采样保持器ppt课件.ppt

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1、第五章采样／保持器（S／H电路）5.1概述2021/7/281概述采样／保持器是指在输入逻辑电平控制下处于“采样”或“保持”两种工作状态的电路。在“采样”状态下电路的输出跟踪输入模拟信号。转为“保持”状态后，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直至进入下一次采样状态为止。2021/7/282微机系统的A/D、D/A通道模拟通道的结构形式1）A/D通道的结构形式单通道不带S/H——直流或低频模拟信号带S/H——高频变化的模拟信号多通道每个通道有自己的S/H和ADC——并行多通道各通道有自己的S/H,共享ADC各通道共享S/H和ADC2021/7/283CPUS/H多路

2、开关MUXA1A/DI/OA2An共享S/H和A/D的多通道…CPUS/H多路开关MUXA1S/HA/DI/OA2S/HAn…共享A/D的多通道…CPUS/HA/DI/OA1S/HA/DI/OA2S/HA/DI/OAn………并行多通道A/D…2021/7/284最基本的采样／保持器2021/7/285工作原理当Vc为采样电平时，开关S导通，模拟信号Vi通过S向CH充电，输出电压Vo，跟踪输入模拟信号的变化。当VC为保持电平时，开关S断开，输出电压Vo保持在模拟开关断开瞬间的输入信号值。2021/7/286采样／保持器的主要性能参数2021/7/2871.捕捉时间tAC（Acquisit

3、iontime）2021/7/288捕捉时间tAC（Acquisitiontime）显然采样时间必须大于捕捉时间，才能保持在采样阶段充分地采集到所需的输入模拟信号。捕捉时间主要由电路充电时间常数和所要求的逼近精度所决定，还与开关的导通时间、缓冲放大器的压摆率和稳定时间有关。2021/7/289捕捉时间tAC（Acquisitiontime）产品数据表格上给出的tAC，都是相对于某一保持电容和逼近误差而言，同时还假定电路的初始输出为零，输入信号是一定大小（通常为10V或20V的阶跃电压）。2021/7/2810捕捉时间tAC（Acquisitiontime）如AD582的tAC在CH=1

4、00pF，10V阶跃输入，0.l％的逼近误差时为6μs，而CH=1000pF，0.01％的逼近误差时为25μs。通常用τ=RCH来估算捕捉时间tAC。式中R为充电回路中的电阻值，CH为保持电容值，若要求逼近精度为0.l％，则电容至少应充电到稳态值的99.9%，tAC=7τ；逼近精度为0.05％，则tAC=7.6τ。2021/7/28112.孔径时间tAP（Aperturetime）2021/7/28122.孔径时间tAP（Aperturetime）由于模拟开关有一定的动作滞后，从发出保持指令开始到模拟开关完全断开，电路进入保持状态，输出停止跟踪输入所经历的这段时间称孔径时间tAP。由于

5、孔径时间的存在，采样时间被额外地延迟了。2021/7/2813孔径时间tAP（Aperturetime）最大孔径误差等于tAP时间内输入信号的最大时间变化率与tAP的乘积，即：若输入信号为Vi=Vmsinωt，其最大变化率为：2021/7/2814孔径时间tAP（Aperturetime）在数据采集系统中，要求最大孔径误差不超过A／D转换器输出数字量的最低有效位（LSB）所代表电压值的一半，即ΔVomax≤1/2VLSB。第六章将说明对一个具有n位二进制输出的A/D转换器,1VLSB=。这里VFS是A/D转换器额定的满度输入电压。取VFS=Vm，则孔径误差的相对值应满足下式：2021/

6、7/2815孔径时间tAP（Aperturetime）由此可得2021/7/2816孔径时间tAP（Aperturetime）采样／保持器如果具有恒定的孔径时间，可采取措施消除其影响，如把保持指令提前tAP时间发出，则电路的实际输出值就是预定时刻输入信号的瞬时值。孔径抖动：指多次采样中孔径时间的最大变化量，其值等于最大孔径时间与最小孔径时间之差。孔径抖动的典型数值约比孔径时间小一个数量级左右。2021/7/28173.保持电压变化率在保持阶段，开关S断开，保持电容CH上所充的电荷通过模拟开关的断开电阻Roff1、保持电容泄漏电阻Roff2和负载电阻RL（即输出运放的输入电阻）逐渐泄放：

7、式中ID是保持阶段流过保持电容CH的总泄漏电流2021/7/2818保持电压变化率保持电压的变化率常用的单位有μV／μs、mV／μs和mV／s等。增大CH值可减小保持电压的变化率，但CH的增大导致捕捉时间的加长。选用高质量的保持电容，使CH本身的介质漏电和介质吸附效应引起的电荷变化减小。选用漏电流小的模拟开关，以及采用高输入阻抗的输出运放，可减小总的泄漏电流ID，以达到减小保持电压变化率的目的，从而提高输出信号的质量。2021/7/281920