3.4 采樣保持電路ppt課件

,3.4.1概述,3.4.2采樣/保持器的工作原理,3.4.3類型和主要性能參數(shù),3.4采樣保持電路,3.4.4采集速率與采樣/保持器的關(guān)系,3.4.5采樣/保持器集成芯片,3.4.6使用中應(yīng)注意的問題,3.4.1概述,問題：模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)，從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。,解決方法：采用一種器件，在AD轉(zhuǎn)換時(shí)保持住輸入信號(hào)電平，在AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后跟蹤輸入信號(hào)的變化。,采樣保持器：用于對(duì)模擬輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，然后根據(jù)邏輯控制信號(hào)指令保持瞬態(tài)值，保證模數(shù)轉(zhuǎn)換期間以最小的衰減保持信號(hào)的一種器件。,3.4.2采樣保持器的工作原理,模擬信號(hào),Ui,K,驅(qū)動(dòng)信號(hào),A,CH,模擬地,UO,采樣保持器的一般結(jié)構(gòu)形式,采樣/保持器是一種具有信號(hào)輸入、信號(hào)輸出以及由外部指令控制的模擬門電路。,組成：模擬開關(guān)K、電容CH和緩沖放大器A。,UC,3.4.2采樣保持器的工作原理,t,控制信號(hào),t,模擬輸入,A,t,采樣輸出,跟蹤,t1,A2,t2,A1,t3,保持,A3,t4,A,采樣保持器工作原理,跟蹤,保持,跟蹤,在t1時(shí)刻前，控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，模擬開關(guān)K閉合，模擬輸入信號(hào)Ui通過模擬開關(guān)加到電容CH上，使得CH端電壓UC跟隨Ui變化而變化。,工作原理如下：,在t1時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平，模擬開關(guān)K斷開，此時(shí)電容CH上的電壓UC保持模擬開關(guān)斷開瞬間的Ui值不變并等待AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。,而在t2時(shí)刻，保持結(jié)束，新一個(gè)跟蹤時(shí)刻到來，此時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)又為高電平，模擬開關(guān)K重新閉合，CH端電壓UC又跟隨Ui變化而變；,t3時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平時(shí)，模擬開關(guān)K斷開，.。,采樣保持器是一種用邏輯電平控制其工作狀態(tài)的器件。,3.4.2采樣保持器的工作原理,它具有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)：,跟蹤狀態(tài)：在此期間它盡可能快地接收模擬輸入信號(hào)，并精確地跟蹤模擬輸入信號(hào)的變化，一直到接到保持指令為止。,保持狀態(tài)：對(duì)接收到保持指令前一瞬間的模擬輸入信號(hào)進(jìn)行保持。,因此，采樣/保持器是在“保持”命令發(fā)出的瞬間進(jìn)行采樣，而在“跟蹤”命令發(fā)出時(shí)，采樣/保持器跟蹤模擬輸入量，為下次采樣做準(zhǔn)備。,采樣保持器主要起以下兩種作用：,“穩(wěn)定”快速變化的輸入信號(hào)，以減少轉(zhuǎn)換誤差。,用來儲(chǔ)存模擬多路開關(guān)輸出的模擬信號(hào)，以便模擬多路開關(guān)切換下一個(gè)模擬信號(hào)。,電容CH對(duì)精度的影響：,如果電容值過大，則其時(shí)間常數(shù)大，當(dāng)模擬信號(hào)頻率高時(shí)，由于電容充放電時(shí)間長(zhǎng)，將會(huì)影響電容對(duì)輸入信號(hào)的跟蹤特性，而且在跟蹤的瞬間，電容兩端的電壓會(huì)與輸入信號(hào)電壓有一定的誤差。,如果電容值過小，在保持狀態(tài)時(shí)，由于電容漏電流的存在或者負(fù)載內(nèi)阻太小的影響，會(huì)引起保持信號(hào)電平的變化。,在選擇電容時(shí)，容量大小要適宜，以保證其時(shí)間常數(shù)適中，并選用泄露小的電容。,另外，一般在輸入端和輸出端均采用緩沖器，以減少信號(hào)源的輸出阻抗，增加負(fù)載的輸入阻抗。,3.4.2采樣保持器的工作原理,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,按結(jié)構(gòu)分為兩種類型：,串聯(lián)型采樣/保持器,A1和A2分別是輸入和輸出緩沖放大器，用以提高采樣保持器的輸入阻抗，減小輸出阻抗，以便與信號(hào)源和負(fù)載連接。,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,按結(jié)構(gòu)分為兩種類型：,串聯(lián)型采樣/保持器,K是模擬開關(guān)，由控制信號(hào)電壓UK控制其斷開或閉合。CH是保持電容器。,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,按結(jié)構(gòu)分為兩種類型：,串聯(lián)型采樣/保持器,當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)，采樣/保持器為跟蹤狀態(tài)。由于A1是高增益放大器，其輸出電阻和開關(guān)K的導(dǎo)通電阻RON很小，輸入信號(hào)Ui通過A1對(duì)CH的充電速度很快，CH的電壓將跟蹤Ui的變化。,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,按結(jié)構(gòu)分為兩種類型：,串聯(lián)型采樣/保持器,當(dāng)K斷開時(shí)，采樣/保持器從跟蹤狀態(tài)變?yōu)楸３譅顟B(tài)，這時(shí)CH沒有充放電回路，在理想情況下，CH的電壓將一直保持在K斷開瞬間Ui的最終值上。,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。,缺點(diǎn)：,其失調(diào)電壓為兩個(gè)運(yùn)放失調(diào)電壓之和，比較大，影響到采樣保持器的精度。跟蹤速度也較低。,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,按結(jié)構(gòu)分為兩種類型：,串聯(lián)型采樣/保持器,其輸出電壓反饋到輸入端，使A1和A2共同組成一個(gè)跟隨器。,開關(guān)K1和K2有互補(bǔ)的關(guān)系：,K1閉合，K2斷開;,K1斷開，K2閉合;,反饋型采樣保持器的結(jié)構(gòu),Ui,-+,A1,-+,eOS1,-+,A2,CH,模擬地,-+,eOS2,K1,UK,UC,UO,R,K2,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,反饋型采樣/保持器,A1的輸入失調(diào)電壓,A2的輸入失調(diào)電壓,反饋型采樣保持器的結(jié)構(gòu),Ui,-+,A1,-+,eOS1,-+,A2,CH,模擬地,-+,eOS2,K1,UK,UC,UO,R,K2,當(dāng)K1閉合，K2斷開時(shí)，,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,反饋型采樣/保持器,此時(shí)，保持電容CH的端電壓為：,A1和A2共同組成一個(gè)跟隨器，采樣/保持器工作于跟蹤狀態(tài)。,反饋型采樣保持器的結(jié)構(gòu),Ui,-+,A1,-+,eOS1,-+,A2,CH,模擬地,-+,eOS2,K1,UK,UC,UO,R,K2,當(dāng)K1斷開，K2閉合時(shí)，,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,反饋型采樣/保持器,此時(shí)，CH的端電壓保持在K1斷開瞬間UC的值上，則：,采樣/保持器工作于保持狀態(tài)。,在保持狀態(tài)，K2閉合，放大器A1的輸出仍在跟蹤輸入，避免A1開環(huán)而進(jìn)入飽和，使得當(dāng)采樣/保持器再次轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)時(shí)，A1能立即跟蹤Ui.,優(yōu)點(diǎn)：,采樣/保持精度高：原因是只有eOS1影響精度。跟蹤速度快：因?yàn)槭侨答?，直接把輸出U0與輸入U(xiǎn)i比較，如果U0Ui，則其差被A1放大，迅速對(duì)CH充電。,缺點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),1.采樣保持器的類型,反饋型采樣/保持器,孔徑時(shí)間tAP：保持指令給出瞬間到模擬開關(guān)有效切斷所經(jīng)歷的時(shí)間。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),1.孔徑時(shí)間tAP,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),t,U,孔徑誤差,模擬信號(hào),保持,跟蹤,保持指令發(fā)出時(shí)刻,tAP,tST,保持,采樣保持全過程,實(shí)際輸出,希望的輸出,模擬開關(guān)從閉合到完全斷開需要一定時(shí)間，當(dāng)接到保持指令時(shí)，采樣/保持器的輸出并不保持在指令發(fā)出瞬時(shí)的輸入值上，而是會(huì)跟著輸入變化一段時(shí)間；,在tAP后的輸出還有一段波動(dòng)，經(jīng)過一定時(shí)間后才保持穩(wěn)定。,保持建立時(shí)間(設(shè)定時(shí)間）,保持建立時(shí)間tST：由保持指令開始，到輸出在規(guī)定的誤差帶內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間；,由于孔徑時(shí)間的存在，采樣/保持器實(shí)際保持的輸出值與希望的輸入值之間存在一定的誤差，該誤差稱為孔徑誤差；,孔徑時(shí)間tAP：保持指令給出瞬間到模擬開關(guān)有效切斷所經(jīng)歷的時(shí)間。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),1.孔徑時(shí)間tAP,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),為了量化的準(zhǔn)確，應(yīng)在發(fā)出保持指令后延遲一段時(shí)間，再啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。,孔徑時(shí)間只是使采樣時(shí)刻延遲，如果每次采樣的延遲時(shí)間都相同，則對(duì)總的采樣結(jié)果的精確性不會(huì)有影響。改變保持指令發(fā)出時(shí)間，即可消除孔徑時(shí)間。,t,U,孔徑誤差,模擬信號(hào),保持,跟蹤,保持指令發(fā)出時(shí)刻,tAP,tST,保持,采樣保持全過程,實(shí)際輸出,希望的輸出,保持建立時(shí)間(設(shè)定時(shí)間),孔徑不定tAP：孔徑時(shí)間的變化范圍。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),2.孔徑不定tAP,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),t,U,孔徑誤差,保持,跟蹤,保持指令發(fā)出時(shí)刻,tAP,tST,保持,采樣保持全過程,tAP,孔徑不定,若孔徑時(shí)間在變化，則對(duì)精度會(huì)造成影響；尤其，在高速采集系統(tǒng)中孔徑時(shí)間的變化影響很大。,捕捉時(shí)間tAC：指當(dāng)采樣保持器從保持狀態(tài)轉(zhuǎn)到跟蹤狀態(tài)時(shí)，輸出電壓開始跟蹤輸入電壓，并達(dá)到誤差范圍內(nèi)所需要的最小時(shí)間。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),3.捕捉時(shí)間tAC,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),t,U,孔徑誤差,保持,跟蹤,保持指令發(fā)出時(shí)刻,tAP,tST,保持,采樣保持全過程,tAP,捕捉時(shí)間,捕捉時(shí)間不影響采樣精度，但對(duì)采樣頻率的提高有影響；,tAC,如果在保持狀態(tài)時(shí)的輸出為-FSR，而在保持狀態(tài)結(jié)束時(shí)輸入已變至+FSR，則所需的捕捉時(shí)間最長(zhǎng)。而這就是產(chǎn)品手冊(cè)上給出的tAC值。,tAC與規(guī)定誤差范圍、保持電容CH的大小有關(guān)。,當(dāng)采樣保持器處在保持狀態(tài)時(shí)，由于漏電流使保持電壓值下降，下降值隨保持時(shí)間增大而增加，常用保持電壓的下降率來表示。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),4.保持電壓的下降,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),保持電容CH的漏電流,為了使保持狀態(tài)的保持電壓的變化率不超過允許范圍，須選用優(yōu)質(zhì)電容。增加CH的值可使保持電壓的變化率不大，但將使跟蹤的速度下降。,饋送：指在保持狀態(tài)時(shí)，輸入電壓Ui的交流分量通過開關(guān)K的寄生電容CS加到CH上，使得Ui的變化引起輸出電壓UO的微小變化。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),5.饋送,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),增大保持電容器CH有利于減少饋送，但不利于采樣頻率的提高。,跟蹤到保持的偏差：跟蹤最終值與建立保持狀態(tài)時(shí)的保持值之間的偏差電壓。,該誤差與輸入信號(hào)有關(guān)，是一個(gè)不可預(yù)估的誤差。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),6.跟蹤到保持的偏差,3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),跟蹤到保持的偏差,7.電荷轉(zhuǎn)移偏差,電荷轉(zhuǎn)移偏差：指在保持狀態(tài)時(shí)，電荷通過開關(guān)K的寄生電容轉(zhuǎn)移到保持電容器上引起的誤差。,此誤差與饋送不同，是由直流分量引起。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),增大保持電容器CH有利于減少電荷轉(zhuǎn)移偏差，但也增大了采樣/保持器的響應(yīng)時(shí)間。,由以上討論可以看出，采樣保持器的性能在很大程度上取決于保持電容器的質(zhì)量。因此，應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)電容器。,2.采樣保持器的主要性能參數(shù),3.4.3采樣保持器的類型和主要性能參數(shù),選擇保持電容器，重點(diǎn)考慮：,絕緣電阻：減少電容漏電流；介質(zhì)吸收：對(duì)保持電壓有影響。,如果對(duì)一個(gè)電容器充電到一定電壓Ue，然后對(duì)它短路放電一定時(shí)間后再開路，電容器上的電壓將從零往Ue方向緩變。電容器表現(xiàn)出來的“電壓記憶”特性稱為電容器的介質(zhì)吸收。,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,直接用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:,如果模擬信號(hào)不經(jīng)過采樣/保持器而直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)允許該模擬信號(hào)的變化率就得降低。要保證A/D轉(zhuǎn)換的精度,必須確保A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的變化量不得大于LSB/2.,任何一種A/D轉(zhuǎn)換器都需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間來完成量化和編碼等過程。設(shè)轉(zhuǎn)換時(shí)間為tCONV。如果在轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，輸入的模擬信號(hào)仍在變化，此時(shí)進(jìn)行量化就會(huì)產(chǎn)生一定誤差。,t,U,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,直接用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:,如果模擬信號(hào)不經(jīng)過采樣/保持器而直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)允許該模擬信號(hào)的變化率就得降低。要保證A/D轉(zhuǎn)換的精度,必須確保A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的變化量不得大于LSB/2.,t,t,U,U,正弦信號(hào)的最大變化率,模擬信號(hào)電壓的最大變化率發(fā)生在正弦信號(hào)過零時(shí)：,由于在正弦信號(hào)過零時(shí)，t=n，|cos(n)|=1，所以：,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,直接用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:,如果模擬信號(hào)不經(jīng)過采樣/保持器而直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)允許該模擬信號(hào)的變化率就得降低。要保證A/D轉(zhuǎn)換的精度,必須確保A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的變化量不得大于LSB/2.,t,t,U,U,正弦信號(hào)的最大變化率,而在AD轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV內(nèi)，輸入的正弦信號(hào)電壓最大變化率可能為:,由此可得出:,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,直接用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:,如果模擬信號(hào)不經(jīng)過采樣/保持器而直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)允許該模擬信號(hào)的變化率就得降低。要保證A/D轉(zhuǎn)換的精度,必須確保A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的變化量不得大于LSB/2.,t,t,U,U,正弦信號(hào)的最大變化率,如果一個(gè)n位的A/D轉(zhuǎn)換器，滿量程電壓為FSR=Um，則它的“量化單位”LSB所代表的電壓Ui=Um/2n。,如果在轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV內(nèi)，允許的電壓的最大變化不超過1LSB所代表的電壓，則系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率為：,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,直接用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換:,如果模擬信號(hào)不經(jīng)過采樣/保持器而直接輸入A/D轉(zhuǎn)換器，系統(tǒng)允許該模擬信號(hào)的變化率就得降低。要保證A/D轉(zhuǎn)換的精度,必須確保A/D轉(zhuǎn)換過程中模擬信號(hào)的變化量不得大于LSB/2.,t,t,U,U,正弦信號(hào)的最大變化率,如果允許正弦信號(hào)電壓變化0.5LSB，則系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率為：,系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率受A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制。,已知A/D轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為ADC0804，其轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=100s（時(shí)鐘頻率為640kHz），位數(shù)n=8，允許信號(hào)變化為L(zhǎng)SB/2，計(jì)算系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率。,解：,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,例子：,該系統(tǒng)無采樣/保持器，只能對(duì)頻率低于6.22Hz的信號(hào)進(jìn)行采樣。,如果在A/D轉(zhuǎn)換器的前面加一個(gè)采樣/保持器，這樣就變成在t=tAP內(nèi)討論系統(tǒng)可采集模擬信號(hào)的最高頻率。則系統(tǒng)可采集的信號(hào)最高頻率為:,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,因?yàn)閠AP一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV，所以，有采樣/保持器的系統(tǒng)可采集的信號(hào)最高頻率要大于未加采樣/保持器的系統(tǒng)。,解：,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,例子：,使用采樣/保持器之后，系統(tǒng)能對(duì)頻率不高于12.44kHz的信號(hào)進(jìn)行采樣，使系統(tǒng)可采集的信號(hào)頻率提高了很多倍，大大改善了采樣速率。,用采樣/保持器芯片AD582和A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0804組成一個(gè)采集系統(tǒng)。已知AD582的孔徑時(shí)間tAP=50ns，ADC0804的轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=100s（時(shí)鐘頻率為640kHz），計(jì)算系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率。,根據(jù)采樣定理，采集一個(gè)有限帶寬的模擬信號(hào)，采樣頻率至少應(yīng)兩倍于最高信號(hào)頻率。,這意味著帶采樣保持器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能處理的最高輸入信號(hào)頻率應(yīng)為：,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,tAC：采樣/保持器的捕捉時(shí)間；tAP：采樣/保持器的最大孔徑時(shí)間（包括抖動(dòng)時(shí)間）；tCONV：A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間。,tST?,tAP與tAC、tCONV相比，可以忽略。,3.4.4系統(tǒng)采集速率與采樣保持器的關(guān)系,例子：,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠采集的信號(hào)的最高頻率既要受到采樣/保持器的孔徑時(shí)間tAP和采樣精度n的限制，也要受到采樣定理的限制。,用采樣/保持器芯片AD582和A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0804組成一個(gè)采集系統(tǒng)。已知AD582的捕捉時(shí)間tAC=6s，孔徑時(shí)間tAP=50ns，ADC0804的轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV=100s（時(shí)鐘頻率為640kHz），計(jì)算系統(tǒng)可采集的最高信號(hào)頻率。,解：,3.4.5采樣保持器集成芯片,目前，采樣/保持器大多數(shù)是集成在一塊芯片，芯片內(nèi)不包含保持電容器，保持電容器是由用戶根據(jù)需要自選并外接在芯片上。,3.4.5采樣保持器集成芯片,1.AD582,AD582是通用型采樣/保持器(國產(chǎn)型號(hào)5G582)。,它由一個(gè)高性能的運(yùn)算放大器、低漏電流的模擬開關(guān)和一個(gè)由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管集成的放大器組成。它采用14腳雙列直插式封裝.,其中腳1是同相輸入端，腳9是反相輸入端，保持電容CH接在腳6與腳8之間，腳10和腳5是正負(fù)電源，腳11和腳12是邏輯控制端，腳3和腳4接直流調(diào)零電位器，腳2，7，13，14為空腳(Nc)。,AD582的特性如下：,有較短的信號(hào)捕捉時(shí)間，最短達(dá)6s;有較高的采樣保持電流比，可達(dá)107;有較高的輸入阻抗，約30M；輸入信號(hào)電平可為電源電壓US;具有相互隔開的模擬地、數(shù)字地，從而提高了抗干擾能力；具有差動(dòng)的邏輯輸入端；AD582可與任何獨(dú)立的運(yùn)算放大器連接。,3.4.5采樣保持器集成芯片,1.AD582,該時(shí)間與所選的保持電容有關(guān),保持電容器充電電流與保持模式時(shí)電容漏電流之間的比值,L+相對(duì)L-的輸入電壓在-6V0.8V時(shí)，處于跟蹤模式，L+相對(duì)于L-的偏置為+2V+US-3V之間時(shí)，處于保持模式。,3.4.5采樣保持器集成芯片,1.AD582的實(shí)用電路,是反饋型采樣/保持器，增益為1，輸出不反相的連接線路。保持電容接在運(yùn)放的輸出端（腳8）與反相輸入端（腳6）之間。,根據(jù)“密勒效應(yīng)”，這樣的接法相當(dāng)于在A2的輸入端接有電容CH=(1+A2)CH。,調(diào)零電位器,密勒效應(yīng)：反相放大電路中，輸入與輸出之間的分布電容或寄生電容由于放大器的放大作用，其等效到輸入端的電容值會(huì)擴(kuò)大1+K倍，其中K是該級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)。壞處：密勒電容對(duì)器件的頻率特性有直接的影響。好處：1.采用較小的電容來獲得較大的電容，這種技術(shù)在IC設(shè)計(jì)中具有重要的意義（可以減小芯片面積）；2.獲得可控電容(例如受電壓或電流控制的電容)。,3.4.5采樣保持器集成芯片,1.AD582的實(shí)用電路,所以只需要外接較小的電容，因此可獲得較高的采樣速率,當(dāng)精度要求不太高（0.1%）而速度要求較高時(shí)，可選CH=100pF，這時(shí)的捕捉時(shí)間tAC6s。,當(dāng)精度要求較高（0.01%）時(shí)，為減小饋送的影響和減緩保持電壓的下降，應(yīng)取CH=1000pF。,3.4.5采樣保持器集成芯片,1.AD582的實(shí)用電路,輸出不反相電路，電路增益可由外接電阻來選擇:,2.LF198(LF298,LF398),LF198也是反饋型采樣/保持器，用二極管D1、D2代替模擬開關(guān)K2。當(dāng)處于跟蹤狀態(tài)時(shí)，U0=UI,D1，D2均不導(dǎo)通。當(dāng)處于保持狀態(tài)時(shí)，D1或D2之一導(dǎo)通,3.4.5采樣保持器集成芯片,LF198的供電電壓為5V18V。控制電壓UK為TTL電平，當(dāng)UK1.4V時(shí)，LF198處于跟蹤狀態(tài)，當(dāng)UK負(fù)跳變(從“1”變?yōu)椤?”)時(shí)，轉(zhuǎn)向保持狀態(tài)。,2.LF198(LF298,LF398),LFl98可外接電位器作直流和交流的凋零。直流凋零是補(bǔ)償運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓，與一般運(yùn)放的調(diào)零相同。,3.4.5采樣保持器集成芯片,直流調(diào)零,交流調(diào)零,交流調(diào)零方法是把模擬開關(guān)的控制電壓UK加到一反相器上，在反相器的輸入與輸出間接了一個(gè)10k歐姆電位器，電位器的中心抽頭經(jīng)10pF小電容與保持電容Cu端連接，這是用以補(bǔ)償U(kuò)o跳變時(shí)加到CH上的脈沖。,3.4.6采樣/保持器使用中應(yīng)注意的問題,1.采樣保持器選用時(shí)應(yīng)注意的問題,每一次數(shù)據(jù)采集過程都包括一次采樣和一次A/D轉(zhuǎn)換，所以采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器各完成一次動(dòng)作所需時(shí)間之和應(yīng)小于采樣周期Ts。,捕捉時(shí)間,保持建立時(shí)間,A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間,tAC與規(guī)定誤差范圍有關(guān)。因此，tAC的大小應(yīng)與A/D轉(zhuǎn)換器的精度配合。同時(shí)，tAC也與采樣/保持器所選保持電容CH的大小有關(guān)。,8位A/D轉(zhuǎn)換器的精度等于2-8=1/256=0.39%，與之相配的采樣/保持器的誤差帶可取為0.2%(0.1%)。,AD582在CH=10pF時(shí)，要達(dá)到該精度，tAC=6s。,12位的A/D轉(zhuǎn)換器，精度等于2-12100%=0.024%,則應(yīng)取采樣/保持器的誤差帶為0.01%(0.005%)。,AD582在CH=1000pF時(shí)，要達(dá)到該精度，tAC=25s。,3.4.6采樣/保持器使用中應(yīng)注意的問題,1.采樣保持器選用時(shí)應(yīng)注意的問題,保持電壓下降率對(duì)AD轉(zhuǎn)換器輸入端的電壓穩(wěn)定度的影響。,為了保證數(shù)據(jù)采集精度，應(yīng)使在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間tCONV內(nèi)，采樣/保持器的保持電壓下降不超過LSB/2，即保持電壓下降率為：,3.4.6采樣/保持器使用中應(yīng)注意的問題,1.采樣保持器選用時(shí)應(yīng)注意的問題,然后根據(jù)如下公式校核CH的值：,保持電容CH的漏電流,根據(jù)LSB可以定出dU/dt,孔徑時(shí)間與精度、信號(hào)的最大變化率的關(guān)系。,3.4.6采樣/保持器使用中應(yīng)注意的問題,1.采樣保持器選用時(shí)應(yīng)注意的問題,設(shè)輸入信號(hào)的最大變化率為(dUi/dt)max,允許的孔徑誤差小于LSB/2，則孔徑時(shí)間tAP應(yīng)滿足下式：,或,2.電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,接地,采樣保持器是一種由模擬電路與數(shù)字電路混合而成的集成電路，一般有分離的模擬地和數(shù)字地引腳。,目的：避免數(shù)字電路的突變電流對(duì)模擬電路的影響。,3.4.6采樣/保持器使用中應(yīng)注意的問題,方法：將模擬地與數(shù)字地分別用引線接到模擬電源和數(shù)字電源的參考點(diǎn)上。,原因：當(dāng)進(jìn)入保持模式時(shí)，邏輯輸入信號(hào)會(huì)通過印刷電路板布線間的漏電流耦合到模擬輸入端而引起保持誤差。,2.電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題,漏電耦合的影響,3.4.6采樣/保持器使用中應(yīng)注意的問題,當(dāng)邏輯信號(hào)端輸入一個(gè)快速上升的邏輯輸入信號(hào)使采樣/保持器進(jìn)入保持模式時(shí)，如果不采取其它相應(yīng)措施，則將引起保持誤差。特別是對(duì)于高阻抗