一种流水型40MSPS高速采样保持器的原理及电路结构w.doc

文章编号：1004-xxxx（2005） 一种流水型40MSPS采样保持器的 原理及电路结构 闫杰1 王百鸣2 （1．深圳大学 光电子学研究所，广东 深圳 518060） （2．深圳大学 信息工程学院EDA技术中心，广东 深圳 518060） 摘 要： 本文通过理论分析和实验仿真，提出了一种流水型高速采样保持器S/H电路。采用4个采样率为10MSPS的S/H，组合构成一个流水型电路结构的S/H，采样率达到40MSPS。本文提出的电路结构，在一定程度上解决了采样速率与精度的矛盾关系，可以在组合S/H精度等同于单个S/H精度的前提下，将组合S/H采样速率提高到单个S/H的数倍。 关键词： 采样保持器S/H；流水结构 中图分类号：TN0 文献标识码：A A special 40 Msample/s Sample-and-Hold Circuit with New Pipeline Structure YAN Jie 1 WANG Bai-ming 2 (1.Institute of Optoelectronics, Shenzhen University, Shenzhen 518060, P.R.China) (2. The EDA Technology Center，College of Information Engineering， Shenzhen University，Shenzhen, Guangdong 518060, P.R.China ) Abstract： A special 40 Msample/s Sample-and-Hold circuit solution with new pipeline structure is proposed. Such solution has been verified by preliminary experiment and simulation. The pipelined circuit is made up of four 10MSPS sample-and-hold amplifiers. The new S/H circuit can solve the conflict between sampling speed and sampling precision on a certain extent. The structure can enhance sampling speed and guarantee the stabilization of sampling precision at the same time. Key words：Sample-and-hold amplifier; Pipelined structure EEACC: 1 引 言 采样保持器 (Sample-and-Hold Amplifier，以下简称S/H)即模拟电路中的寄存器，存储信号的瞬时模拟值。采样保持器可定义为，对不断变化的模拟信号瞬时值进行采样并保持一定时间的电路。通常放在高速高分辨率模数转换器ADC之前，由它在较短时间里完成采样一个输入电压值的任务，并把该电压值保持足够长的时间，再由ADC在这段时间里完成量化和编码操作，以获得更高的技术指标如速度、分辨率、精度等[1]。除了输入信号变化较缓慢的情况外，大部分高速高分辨率的数据采集系统都必须额外地增加一个高性能的采样保持器S/H[2]，以改善高性能ADC在高频输入下的信噪比SNR性能，这是因为附加的高性能采样保持器把输入高频信号变成了“直流”信号，高性能ADC再对该“直流”信号进行采样，从而使得电压误差降至最小。 2 问题的提出 从原理上讲，单个采样保持器由模拟开关、保持电容、缓冲放大器等三部分组成，其一般性结构如图1所示[3,4]。 图1 单个采样保持器的电路结构 参考文献[5]提出了双个20kSPS采样保持器LF398并行运用于数据采集系统的电路结构，以有效提升系统的最高采样频率从20kSPS到40kSPS。 本文借鉴这种想法，结合自身前期工作[4]，考虑对4个10MSPS采样保持器进行级联组合，构成4级流水结构的S/H电路，从而提升电路的总体采样速率到40MSPS；并讨论了多个采样保持器级联组合以构成多级流水电路结构的S/H的工作原理。 流水型高速采样保持器的工作原理 将多个采样保持器级联组合，加以一定的延迟控制，可以构成多级流水电路结构的S/H。 图2 多级采样保持器的电路结构 如上图2所示，每级由一个S/H和一个模拟开关串联而成，S/H完成模拟