採樣保持電路

採樣保持電路能夠跟蹤或者保持輸入模擬信號的電平值。在理想狀況下，當處於採樣狀態時，採樣保持電路的輸出信號跟隨輸入信號變化而變化；當處於保持狀態時，採樣保持電路的輸出信號保持為接到保持命令的瞬間的輸入信號電平值。當電路處於採樣狀態時開關導通，這時電容充電，如果電容值很小，電容可以在很短的時間內完成充放電，這時，輸出端輸出信號跟隨輸入信號的變化而變化；當電路處於保持狀態時開關斷開，這是由於開關斷開，以及集成運放的輸入端呈高阻狀態，電容放電緩慢，由於電容一端接由集成運放構成的信號跟隨電路，所以輸出信號基本保持為斷開瞬間的信號電平值。

採樣保持電路基本模型

採樣保持電路有采樣和保持兩種工作狀態，這兩種工作狀態對於電路的性能，整個A/D轉換部分性能都有很大的影響。在這兩種不同的模式下，電路的特點也有一定的差別，下面根據採樣保持電路兩種不同的工作狀態來分析其主要技術指標。

1）採樣狀態下的主要技術指標

偏移電壓，是指在採樣模式下，當輸入端電壓為零時，輸出端的輸出電壓值。為了保證A/D轉化芯片能夠準確地採樣，偏移電壓的值應當滿足式(1)

-最大變化頻率，是指在採樣模式下，輸出電壓最高的變化頻率。這個頻率值受到保持電容容值大小的影響，對系統的工作頻率有一定的限制作用。

2）保持狀態下的主要技術指標

降壓速率，是指在保持模式下，輸出端的輸出電壓值隨輸入時間變化的速率。降壓速率滿足式(2)

-饋通衰減量，是指在保持模式下，輸入信號的電壓值到經過採樣保持電路後，在輸出端輸出時的減少量。為了使A/D芯片能夠準確地採樣出信號，饋通衰減量小於A/D芯片的最低有效位LSB的1/2。

3）狀態轉換時的主要技術指標

採樣時間，是指當電路由保持狀態切換為採樣狀態時，獲取輸入信號電壓值所需的最大時間。 孔徑延時，是指當電路由採樣狀態變為保持狀態時，電容由充電開始，到電壓穩定所經歷的時間。孔徑延遲是一個十分重要的技術指標，其直接影響着採樣的速率和精確度。

4） 影響採樣保持電路性能的主要因素

一個簡化的採樣保持電路模型如圖所示

簡化的採樣保持電路模型

由簡化了的採樣電路模型可以看出，一個採樣保持電路由輸入、輸出端口，切換開關以及保持電容等幾個部分組成。因此，對其性能的影響也主要體現在以下幾個方面： 首先，保持電容的容值。採樣保持電路的保持電容值要根據實際應用綜合考慮。如果容值較小，那麼採樣過程中電容的充電時間就較短，就能夠較好地跟蹤變化頻率較高的信號，對前面提到的採樣狀態下的主要技術指標最大變化頻率有很好的提高。但是，較小的容值會使電路在保持狀態時放電較快，使得保持狀態下的降壓速率加大，從而影響系統的採樣精度。因此，在實際的設計過程中，要結合系統要求，對保持電容的容值進行仿真優化，達到最佳效果。 輸入輸出端電阻值。輸入輸出端電阻值對電路性能的影響和保持電容的容值的影響一樣，都是基於對電路充放電時間的長短來考慮的。一般情況下，我們希望輸入端電阻值越小越好，這樣在採樣狀態下，電容能夠較快速地充電；我們也希望輸出端所接電阻值越大越好，這樣開關斷開電路進入保持狀態使系統放電較慢，進而降壓速率降低，提高系統採樣精度。 採樣保持狀態切換開關。切換開關的性能也對整個電路有着十分重要的影響。切換開關的導通和關斷速度直接影響着採樣保持電路的精度。如果開關的切換速度較慢，電路就不能在所需的時間切換到採樣或者保持狀態，進而無法滿足系統對所接收的信號進行取樣的要求，使採樣到的信號失真。另外，切換開關本身也有孔徑延時，孔徑抖動的問題，這些都對電路性能有一定的影響。 結合上述分析，在設計採樣保持電路時，一般在輸出端接一個由集成運放構成的信號跟隨器。由於運放的輸入電阻一般較高，這樣電容放電時間較短。在電容的輸入端，也可以接集成運放，利用其輸出電阻較小的特性，加快充電時間。在切換開關的選取上，儘量選擇切換時間短，孔徑延遲和孔徑抖動都比較小的開關，這樣才能保證採樣保持電容的性能指標，進而提升系統的採樣準確度。對於保持電容的選取，要利用仿真設計軟件，對多種容值進行分析設計，達到採樣和保持時性能的折中點，滿足系統的設計要求。