3.1、采样保持电路
电荷转移 电容翻转 采样保持电路
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采样保持电路
一、采样保持电路结构的选择常见的采样保持结构有以下两种：图1、电荷传输型采样保持电路图2、电容翻转型采样保持电路图3、图1，图2所用的时钟信号工作原理：一、电荷传输型采样保持电路首先Φ1、Φ1’为高电平，采样电容CS 对输入信号进行采样，然后Φ1’比Φ1提前0.4ns 进入下降沿，此时x 点为高阻状态，故当Φ1变为低电平，即ks1开关关断时，x 点不再导通，即抑制了开关ks1的电荷注入效应。
当Φ2为高电平的时候，Φ1、Φ1’此时为低电平，电路进入保持状体。
CS 上的差分电荷就传到了Cf 上，此时差分输出电压即为差分输入电压（CS=Cf ）。
二、电容翻转型采样保持电路首先Φ1、Φ1’为高电平，采样电容CS 对输入信号进行采样，然后Φ1’比Φ1提前0.4ns 进入下降沿，此时x 点为高阻状态，故当Φ1变为低电平，即ks1开关关断时，x 点不再导通，即抑制了开关ks1的电荷注入效应。
当Φ2为高定平时，采样电容C 的左端接放大器的输出端，因为输出共模电平等于输入共模电平，所以采样保持电路的输出等于采样保持电路的输入。
对两种结构进行对比。
1、 所需放大器的带宽。
为简化分析我们将其简化为单极点系统，则放大器的传输函数为：()1A A S sω=+ (1)式中：A 表示低频增益，0ω为3dB 带宽。
将放大器接成闭环后，其闭环传输函数为：00/(1/)/(1)()1/(1)11/A s A fA Ac S Af s fA s ωωω++==++++ （2） 其中f 为反馈系数。
则该闭环系统的时间常数为： τ=01/fA ω= 1/n f ω (3) 其中n ω为运放的单位增益带宽对于单位阶跃输入信号，闭环系统输出阶跃响应为： Vout （t ）= /1(1)()t e u t f-τ- （4）同样我们要求输出的误差必须小于1/2LSB ，得/t e -τ<112N + (5)从（3）、（5）我们可得11ln 2N n pft ω+>（6） 其中p t 为信号建立时间，大约为3/8T 。
采样保持电路
一、采样保持电路的引入在A/D转换期间，为了使输入信号不变，保持在开始转换时的值，通常要采用一个采样保持电路。
对于MCS-96单片机的A/D转换器，启动转换实际上是把采样开关接通，进行采样，过一段时间后，开关断开，采样电路进入保持模式，才是A/D真正开始转换二、采样保持电路的原理A/D转换需要一定时间，在转换过程中，如果送给ADC的模拟量发生变化，则不能保证精度。
为此，在ADC前加入采样保持电路，如图下所示。
采样保持电路有两种工作状态：采样状态和保持状态。
1、采样状态：控制开关K闭合，输出跟随输入变化。
2、保持状态：控制开关K断开，由保持电容C维持该电路的输出不变。
运算放大器A2：典型的跟随器接法。
输入阻抗：高阻。
保持状态（K分）下Ch放电小，保持电压不变。
输出阻抗：小。
采样保持电路的负载能力大。
运算放大器A1：K闭合时为跟随器。
（不关心K断开的情况）。
输入阻抗：高阻。
对输入信号的负载能力要求小。
输出阻抗：小。
采样状态时，Ch上的电压快速跟随输入变化。
控制开关K：由接口电路控制。
三、采样采样脉冲的频率由下图可知,采样脉冲的频率ｆｓ(ｆｓ=1/Tｓ)越高,采样越密,采样值越多,采样信号的包络线越接近输入信号的波形.假设输入信号的最高频率为ｆｍ,则根据采样定理知:当采样频率ｆｓ＞2ｆｍ时,采样信号可正确反映输入信号。
通常对直流或缓变低频信号进行采样时可不用采样保持电路。
三、加入S/H后模／数转换控制过程加入S/H后，整个模/数转换过程如下图所示。
1、CPU经接口电路使K闭合（启动采样）。
2、CPU经接口电路使K断开（保持）。
（*）3、CPU向ADC发出启动转换信号（转换或称量化）。
（*）4、查询A/D转换完成否，或使用中断方式。
5、读取转换后的数字。
6、在实际硬件设计中，一般第②、③步设计为用一条指令完成。
四、多路转换模拟开关1、原理由于计算机在任一时刻只能接收一路模拟量信号的采集输入，当有多路模拟量信号时需通过模拟转换开关，按一定顺序选取其中一路进行采集。
采样保持电路名词解释，采样保持器作用是什么？一文给你讲清楚
采样保持电路名词解释，采样保持器作用是什么？一文给你讲清楚主要是关于：采样保持名词解释、采样保持电路工作原理、采样保持电路功能、采样保持电路作用以及采样保持电路设计。
一、采样保持名词解释采样保持电路从模拟输入信号中提取样本并将它们保持特定时间段，然后输出输入信号的采样部分。
采样保持电路仅适用于对几微秒的输入信号进行采样。
采样保持电路由开关器件、电容和运算放大器组成。
电容是采样和保持电路的核心，因为它是保持采样输入信号并根据命令输入将其提供到输出端的电路。
采样电路主要用于模数转换器，以消除输入信号中的某些变化，这些变化可能会破坏转换过程。
最简单的采样保持电路原理图如下图所示。
最简单的采样保持电路•Vs：输出信号•C：电•S：作为开关工作的 MOS 晶体管•Va：输入信号二、采样保持电路典型的采样保持电路框图如下：采样保持电路框图一般施加的输入电压信号是连续变化的模拟信号。
提供命令输入来触发输入信号的采样和保持。
命令输入只不过是一个开/关信号，用于开始/停止输入信号的采样，一般是PWM。
采样和保持过程取决于命令输入。
当开关闭合时，信号被采样，当它打开时，电路保持输出信号。
开关的开/关状态由指令输入控制。
时钟脉冲激活开关(S)。
根据时钟脉冲，输入信号被采样或保持为最近采样的值。
当时钟脉冲为高电平时对输入信号进行采样，并在时钟脉冲为低电平时保留这些值。
该电路可以在两种模式下工作，这取决于采样和保持时钟信号的逻辑电平。
时钟切换的输入脉冲和电路的输出如下图所示。
开关时钟脉冲和电路输出三、采样保持电路功能及工作原理采样保持电路的工作原理可以通过其组件的工作原理来简单理解。
构建采样保持电路的主要部件包括一个 N 沟道增强型 MOSFET、一个电容和一个高精度运算放大器。
作为开关元件，使用了 N 沟道增强型 MOSFET。
输入电压通过其漏极端子给出，控制电压也通过其栅极端子给出。
当施加控制电压的+ve 脉冲时，MOSFET将处于激活状态。
3.1、采样保持电路
第三章高性能的ADC和DAC模数转换时一种将模拟输入信号转换成N位数字输入信号的技术。
在进行AD转换时通常需要输入信号保持不变，才能保证转换的正确性。
因此需要对输入信号进行采样和保持。
先介绍采样和保持放大器(简称采保)。
问题：一般在哪几种情况下必须使用采保？3.1采样与保持放大器(Sample & Hold Amplifier)1.框图采样与保持放大器是一种具有2个输入(信号输入和控制输入)，一个输出的电路。
两种工作模式(1)采样Sample(跟踪Track)模式：输出精确地跟踪输入的变化，直到出现保持命令。
(2)保持模式(Hold)：输出保持控制命令出现时刻的输入信号的最终值。
2.S/H放大器的用途(1)最主要的用途：作为ADC的驱动器。
如：逐次比较和分量程ADC都要求在数模转换期间输入信号保持不变(像直流)。
(2)多通道同步采样系统。
(3)峰值检波器，延迟线。
3.S/H放大器的基本电路电路构成：四部分。
输入放大器A1，储能元件(保持电容，外接)C，输出缓冲器A2和开关驱动器(1)储能元件：是S/H放大器的心脏，其上的电压在保持期间要求基本不变，在采样期间要能精确跟踪输入信号的变化。
(2)输入放大器：要求具有高输入阻抗，以减少对前级影响。
其输出可作为一个低输出阻抗的信号源，用来对保持电容充电。
(3)输出放大器：要求其输入阻抗极高，以减少保持期间对保持电容的放电。
(4)开关驱动器：用来切换两种工作模式。
要求导通时开关内阻小，关断时阻抗大。
保持电容的容值：大，利于保持不利于跟踪；小，利于跟踪不利于保持；4.S/H放大器的技术指标分两种模式来讨论技术指标，分为静态和动态两类。
(1)跟踪模式(和普通的放大器一样)1)失调：对零输入，输出随时间和温度对零点的偏移。
2)非线性：输出作为输入的函数，该曲线对理想直线的偏差，一般用满标度的百分数表示。
3)增益：输入到输出的直流传递函数的值。
4)调整时间：输入为满标度阶跃信号时输出达到规定的满标度范围内所要求的时间(也称为：acquisition time)。
采样保持电路
图3-4 AD590的外形及符号 (a) TO-52封装的外形；(b) 符号。
3.2.2 传感器应用实例
1、 AD590电流输出式精密集成温度传感器 下图电路可以测量千米之外的温度。 AD590输出电流经屏蔽线、1k电阻，产生 1mV的电压加在放大器的输入正端，屏蔽线两
其温度测量范围为25℃～+100℃，响应的频率 输出为25Hz～1000Hz。图中由5k电位器来调整， 使100℃时电路输出为1000Hz。
3.2.2 传感器应用实例
2、LM35系列电压输出式集成温度传感器 2）温度/频率变换电路
图3-8 温度/频率变换电路
§3.3 模拟信号放大电路
3.3.1 模拟信号放大及集成运放简介 1、集成运放简介
Avf
R1 Rw2
R
Avf
R2 Rw2
R
3.3.2 放大电路实例
5、程控放大器量程自动切换 当被测参数动态范围较宽时，为保证或提 高测量精度，必须进行量程的切换。用程控 放大器能进行量程自动切换。图3-18为实 现这一任务的原理图。 若图中放大器增益为1、10、100三档，则 可以用软件实现量程的自动切换，其程序框 图如下：
LM124：为军品，工作温度范围为-55℃～125℃； LM224：为工业用品，工作温度范围为-25℃～85℃； LM324：为民用品，工作温度范围为0℃～70℃。
3.3.1 模拟信号放大及集成电路运放简介
1、集成运放简介 作为简单的小信号放大电路有下图两种基本接法：
图3-11 用集成运放实现小信号放大电路 (a) 同相放大器 (b) 反相放大器。
采样保持电路
➢ 在这种条件下，V1的漏电流大约减小两个数量级。
-E
V ui
R V1
∞
-
+
+N
uo
C
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
对采样保持电路的主要 要求：
基本原理
精度和速度，充电快、 放电慢
导通电阻、截止电 阻、延迟时间
∞
-
+Biblioteka ui+ N1
∞
-
S
+
+
C UC
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。
uo
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
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
处于采样状态，等效电路如图。
Uc
R1
VD1
VD2 V2
C1
V1
∞
∞ -
R2
+
R3 V
-
+
+ N2
uo
ui
+ N1
C
二、采样保持实用电路
当Uc为高电平时：
Ron2
C1
等效电路如图。
∞
∞
-
-
Ron
+
uo
+
(完整)采样保持电路
采样-保持电路采样一保持（S/H ）电路具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并根据需要保持并输出 所采集的电压数值的功能。
S / H 电路广泛应用于多路快速数据检测系统。
采样一保持电路基本工作原理及性能1、S/H 电路基本工作原理S/H 电路的原理电路、电路符号及波形如图所示。
S/H 电路的原理电路、电路符号及波形 电路中，SW 为模拟电子开关，其状态由逻辑控制信号vc 控制.CH 为保持电容，其两端电压即为S/H 电路输出电压vo.当控制信号vc 为高电平“1”时，模拟电子开关SW 闭合S/H 电路进入采样状态，输入信号vs （t ） 迅速对CH 充电，vo （t ）精确地跟踪输入信号；当vc 为低电平“0”时，SW 断开CH 立即停止充电S/H 电路进入保持状态，vo （t ）保持SW 断开瞬间的输入信号电压值不变。
理想采样一保持特性如图（c ） 所示，其数学表达式为5（力Qc = T”,采样期）v s （t D ）（玫=“0”,保持期）式中，to 为逻辑控制信号vc 从“1”变为“0”的时间。
实际的采样一保持电路，常需设置缓冲级把模拟开关SW/保持电容CH 与信号源及负载隔离开，以 提高采样一保持电路的性能.2、S/H 电路性能指标6）电路符号（。
）波弗S/H电路的主要性能指标有采样时间、断开时间；采样精度、保持精度等.（1）采样时间和断开时间S/H电路由保持状态变为采样状态，或由采样状态变为保持状态并不是瞬间完成，需要一定的时间。
从发出采样指令开始到输出信号达到所规定的误差范围内的数值为止，所需的时间称为采样时间（又称捕捉时间），一般为0。
1~10^$数量级。
从发出保持指令开始到模拟开关断开,输出稳定下来为止,所需的时间称为断开时间（又称孔径时间），一般为10〜150门$数量级.采样时间长，电路的跟踪特性差；断开时间长，电路的保持特性不好。
两者都限制了5 /H电路工作频率的提高，即限制了电路工作速度。
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第三章高性能的ADC和DAC
模数转换时一种将模拟输入信号转换成N位数字输入信号的技术。
在进行AD转换时，转换需要一定的时间，因此通常需要在转换期间将输入信号保持不变，才能保证转换的正确性。
故需要对输入信号进行采样和保持。
先介绍采样和保持放大器(简称采保电路)。
问题：一般在哪几种情况下必须使用采保？
3.1采样与保持放大器(Sample & Hold Amplifier) S/H
也有称为(Track & Hold) T/H
1.基本工作原理和框图
采样与保持放大器是一种具有2个输入(信号输入和控制输入)，一个输出的电路。
两种工作模式
(1)采样Sample(跟踪Track)模式：输出精确地跟踪输入的变化，直到出现
保持命令。
(2)保持模式(Hold)：输出保持控制命令出现时刻的输入信号的最终值。
2.S/H放大器的用途
(1)最主要的用途：作为ADC的驱动器。
如：逐次比较和分量程ADC都要求
在数模转换期间输入信号保持不变(像直流)。
(2)多通道同步采样系统。
(3)峰值检波器，延迟线。
3.S/H放大器的基本电路
电路构成：四部分。
输入放大器A1，储能元件(保持电容，外接)C，输出缓冲器A2和开关驱动器
(1)储能元件：是S/H放大器的心脏，其上的电压在保持期间要求基本不变，
在采样期间要能精确跟踪输入信号的变化。
(2)输入放大器：要求具有高输入阻抗，以减少对前级影响。
其输出可作为一
个低输出阻抗的信号源，用来对保持电容充电。
(3)输出放大器：要求其输入阻抗极高，以减少保持期间对保持电容的放电。
(4)开关驱动器：用来切换两种工作模式。
要求导通时开关内阻小，关断时阻
抗大。
保持电容的容值：大，利于保持不利于跟踪；
小，利于跟踪不利于保持；
4.S/H放大器的技术指标
分两种模式来讨论技术指标，分为静态和动态两类。
(1)跟踪模式(和普通的放大器一样)
1)失调：对零输入，输出随时间和温度对零点的偏移。
2)非线性：输出作为输入的函数，该曲线对理想直线的偏差，一般用满标
度的百分数表示。
3)增益：输入到输出的直流传递函数的值。
4)调整时间：输入为满标度阶跃信号时输出达到规定的满标度范围内所要
求的时间(也称为：acquisition time)。
5)带宽：一般为-3dB带宽。
6)转换速率：当输入为阶跃信号时，输出电压变化的最大速度。
(2)保持模式
1)下垂：由于保持电容器通过开关，输出缓冲器等放电，使输出电压发
生下垂偏移产生误差。
可增加电容容量，合理选择元件与PCB
布线来解决。
选用：高质量的聚苯乙烯和聚四氟乙烯电容。
以及其它。
5.芯片实例：LF398
droop[dru:p] v.低垂, 凋萎, 萎靡 implant v.灌输
(参见画图)
6.用LF398构成的峰值电压采样保持电路
峰值电压采样保持电路如下图所示。
峰值电压采样保持电路由一片采样保持器芯片LF398和一块电压比较器LM311构成。
LF398的输出电压和输入电压通过LM311进行比较，当Vi>Vo时，LM311输出高电平，送到LF398的逻辑控制端8脚，使LF398处于采样状态；当Vi达到峰值而下降时，Vi<Vo，电压比较器LM311输出低电平，LF398的逻辑控制端置低电平，使LF398处于保持状态。
由于LM311采用集电极开路输出，故需接上拉电阻。
放电脉冲控制输入Vk控制电容的放电。
Vk=“1”时，二极管1N4148和三极管9013导通，电容放电，为下次跟踪做好准备；Vk=“0”二极管和三极管截止，电路输出一直跟踪输入峰值的变化。