采樣保持電路

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)對于電路的性能，整個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，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。這個頻率值受到保持電容容值大小的影響，對系統(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，輸入信號的電壓值到經(jīng)過采樣保持電路后，在輸出端輸出時的減少量。為了使A/D芯片能夠準(zhǔn)確地采樣出信號，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)換時的主要技術(shù)指標(biāo)

采樣時間，是指當(dāng)電路由保持狀態(tài)切換為采樣狀態(tài)時，獲取輸入信號電壓值所需的最大時間。 孔徑延時，是指當(dāng)電路由采樣狀態(tài)變?yōu)楸３譅顟B(tài)時，電容由充電開始，到電壓穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間?？讖窖舆t是一個十分重要的技術(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

一個簡化的采樣保持電路模型如圖所示

簡化的采樣保持電路模型

由簡化了的采樣電路模型可以看出，一個采樣保持電路由輸入、輸出端口，切換開關(guān)以及保持電容等幾個部分組成。因此，對其性能的影響也主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 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)實際應(yīng)用綜合考慮。如果容值較小，那么采樣過程中電容的充電時間就較短，就能夠較好地跟蹤變化頻率較高的信號，對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，較小的容值會使電路在保持狀態(tài)時放電較快，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，在實際的設(shè)計過程中，要結(jié)合系統(tǒng)要求，對保持電容的容值進(jìn)行仿真優(yōu)化，達(dá)到最佳效果。 輸入輸出端電阻值。輸入輸出端電阻值對電路性能的影響和保持電容的容值的影響一樣，都是基于對電路充放電時間的長短來考慮的。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，這樣開關(guān)斷開電路進(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)切換開關(guān)。切換開關(guān)的性能也對整個電路有著十分重要的影響。切換開關(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。如果開關(guān)的切換速度較慢，電路就不能在所需的時間切換到采樣或者保持狀態(tài)，進(jìn)而無法滿足系統(tǒng)對所接收的信號進(jìn)行取樣的要求，使采樣到的信號失真。另外，切換開關(guān)本身也有孔徑延時，孔徑抖動的問題，這些都對電路性能有一定的影響。 結(jié)合上述分析，在設(shè)計采樣保持電路時，一般在輸出端接一個由集成運放構(gòu)成的信號跟隨器。由于運放的輸入電阻一般較高，這樣電容放電時間較短。在電容的輸入端，也可以接集成運放，利用其輸出電阻較小的特性，加快充電時間。在切換開關(guān)的選取上，盡量選擇切換時間短，孔徑延遲和孔徑抖動都比較小的開關(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。對于保持電容的選取，要利用仿真設(shè)計軟件，對多種容值進(jìn)行分析設(shè)計，達(dá)到采樣和保持時性能的折中點，滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。

采樣保持電路能夠跟蹤或者保持輸入模擬信號的電平值。在理想狀況下，當(dāng)處于采樣狀態(tài)時，采樣保持電路的輸出信號跟隨輸入信號變化而變化；當(dāng)處于保持狀態(tài)時，采樣保持電路的輸出信號保持為接到保持命令的瞬間的輸入信號電平值。當(dāng)電路處于采樣狀態(tài)時開關(guān)導(dǎo)通，這時電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時間內(nèi)完成充放電，這時，輸出端輸出信號跟隨輸入信號的變化而變化；當(dāng)電路處于保持狀態(tài)時開關(guān)斷開，這是由于開關(guān)斷開，以及集成運放的輸入端呈高阻狀態(tài)，電容放電緩慢，由于電容一端接由集成運放構(gòu)成的信號跟隨電路，所以輸出信號基本保持為斷開瞬間的信號電平值。

采樣保持電路基本模型