采样保持电路

6.2 采样保持电路 6.2.1 基本原理
基本组成： 1. 模拟开关 2. 存储电容 3. 缓冲放大器
∞ ∞ + + N 1
S
uc C
-
ui
+ + N 2
uo
Uc
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)。
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)。
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
Uc
VD1 V1 ∞ + ui + N1 C R2 R3 V + + N2 uo VD2 R1 V2 C1 ∞
二、采样保持实用电路 当Uc为低电平时：
等效电路
ui ∞ + + N1 C Ron1 -
6.2 采样保持电路 6.2.1 基本原理
a) u ,u uii ,uoo
保持 采样
采样定理： 采样频率fs > 2 fmax 采样间隔Ts< 1/ 2 fmax 通常取fs = (7~10) fmax
■
uo o u
ui f(t)
O O fs(t)
tt
O O
Ts T
s
tt
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。
二、采样保持实用电路
（1）模拟开关漏电流的旁路
V为主开关， V1为隔离开关
-E V ui
R V1
∞ + + N C uo
Uc
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。
-E V ui
R V1
∞ + + N C uo
Uc
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
（4）集成采样-保持电路AD582
Uc
+5V
uo
14 13 12 11 & 10 9 8
AD582
DG ∞ +
#
-
S
-
∞ +
模 ? /# 拟 量 输 入
AD571
状 态
+ N1
+ N2
1
2
3
4 偏移调节
5
6
7
ui
C
（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。
（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。
Uc
VD1 V1
VD2
V2
∞ ∞ ui + N1 + C R1 R2 V + + N2 uo
（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。
R1 C1 ∞ + + N2 uo
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。
Uc=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。
∞
∞ + S C UC + N1
+ + uo
（1）模拟开关
（2）模拟信号存储 电容 （3）缓冲放大器
ui
a）S/H电路原理 ui, uo
uo
f(t)
O
t
UC
O
Ts b）模拟信号采样
元件性能要求
■
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。
采样保持电路 基本原理 采样保持电路的 基本组成：
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
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。
Uc
VD1 V1 ∞ + ui + N1 C R2 R3 V + + N2 uo VD2 R1 V2 C1 ∞
二、采样保持实用电路 当Uc为高电平时： VD1使V1的UGS1>UP1(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。
Uc
-E V ui
R V1
∞ + + N C uo
Uc
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。
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。
Uc
VD1 V1 ∞ + ui + N1 C R2 R3 V + + N2 uo VD2 R1 V2 C1 ∞
二、采样保持实用电路 当Uc为高电平时：
等效电路如图。
Ron2
C1 ∞ -
∞ + ui + N1 ຫໍສະໝຸດ Baidu Ron
+ + N2
uo
b)
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。
-E V ui
R V1
∞ + + N C uo
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。
t
采样保持电路
基本原理
对采样保持电路的主要 要求：
精度和速度，充电快、 放电慢
导通电阻、截止电 阻、延迟时间
∞ ∞ + S C UC + + uo
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。
ui
+ N1
带宽，上升速 率、最大输出 电流和漂移
漏电流
输入阻抗、上升速 率、漂移