采样／保持器.ppt
合集下载
2.3采样保持器
动作时间、保持电容的充电时间、放大器的设定时间等.
•
•
•
•
•
•
•
•
捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。如果采样／
保持器在保持状态时的输出为-FSR，而在保持状态结束时输入已变至
+FSR，则以保持状态转至跟踪状态采样／保持器所需的捕捉时间最长，
产品手册上给出的tAC就是指这种状态的值。
使用采样／保持器后，系统能对频率不高于12．44kHz
正的信号进行采样，使系统可采集的信号频率提高了
许多倍，大大改善了系统的采样速率。
由采样定理可知，一个有限带宽的模拟信
号是可以在某个采样频率下重新恢复而不丧失
任何信息的，该采样频率至少应两倍于最高信
号频率。这意味着带采样／保持器的数据采集
系统必须在速率至少为两倍的信号频率下采样、
知的捕捉时间tAC=6μs，孔径时间tAP=50ns，
ADC0804的转换时间conv=100μs(时钟频率
为640kHz)，计算系统可采集的最高输入信
号频率。
• AD582
• 解：tAP与tAC和tCONV相比，可以忽略。
根据式(5—7)可知
fmax=1/2(tAC+tCONV)=1/2*(6*106+100*10-6)=4.72*103(Hz)
• •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。
• 经过一段时间跟踪，电容器电压变为-5V，然
后又转为保持状态。这时，电容器电压会逐渐
向+5V方向变动，使保持电压发生变动，从而
产生误差。
符合高精度要求的电容器
•
•
•
•
•
•
•
•
捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。如果采样／
保持器在保持状态时的输出为-FSR，而在保持状态结束时输入已变至
+FSR，则以保持状态转至跟踪状态采样／保持器所需的捕捉时间最长，
产品手册上给出的tAC就是指这种状态的值。
使用采样／保持器后，系统能对频率不高于12．44kHz
正的信号进行采样，使系统可采集的信号频率提高了
许多倍，大大改善了系统的采样速率。
由采样定理可知，一个有限带宽的模拟信
号是可以在某个采样频率下重新恢复而不丧失
任何信息的，该采样频率至少应两倍于最高信
号频率。这意味着带采样／保持器的数据采集
系统必须在速率至少为两倍的信号频率下采样、
知的捕捉时间tAC=6μs，孔径时间tAP=50ns，
ADC0804的转换时间conv=100μs(时钟频率
为640kHz)，计算系统可采集的最高输入信
号频率。
• AD582
• 解：tAP与tAC和tCONV相比，可以忽略。
根据式(5—7)可知
fmax=1/2(tAC+tCONV)=1/2*(6*106+100*10-6)=4.72*103(Hz)
• •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。
• 经过一段时间跟踪，电容器电压变为-5V，然
后又转为保持状态。这时，电容器电压会逐渐
向+5V方向变动，使保持电压发生变动，从而
产生误差。
符合高精度要求的电容器
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。
采样／保持器
表11-7 AD574校准后模拟量输入电压与数码关系
上述为单极性输入零点和满度调整，双极性输入的零 点和满度调整过程和单极性完全一样。 参照表10-7，首先施加比负满刻度高的电压（对于 ±5V的范围为 –4.9988V）， 并且调整图11-23（b）中的 电位器RPl，获得第一次转换，使数字量输出从00...00变为 00…01。 然后，施加比正满刻度低的电压（对于±5V的范围为 +4.9964V），并且调节图11-23（b）中RP2，获得最后一 次转换，使数字量输出从11…10变为11…11。
4. AD574的工作方式
AD574有单极性和双极性两种工作方式，可根据 模拟信号的性质加以选定。 （1）单极性输入。单极性模拟量输入有两种量程， 0～10V量程使用引脚13和9；0～20V量程使用引脚14和9。 如果不需要对零位进行调整，则将引脚12直接接至引脚9。 在不需要进行满量程调整时，可在引脚8和10之间加接一 个50欧姆的电阻，如图11-21（a）所示。如果需要进行零 位和满量程调整，其电路如图11-21（b）所示。
5. 发S／H控制信号。
进行高速信号的A／D转换时，一般还需要设置采 样／保持器，故接口要对采样／保持器发控制信号，以 进行采样和保持操作。
（二）A／D转换器与CPU接口的技术要点
当然，在实现A／D转换器与CPU接口时，都会遇 到许多实际的技术问题。比如，A／D转换器与系统的 接法、A／D转换器的启动方式、模拟量输入通道的接 法、参考电源如何提供：状态的检测及锁存以及时钟信 号的引入等。
图11-23 AD574模拟输入电路的外部接法
四、A／D转换器与CPU的接口
（一）A／D转换器与CPU接口的任务
A／D转换器与CPU的接口，一般要完成以下操作： 1. 发转换启动信号。 因为A／D转换器的转换时间何时开始，是由外部 来控制的，所以A／D接口的任务是向A／D转换器发 “转换启动”信号，使ADC开始转换。
5_1 采样／保持器
2019/1/15 17
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
20
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。
2019/1/15 30
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。
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
20
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。
2019/1/15 30
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。
第5章采样保持器ppt课件
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。
数据采集与处理
5
SDUT
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。
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。
(5 3)
式中 I —— 保持电容CH的漏电流。
数据采集与处理
18
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
为了使保持状态的保持电压的变化率不超 过允许范围，须选用优质电容。
增加的值可使保持电压的变化率不大，但 将使跟踪的速度下降。
馈送
馈送— 指输入电压Ui的交流分量通过开 关K的寄生电容CS加到CH上，使 得Ui的变化引起输出电压UO的微 小变化。
数据采集与处理
19
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
CS
-
Ui
K
+ A2
UO
CH
图5.6 馈送的通路
交流分量引起的误差。
保持电容器CH↑，馈送↓，
但不利于采样频率的提高。
数据采集与处理
20
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
跟踪到保持的偏差
跟踪到保持的偏差—
跟踪最终值与建 立保持状态时的 保持值之间的偏 差电压。
为了量化的 准确，应在发出 保持指令后延迟 一段时间，再启 动A／D转换。
数据采集与处理
14
SDUT 5.3 采样／保持器的类型和主要性能参数
由于孔径时间的存在，而产生
孔径误差— 采样／保持器实际保持的 输出值与希望输出值之差。
6.2 信号采样与保持
2326.2 信号采样与保持采样器与保持器是离散系统的两个基本环节，为了定量研究离散系统，必须用数学方法对信号的采样过程和保持过程加以描述。
6.2.1 信号采样1. 采样信号的数学表示一个理想采样器可以看成是一个载波为理想单位脉冲序列)(t T δ的幅值调制器，即理想采样器的输出信号)(*t e ，是连续输入信号)(t e 调制在载波)(t T δ上的结果，如图6-6所示。
图6-6 信号的采样用数学表达式描述上述调制过程，则有)()()(*t t e t e T δ=（6-1） 理想单位脉冲序列)(t T δ可以表示为∑∞=-=)()(n T nT t t δδ (6-2)其中)(nT t -δ是出现在时刻nT t =，强度为1的单位脉冲，故式(6-1)可以写为∑∞=-=0*)()()(n nT t t e t e δ由于)(t e 的数值仅在采样瞬时才有意义，同时，假设00)(<∀=t t e所以)(*t e 又可表示为*()()()n e t e nT t nT δ∞==-∑（6-3）2332. 采样信号的拉氏变换对采样信号)(*t e 进行拉氏变换，可得)]([)(])()([)]([)(0**nT t L nT e nT t nT e L t e L s E n n -=-==∑∑∞=∞=δδ (6-4)根据拉氏变换的位移定理，有nTs st nTs e dt e t e nT t L -∞--==-⎰0)()]([δδ所以，采样信号的拉氏变换∑∞=-=0*)()(n nTs e nT e s E (6-5)3. 连续信号与采样信号频谱的关系由于采样信号只包括连续信号采样点上的信息，所以采样信号的频谱与连续信号的频谱相比，要发生变化。
式(6-2)表明，理想单位脉冲序列)(t T δ是周期函数，可以展开为傅氏级数的形式，即∑+∞-∞==n tjn nT s ec t ωδ)((6-6)式中，T s /2πω=，为采样角频率；n c 是傅氏系数，其值为/2/21()sT jn t n T T c t e dt Tωδ--=⎰由于在]2,2[T T -区间中，)(t T δ仅在0=t 时有值，且1|0==-t tjn s e ω，所以0011()n c t dt TTδ+-==⎰（6-7） 将式(6-7)代入式(6-6)，得∑+∞-∞==n tjn T s eT t ωδ1)( （6-8） 再把式(6-8)代入式(6-1)，有∑+∞-∞==n t jn s e t e T t e ω)(1)(*（6-9）上式两边取拉氏变换，由拉氏变换的复数位移定理，得到234∑+∞-∞=+=n s jn s E T s E )(1)(*ω (6-10)令ωj s =，得到采样信号)(*t e 的傅氏变换∑+∞-∞=+=n s n j E T j E )]([1)(*ωωω （6-11)其中，)(ωj E 为非周期连续信号)(t e 的傅氏变换，即⎰+∞∞--=dt e t e j E j ωω)()( （6-12）它的频谱)(ωj E 是频域中的非周期连续信号，如图6-7所示，其中h ω为频谱)(ωj E 中的最大角频率。
42 采样保持器 优质课件
间。由此产生两个问题，第一，在A/D转换期间， 输入的模拟信号发生变化，将会使A/D转换产生误 差，而且信号变化的快慢将影响误差的大小。为 了减小误差，需要保持采样信号不变。第二，A/D 转换器输出的数字量只能表明采样时刻的信号值， 通过采样使输入的连续信号变成离散信号。
一个n位的A／D转换器设它的满量程电 压为VFS，则它的“量化单位”或最小有效位 LSB所代表的电压U=V ／2n。
5）模拟开关由差动的逻辑输入端L+ 和L-控制， U（L+ - L-) 在-6V～0.8V时，AD582处于采样模式， U（L+ - L-) 在+2V～ +VS之间时，处于保持模式。
低电平采样；高电平保持。
6) AD582可与任何独立的运算放大器连接，以控制增 益或频率响应，以及提供反相信号等。
AD582实用电路（一）
AD582的特点： 1）±9V~±18V供电，典型工作电压是±15V，输入
信号可达电源电压可适用于12位A/D转换器。 2）有较高的输入阻抗，约30M欧姆； 3）有较短的信号捕捉时间，最短达6μs。该时间与所
选择的保持电容有关，电容值越大，捕捉时间越 长，它影响采样频率。 4）具有相互隔开的模拟地、数字地，从而提高了抗干 扰能力。
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398；
2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。 现以AD582芯片和LF398为例作介绍。
1、AD582
1脚：同相输入端，2 脚：空； 3脚和4脚接直流调零电位器； 5脚 ：负电源 6脚和8脚之间接保持电容； 7脚 ：空； 8脚：输出端； 9脚：是反相输入端； 10脚 ：正电源； 11脚和12脚：逻辑控制端; 13、14脚：空；
一个n位的A／D转换器设它的满量程电 压为VFS，则它的“量化单位”或最小有效位 LSB所代表的电压U=V ／2n。
5）模拟开关由差动的逻辑输入端L+ 和L-控制， U（L+ - L-) 在-6V～0.8V时，AD582处于采样模式， U（L+ - L-) 在+2V～ +VS之间时，处于保持模式。
低电平采样；高电平保持。
6) AD582可与任何独立的运算放大器连接，以控制增 益或频率响应，以及提供反相信号等。
AD582实用电路（一）
AD582的特点： 1）±9V~±18V供电，典型工作电压是±15V，输入
信号可达电源电压可适用于12位A/D转换器。 2）有较高的输入阻抗，约30M欧姆； 3）有较短的信号捕捉时间，最短达6μs。该时间与所
选择的保持电容有关，电容值越大，捕捉时间越 长，它影响采样频率。 4）具有相互隔开的模拟地、数字地，从而提高了抗干 扰能力。
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398；
2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。 现以AD582芯片和LF398为例作介绍。
1、AD582
1脚：同相输入端，2 脚：空； 3脚和4脚接直流调零电位器； 5脚 ：负电源 6脚和8脚之间接保持电容； 7脚 ：空； 8脚：输出端； 9脚：是反相输入端； 10脚 ：正电源； 11脚和12脚：逻辑控制端; 13、14脚：空；
第5章 采样保持器
模拟通道的结构形式——A/D通道的结构形式
①单通道 不带S/H——直流或低频模拟信号 带S/H——高频变化的模拟信号 ②多通道 每个通道有自己的S/H和ADC——并行多通道
各通道有自己的S/H, 共享ADC
各通道共享S/H和ADC
数据采集与处理技术
采样/保持器
5
5.1 概述
A1 A2 An S/H S/H S/H A/D A/D A/D I/O I/O I/O C P U
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
7
5.2 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。
组成：模拟开关K、电容CH和缓冲放大器A。
K
模拟信号 Ui 驱动信号 UC
希望的输出
tST
tAP 跟踪 保持 保持
保持建立时间 (设定时间） t
保持指令发出时刻
采样／保持全过程
数据采集与处理技术
采样/保持器
22
5.3 采样/保持器的类型和主要性能参数
5.3.2 采样/保持器的主要性能参数
保持建立时间tST
tST：由tAP开始，到 在tAP后的输出还有 输出在规定的误差 一段波动，经过一 定时间后才保持稳 带内达到稳定所需 定。 要的时间；
K2
A1
K1
Ui
UC
CH
-
+
-
eOS1
eOS2
+
A2
UO
UK
模拟地
反馈型采样/保持器的结构
①单通道 不带S/H——直流或低频模拟信号 带S/H——高频变化的模拟信号 ②多通道 每个通道有自己的S/H和ADC——并行多通道
各通道有自己的S/H, 共享ADC
各通道共享S/H和ADC
数据采集与处理技术
采样/保持器
5
5.1 概述
A1 A2 An S/H S/H S/H A/D A/D A/D I/O I/O I/O C P U
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
7
5.2 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。
组成：模拟开关K、电容CH和缓冲放大器A。
K
模拟信号 Ui 驱动信号 UC
希望的输出
tST
tAP 跟踪 保持 保持
保持建立时间 (设定时间） t
保持指令发出时刻
采样／保持全过程
数据采集与处理技术
采样/保持器
22
5.3 采样/保持器的类型和主要性能参数
5.3.2 采样/保持器的主要性能参数
保持建立时间tST
tST：由tAP开始，到 在tAP后的输出还有 输出在规定的误差 一段波动，经过一 定时间后才保持稳 带内达到稳定所需 定。 要的时间；
K2
A1
K1
Ui
UC
CH
-
+
-
eOS1
eOS2
+
A2
UO
UK
模拟地
反馈型采样/保持器的结构
第05章 采样保持器
二、A/D转换器前有采样/保持器
A/D转换时，在转换时间tCONV内，由于保持电容输出的电 压基本保持不变，此时要求：在孔径时间内tAP，⊿UI≤q/2 。 推导过程与上面相似，得
f
1 2n1t AP
小结
在A/D转换过程中，为了保证A/D转换精度，即在转换过程 中，输入的模拟信号的变化量⊿U≤q/2，q为量化单位。 1.无采样/保持器，输入信号的最高频率为：
5.2 采样/保持器的工作原理
一、基本电路
（1）模拟开关：驱动信号＝1，开关闭合；驱动信号＝0，开关断 (注意：开关闭合时两端具有一定的导通电阻) （2）保持电容CH （3）缓冲器A（主要起隔离作用，防止雷击，静电等瞬间高压）
二、工作原理
1．采样期（跟踪期） （1）t1时刻前，模拟开关的驱动信号＝1，开关闭合； （2）保持电容上的电压UC，随UI变化而变化； 2．保持期 （1）在t1时刻，模拟开关的驱动信号＝0，开关断开； （2）此时电容上的电压UC =UI(t1)，直至t2；
例： 设某A/D转换器满量程电压为5V， 采样/保持器在保持状态时的输出为5V,当保持状态结 束时输入已变至0V，则此时所需的捕捉时间最长。 通常产品手册给出的tAC是最大捕捉时间。
四、保持电压的下降
当采样/保持器处在保持状态时，由于保持电容的漏电流使 保持电压值下降，下降值随保持时间的增大而增加。
二、孔径不定时间⊿tAP：孔径时间的变化范围
三、捕捉时间tAＣ
采样/保持器从保持状态转到采样状态时，采样/保持器的输 出从保持状态的值变到模拟信号当前的输入值所需的时间。
保持电容的电容值越大，充放电时间越长，则tAC越长。 当tAC一定时，模拟输入信号UI的频率越高，保持电容的电容值应越小。
【第五章】采样保持器
55//5.1 5.1 问题模拟信号进行AD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当输入信号频率较高时会造成很大的转换误差。
解决方法采用一种器件在AD转换时保持住输入信号电平在AD转换结束后跟踪输入信号的变化。
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。
5.2 5.2 模拟信号UiK驱动信号ACH模拟地UO采样保持器的一般结构形式采样/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。
组成模拟开关K、电容CH和缓冲放大器A。
UC5.2 5.2 UiK驱动信号CH模拟地UOUCAt控制信号t模拟输入At采样输出跟踪t1A2t2A1t3保持A3t4A采样保持器工作原理跟踪保持跟踪在t1时刻前控制电路的驱动信号为高电平时模拟开关K闭合模拟输入信号Ui通过模拟开关加到电容CH 上使得CH端电压UC 跟随Ui 变化而变化。
工作原理如下在t1时刻驱动信号为低电平模拟开关K断开此时电容CH 上的电压UC保持模拟开关断开瞬间的Ui 值不变并等待AD转换器转换。
而在t2时刻保持结束新一个跟踪时刻到来此时驱动信号又为高电平模拟开关K 重新闭合CH端电压UC 又跟随Ui 变化而变t3时刻驱动信号为低电平时模拟开关K 断开......。
采样保持器是一种用逻辑电平控制其工作状态的器件。
5.2 5.2 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。
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。
因此采样/保持器是在“保持”命令发出的瞬间进行采样而在“跟踪”命令发出时采样/保持器跟踪模拟输入量为下次采样做准备。
采样保持器主要起以下两种作用“稳定”快速变化的输入信号以减少转换误差。
用来储存模拟多路开关输出的模拟信号以便模拟多路开关切换下一个模拟信号。
信号的采样与保持
nT (2 s )
n0
n0
e e nT (1s)
nT (2 s )
n0
n0
e nT (1 s )
n0
1
e T (1 s)
e 2T (1 s )
1
1 e T (1 s)
eTs eTs eT
e nT ( 2 s )
采样和数字控制技术与连续系统相比有以下特点：
1)、由数字计算机构成的数字校正装置效果比连续校 正装置好，而且由软件实现的控制规律、易于改变， 控制灵活。 2)、采样信号，特别是数字信号的传递可以有效地抑 制噪声，从而提高了系统的抗干扰能力。 3)、允许采用高灵敏度的控制元件，提高系统的控制 精度。 4)、可以用一台计算机分时控制若干个系统，提高设 备的利用率。 5) 对于大延迟系统，可引入采样的方式稳定。
7-2 信号的采样与保持
1. 采样过程 2. 采样过程的数学描述 3. 香农采样定理 4. 采样周期的选取 5. 信号保持
2、采样过程的数学描述
(1)、采样信号的拉氏变换
对e*(t)进行拉氏变换，可得
E*(s)
L[e*(t)]
L
e(nT
)
(t
nT
)
e(nT)L (t nT)
cn
1 T
T / 2 (t )e jnst dt 1
T / 2
T
0
(t)dt
1
0
T
T
(t)
1 T
e
n
jn s t
第七章 采样保持(放大)器
中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系
7
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:
中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系
9
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。
中国科学技术大学电子工程与信息科学系 中国科学技术大学电子工程与信息科学系
18
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
信号的采 样和保持
kT t (k 1)T 时，连续信号应取何值就是保持器要解决的问题。实际上，保
持器具有外推作用，即保持器现时刻的输出信号取决于过去时刻采样信号值的外 推。实现外推常用的方法是采用多项式外推公式
f (kT t) a0 a1t a2t2 amtm
式中 t ——以kT为时间原点的时间坐标， t T ； a0 ，a1 ，a2 ， ，am ——系数，由过去各采样时刻的采样信号值 f (kT ) ，
进f (行t) 频谱分析，观察频谱混叠的影响。
1.2 采样过程
在数字控制系统中，数字计算机输出的是数字序列的采样信号，需要经过数－ 模转换器（D/A），将它变成连续的控制信号以驱动控制装置。这种将采样信号变 为连续信号的过程称为复现或保持，用于复现信号的装置则称为保持器。
为了从采样信号复现出连续信号，需要解决两个问题：第一，理论上能否从采 样信号恢复到原连续信号？或者说，是否包含了 的全部信息？第二，实际应采用什 么样的保持器？
f (k 1)T ，f (k 2)T ， 确定。
工程上一般按外推公式的第一项或前两项组成外推装置。只按第一项组成的
外推装置，因其所用外推多项式是零阶的，故称为零阶保持器；同理，按前两项 组成的外推装置称为一阶保持器。其中应用最广泛的是零阶保持器，其外推公式
为
f [(kT t)] a0
由于T 0 时上式也成立，所以 a0 f (kT ) ，从而得到
连续信号经采样后变成脉冲序列信号，其频谱中除原信号的频谱外， 还有无限多个在采样过程中产生的高频频谱。因此，为了从采样信号复现 出原连续信号，而又不使上述高频分量进入系统，应在采样开关后面串联 一个滤波器，它的功能是滤去高频分量，而无损失地保留原信号频谱。能 使采样信号不失真地复现为原连续信号的滤波器应具有理想的矩形频率特 性，如图：
持器具有外推作用，即保持器现时刻的输出信号取决于过去时刻采样信号值的外 推。实现外推常用的方法是采用多项式外推公式
f (kT t) a0 a1t a2t2 amtm
式中 t ——以kT为时间原点的时间坐标， t T ； a0 ，a1 ，a2 ， ，am ——系数，由过去各采样时刻的采样信号值 f (kT ) ，
进f (行t) 频谱分析，观察频谱混叠的影响。
1.2 采样过程
在数字控制系统中，数字计算机输出的是数字序列的采样信号，需要经过数－ 模转换器（D/A），将它变成连续的控制信号以驱动控制装置。这种将采样信号变 为连续信号的过程称为复现或保持，用于复现信号的装置则称为保持器。
为了从采样信号复现出连续信号，需要解决两个问题：第一，理论上能否从采 样信号恢复到原连续信号？或者说，是否包含了 的全部信息？第二，实际应采用什 么样的保持器？
f (k 1)T ，f (k 2)T ， 确定。
工程上一般按外推公式的第一项或前两项组成外推装置。只按第一项组成的
外推装置，因其所用外推多项式是零阶的，故称为零阶保持器；同理，按前两项 组成的外推装置称为一阶保持器。其中应用最广泛的是零阶保持器，其外推公式
为
f [(kT t)] a0
由于T 0 时上式也成立，所以 a0 f (kT ) ，从而得到
连续信号经采样后变成脉冲序列信号，其频谱中除原信号的频谱外， 还有无限多个在采样过程中产生的高频频谱。因此，为了从采样信号复现 出原连续信号，而又不使上述高频分量进入系统，应在采样开关后面串联 一个滤波器，它的功能是滤去高频分量，而无损失地保留原信号频谱。能 使采样信号不失真地复现为原连续信号的滤波器应具有理想的矩形频率特 性，如图：
第5章采样保持器ppt课件
孔径不定ΔtAP
指孔径时间的变化范围 孔径时间体现的是采样时刻的延迟，而孔径
不定是对这个延迟的变化的描述 孔径时间从理论上说可以用改变采样时刻的
方式消除，而孔径不定则会对采样的精度及 频率产生影响 孔径时间是对具体的一次采样个体的描述， 而孔径不定则是对孔径时间的一个总体上的 描述
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
Δt不再是A/D的转换时间，而是采样保持器
的孔径时间 1LSB要求时
f max
1
2n t AP
1/2LSB要求时
f max
1
2n1t 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
采样保持器是一种用逻辑电平控制其工 作状态的器件，它有两个稳定状态：
跟踪状态 保持状态
采样保持器的作用
“稳定”快速变化的输入信号，以利于减少 采样误差
储存模拟多路开关输出的模拟信号，有利于 提高多路信号采集速率
影响采样保持器精度的因素
电容的电容值
电容值过大，时间常数大，对高频信号的跟 踪能力差
保持电压的下降
当采样保持器处在保持状态时，由于电容 的漏电流使保持电压值下降，下降的值随保 持时间的增大而增加，通常用保持电压的下 降率来表示
U (V / s) I ( pA)
T
CH ( pF )
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
馈送
在采样保持器处在保持状态时，保持电容上 的电压应与输入电压变化无关。但实际上由 于模拟开关存在寄生电容的缘故，输入电压 的交流分量将通过寄生电容而引起输出电压 的微小变化
指孔径时间的变化范围 孔径时间体现的是采样时刻的延迟，而孔径
不定是对这个延迟的变化的描述 孔径时间从理论上说可以用改变采样时刻的
方式消除，而孔径不定则会对采样的精度及 频率产生影响 孔径时间是对具体的一次采样个体的描述， 而孔径不定则是对孔径时间的一个总体上的 描述
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
Δt不再是A/D的转换时间，而是采样保持器
的孔径时间 1LSB要求时
f max
1
2n t AP
1/2LSB要求时
f max
1
2n1t 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
采样保持器是一种用逻辑电平控制其工 作状态的器件，它有两个稳定状态：
跟踪状态 保持状态
采样保持器的作用
“稳定”快速变化的输入信号，以利于减少 采样误差
储存模拟多路开关输出的模拟信号，有利于 提高多路信号采集速率
影响采样保持器精度的因素
电容的电容值
电容值过大，时间常数大，对高频信号的跟 踪能力差
保持电压的下降
当采样保持器处在保持状态时，由于电容 的漏电流使保持电压值下降，下降的值随保 持时间的增大而增加，通常用保持电压的下 降率来表示
U (V / s) I ( pA)
T
CH ( pF )
5.3.2 采样保持器的主要性能参数
馈送
在采样保持器处在保持状态时，保持电容上 的电压应与输入电压变化无关。但实际上由 于模拟开关存在寄生电容的缘故，输入电压 的交流分量将通过寄生电容而引起输出电压 的微小变化
第九章数据采集技术第三讲
AD582的特性如下： 1）有较短的捕获时间，最短达6μs，电容越大，捕获时间越长，它影响采样频率。 2）有较高的采样/保持电流比，可达107，该值是电容充电电流与保持模式电容漏电流之比，表征采样/保持器的质量。 3）有较高的输入阻抗，约30M 。 4）有可达±Us输入信号电平，适用于12位A/D转换器。 5）有相互隔离的模拟地、数字地，提高了抗干扰能力。 6）有差动式逻辑驶入端。 7）可与任何独立的运算放大器连接。
一、采样/保持器的工作原理 采样/保持器是指在输入逻辑电平的控制下，处于“采样”和“保持”两种工作状态的电路。
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，电路的输出保持着前一次采样结束瞬间的模拟输入信号，直到进入下一次采样状态为止。
最基本的采样／保持器的构成 模拟开关 存储元件（保持电容） 缓冲放大器 图中，K为模拟开关；CH为保持电容；A为缓冲放大器；而Vc为模拟开关控制信号，确定采样还是保持的状态。
串联型采样/保持器 串联型采样/保持器的基本结构如下图所示。运算放大器A1和A2为输入、输出缓冲放大器，用来提高采样/保持器的输入阻抗，减小输出阻抗，以便与信号源和负载连接；K为模拟开关，CH为保持电容。
当开关闭K合时，输入信号Vi通过A1对CH高速充电，CH的电压将跟踪Vi的变化；当开关K断开时，采样/保持器从跟踪状态变为保持状态，CH没有放电回路，在理论上CH的电压将一直保持在K断开瞬间Vi的值上。 优点：结构简单。 缺点：失调电压为两个运放失调电压之和，且比较大，影 响采样/保持器的精度；同时，跟踪速度也比较低。
2、工作过程 1）准备阶段： CR信号 把计数器清零，让K2 闭合，等电容放电后， 再断开K2。 2）采样阶段：开关K1接通Ui，正的输入电压Ui加积分器输入端，积分器从0开始对Ui积分。
采样保持器原理
采样保持器原理
对于模数转换器（ADC）来说，
1.转换（孔径）时间t：完成一次A/D转换需要的时间。
2.转换（孔径）误差：采样时刻的最大转换误差。
3.转换（孔径）误差的消除：采用采样保持器。
图1孔径误差示意图
4.采样保持器的作用：在采样时，其输出能够跟随输入变化；而在保持状态时，能使输出值不变。
5.采样保持器的工作原理：
采样保持器由缓冲放大器A和采样开关S、保持电容CH 组成；
采样期间，开关S闭合，输入电压VIN对CH快速充电，输出电压VOUT跟随VIN变化；
保持期间，开关S断开，理想情况下电容CH将保持电压VC不变，因而输出电压VOUT=VC也保持恒定。
图2采样保持器原理图
图3采样保持器输入输出信号示例。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
这里VFS是A/D转换器额定的满度输入 电压。取VFS=Vm，则孔径误差的相对值 应满足下式：
2020/5/13
15
孔径时间 tAP（Aperture time）
Vo max Vm
tAP
2
ftAP
1 2n1
由此可得
f
1
2n2 tAP
2020/5/13
16
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。
2020/5/13
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
4
最基本的采样／保持器
第五章 采样／保持器 （S／H电路）
5.1概述
2020/5/13
1
概述
• 采样／保持器是指在输入逻辑电平控制 下处于“采样”或“保持”两种工作状 态的电路。
• 在“采样”状态下电路的输出跟踪输入 模拟信号。
• 转为“保持”状态后，电路的输出保持 着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟 信号，直至进入下一次采样状态为止。
tAC
Vi
VO
开关导通 延时时间
保持
采样
保持
2020/5/13
8
捕捉时间tAC（Acquisition time）
显然采样时间必须大于捕捉时间，才能 保持在采样阶段充分地采集到所需的输 入模拟信号。 捕捉时间主要由电路充电时间常数和所 要求的逼近精度所决定，还与开关的导 通时间、缓冲放大器的压摆率和稳定时 间有关。
max
Vm cost
t0
Vm
2020/5/13
14
孔径时间 tAP（Aperture time）
在数据采集系统中，要求最大孔径误差
不超过A／D转换器输出数字量的最低有
效位（LSB）所代表电压值的一半，即
ΔVomax≤1/2VLSB。第六章将说明对一个 具有n位二进制输出的A/D转换器,
1VLSB= 1/ 2nVFS 。
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。
孔径抖动：指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。
2020/5/13
2020/5/13
2
微机系统的A/D、D/A通道
• 模拟通道的结构形式
1）A/D通道的结构形式
① 单通道
不带S/H——直流或低频模拟信号
带S/H——高频变化的模拟信号
② 多通道
每个通道有自己的S/H和ADC——并行多通道
各通道有自己的S/H,共享ADC
2020/5各/13 通道共享S/H和ADC
3
2020/5/13
9
捕捉时间tAC（Acquisition time）
产品数据表格上给出的tAC，都是相对于 某一保持电容和逼近误差而言，同时还 假定电路的初始输出为零，输入信号是 一定大小（通常为 10V或20V的阶跃电 压）。
2020/5/13
10
捕捉时间tAC（Acquisition time）
2020/5/13
11
2.孔径时间 tAP（Aperture time）
tAC
Vi
孔径误差
VO
tAP
保持
采样
保持
2020/5/13
12
2.孔径时间 tAP（Aperture time）
由于模拟开关有一定的动作滞后， 从发出保持指令开始到模拟开关完 全断开，电路进入保持状态，输出 停止跟踪输入所经历的这段时间称 孔径时间tAP。
2020/5/13
5
工作原理
当Vc为采样电平时，开关S导通， 模拟信号Vi通过S向CH充电，输出 电压Vo，跟踪输入模拟信号的变化。 当VC为保持电平时，开关S断开， 输出电压Vo保持在模拟开关断开瞬 间的输入信号值。
2020/5/13
6
采样／保持器的主要性能参数
2020/5/13
7
1.捕捉时间tAC（Acquisition time）
2020/5/13
19
Vi VO
tAC
孔径误差
tAP
保持
采样
保持
2020/5/13
20
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。
17
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
Hale Waihona Puke 放： dVo t Vo ts ID
dt
RH CH
CH
式中ID是保持阶段流过保持电容CH的总 泄漏电流
2020/5/13
由于孔径时间的存在，采样时间被 额外地延迟了。
2020/5/13
13
孔径时间 tAP（Aperture time）
最大孔径误差等于tAP时间内输入信号的 最大时间变化率与tAP的乘积，即：
Vo max
dVi dt
max
• tAP
若输入信号为Vi =Vmsinωt，其最大变化 率为：
dVi dt
18
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C质和H大量介的的质C增H吸保大值附持导可效电致减应容捕小引，捉保起使时持的C间电H电的压本荷加的身变长变的化。化介减率质选小，漏用。但电高
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
电目流的，ID，从以而达提到高减输小出保信持号电的压质变量化。率的
2020/5/13
15
孔径时间 tAP（Aperture time）
Vo max Vm
tAP
2
ftAP
1 2n1
由此可得
f
1
2n2 tAP
2020/5/13
16
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。
2020/5/13
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
4
最基本的采样／保持器
第五章 采样／保持器 （S／H电路）
5.1概述
2020/5/13
1
概述
• 采样／保持器是指在输入逻辑电平控制 下处于“采样”或“保持”两种工作状 态的电路。
• 在“采样”状态下电路的输出跟踪输入 模拟信号。
• 转为“保持”状态后，电路的输出保持 着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟 信号，直至进入下一次采样状态为止。
tAC
Vi
VO
开关导通 延时时间
保持
采样
保持
2020/5/13
8
捕捉时间tAC（Acquisition time）
显然采样时间必须大于捕捉时间，才能 保持在采样阶段充分地采集到所需的输 入模拟信号。 捕捉时间主要由电路充电时间常数和所 要求的逼近精度所决定，还与开关的导 通时间、缓冲放大器的压摆率和稳定时 间有关。
max
Vm cost
t0
Vm
2020/5/13
14
孔径时间 tAP（Aperture time）
在数据采集系统中，要求最大孔径误差
不超过A／D转换器输出数字量的最低有
效位（LSB）所代表电压值的一半，即
ΔVomax≤1/2VLSB。第六章将说明对一个 具有n位二进制输出的A/D转换器,
1VLSB= 1/ 2nVFS 。
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。
孔径抖动：指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。
2020/5/13
2020/5/13
2
微机系统的A/D、D/A通道
• 模拟通道的结构形式
1）A/D通道的结构形式
① 单通道
不带S/H——直流或低频模拟信号
带S/H——高频变化的模拟信号
② 多通道
每个通道有自己的S/H和ADC——并行多通道
各通道有自己的S/H,共享ADC
2020/5各/13 通道共享S/H和ADC
3
2020/5/13
9
捕捉时间tAC（Acquisition time）
产品数据表格上给出的tAC，都是相对于 某一保持电容和逼近误差而言，同时还 假定电路的初始输出为零，输入信号是 一定大小（通常为 10V或20V的阶跃电 压）。
2020/5/13
10
捕捉时间tAC（Acquisition time）
2020/5/13
11
2.孔径时间 tAP（Aperture time）
tAC
Vi
孔径误差
VO
tAP
保持
采样
保持
2020/5/13
12
2.孔径时间 tAP（Aperture time）
由于模拟开关有一定的动作滞后， 从发出保持指令开始到模拟开关完 全断开，电路进入保持状态，输出 停止跟踪输入所经历的这段时间称 孔径时间tAP。
2020/5/13
5
工作原理
当Vc为采样电平时，开关S导通， 模拟信号Vi通过S向CH充电，输出 电压Vo，跟踪输入模拟信号的变化。 当VC为保持电平时，开关S断开， 输出电压Vo保持在模拟开关断开瞬 间的输入信号值。
2020/5/13
6
采样／保持器的主要性能参数
2020/5/13
7
1.捕捉时间tAC（Acquisition time）
2020/5/13
19
Vi VO
tAC
孔径误差
tAP
保持
采样
保持
2020/5/13
20
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。
17
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
Hale Waihona Puke 放： dVo t Vo ts ID
dt
RH CH
CH
式中ID是保持阶段流过保持电容CH的总 泄漏电流
2020/5/13
由于孔径时间的存在，采样时间被 额外地延迟了。
2020/5/13
13
孔径时间 tAP（Aperture time）
最大孔径误差等于tAP时间内输入信号的 最大时间变化率与tAP的乘积，即：
Vo max
dVi dt
max
• tAP
若输入信号为Vi =Vmsinωt，其最大变化 率为：
dVi dt
18
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C质和H大量介的的质C增H吸保大值附持导可效电致减应容捕小引，捉保起使时持的C间电H电的压本荷加的身变长变的化。化介减率质选小，漏用。但电高
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
电目流的，ID，从以而达提到高减输小出保信持号电的压质变量化。率的