采样保持电路设计与制作
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。
流水线ADC中采样保持电路的研究与设计的开题报告
流水线ADC中采样保持电路的研究与设计的开题报告一、选题背景及意义随着电子技术的不断发展，高精度、高速度的ADC（模数转换器）在现代工业控制、通信、医疗等领域得到了广泛的应用。
其中，流水线ADC作为一种高速的ADC，由于其高速率和低功率消耗的特点，已成为各个领域的首选。
流水线ADC中采样保持电路是其中的关键电路之一，其作用是将模拟输入信号样本保持在一段时间内，以便进行后续的快速A/D转换。
采样保持电路设计的好坏不仅直接影响流水线ADC的转换精度和速度，还会对整个系统的功耗、噪声等方面产生重要的影响，因此本研究的意义在于对采样保持电路进行深入研究，提高采样保持电路的性能，从而推动流水线ADC的高速、高精度发展。
二、研究内容及方法本研究将通过对采样保持电路的基本原理和特点进行详细研究，并基于此设计出一种性能更加优异的采样保持电路。
具体实施步骤如下：1. 详细阐述采样保持电路的基本原理和特点，包括采样保持时间、保持电容、限幅电路等方面。
2. 分析目前常用的采样保持电路中存在的问题，如不准确的采样时间、噪声、非线性等，发掘其产生的原因。
3. 提出改进方案，包括采用更精确的采样信号、优化采样保持时间、增加抗噪声能力等；并对方案的可行性进行实验验证。
4. 综合评估改进后的采样保持电路的性能指标，包括采样精度、噪声、响应时间、功耗等，与不同型号的流水线ADC进行对比，并对实验结果进行分析和总结。
本研究所采用的方法主要是文献综述和实验研究，通过对相关文献的深入研究和实验验证，提出采样保持电路的改进方案，并验证其可行性和效果。
三、预期成果及意义本研究的预期成果包括：1. 对流水线ADC中采样保持电路的特点进行了深入研究，提出了改进方案。
2. 实现了改进后的采样保持电路，并与常见的流水线ADC进行对比验证，验证了改进方案的可行性和有效性。
3. 综合分析了改进后的采样保持电路的性能指标，包括采样精度、噪声、响应时间、功耗等方面，并对实验结果进行了分析和总结。
一种高精度低功耗采样保持电路的设计说明书
目录1引言 (1)2采样保持电路基本理论分析及主要设计考虑 (3)2.1基本采样保持电路的分析 (3)2.2采样保持电路的性能指标 (3)2.3采样保持电路结构分析及选择 (4)2.3.1采样保持的基本结构 (4)233电荷重分配式采样保持电路 (5)2.3.4电容翻转式采样保持电路 (5)3采样保持电路的设计与实现 (8)3.1采样保持电路的整体结构 (8)3.2采样保持运算放大器的设计 (10)3.2.1运算放大器的性能参数 (10)3.2.2几种运放的结构比较 (11)3.2.3采样保持放大器的设计与仿真 (12)3.2.4偏置电路的设计 (15)3.3开关电容的选取 (16)3.4采样开关的设计 (17)3.4.1MOS开关简介 (18)3.4.2MOS开关非理想因素的分析 (18)3.4.3栅压自举开关 (18)3.4.4时钟产生电路的设计 (20)3.5采样保持电路总体仿真 (23)4采样保持模块版图实现 (25)4.1版图设计基本原则 (25)4.2采样保持电路版图实现 (25)4.2.1整体设计布局 (25)4.2.2元器件版图设计 (26)4.2.3各个模块的版图设计 (27)4.2.4整体版图设计 (29)5总结 (31)谢辞..................................................................................................................... 错误！未定义书签。
参考文献 (32)附录1 (33)1引言近几年微电子技术发展十分迅速，数字信号技术已经十分广泛，在生产生活中变得越来越重要，很多模拟电路在数字领域也变得能够实现⑴。
模数转换器（ADC）是数字信号和模拟信号的接口，已近成为各种数字系统中必不可少的一个模块，它对整个数字系统有着十分巨大的作用。
模数转换电路的发展趋势是高分辨率、高转换速率、低功耗方向发展；采样保持电路，它与模数转换器有着相同的发展方向。
采样保持电路报告
电工电子（2）三级项目采样保持电路年级；13级机电姓名：萧裕辉学号：2013124081 指导老师：吴福培1、电路方案设计1、设计方案及电路：(1)正弦波信号发生电路仿真结果：1.015kHz实验实际频率：123Hz(2)方波信号发生电路理论频率：1kHz仿真结果:1.01kHzg（3）设计总的采样保持电路。
2、元件参数计算及选择依据本来的电路是按照峰峰值3V，还有规定的频率段设计。
后来在助教老师要求下调整，要求方波频率是正弦波的十倍左右，改变了很多dian阻R、电容C，X批次较晚，实验材料都烧得七七八八，没有进行实验元件规格数目电阻各种组合电容稳压二极管 2芯片 lm324 2导线面包版 13、软件仿真仿真方波（1.01KHz）：仿真正弦波（101.48Hz）：仿真采样：4、观察所得误差分析误差来源：（1）仿真元件参数与标示值存在一定误差；（2）温度，连接通电发热，可能会使电阻温度升高导致其实际参数发生变化；（3）电压电流等对运算放大器的放大倍数有影响；（4）串并联组合使用的大量电阻，会比原来一块的电阻有更大误差。
5、心得体会。
（1）项目前的准备很重要，对采样电路的链接方法，运算放大器和电子开关的引脚图有一定的知识了解。
（2）细心和小心，我在去请教师兄仿真过程，看见部分同学使用电阻、电容等元件时动作比较粗鲁，导致元件的损坏量不断增多，用过或者选过不合适的元件随手就丢一个盒子里，没有归类放回，给后面做实验的同学留下很大的麻烦。
（3）理论和实践的差距很大。
以前学电子电工课程，都没有像这个三级项目一样学到如此多实际有用的东西。
比如面包板、电容、电阻和芯片，在项目以前都只是在书本上了解，实际上根本不知道是什么东西。
三级项目的到来，迫使我们更加进一步去学习和使用，有了更深入的了解。
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。
电工学 采样保持电路报告
采样保持电路设计与制作一、项目目的：1、设计正弦波信号发生电路；给出理论频率。
2、设计方波信号发生电路；给出理论频率。
3、设计总的采样保持电路。
4、按自己设计的电路图制作采样保持电路，测出设计结果通过示波器显示。
二、项目内容：1、设计方案及电路：(1)正弦波信号发生电路理论频率：150Hz仿真结果：148.35Hz实验实际频率：123Hz(2)方波信号发生电路理论频率：1kHz仿真结果:1.043kHz实验实际频率：756Hz（3）设计总的采样保持电路。
2、制作电路所需的元件列表；3、制作采样保持电路的实物照片仿真方波（1.047KHz）：仿真正弦波（149.48Hz）：仿真采样：4、制作结果：给出示波器显示的结果（照片）和频率；示波器采样波形：实验结果与误差分析:误差来源：（1）：元件参数与实际值存在一定误差，比如电阻电容等有5%的设计误差；（2）：温度的影响，实验时反复连接电源进行调试，可能会使电阻温度升高导致其实际参数发生变化；（3）：所提供的电源电压电流等对运算放大器的放大倍数有一定影响；（4）：人为操作原因，由于很难找到合适的电阻，采用串并联的方式构造所需要的电阻其实际阻值也会有误差。
6、心得体会。
（1）：预习准备很重要如果没有提前查找资料了解各种元件的参数含义，根本无法得到和仿真接近的结果。
比如所提供的电容有多个容值大小，105电容的大小就是102的1000倍，不了解这些的话很容易犯错误。
还有运算放大器和电子开关的引脚图也需要提前了解。
（2）：细心在连接电路时，要非常仔细而且每次连接电源调试时都要再次检查一下电路，否则一旦很小的错误，或者甚至是电阻的引脚相互接触，都有可能导致最严重的后果——烧毁芯片。
（3）：理论和实际操作有很大距离以前学过的和电子电工有关的课程，都没有像这个仿真项目一样可以学到如此多实际有用的东西。
比如面包板、电容、电阻和芯片的相关情况以前都只是在书本上了解，现在实际操作才懂得如何应用，感觉仅仅靠学过的知识还是不够。
任务书2采样保持
4
开关电容电路模块搭建、参数计算
第5周
5
自举开关电路模块搭建、参数计算
第6-7周
6
时钟电路电路模块搭建、参数计算周
8
整体电路版图设计
第10周
9
毕业实习
第11周
10
采样保持电路版图与电路图比对及参数调整
第12周
11
毕业论文的撰写及修改
第13-15周
12
具体设计要求如下：
(1)完成采样保持电路的整体设计；
(2)完成采样保持电路的核心电路仿真，分析其运放频率特性、自举开关的瞬态特性、输出频谱及电路的信噪比、失调误差、增益误差等特性；
(3)完成采样保持电路的版图设计，实现电路图和版图比对。
3.对本毕业设计（论文）课题成果的要求
(1)电路仿真与版图设计。要求学生用Tanner EDA软件进行电路搭建与仿真和绘制电路版图。
2.本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求
近几十年来随着无线通讯的迅速发展，模数转换器的采样频率达到射频的数量级，精度也超过12位。采样保持电路是模数转换器的一个重要组成部分，可以消除模数转换器前端采样级的大部分动态错误。在这种高速度和高精度的要求下，采样保持电路的作用就越发显得重要。
本设计提出了一种高精度、低功耗采样保持电路。该电路分为四部分：开关电容电路、自举开关、时钟电路和运算放大器电路。电路采用flip-around结构来降低功耗，同时为了抑制传统开关的一些非理想特性，采用自举开关来降低信号失真，从而提高整个系统的信噪比；采用增益增强技术，实现高增益低功耗运算放大器。在0.13um工艺下，利用Tanner EDA软件对采样保持电路进行设计，分析其运放频率特性、自举开关的瞬态特性、输出频谱及电路的信噪比、失调误差、增益误差等特性，并绘出设计版图。
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采样保持电路设计与制作
报告内容：
1、设计目标：设计总的采样保持电路，对输入信息进行采样。
2、设计方案及电路：
（1）设计正弦波信号发生电路；给出理论频率。
设计了正弦信号作为输入信号，其电路图如下： 其理论频率为：Hz 5.32110
×0.033×15×3.1416×21
πRC 21f 3
-1=== 仿真波形如下图
（2）设计方波信号发生电路；给出理论频率。
本实验方波采用了在正弦波的基础上加上个过零比较器来产生，其设计的电路图如下：
频率的计算同以上：
Hz 3.338610×47000×3.1416×21
πRC 21f 9
-2===
仿真的波形如下图：
（3）设计总的采样保持电路。
总的采样保持电路如下，仿真的波形如上：
（S开关所用的CD4051芯片在仿真中用场效应管代替）
另外需提供：示波器1台、直流电源±12V。
4、制作采样保持电路的实物照片
5、制作结果：给出示波器显示的结果（照片）和频率； 正弦波：
实验所得到的正弦波频率Hz 67.359f ’
1=（理论计算Hz 5.321f 1=） 方波频率Hz 86.3301f ’
2=（理论计算Hz 3.3386
f 2=） 实验产生的误差可能是：电阻和电容的数值与理论值存在差距；导线连接时接触问题等；
方波：
采样保持及方波：
6、心得体会。
本次实验总的进程比较顺利，没有损坏任何实验器件，这主要是得益于模拟软件的仿真。
首先在模拟软件上设置正弦波和方波，通过调整不同的阻值和电容值来实现对电路频率的控制，模拟出比较理想的波形之后，再进行实物的连接，这样既能方便的调整电路，大大减少实验时间，又能最大程度的避免实验时对器件的损坏。
通过本次实验，我认识到一个小小的道理：做实验时一定要细心，仔细连接和检查电路，才能顺利地取得成功，欲速则不达！。