度响应平坦、⽆⾼频响应、线性相位的特点。
7.说明逐次逼近型ADC（Successive-approximation ADC）的原理和特点？逐次⽐较型AD由⼀个⽐较器和DA转换器通过逐次⽐较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每⼀位将输⼊电压与内置DA转换器输出进⾏⽐较，经n次⽐较⽽输出数字值。
特点：仅包括⼀个⽐较器，⼀个DAC，⼀个SAR和⼀个逻辑控制单元⼯作采⽤频率1MSPS，功耗⼩，成本低模拟设计强，输⼊带宽低，采样率低8.说明积分型ADC（Integration ADC）的原理和特点？将输⼊电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值积分器对输⼊电压积分⼀个固定时间间隔，结束后将积分器切换到和输⼊信号极性相反的参考电压上，放电直⾄输出为0.电路简单，速率⾮常慢，输⼊带宽低、可以去除⾼频噪声9.说明流⽔线ADC（Pipeline ADC，Sub-ranging ADC）的原理和特点？原理特点10.画出基于1.5bit/Stage 的四级Pipeline ADC 的原理⽰意图，其中的数字校正处理的作⽤是什么？上图中m=1.5，N=4。
智能仪器原理与设计-采样保持器和模拟多路开关
从发出保持命令开始到采样/保持器输出达到保持终值（在确定的
一个n位二进制数共有2n个离散值，定义基本度量单
位 Q = VFS / 2n 。 模拟量的量化就是算出模拟量Vin用多少个Q表示，即
D=rnd（Vin/Q）
注：函数“rnd”表示对括弧中的项取整到最接近的整数（用n位二进制数表示）。
量化过程的输入输出关系
图中特性曲线呈阶梯状，每个台阶的宽度称为量化带。输入模拟量的 幅度在DQ与(D+1)Q之间时，输出都以D表示。显然，这是以有限的量 化值代替无限数目的模拟量的过程，因此，必然存在量化误差。由图
1.低速ADC（≥1ms） 2.中速ADC（1ms～10µs） 3.高速ADC（10µs～1µs） 4.超高速ADC（<1µs）
ADC的发展是在三个方面进行的。
一是专攻速度，牺牲一些精度指标。例如，速度已达 1000MHz的超高速ADC的分辨率只有8位，实际应用时的 有效精度只有6～7位。
二是专攻精度。24位的ADSl210/1211在保证精度下工作， 转换速度仅为10Hz，这是由于校正、滤波要花费大量的时 间，特别是滤波，需要有很多个周期数据才能完成。
3.5.2.4 量化噪声和有效分辨率 该部分内容请同学自学
3.5.3 ADC的种类及特点
分类方法 按器件工艺结构
类型
1.组件型ADC 2.混合（集成）电路型ADC 3单片式ADC （1）双极型；（2）MOS型；（3）双极MOS型
第5章 采样保持器
采样/保持器
15
5.3 采样/保持器的类型和主要性能参数
5.3.1 采样/保持器的类型
按结构分为两种类型：
1. 串联型采样/保持器
UK A1 K + A2 UO
Ui
+
CH
模拟地
串联型采样/保持器的结构
当K断开时，采样/保持器从跟踪状态变为保持状态，这 时CH没有充放电回路，在理想情况下，CH的电压将一直 保持在K断开瞬间Ui的最终值上。
5.3.1 采样/保持器的类型
2. 反馈型采样/保持器
优点：
采样/保持精度高：原因是只有eOS1影响精度。 跟踪速度快：因为是全反馈，直接把输出U0与 输入Ui比较，如果U0≠Ui，则其 差被A1放大，迅速对CH充电。
缺点：
结构复杂。
数据采集与处理技术
采样/保持器
21
5.3 采样/保持器的类型和主要性能参数
解决方法：采用一种器件，在A/D转换时保持住输 入信号电平，在A/D转换结束后跟踪输 入信号的变化。“模拟信号存储器”
采样/保持器：用于对模拟输入信号进行采样，然 后根据逻辑控制信号指令保持瞬态值，保证模数转 换期间以最小的衰减保持信号的一种器件。
数据采集与处理技术
采样/保持器
4
5.1 概述
微机系统的A/D通道
5.1 概述
5.2 采样/保持器的工作原理
5.3 类型和主要性能参数
5.4 采集速率与采样/保持器的关系
5.5 采样/保持器集成芯片
5.6 使用中应注意的问题
数据采集与处理技术
采样/保持器
3
5.1 概述
问题：模拟信号进行A/D转换时，从启动转换到 转换结束输出数字量，需要一定的转换时 间，在转换时间内，模拟信号必须保持不 变，否则会造成转换误差。
第5章 采样保持器
A
UO
5.2 采样/保持器的工作原理
模 拟 输 入
采 样 输 出 控 制 信 号
t1时刻之前，开关闭 合，模拟信号对电容 进行充电，电容电压 随模拟信号电压变化， 跟踪期； t1时刻，开关断开， 电容电压为断开瞬间 的模拟信号电压，保 持期；
t1 t2 t3 t4
5.2 采样/保持器的工作原理
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
捕捉时间tAC
是指当采样保持器从保持状态转到跟踪状态 时，采样保持器的输出从保持状态的值变到 当前的输入值所需的时间 捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的 提高有影响 产品手册上给出的捕捉时间通常是指采样保 持器在输出为－FSR，而保持结束时输入已 变至＋FSR情况下的捕捉时间
Δt不再是A/D的转换时间，而是采样保持器 的孔径时间 1 f max n 1LSB要求时 1/2LSB要求时
f max
2 t AP 1 n 1 2 t AP
5.4 系统采集速率与采样保持器的关系
例5.2 用采样保持器芯片AD582和A/D转 换器芯片ADC0804组成一个采集系统。 已知AD582的孔径时间tAP＝50ns， ADC0804的转换时间tCONV＝100 μs（时 钟频率为640kHz），计算系统可采集的 最高信号频率 Fmax＝12.44 kHz
U
max
1 U m f U m 2 在转换时间tCONV内, 输入模拟信号电压最大变化可能为 U i tCONV dU i dt tCONV f U m
max
Um/2 0 t ΔU Δt
A/D转换时间与系统采集速率的关系
若限定在转换时间之内，正弦信号电压 的变化最大不超过1LSB，在Um＝FSR条 件下，数据采集系统可采集的信号最高 频率为
第七章 采样保持(放大)器
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采样/保持器具有两个稳定的工作状态：
1) 跟踪状态。在此期间它尽可能快地追踪上模拟输入信 号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到 保持指令为止。 2) 保持状态。对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信 号进行保持。
在DAS系统中，SH有以下2个主要作用:
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二、孔径不定△tAP
但是，由于各种原因（例如时钟的定时抖动、保持信号 的波形质量、器件的温飘等），孔径时间tAP往往不是一 个常数，tAP可以表示为：
tAP＝tAP0＋ΔtAP
其中：tAP0为常数；ΔtAP为一变量，称为孔径时间不定 性（Aperture Uncertainty），也称为孔径时间抖动或 孔径抖动（Jitter）。 tAP和ΔtAP都是SH器件的重要指标，但是对系统通过速 率产生影响的仅仅是ΔtAP。在第二章曾经分析了ΔtAP对 系统通过速率的影响，系统通过速率由下式确定： 1 fp < n 2 π × Δtap
优点：结构简单。 缺点：失调电压较大，为A1和A2两个运放的失调 电压之和。
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2、负反馈型 工作原理
跟踪周期：Kl闭合，K2断开。两块运放A1和A2共同组 成一个跟随器。此时，保持电容CH的端电压UC为： UC≈Ui＋eos1－eos2 式中eos1和eos2分别为运放A1和A2的失调电压。 保持周期：K1断开，K2闭合。此时输出UO为： UO≈UC + eos2≈ Ui + eos1
3
采样保持器
反馈型采样/保持器的结构
采样保持器 李为民
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跟踪状态
当 K1闭合， K2断开时，
两块运放A1和
A2共同组成一个跟随器， 采样保持器工作于跟踪状态。 采样保持器工作于跟踪状态
此时，保持电容CH的端电压UC为 UC UI+eos1-eos2
式中eos1和eos2分别为运放A1和 A2 的失调电压。
使得当采样/保持器再次转入跟踪状态时A1 能立即跟踪 UI。
采样保持器 李为民
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保持状态
反馈型采样/保持器的跟踪速度也较快， 因为它是全反馈，直接把输出 UO与输入UI 比较， 如果UOUI ，则其差被A1放大，迅速对CH 充电。 充电
采样保持器 李为民
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3.2采样/保持器的主要性能参数
采样保持器 李为民
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两个稳定的工作状态
从以上讨论可知，采样保持器是一种用逻辑电平 控制其工作状态的器件， 它具有两个稳定的工作状态： (1) 跟踪状态。 跟踪状态
在此期间它尽可能快地接收模拟输入信号， 并精确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持 并精确地跟踪模拟输入信号的变化 直到接到保持
3
第二节
采样/保持器的工作原理
采样保持器是一种具有信号输入、信号输 出以及由外部指令控制的模拟门电路。 它主要由模拟开关K、电容CH和缓冲放大器 A组成，它的一般结构形式如图所示。 采样/保持器的一般结构形式 保持器的 般结构形式
采样保持器 李为民
4
采样保持放大器
采样保持放大器 (SHA)
采样保持器 李为民 16
电容 CH
4、采样保持器的主要参数SH
2、采样保持器的工作原理采样保持器是一种用逻辑电平控制其工作状态的器件，具有两个稳定的工作状态。
•采样状态——输出跟踪输入在此期间它尽可能快地接收模拟输入信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持指令为止。
•保持状态——保持前次采样信号对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行保持。
•串联型•反馈型：•反馈型：4、采样保持器的主要参数•捕捉时间t：AC•减小方法：选择导通电阻小、切换速度快的模拟开关；选择频带宽和压摆率高的运放作为S/H内部的输入和输出缓冲放大器；输入缓冲具有较大的输出电流。
•孔径抖动：多次采样中孔径时间的最大变化量，其值等于最大孔径时间与最小孔径时间之差。
孔径抖动的典型数值约比孔径时间小一个数量级左右。
采样／保持器如果具有恒定的孔径时间，可采取措施消除其影响，如把保持指令提前tAP 时间发出，则电路的实际输出值就是预定时刻输入信号的瞬时值。
•建立时间t s：从发出保持指令开始到到S/H输出达到保持终值所需的时间。
建立时间包括了孔径时间4、采样保持器的主要参数4、采样保持器的主要参数•馈送在保持阶段，虽然模拟开关处于断开状态，由于开关源、漏极间的极间电容和其他途径的耦合作用，使输入信号的变化耦合到输出端称馈送；这时采样／保持电路的输出电压（捕捉到的输入电压的瞬时值）上叠加了馈送所产生的误差电压，相当于纹波干扰。
输入信号变化快的区域，馈送影响也大。
馈送误差常用输入电压的百分数或分贝值来表示，它主要取决于开关的极间电容和保持电容的比值。
U=U m sinωti图2-1-15 分时采集多道数据采集系统。
数据采集技术5 采样 保持器
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数据采集与处理
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CUIT 5.4 系统采集速率与采样／保持器的关系
【例5.2】用采样／保持器芯片AD582和A／D转 换器芯片ADC0804组成一个采集系统。 已知AD582的孔径时间 tAP =50ns， ADC0804的转换时间 tCONV =100s （时钟频率为640kHz），计算系统可
则
dU i dt
max
1 2
U
m
cost
在过零处
由于在正弦信号过零时，ωt = ±nπ， |cos(±nπ)| =1，所以
dU i dt
max
1 2Um
f
Um
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CUIT 5.4 系统采集速率与采样／保持器的关系
而在A／D转换时间tCONV内，输入的 正弦信号电压最大变化率可能为
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CUIT
5.2 采样／保持器的工作原理
从以上讨论可知：
采样／保持器是一种用逻辑电平控 制其工作状态的器件。
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数据采集与处理
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CUIT
5.2 采样／保持器的工作原理
它具有两个稳定的工作状态：
跟踪状态
在此期间它尽可能快地接收模拟输入 信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化， 一直到接到保持指令为止。
孔径不定△tAP
孔径不定△tAP — 孔径时间的变化范围。 孔径时间使采样时刻延迟。
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数据采集与处理
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CUIT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
如果延迟时间不变，则对总的采样结 果的精确性不会有太大影响。
但若孔径时间在变化，则对精度就会 有影响。
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数据采集系统
传感器 信号调理器
模 拟 量 输 入
传感器 信号调理器
低 电 平 多 路 模 拟 开 关
A H S
ADC 采 样 保 持
数字记 录装置
A
控制器
/
采样保持器原理
采样保持电路由模拟开关、存储元件和 缓冲放大器A组成。在采样时刻，加到 模拟开关上的数字信号为低电平，此时 模拟开关被接通，使存储元件（通常是 电容器）两端的电压UB随被采样信号 UA变化。当采样间隔终止时，D变为高 电平,模拟开关断开,UB则保持在断开瞬 间的值不变。缓冲放大器的作用是放大 采样信号，它在电路中的连接方式有两 种基本类型：一种是将信号先放大再存 储，另一是先存储再放大。对理想的采 样保持电路，要求开关没有偏移并能随 控制信号快速动作，断开的阻抗要无限 大，同时还要求存储元件的电压能无延 迟地跟踪模拟信号的电压，并可在任意 长的时间内保持数值不变。
采样保持器在系统中的任务
• 若使用A/D转换器对模拟量进行 转换，则需要一定的时间。在转 换过程中，模拟量的变化将直接 影响转换精度。特别是在同步系 统中，几个并联的量均需要取同 一值，若仍直接用A/D转换器转 换，则所得的值不准确，无法进 行计算和比较。则要求输入到 A/D转换器中的模拟量在整个过 程中保持不变，又转换后要求 A/D转换器的输入信号能随模拟器与采样器、放大器和 模数转换器一起构成模拟量输入通道, 用于工业过程计算机系统或数据采集系 统。现场信号（如温度、压力、流量、 物位、机械量和成分量等被测参数）经 过信号处理（标度变换、信号隔离、信 号滤波等）送入采样器，在控制器控制 下对信号进行分时巡回和多路切换选择， 然后经放大器和采样保持电路再送入模 数转换器，转换成计算机能接受的二进 制数码。
采样保持器（SHA）
简介：
• 计算机系统模拟量输入通道中的一种模拟量存储装置。 它是连接采样器和模数转换器的中间环节。采样器是一 种开关电路或装置，它在固定时间点上取出被处理信号 的值。采样保持器则把这个信号值放大后存储起来，保 持一段时间，以供模数转换器转换，直到下一个采样时 间再取出一个模拟信号值来代替原来的值。在模数转换 器工作期间采样保持器一直保持着转换开始时的输入值， 因而能抑制由放大器干扰带来的转换噪声，降低模数转 换器的孔径时间，提高模数转换器的精确度和消除转换 时间的不准确性。一般生产过程控制计算机的模拟量输 入可能是每秒几十点、几百点，对于大型系统甚至上千 点,往往需要高速采样(如5000～10000点/秒)。为使这些 模拟量信号逐个地送到模数转换器，而不至降低被测信 号的真实性，必须采用采样保持器。在低速系统中一般 可以省略这种装置。