第5章-采样／保持器ppt课件

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1、1SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.1 概述概述5.2 采样采样/保持器的工作原理保持器的工作原理5.3 类型和主要性能参数类型和主要性能参数第第5章章 采样保持采样保持器器5.4 采集速率与采样采集速率与采样/保持器的关系保持器的关系5.5 测量放大器的使用测量放大器的使用5.5 测量放大器的使用测量放大器的使用5.1 概述5.2 采样/保持器的工作原理5.3 类型和主要2SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.1 概述概述第第5 5章章 采样保持器采样保持器问题：问题：模拟信号进行模拟信号进行 AD 转换时转换时，从启从启动转换

2、到转换结束输出数字量，需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。率较高时，会造成很大的转换误差。解决方法：解决方法：采用一种器件，在采用一种器件，在AD转换时转换时保持住输入信号电平，在保持住输入信号电平，在AD转换结束后跟踪输入信号的变化。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。这种功能的器件就是采样保持器。5.1 概述第5章 采样保持器问题：模拟信号进行 AD3SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理第第5 5章章 采样保持器采样保持器5.2 采样采样保持器的工作原

3、理保持器的工作原理采样采样保持器的一般结构形式如图保持器的一般结构形式如图5.1所示所示。模拟信号模拟信号UiK驱动信号驱动信号ACH模拟地模拟地UO图图5.1 采样保持器的一般结构形式采样保持器的一般结构形式第5章 采样保持器5.2 采样保持器的工作原理采样4SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.25.2 采样保持器的工作原理采样保持器的工作原理组成组成 模拟开关模拟开关K电容电容CH缓冲放大器缓冲放大器A5.2 采样保持器的工作原理组成 模拟开关K电容CH缓冲5SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理在在t1时刻前时刻前，控制电路的驱控

4、制电路的驱动信号为高电平时，动信号为高电平时，模拟开模拟开关关K 闭合，模拟输入信号闭合，模拟输入信号Ui 通过模拟开关加到电容通过模拟开关加到电容CH 上，使得上，使得CH端电压端电压UC 跟随跟随Ui 变化而变化。变化而变化。在在t1时刻，驱动信号为低电时刻，驱动信号为低电平，模拟开关平，模拟开关K断开断开，此时此时电容电容CH 上的电压上的电压UC 保持保持模拟开关断开瞬间的模拟开关断开瞬间的Ui 值值不变并等待不变并等待AD转换器转转换器转换换。5.25.2 采样保持器的工作原理采样保持器的工作原理工作原理如下：工作原理如下：t控控制制信信号号t模模拟拟输输入入At采采样样输输出出跟踪

5、跟踪t1A2t2A1t3保持保持A3t4A图图5.2 采样保持器工作原理采样保持器工作原理而在而在t2时刻，保持结束，时刻，保持结束，新一个跟踪时刻到新一个跟踪时刻到 来，来，此时驱动信号又为高电此时驱动信号又为高电平，模拟开关平，模拟开关K 重新闭重新闭合，合，CH 端电压端电压UC 又跟又跟随随Ui 变化而变变化而变 化；化；t3时刻，驱动信号为低时刻，驱动信号为低电平时，模拟开关电平时，模拟开关K断断开开，.。在t1时刻前，控制电路的驱在t1时刻，驱动信号为低电5.2 6SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.25.2 采样保持器的工作原理采样保持器的工作原理

6、从以上讨论可知：从以上讨论可知：采样采样保持器是一种用逻辑电平控保持器是一种用逻辑电平控制其工作状态的器件。制其工作状态的器件。5.2 采样保持器的工作原理从以上讨论可知：7SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.25.2 采样保持器的工作原理采样保持器的工作原理它具有两个稳定的工作状态：它具有两个稳定的工作状态：跟踪状态跟踪状态 在此期间它尽可能快地接收模拟输入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，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。一直到接到保持指令为止。保持状态保持状态 对接收到保持指令前一瞬间的模拟输

7、对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行保持。入信号进行保持。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8SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.25.2 采样保持器的工作原理采样保持器的工作原理采样保持器主要起以下两种作用：采样保持器主要起以下两种作用：“稳定稳定”快速变化的输入信号，以减少快速变化的输入信号，以减少转换误差。转换误差。用来储存模拟多路开关输出的模拟信用来储存模拟多路开关输出的模拟信号，以便模拟多路开关切换下一个模号，以便模拟多路开关切换下一个模拟信号。拟信号。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9SDUT数据采集

8、与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理第第5 5章章 采样保持器采样保持器5.3 采样采样保持器的类型和主要性能参数保持器的类型和主要性能参数 1.采样采样保持器的类型保持器的类型 按结构分为两种类型：按结构分为两种类型：串联型串联型串联型采样保持器的结构如图串联型采样保持器的结构如图5.3。第5章 采样保持器5.3 采样保持器的类型和主要性能10SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 A1和和A2分别是输入和输出缓冲放大器，用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，

9、减小输出阻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。抗，以便与信号源和负载连接。K是模拟开关，由控制信号电压是模拟开关，由控制信号电压UK控制其控制其断开或闭合断开或闭合。CH是保持电容器是保持电容器。Ui -+A1KUK -+A2CH模拟地模拟地UO图图5.3 串联型采样保持器的结构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 11SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 优点：优点：缺点：缺点：其失调电压为两个运放失调电压之和，其失调电压为两个运放失调电

10、压之和，比较大，影响到采样保持器的精度。比较大，影响到采样保持器的精度。跟踪速度也较低。跟踪速度也较低。结构简单结构简单 反馈型反馈型 反馈型采样反馈型采样保持器的结构如图保持器的结构如图5.4 所示所示。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 优点：缺点：其12SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数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。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：开关和有互补的关系：K1闭合闭合，K2断开断开K1断开断开，K2闭合闭合图图5.

11、4 反馈型采样保持器的结构反馈型采样保持器的结构Ui-+A1-+eOS1-+A2CH模拟地模拟地-+eOS2K1UKUCUORK2作用：作用：当当K1闭合闭合，K2断开时断开时，A1和和A2共同组共同组成一个跟随器成一个跟随器，采样采样保持器工作于保持器工作于跟踪状态跟踪状态。此时此时，保持电容保持电容CH的端电压为的端电压为式中式中 eOS1 和和 eOS2 分别为运放分别为运放 A1和和A2的失调电压的失调电压。当当K1断开断开，K2闭合时闭合时，采样采样保持器保持器工作于保持状态工作于保持状态。此时此时，CH的端电压保持在的端电压保持在K1断开瞬间断开瞬间的的Ui值上值上，使使 5.3

12、采样保持器的类型和主要性能参数 其输出电压反馈到13SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 优点：优点：采样采样/保持精度高，原因是只有保持精度高，原因是只有eOS1影影 响精度响精度。跟踪速度快跟踪速度快缺点：缺点：结构复杂。结构复杂。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 优点：采样14SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 孔径时间孔径时间tAP 保持指令给出瞬间到模保持指令给出瞬间到模拟开

13、关有效切断所经历拟开关有效切断所经历的时间。的时间。如图如图5.5所示所示。2.采样采样保持器的主要性能参数保持器的主要性能参数孔径时间孔径时间tAP5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 孔径时间tAP 15SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理捕捉时间捕捉时间捕捉时间捕捉时间孔径不定孔径不定孔径不定孔径不定5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 由图由图5.5可知可知，在在tAP后的输出还后的输出还有一段波动有一段波动，经经过一定时间过一定时间tST后后才保持稳定才保持稳定。tU孔径误差孔径误差实际输出实际输出实际输出实际输出希

14、望的输出希望的输出希望的输出希望的输出模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号保持保持跟踪跟踪保持指令发出时刻保持指令发出时刻tAPtAPtACtST保持保持图图5.5 采样保持全过程采样保持全过程 为了量化的为了量化的准确准确，应在发出应在发出保持指令后延迟保持指令后延迟一段时间，再启一段时间，再启动动AD转换转换。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 16SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 由于孔径时间的存在，而产生由于孔径时间的存在，而产生孔径误差孔径误差 采样保持器实际保持

15、的采样保持器实际保持的输出值与希望输出值之差。输出值与希望输出值之差。孔径不定孔径不定tAP 孔径不定孔径不定tAP 孔径时间的变化范围。孔径时间的变化范围。孔径时间使采样时刻延迟。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 由于孔径时间的存17SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数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。果的精确性不会有太大影响。但若孔径时间在变化，则对精度就会但若孔径时间在变化，则对精度就会有影响。有影响

16、。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 如果延迟18SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理捕捉时间捕捉时间tAC 捕捉时间捕捉时间 指当采样保持器从保持状指当采样保持器从保持状态转到跟踪状态时，采样态转到跟踪状态时，采样保持器的输出从保持状态的保持器的输出从保持状态的值变到当前的输入值所需的值变到当前的输入值所需的时间。时间。5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数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度，但对采样捕捉时间不影响采样精度，但对采样频率的提高有影响。频率的提高有影响。捕捉时间tAC 捕捉时间 指当采样保持器从保持状5.3 19SDUT

17、数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 保持电压的下降保持电压的下降 当采样保持器处在保持状态时，由当采样保持器处在保持状态时，由于漏电流使保持电压值下降，下降值随保于漏电流使保持电压值下降，下降值随保持时间增大而增加，常用保持电压的下降持时间增大而增加，常用保持电压的下降率来表示：率来表示：式中式中 I 保持电容保持电容CH的漏电流的漏电流。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 保持电压的下降 20SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性

18、能参数采样保持器的类型和主要性能参数 为了使保持状态的保持电压的变化率不超为了使保持状态的保持电压的变化率不超过允许范围，须选用优质电容。过允许范围，须选用优质电容。增加的值可使保持电压的变化率不大，但增加的值可使保持电压的变化率不大，但将使跟踪的速度下降。将使跟踪的速度下降。馈送馈送馈送馈送 指输入电压指输入电压Ui的交流分量通过开的交流分量通过开关关K的寄生电容的寄生电容CS加到加到CH上上，使使得得Ui的变化引起输出电压的变化引起输出电压UO的微的微小变化小变化。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 为了使保21SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.

19、3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 交流分量引起的误差。交流分量引起的误差。保持电容器保持电容器CH，馈送馈送，但不利于采样频率的提高。但不利于采样频率的提高。图图5.6 馈送的通路馈送的通路Ui-+A2CHUOCSK5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 交流分量引起的误22SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 跟踪到保持的偏差跟踪到保持的偏差 跟踪到保持的偏差跟踪到保持的偏差 跟踪最终值与建跟踪最终值与建立保持状态时的立保持状态时的保持值之间的偏保持值之间的偏

20、差电压。差电压。该误差与输入信号有关，是一个不可该误差与输入信号有关，是一个不可预估的误差。预估的误差。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 跟踪到保持的偏差23SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 电荷转移偏差电荷转移偏差 电荷转移偏差电荷转移偏差 指在保持状态时，电荷指在保持状态时，电荷通过开关通过开关K 的寄生电容的寄生电容转移到保持电容器上引转移到保持电容器上引起的误差。起的误差。保持电容器保持电容器CH，电荷转移偏差电荷转移偏差，采样保持器的响应时间采样保持器的响应时间。此误差由直

21、流分量引起。此误差由直流分量引起。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 电荷转移偏差 电24SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.35.3 采样保持器的类型和主要性能参数采样保持器的类型和主要性能参数 由以上讨论可以看出，由以上讨论可以看出，采样保持器采样保持器的性能的性能在很大程度上取决于在很大程度上取决于保持电容器的保持电容器的质量质量。因此，应该选择优质电容器。因此，应该选择优质电容器。5.3 采样保持器的类型和主要性能参数 由以上讨25SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理第第5 5章章 采样保持器采样保持器5.4 系统采集速率

22、与采样系统采集速率与采样保持器的关系保持器的关系 首先讨论不用采样保持器，而直接首先讨论不用采样保持器，而直接用用AD转换器对模拟信号进行转换的情况。转换器对模拟信号进行转换的情况。设模拟信号如图设模拟信号如图5.8所示。所示。第5章 采样保持器5.4 系统采集速率与采样保持器的26SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理Ui=Um2sint5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系 对正弦信号采样，在对正弦信号采样，在t内，模拟信号内，模拟信号电压的最大变化率发生在正弦信号过零时，电压的最大变化率发生在正弦信号过零时，tUm2tUU图图

23、5.8 正弦信号的最大变化率正弦信号的最大变化率Ui=Um2sint5.4 系统采集速率与采样保持器的27SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系 由于在正弦信号过零时由于在正弦信号过零时，t=n，|cos(n)|=1，所以所以则则5.4 系统采集速率与采样保持器的关系 28SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系 而在而在AD转换时间转换时间tCONV内内，输入的输入的正弦信号电压最大变化率可能为正

24、弦信号电压最大变化率可能为由此可得出由此可得出 5.4 系统采集速率与采样保持器的关系 29SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系 如果在转换时间如果在转换时间tCONV内内，正弦信号电正弦信号电压的最大变化不超过压的最大变化不超过1LSB所代表的电压所代表的电压，则在则在Um=FSR条件下条件下，数据采集系统可采数据采集系统可采集的最高信号频率为集的最高信号频率为5.4 系统采集速率与采样保持器的关系 如30SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集

25、速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系如果允许正弦信号电压变化为如果允许正弦信号电压变化为，则系统可采集的最高信号频率为则系统可采集的最高信号频率为 由由（5-4）、（）、（5-5）式可看出，系统式可看出，系统可采集的最高信号频率受可采集的最高信号频率受AD转换器的转换器的位数和转换时间的限制位数和转换时间的限制。5.4 系统采集速率与采样保持器的关系如果允许正弦信号电31SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系【例【例5.1】已知已知AD转换器的型号为转换器的型号为ADC0804，

26、其转换时间其转换时间tCONV=100 s（时钟频率为时钟频率为 640kHz），），位数位数n=8，允许信号变化允许信号变化为为，计算系统可采集的最高信计算系统可采集的最高信号频率。号频率。解：解：由式由式（5-5）知知5.4 系统采集速率与采样保持器的关系【例5.1】已知A32SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系 如果在如果在AD转换器的前面加一个采转换器的前面加一个采样样保持器，这样就变成在保持器，这样就变成在t =tAP内讨内讨论系统可采集模拟信号的最高频率论系统可采集模拟信号的最高频

27、率。仍考虑对正弦信号采样，则系统可采仍考虑对正弦信号采样，则系统可采集的信号最高频率为集的信号最高频率为5.4 系统采集速率与采样保持器的关系 如33SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系结论：结论：因为因为tAP一般远远小于一般远远小于AD转换器的转换器的转换时间转换时间tCONV，所以所以，有采样保有采样保持器的系统可采集的信号最高频率持器的系统可采集的信号最高频率要大于未加采样保持器的系统。要大于未加采样保持器的系统。5.4 系统采集速率与采样保持器的关系结论：因为tAP34SDUT数据采

28、集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系【例【例5.2】用采样保持器芯片用采样保持器芯片AD582和和AD转转 换器芯片换器芯片ADC0804组成一个采集系统组成一个采集系统。已知已知AD582的孔径时间的孔径时间 tAP=50ns，ADC0804的转换时间的转换时间 tCONV=100 s （时钟频率为时钟频率为640kHz），），计算系统可计算系统可 采集的最高信号频率。采集的最高信号频率。解：解：由式由式（5-7）知知5.4 系统采集速率与采样保持器的关系【例5.2】用采样35SDUT数据采集与处理数据采

29、集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.45.4 系统采集速率与采样保持器的关系系统采集速率与采样保持器的关系应该指出的是：应该指出的是：根据采样定理，采集一个根据采样定理，采集一个有限带宽的模拟信号，采有限带宽的模拟信号，采样频率至少应两倍于最高样频率至少应两倍于最高信号频率。信号频率。这意味着带采样保持器的数据采集这意味着带采样保持器的数据采集系统处理的最高输入信号频率应为系统处理的最高输入信号频率应为5.4 系统采集速率与采样保持器的关系应该指出的是：根据36SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理第第5 5章章 采样保持器采样保持器5.5 采样保持器集成芯片采样

30、保持器集成芯片 常用的集成采样保持器有多种，因常用的集成采样保持器有多种，因时间的关系，下面只介绍其中的两种。时间的关系，下面只介绍其中的两种。1.AD582AD582是通用型采样保持器是通用型采样保持器。其管脚及结构示意如图其管脚及结构示意如图5.9所示所示。第5章 采样保持器5.5 采样保持器集成芯片 37SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.55.5 采样保持器集成芯片采样保持器集成芯片组成组成 高性能运放高性能运放低漏电阻的模拟开关低漏电阻的模拟开关结型场效应管集成的放大器结型场效应管集成的放大器5.5 采样保持器集成芯片组成 高性能运放低漏电阻的模拟38

31、SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.55.5 采样保持器集成芯片采样保持器集成芯片AD 582的特性如下的特性如下：有较短的信号捕捉时间，最短达有较短的信号捕捉时间，最短达6 s。有较高的采样保持电流比，可达有较高的采样保持电流比，可达107。输入信号电平可为电源电压输入信号电平可为电源电压US。具有相互隔开的模拟地、数字地，从而提具有相互隔开的模拟地、数字地，从而提高了抗干扰能力。高了抗干扰能力。具有差动的逻辑输入端。具有差动的逻辑输入端。AD582可与任何独立的运算放大器连接可与任何独立的运算放大器连接。5.5 采样保持器集成芯片AD 582的特性如下：有较

32、短39SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.55.5 采样保持器集成芯片采样保持器集成芯片 由图由图5.10可知可知，AD582是反馈型采样保持是反馈型采样保持器器，保持电容接在运放的输出端保持电容接在运放的输出端（脚脚8）与输入与输入端端（脚脚6）之间之间。根据根据“密勒效应密勒效应”，这样的接法相当于，这样的接法相当于在在A2的输入端的输入端接有电容接有电容 5.5 采样保持器集成芯片 由图5.10可40SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.55.5 采样保持器集成芯片采样保持器集成芯片 所以所以AD582外接较小的电容可获得外接

33、较小的电容可获得较高的采样速率：较高的采样速率：当精度要求不太高当精度要求不太高（0.1%）而速度要而速度要求较高时求较高时，可选可选CH=100pF，这时的捕这时的捕捉时间捉时间tAC6 s。当精度要求较高当精度要求较高（0.01%）时时，为减为减小馈送的影响和减缓保持电压的下降，小馈送的影响和减缓保持电压的下降，应取应取CH=1000pF。5.5 采样保持器集成芯片 所以AD5841SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理5.55.5 采样保持器集成芯片采样保持器集成芯片图图5.10是增益为是增益为1，输出不反相的连接线路输出不反相的连接线路。图图5.11是输出不反

34、相电路，电路增益可由外是输出不反相电路，电路增益可由外接电阻来选择，增益接电阻来选择，增益 2.LF198LF198也是反馈型采样保持器，请大家自习也是反馈型采样保持器，请大家自习。5.5 采样保持器集成芯片图5.10是增益为1，输出不反42SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理第第5 5章章 采样保持器采样保持器 5.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题1.采样保持器选用时应注意的问题采样保持器选用时应注意的问题捕捉时间、转换时间与采样周期的关系捕捉时间、转换时间与采样周期的关系在带有采样保持器的数据采集系统中，在带有采样保持器的数据采集系统

35、中，每次数据采集过程每次数据采集过程 采样采样AD转换转换第5章 采样保持器 5.6 采样保持器使用中应注意的43SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题 采样保持器和采样保持器和AD转换器各完成转换器各完成一次动作所需时间之和应小于采样周期一次动作所需时间之和应小于采样周期TS。即即选用采样保持器应注意的问题选用采样保持器应注意的问题 tAC与规定误差范围有关与规定误差范围有关。因此因此，tAC的的 大小应与大小应与AD转换器的精度配合转换器的精度配合：5.6 采样保持器使用中应注意的问题 采44

36、SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题8位位AD转换器的精度等于转换器的精度等于与之相配的采样保持器的误差带可取为与之相配的采样保持器的误差带可取为 0.2%(0.1%)AD582在在CH=100pF时时，tAC=6 s。12位的位的AD转换器，精度等于转换器，精度等于 2-12100%=0.024%则应取采样保持器的误差带为则应取采样保持器的误差带为 0.01%(0.005%)。在在CH=1000pF时时，tAC =25 s。5.6 采样保持器使用中应注意的问题8位AD转换器的45SDUT数据采

37、集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题 保持电压下降率对保持电压下降率对AD转换器输入端转换器输入端 的电压稳定度的影响。的电压稳定度的影响。为了保证数据采集精度，应使保持为了保证数据采集精度，应使保持电压下降率为电压下降率为 5.6 采样保持器使用中应注意的问题 保持电压下降率46SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题当根据当根据LSB定出定出 后，可按式后，可按式（5-3）校核校核CH的值的值。孔径时间与精度、

38、信号的最大变化率的关系孔径时间与精度、信号的最大变化率的关系 设输入信号的最大变化率为设输入信号的最大变化率为 ，允允许的孔径误差许的孔径误差，则孔径时间应满足下式：，则孔径时间应满足下式：5.6 采样保持器使用中应注意的问题当根据LSB定出 47SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题或或 5.6 采样保持器使用中应注意的问题或 48SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题2.电路设计中应注意的问题电路

39、设计中应注意的问题接地接地原因：原因：采样保持器是一种由模拟电路与采样保持器是一种由模拟电路与数字电路混合而成的集成电路，一数字电路混合而成的集成电路，一般有分离的模拟地和数字地引脚。般有分离的模拟地和数字地引脚。目的：目的：避免数字电路的突变电流对模拟电避免数字电路的突变电流对模拟电路的影响。路的影响。5.6 采样保持器使用中应注意的问题2.电路设计中应49SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题方法：方法：将模拟地与数字地分别用引线接到将模拟地与数字地分别用引线接到模拟电源和数字电源的参考点上。

40、模拟电源和数字电源的参考点上。漏电耦合的影响漏电耦合的影响如图如图5.13所示所示。当进入保持模式时，当进入保持模式时，逻辑输入信号会通过印刷逻辑输入信号会通过印刷电路板布线间的漏电流耦电路板布线间的漏电流耦合到模拟输入端而引起保合到模拟输入端而引起保持误差。持误差。LF198模拟输入模拟输入3U+1U-45输出输出6CH78逻辑信号输入逻辑信号输入0V5V图图5.13 LF198采样采样/保持逻辑保持逻辑 5.6 采样保持器使用中应注意的问题方法：将模拟地与数50SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意

41、的问题解决方法：解决方法：印刷电路板布线时，应使逻辑输入端的印刷电路板布线时，应使逻辑输入端的走线尽可能远离与模拟输入端。走线尽可能远离与模拟输入端。将模拟信号输入端用地线包围起来，以将模拟信号输入端用地线包围起来，以隔断漏电流的通路。隔断漏电流的通路。降低逻辑输入信号的幅值，如降低逻辑输入信号的幅值，如5V2.5V。5.6 采样保持器使用中应注意的问题解决方法：印刷电51SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题寄生电容的影响寄生电容的影响现象：现象：在逻辑信号输入端在逻辑信号输入端与保持电容器之间

42、存在与保持电容器之间存在寄生电容，当逻辑信号寄生电容，当逻辑信号输入端加一跳变的控制输入端加一跳变的控制信号时，由于寄生电容信号时，由于寄生电容的耦合作用，也将引起的耦合作用，也将引起采样保持器的输出误采样保持器的输出误差。差。LF198模拟输入模拟输入3U+1U-45输出输出6CH78逻辑信号输入逻辑信号输入0V5V图图5.13 LF198采样采样/保持逻辑保持逻辑 5.6 采样保持器使用中应注意的问题寄生电容的影响现象52SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题例如：例如：LF198，若保持电容

43、是若保持电容是0.01 F，设设 寄生电容为寄生电容为1pF，当逻辑信号输入当逻辑信号输入 端加一个端加一个5V的跳变信号的跳变信号，使采样使采样 保持器从跟踪模式保持器从跟踪模式保持模式时，保持模式时，由于寄生电容的影响，相当于在模由于寄生电容的影响，相当于在模 拟输入端增加了拟输入端增加了1mV的输入信号，的输入信号，从而引起输出误差从而引起输出误差。5.6 采样保持器使用中应注意的问题例如：LF198，53SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题解决方法：解决方法：在印刷板上做一与采样保持在印刷板上做一与采样保持器输出端相连接的短路环，把器输出端相连接的短路环，把保持电容的非接地脚包围起来，保持电容的非接地脚包围起来，以减少寄生电容的影响。以减少寄生电容的影响。5.6 采样保持器使用中应注意的问题解决方法：在印刷54SDUT数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理数据采集与处理 5.65.6 采样保持器使用中应注意的问题采样保持器使用中应注意的问题 5.6 采样保持器使用中应注意的问题