采样保持电路（课堂PPT）

1、第一节第一节 采样保持电路采样保持电路采样采样/ /保持电路：保持电路：l 具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并保持其值的具有采集某一瞬间的模拟输入信号，并保持其值的功能。功能。l 在采样状态下：在采样状态下： 电路的输出跟踪输入模拟信号。电路的输出跟踪输入模拟信号。l 在保持状态下：在保持状态下： 电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入电路的输出保持采样结束时刻的瞬时模拟输入信号，直至进入下一次采样状态为止。信号，直至进入下一次采样状态为止。l 一般应用：信号的采集，自动补偿直流放大器的失一般应用：信号的采集，自动补偿直流放大器的失调和漂移。瞬态变量的测量等。调和漂移。瞬态变量的测量等。基本

2、组成： 1. 模拟开关 2. 存储电容 3. 缓冲放大器6.2 采样保持电路6.2.1 基本原理 当当Uc=“1”时，时，S接通，接通，ui向向C充电，输出跟踪模拟输入充电，输出跟踪模拟输入信号变化信号变化采样阶段采样阶段(uo=uc=ui)。- -+ +N1+ +- -+ +N2+ +uiuoUcCSuc 当当Uc=“0”时，时，S断开，断开，uo保持保持S断开瞬间的输入信号值断开瞬间的输入信号值保持状态保持状态(uo保持保持uc值值)。采样定理：采样定理：采样频率采样频率fs 2 fmax 采样间隔采样间隔TsUP1(夹断电压夹断电压)，开关，开关V1断开断开，这，这时时VD2反偏使反偏使

3、V的的UGS=OV，开关，开关V导通导通，从而使，从而使V2也导通也导通，导通电阻分别为，导通电阻分别为Ron和和Ron2， 电路处于电路处于采样状态，等效电路如图。采样状态，等效电路如图。 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为高电平时：为高电平时： C uo - + + N2 - + + N1 ui C1 Ron2 Ron b) N1、N2和和R1构成负反馈电路，构成负反馈电路，N2用作跟随器，使用作跟随器，使uo=ui。由于主模拟开关由于主模拟开关V处于闭环回

4、路中，所以其导通电阻处于闭环回路中，所以其导通电阻Ron以以及及N2的失调和漂移对精度的影响均大大地削弱。可见电路有的失调和漂移对精度的影响均大大地削弱。可见电路有很高的采样精度。很高的采样精度。存储电容存储电容C和反馈校正电容和反馈校正电容C1都引入时间常数，限制了电路都引入时间常数，限制了电路的工作速度。的工作速度。等效电路如图。等效电路如图。二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为低电平时：为低电平时： V和和V2截止，截止，V1导通，电路处于导通，电路处于保持状态保持状态，等效，等效电路如图所示电路如图所示 uo ui C V Uc VD1 VD2 V1 - + + N2

5、 - + + N1 R1 C1 R3 R2 V2 二、采样保持实用电路二、采样保持实用电路l 当当Uc为低电平时：为低电平时： C uo - + + N2 - + + N1 ui R1 C1 Ron1 等效电路等效电路 V1导通使导通使N1继续处于负反馈闭环状态，避免继续处于负反馈闭环状态，避免N1处于开环而处于开环而进入深度饱和状态，以缩短进入深度饱和状态，以缩短S/H电路从保持状态到采样状态电路从保持状态到采样状态的过渡时间。的过渡时间。 由于由于V和和V2为对称管，两管的泄漏电流值相等，且反馈补偿为对称管，两管的泄漏电流值相等，且反馈补偿电容电容C1=C，因而开关管泄漏电流、，因而开关管

6、泄漏电流、N2的偏置电流将在的偏置电流将在C1、C上产生数值相同的电压变化量，而且两电容电压的变化对上产生数值相同的电压变化量，而且两电容电压的变化对输出电压输出电压uo的影响刚好相反，互相抵消，使输出电压基本的影响刚好相反，互相抵消，使输出电压基本不变。采用补偿电容措施，大约使保持精度提高一个数量级。不变。采用补偿电容措施，大约使保持精度提高一个数量级。（3）高速）高速S/H电路电路l 用开环式采样用开环式采样/保持电路方案，选用高速元件，并保持电路方案，选用高速元件，并通过扩增驱动电流来减小存储电容的充电时间。通过扩增驱动电流来减小存储电容的充电时间。 - + + N1 - + + N2

7、Uc uo C ui V1 R1 R2 V V2 VD1 VD2 （3）高速）高速S/H电路电路l 在采样期间，在采样期间，Uc为正，为正，V与与V2导通，导通，V1截止。截止。l V1的导通将使的导通将使V和和C置于置于N1的闭环回路中，的闭环回路中，C上的电压将等上的电压将等于输入电压而不受于输入电压而不受V的导通电阻的影响，另外，由于的导通电阻的影响，另外，由于N1反相反相端的偏置电流和端的偏置电流和V1的漏电流都很小，的漏电流都很小，l V2导通电阻的压降极小，故其影响可以略去不计，所以导通电阻的压降极小，故其影响可以略去不计，所以C上上的电压仍能非常精确地等于的电压仍能非常精确地等于

8、N1反相端的电压。反相端的电压。l 但与图但与图6-1-10相比，由于相比，由于N2未在反馈回路中，虽然未在反馈回路中，虽然N2使电使电路工作速度得以提高，但它的漂移和共模误差在采样期间得路工作速度得以提高，但它的漂移和共模误差在采样期间得不到校正，会使采样误差增大。不到校正，会使采样误差增大。l 在保持期，在保持期，V、V2截止。除了截止。除了V外，外，V2也将产生漏电流。所也将产生漏电流。所以保持精度也比图以保持精度也比图6-1-10的差。的差。l 由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的。由此可见，这个电路的速度提高是靠牺牲精度换来的。（4）集成采样）集成采样-保持电路保持电路AD

9、582 & 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ?/ /# 模拟量输入 状态 AD571 偏移调节 C +5V AD582 uo ui - + + N1 - + + N2 Uc S DG # （4）集成采样）集成采样-保持电路保持电路AD582l 两级运算放大器两级运算放大器N1和和N2，模拟开关，模拟开关S，门控制电路，门控制电路DG l 应用时，引脚应用时，引脚3和和4之间外接之间外接1OOk电位器用以失调调零，电位器用以失调调零，l 引脚引脚6外接保持电容外接保持电容C：0.001-0.01uf，其大小与采样频率和，其大小与采样频率和精度有关引脚精度有关引脚12输入控制信号输入控制信号Uc。l 图中，图中，AD582的采样的采样-保持输出信号送入保持输出信号送入A/D转换器转换器AD571的的模拟量输入端，模拟量输入端，AD571的状态输出端与的状态输出端与AD582的控制信号输的控制信号输入端相连接。入端相连接。A/D转换器启动后，状态输出端为低电平，控转换器启动后，状态输出端为低电平，