电子与通信第5章 采样保持器课件

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1、5.1概述5.2采样/保持器的工作原理5.3类型和主要性能参数第5章采样／保持器5.4采集速率与采样/保持器的关系5.5测量放大器的使用5.5测量放大器的使用5.1概述第5章采样／保持器问题：模拟信号进行A／D转换时，从启动转换到转换结束输出数字量，需要一定的转换时间，当输入信号频率较高时，会造成很大的转换误差。解决方法：采用一种器件，在A／D转换时保持住输入信号电平，在A／D转换结束后跟踪输入信号的变化。这种功能的器件就是采样／保持器。第5章采样／保持器5.2采样／保持器的工作原理采样／保持器的一般结构形式如图5.1所示。模拟信号UiK驱动信号ACH模拟地UO图

2、5.1采样／保持器的一般结构形式5.2采样／保持器的工作原理组成模拟开关K电容CH缓冲放大器A在t1时刻前，控制电路的驱动信号为高电平时，模拟开关K闭合，模拟输入信号Ui通过模拟开关加到电容CH上，使得CH端电压UC跟随Ui变化而变化。在t1时刻，驱动信号为低电平，模拟开关K断开，此时电容CH上的电压UC保持模拟开关断开瞬间的Ui值不变并等待A／D转换器转换。5.2采样／保持器的工作原理工作原理如下：t控制信号t模拟输入At采样输出跟踪t1A2t2A1t3保持A3t4A图5.2采样／保持器工作原理而在t2时刻，保持结束，新一个跟踪时刻到来，此时驱动信号又为高电平，

3、模拟开关K重新闭合，CH端电压UC又跟随Ui变化而变化；t3时刻，驱动信号为低电平时，模拟开关K断开，......。5.2采样／保持器的工作原理从以上讨论可知：采样／保持器是一种用逻辑电平控制其工作状态的器件。5.2采样／保持器的工作原理它具有两个稳定的工作状态：跟踪状态在此期间它尽可能快地接收模拟输入信号，并精确地跟踪模拟输入信号的变化，一直到接到保持指令为止。保持状态对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行保持。5.2采样／保持器的工作原理采样／保持器主要起以下两种作用：“稳定”快速变化的输入信号，以减少转换误差。用来储存模拟多路开关输出的模拟信号，以便模拟

4、多路开关切换下一个模拟信号。第5章采样／保持器5.3采样／保持器的类型和主要性能参数1.采样／保持器的类型按结构分为两种类型：串联型串联型采样／保持器的结构如图5.3。5.3采样／保持器的类型和主要性能参数A1和A2分别是输入和输出缓冲放大器，用以提高采样／保持器的输入阻抗，减小输出阻抗，以便与信号源和负载连接。K是模拟开关，由控制信号电压UK控制其断开或闭合。CH是保持电容器。Ui-+A1KUK-+A2CH模拟地UO图5.3串联型采样／保持器的结构5.3采样／保持器的类型和主要性能参数优点：缺点：其失调电压为两个运放失调电压之和，比较大，影响到采样／保持器的精度

5、。跟踪速度也较低。结构简单反馈型反馈型采样／保持器的结构如图5.4所示。5.3采样／保持器的类型和主要性能参数其输出电压反馈到输入端，使和共同组成一个跟随器。开关和有互补的关系：K1闭合，K2断开K1断开，K2闭合图5.4反馈型采样／保持器的结构Ui-+A1-+eOS1-+A2CH模拟地-+eOS2K1UKUCUORK2作用：当K1闭合，K2断开时，A1和A2共同组成一个跟随器，采样／保持器工作于跟踪状态。此时，保持电容CH的端电压为式中eOS1和eOS2分别为运放A1和A2的失调电压。当K1断开，K2闭合时，采样／保持器工作于保持状态。此时，CH的端电压保持在K

6、1断开瞬间的Ui值上，使5.3采样／保持器的类型和主要性能参数优点：①采样/保持精度高，原因是只有eOS1影响精度。②跟踪速度快缺点：结构复杂。5.3采样／保持器的类型和主要性能参数孔径时间tAP——保持指令给出瞬间到模拟开关有效切断所经历的时间。如图5.5所示。2.采样／保持器的主要性能参数孔径时间tAP捕捉时间孔径不定5.3采样／保持器的类型和主要性能参数由图5.5可知，在tAP后的输出还有一段波动，经过一定时间tST后才保持稳定。tU孔径误差实际输出希望的输出模拟信号保持跟踪保持指令发出时刻tAP△tAPtACtST保持图5.5采样／保持全过程为了量化的准确

7、，应在发出保持指令后延迟一段时间，再启动A／D转换。5.3采样／保持器的类型和主要性能参数由于孔径时间的存在，而产生孔径误差—采样／保持器实际保持的输出值与希望输出值之差。孔径不定△tAP孔径不定△tAP—孔径时间的变化范围。孔径时间使采样时刻延迟。5.3采样／保持器的类型和主要性能参数如果延迟时间不变，则对总的采样结果的精确性不会有太大影响。但若孔径时间在变化，则对精度就会有影响。捕捉时间tAC捕捉时间—指当采样／保持器从保持状态转到跟踪状态时，采样／保持器的输出从保持状态的值变到当前的输入值所需的时间。5.3采样／保持器的类型和主要性能参数捕捉时间不影响采样精

8、度，但对采