2.3采样保持器演示文稿.ppt

采样／保持器的工作原理 采样／保持器是一种具有信号输入、信号输出以及由外部指令控制的模拟门电路。它主要由模拟开关K、电容CH和缓冲放大器A组成，它的一般结构形式如图所示。 采样／保持器的工作原理: 2．反馈型采样／保持器反馈型采样／保持器的结构如图所示。其输出电压Uo反馈到输入端，使A1和A2共同组成一个跟随器。 2．孔径不定?Tap 孔径不定?tAP是指孔径时间的变化范围。 孔径不定?tAP是指孔径时间的变化范围。 孔径时间只是使采样时刻延迟，如果每次采样的延迟时间都相同，则对总的采样结果的精确性不会有影响。但若孔径时间在变化，则对精度就会有影响。如果改变保持指令发出的时间，可将孔径时间消除。因此，仅需考虑?tAP对精度及采样频率的影响。 孔径时间只是使采样时刻延迟，如果每次采样 的延迟时间都相同，则对总的采样结果的精确性 不会有影响。但若孔径时间在变化，则对精度就 会有影响。如果改变保持指令发出的时间，可将 孔径时间消除。因此，仅需考虑?tAP对精度及采 样频率的影响。 3．捕捉时间tAC捕捉时间是指当采样／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。它包括逻辑输入开关的动作时间、保持电容的充电时间、放大器的设定时间等. 捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。如果采样／保持器在保持状态时的输出为-FSR，而在保持状态结束时输入已变至+FSR，则以保持状态转至跟踪状态采样／保持器所需的捕捉时间最长，产品手册上给出的tAC就是指这种状态的值。 4．保持电压的下降 当采样／保持器处在保持状态时，由于保持电容器CH的漏电流使保持电压值下降，下降值随保持时间增大而增加，所以，往往用保持电压的下降率来表示，即为 ?U/ ?T(V/s)=I(pA)/CH(pF) (5-3) 式中的I为保持电容CH的漏电流。 Cuo shi ?选用优质电容CH。?增加CH的值可使保持电压的变化率不大，但将使CH跟踪UI的速度下降。 5．馈送在采样／保持器处于保持状态时，保持电容器CH上的电压应与输入电压变化无关。但实际上由于断开的模拟开关K存在着寄生电容Cs。 输入电压Ui的交流分量将通过Cs加到CH上，使得输入电压Ui的变化也将引起输出电压UO的微小变化，这就是馈送。增大保持电容CH有利于减小馈送，但却不利于采样频率的提高。 ?6．电荷转移偏差在保持状态时，电荷通过寄生电容转移到保持电容器上引起的偏差电压，可通过加大保持电容器容量来克服。不过当增大保持电容时，也增大了采样／保持器的响应时间。 7．跟踪到保持的偏差跟踪到保持的偏差是指跟踪最终值与建立保持时的保持值之间的偏差电压，这种偏差是电荷转换误差补偿以后剩余的误差。该误差与输入信号有关，是一个不可预估的误差。 保持电容器的介质吸收对一个电容器充电到一定电压Ue，然后对它短路放电一定时间后再开路，电容器上的电压将从零往Ue方向缓变。电容器表现出来的“电压记忆”特性称为电容器的介质吸收。此特性将对保持电压产生误差. 电容器介质吸收造成误差的例子 电容器介质吸收造成误差的例子 ?设保持电容原先的保持电压为+5V，当由保持状态转为跟踪状态时，采样／保持器输入电压为-5V。 经过一段时间跟踪，电容器电压变为-5V，然后又转为保持状态。这时，电容器电压会逐渐向+5V方向变动，使保持电压发生变动，从而产生误差。 符合高精度要求的电容器 5.4 5.4 系统采集速度与采样／保持器的关系 在数据采集系统中，采样／保持器用来对输入A／D转换器的模拟信号进行采集和保持，以确保A／D转换的精度。要保证A／D转换的精度，就必须确保A／D转换过程中输入的模拟信号的变化量不得大于LSB/2。在数据采集系统中，如果模拟信号不经过采样／保持器而直接输入A／D转换器，那么，系统允许该模拟信号的变化率就得降低。 在数据采集系统中，直接用A／D转换器对模拟信号进行转换时，应该考虑到任何一种A／D转换器都需要一定转换时间来完成量化和编码等过程。A／D转换器的转换时间取决于转换的位数、转换的方法、采用的器件等因素。如果在转换时间tCONV内，输入的模拟信号仍在变化，此时进行量化显然会产生一定的误差。 一个n位的A／D转换器能表示的最大数字是2N，设它的满量程电压为FSR，则它的“量化单位”或最小有效位LSB所代表的电压UI=FSR／2n。如果在转换时间tCONV内，正弦信号电压的最大变化不超过1LSUm=FSR条件下，数据采集系统可采集的最高信号频率为 B所代表的电压，则在 fmax=1/(2nπtCONV)