具體來說，S/H是shi數shu據ju轉zhuan換huan係xi統tong必bi須xu具ju備bei的de係xi統tong功gong能neng模mo塊kuai，所suo用yong的de模mo數shu轉zhuan換huan器qi在zai進jin行xing轉zhuan換huan期qi間jian，必bi須xu提ti供gong恒heng定ding且qie準zhun確que的de模mo擬ni輸shu入ru。逐zhu次ci逼bi近jin類lei型xing模mo數shu轉zhuan換huan器qi就jiu是shi這zhe種zhong用yong法fa的de一yi個ge示shi例li。理li想xiang情qing況kuang下xia

，S/H會在接到HOLD命令之前“凍結”最後的瞬時輸入電壓
，並將該電壓原樣提供給模數轉換器
，隨後由模數轉換器將該電壓轉換成相應的數字字。實際上，在實施S/H的過程中會涉及許多誤差因素。所以，本應用筆記將探討這些基本考量因素，以及具有代表性的器件拓撲和應用。

 

S/H放大器的基本操作

圖1顯示了S/H的一些基本信息，圖1a是基本的S/H電路結構。圖中顯示，待數字化的模擬輸入信號直接傳輸至電子開關S1。根據S1的狀態
，該信號將傳輸至保持電容CH，或者被攔截。開關S1的狀態由S/H控製線控製，該控製線是一個數字輸入。

 

當S1關閉時，傳輸至CH的輸入信號由A1緩存。該信號也可能傳輸至S/H輸出端（本次討論不考慮低通濾波器可能造成的影響）。如果在輸入變化（與交流波形一樣）期間，S1保持連接一段時間，則該操作也可稱為跟蹤
；也就是說，任何輸入變化都會傳輸至輸出。

 

a. 基本的S/H電路，由開關、保持電容和緩衝放大器組成

b. S/H波形，顯示被采樣的輸入（頂部）、S/H控製（中間）和S/H輸出（底部）

圖1.S/H基本信息

 

當S1打開時，最後的輸入電壓值作為電荷保留在CH上；也就是保持電壓不變。A1繼續讀取該電壓
，直到進入下一個采樣周期。圖1b通過輸入、輸出和控製波形展示了此操作。S/H電路用於實現各種信號處理功能；不僅可用於實現模數接口，還可用於實現更通用的模擬存儲器功能，例如自穩零型放大器。

 

圖1b中所示的S/H工作波形幾乎是理想波形

，假設開關、跟蹤、保持特性和負載/源抗擾性均是理想狀態。但實際上，在該器件的各個狀態（四個狀態）下
，都存在S/H誤差。這些狀態包括：

 

(1) 保持采樣轉換

(2) 采樣間隔

(3) 采樣保持轉換

(4) 保持間隔

 

采樣/跟蹤保持放大器

 

很明顯
，這些誤差對很多應用可能非常重要
，對於高精度應用（>10位，或精度為0.1%或更低）則全部都很重要。具體的定義和說明如下文所述。

 

保持采樣轉換誤差

 

當器件從保持狀態切換至采樣狀態時
，這些誤差與時間間隔相關。由於自最後一次采樣電壓之後
，輸入可能發生了很大變化（例如，可能是滿量程），因此S/H必須重新獲取輸入信號，並再次在其額定精度範圍內穩定下來。如圖2所示。

 

采集時間是S/H在收到采樣命令後采集並跟蹤輸入信號所需的時間。通常指定為滿量程電平變化（-10V至+ 10V
，反之亦然），因yin為wei這zhe代dai表biao了le獲huo取qu任ren意yi電dian平ping信xin號hao所suo需xu時shi間jian的de最zui壞huai情qing況kuang。輸shu出chu必bi須xu假jia設she所suo需xu的de電dian平ping在zai額e定ding誤wu差cha範fan圍wei內nei，與yu轉zhuan換huan或huo采cai樣yang所suo需xu的de精jing度du水shui平ping一yi致zhi。例li如ru
，可ke能neng是shi0.01%或0.1%。圖2a所示為保持采樣采集波形。

 

圖2a.保持采樣節點采集時間，顯示新信號采集（頂部）和S/H控製（底部）

 

對於大幅度的保持采樣變化，采集時間的大部分都是初始擺動間隔。在這個高誤差間隔之後，輸出可能過衝
，隨之將穩定在±2mV額定精度範圍內；以20V刻度為例，該範圍為±0.01%。注意，當信號穩定並保持在額定誤差範圍內時
，采集時間結束。

 

采集時間是保持采樣誤差的主要組成部分，也是決定轉換係統S/H部分工作速度的主要因素。典型時間為約幾毫秒至0.1%或0.01%或更高的精度。采集時間很大程度上取決於所用的保持電容的值
，因為該電容（通常）會影響壓擺率。

 

圖2b所(suo)示(shi)為(wei)保(bao)持(chi)采(cai)樣(yang)瞬(shun)態(tai)，即(ji)從(cong)保(bao)持(chi)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)至(zhi)采(cai)樣(yang)模(mo)式(shi)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)切(qie)換(huan)瞬(shun)態(tai)。注(zhu)意(yi)，即(ji)使(shi)之(zhi)前(qian)的(de)保(bao)持(chi)電(dian)壓(ya)和(he)新(xin)樣(yang)本(ben)之(zhi)間(jian)相(xiang)差(cha)不(bu)大(da)，也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)這(zhe)種(zhong)瞬(shun)變(bian)。由(you)於(yu)這(zhe)種(zhong)瞬(shun)變(bian)幅(fu)度(du)可(ke)能(neng)遠(yuan)遠(yuan)超(chao)過(guo)S/H額定精度（可能多達幾百毫伏），在確定輸出電壓樣本有效之前，必須留出足夠的時間讓這種瞬變消失。

 

圖2b.保持采樣模式瞬態和建立時間

 

由you於yu該gai瞬shun態tai的de建jian立li時shi間jian會hui延yan續xu到dao保bao持chi采cai樣yang命ming令ling開kai始shi之zhi後hou，係xi統tong時shi序xu必bi須xu允yun許xu此ci種zhong情qing況kuang。但dan是shi，實shi際ji上shang，與yu保bao持chi采cai樣yang瞬shun態tai相xiang關guan的de建jian立li時shi間jian通tong常chang都dou遠yuan遠yuan短duan於yu采cai集ji時shi間jian。因yin此ci，相xiang當dang於yu最zui壞huai情qing況kuang（或采集時間）的時間間隔通常都會自動考慮保持采樣瞬態誤差及其相關的建立時間。

 

采樣誤差

 

在采樣間隔內
，S/H器件會像運算放大器一樣跟蹤輸入信號。事實上，大部分S/H器件要麼是專用運算放大器，要麼是使用運算放大器（其特性非常適合S/H使用）構建。因此

，由於大部分S/H放大器都會降低至或等同於運算放大器電壓跟隨器或反相器，所以可以采用類似方法來計算它們的采樣模式誤差。

 

S/H中zhong的de純chun比bi例li誤wu差cha通tong常chang可ke以yi被bei視shi為wei良liang性xing誤wu差cha，因yin為wei它ta們men大da體ti上shang可ke以yi通tong過guo校xiao準zhun調tiao整zheng來lai消xiao除chu。通tong常chang情qing況kuang下xia
，要yao執zhi行xing此ci操cao作zuo

，模mo數shu基ji準zhun源yuan是shi一yi個ge非fei常chang方fang便bian的de點dian，這zhe樣yang可ke以yi一yi次ci性xing消xiao除chu所suo有you係xi統tong比bi例li誤wu差cha。當dang然ran，這zhe種zhong方fang法fa適shi合he傳chuan統tong用yong法fa，例li如ru一yi個ge模mo數shu轉zhuan換huan器qi一yi個geS/H。如果模數轉換器之前有多個S/H，或者如果S/H隻是其他電路的一部分，則需要通過增益比例電阻來調節局部增益。

 

在任何情況下，都必須了解最壞情況與理想S/H比例係數之間的偏差，並在計算誤差預算時考慮這種偏差。通常情況下，比例係數都為1 ±0.001%或更低的誤差。也就是與電壓跟隨器連接相關的增益誤差類型。

 

在使用增益電阻的情況下，例如當S/H用於同相增益而不是單位增益時，電阻公差會使這個誤差明顯增大。對於反相模式操作S/H
，無論如何，都必須使用增益比例電阻。無論在哪種情況下，在S/H芯xin片pian上shang安an裝zhuang應ying用yong電dian阻zu都dou是shi非fei常chang有you利li的de，因yin為wei它ta們men將jiang獲huo得de更geng高gao的de預yu調tiao精jing度du，以yi及ji最zui大da偏pian移yi的de技ji術shu規gui格ge。對dui於yu器qi件jian
，近jin來lai的de趨qu勢shi是shi采cai用yong預yu調tiao電dian阻zu來lai支zhi持chi常chang用yong的de增zeng益yi-1、+2等。

 

注意
，雖然可以通過係統比例校準來調節實際增益（比例）誤差，但增益非線性並不等同於非可調誤差。

 

增益非線性是一個臨界S/H誤差，它表現為與理想傳輸特性之間的偏差。此誤差分量是器件在其額定信號輸出範圍（通常為±10V）內運行時，與理想S/H增益數值（例如+1、+2、-1
、 -2等）之間的動態偏差。其最大誤差分量通常是輸入級共模誤差，這是跟隨器類型連接中的典型情況（總體上最普遍）。在反相器類型連接中
，共模誤差消失，但電阻匹配誤差會成為誤差源。

 

在±10V信號範圍內，S/H非線性典型值為0.001%至0.01%。顯然

，為了保持係統性能
，S/H非線性必須優於使用的模數轉換器所確立的整體非線性。對於S/H非線性
，可以遵循一個很好的法則：數值應比轉換器的基本分辨率高一個數量級。例如，0.01%或更好的S/H非線性度與10位轉換器配合使用。注意

，用戶可能需要根據S/H的共模抑製比(CMRR)計算非線性，例如80dB CMRR相當於0.01%的非線性。

 

偏移是指S/H輸入接地時輸入和輸出之間的直流偏移。通常通過可選的微調電位計將其調節至零。典型的直流偏置規格為±2mV或以下。對於S/Hyingyong，zishendechunpianyibushiwenti，yinweizaixitongzhengtixiaozhunguochengzhong


，shizhongkeyijiangqitiaojiezhiling。yekeyijinxingmoshuzhuanhuanqiweitiaoxiaozhunshi
，yishoudongfangshihuotongguoruanjianwancheng。

 

失調溫度漂移則是另一回事，因為很難將其與實際信號區分開來。除非包含自穩零校準周期
，否則S/H失調漂移誤差分量無法降低，會隨著溫度變化產生誤差。S/H漂移的典型值為1至10µV/°C，無論是要求更高的精度，還是需要廣泛的溫度範圍，此誤差都屬於嚴重誤差。

 

S/H失調電壓也會隨電源電壓而變化，這一點也應該說明。通常，電源抑製約為80dB或100µV/V。對於調節良好的電源或使用自動校準周期時，此參數通常不太重要。

 

建立時間適用於輸入電壓快速變化的采樣模式。跟蹤輸入信號時，S/H受到動態限製
，這與其他運算放大器配置類似。

 

建立時間由壓擺率和小信號帶寬決定，如果步長大幅變化
，壓擺率是主因。典型壓擺率為5至10V/µs，建立時間為5-10µs。正如采集時間部分所述，確切規格很大程度上取決於保持電容。

 

采樣保持轉換誤差

 

孔徑時間或孔徑延遲是指發出保持命令到實際打開S/Hkaiguanjingguodeshijian。duiyukuaisubianhuadeshurudianya，zaiquedingshijibaochidianyadeguochengzhonghuichanshengwucha。youcichanshengdedianyawuchajiangdengyuyouxiaokongjingshijianjiangeneishurudianyadebianhua。

 

圖3大體顯示了與孔徑時間相關的誤差，圖3a顯示孔徑延遲如何在保持電壓內產生誤差。對於快速變化的輸入電壓，在開關從開啟到關閉期間

，S/H電壓以接近1/2LSB的幅度變化。

 

圖3a.與孔徑相關的時間/電壓誤差。模擬輸入/輸出（頂部），采樣/保持驅動（底部）。

 

作為孔徑時間影響的一般示例，考慮變化速率（信號斜率）為1 V/µs
，以10ns孔徑時間采樣的輸入信號。由於與孔徑時間相關的dV/dt誤差，這會產生10mV采樣誤差。

 

這種誤差通常很嚴重。有效孔徑延遲可以通過按照標稱孔徑延遲時長提前在係統中執行保持命令來補償，但這並非全部誤差。

 

去除標稱孔徑延遲之後
，剩餘的誤差稱為孔徑抖動（或不確定性），它具有高信號斜率輸入
，是真正限製S/H采樣誤差的因素。孔徑抖動是指樣本與樣本之間的實際S/H開關時序的淨變化量。這種抖動對孔徑時間相關誤差產生最終限製。對於1v /µs壓擺率示例
，1ns孔徑抖動會導致±1mV電壓不確定性。

 

可以通過圖形顯示極限孔徑時間和由此產生的允許滿量程電平正弦波輸入頻率之間的一般關係。如圖3b所示。此圖基於最大（滿量程）正弦波輸入頻率，其誤差不超過1/2LSB。此頻率fmax的計算公式如下：

 

圖3b.各種孔徑時間和分辨率下的最大滿量程輸入正弦波頻率(fmax)

 

其中π = 3.14，ta為限製孔徑時間
，“n”為轉換器的分辨率（單位：位）。

 

由於這些數據是針對限製孔徑，所以可用於帶有S/H的模數轉換器，或者是單獨的模數轉換器操作。在後一種情況下，模數轉換時間將定義有效孔徑時間。

 

該數據清楚表明了在最大化允許輸入頻率時所采用的S/H的值。不帶S/H的10µs 8位模數轉換器支持的最大輸出頻率約為60Hz。另一方麵，在使用孔徑時間僅為100ns的S/H時，相同的模數轉換器支持6kHz最大頻率。注意，還存在一種更一般的關係；當轉換分辨率增加時，fmax在給定的轉換時間內降低。所以，當分辨率或頻率增加時，對S/H的需求變得更加關鍵。

 

顯然
，S/H內的孔徑時間越短越好，因為這樣對配合使用的模數轉換器造成的限製就越少。描述中引用的時間對中速IC來說非常典型。S/H電路不是限製係統時序的最終因素，因為最大吞吐頻率通常出現在孔徑時間限製頻率之前。

 

S/H偏移（也稱為S/H“基座”
、“跳變”或“步進”）是S/H進行采樣保持轉換時，瞬變電荷導致的模擬誤差。它是由所用S/H開關的有限電容造成的，在較小程度上是由布局和/或huo封feng裝zhuang電dian容rong造zao成cheng的de。這zhe些xie電dian容rong通tong過guo數shu字zi控kong製zhi信xin號hao的de一yi部bu分fen直zhi接jie饋kui送song到dao保bao持chi電dian容rong。一yi般ban來lai說shuo，由you於yu寄ji生sheng耦ou合he電dian容rong在zai給gei定ding的de器qi件jian和he布bu局ju中zhong是shi固gu定ding的de，所suo以yi可ke以yi通tong過guo使shi用yong較jiao大da的de保bao持chi電dian容rong來lai降jiang低di這zhe種zhong誤wu差cha。圖tu4顯示了這種影響。

 

圖4.采樣保持偏移（頂部），S/H控製（底部）

 

此誤差可能為幾mV，在(zai)有(you)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，可(ke)以(yi)利(li)用(yong)小(xiao)型(xing)外(wai)部(bu)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)將(jiang)反(fan)相(xiang)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)饋(kui)送(song)至(zhi)保(bao)持(chi)電(dian)容(rong)來(lai)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)

，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)將(jiang)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)的(de)峰(feng)峰(feng)電(dian)平(ping)降(jiang)至(zhi)絕(jue)對(dui)最(zui)小(xiao)值(zhi)，以(yi)及(ji)通(tong)過(guo)屏(ping)蔽(bi)/保護此信號和CH節點之間的耦合路徑來減小這種誤差。

 

注意
，采樣保持偏移並非始終這樣來直接指定，特別是在使用外部保持電容的IC器件中。在這種情況下，會給出電荷的技術規格，以pC為單位。在這些情況下，可以使用以下公式計算S/H偏移：

 

 

例如，使用1000pF CH進行10pC電荷傳輸將導致10mV S/H偏移。很顯然，傳輸的電荷越小，此誤差也越小。在更好的器件內，電荷傳輸可能低至1 pC或更低。

 

與純直流偏移一樣，S/H偏移最初也被視為可調節誤差。但是
，如果它隨時間、輸入電壓和/或溫度改變，那麼也必須考慮這些不穩定性。對於一些使用浮動開關（參見圖7b


，類型2）的S/H器件，S/H偏移會隨輸入信號值變化。這顯然不可取
，因為如果無法補償，則難以實現。S/H類型3（圖7c）沒有這個問題，因為其開關始終保持恒定電平（虛地）。

 

采樣保持建立時間是指S/H輸出收到保持命令後，在額定精度範圍內穩定下來所需的時間。其中包括開關轉換消隱的時間。

 

保持間隔誤差

 

壓降也叫傾斜，是指保持時間間隔(∆t)內保持電壓(∆V)的變化，由流入（或流出）保持電容的淨漏電流導致。由於導致壓降的電流可能是一個S/H至下一個S/H的符號
，所以下降電流會導致電容上的電壓升高或降低，如圖5所示。但是，重要的是保持間隔內的誤差幅度，而不是該符號。壓降由簡單的電荷/電壓關係決定：

 

圖5.壓降誤差（頂部），S/H控製（底部）注意，“壓降”可以為正
，也可為負。

 

其中
，IL為漏電流，CH為保持電容的值。舉例來說，對於100pF CH，電流降低1nA會導致10µV/µs壓降。在10µs保持期間，這會產生最大100µV壓降誤差，此誤差不是問題。

 

在給定的S/H器件中，電流IL按技術規格設定
，CH則（通常）由用戶控製。所以，壓降可通過CH調節
，會隨著CH增加而減小。

 

但是，這也需要權衡取舍。當CH增加以降低壓降時
，一般會使采集時間延長。這是因為對CH充電以實現采集擺動所需的電流是固定的。所以
，通常需要盡可能將漏電流IL保持在最低水平，以使壓降最低。一般來說，此參數由S/H輸出放大器的輸入偏置電流和開關漏電流決定，通常隨溫度升高而升高。在高溫下壓降最大。注意，用於計算壓降的IL值應考慮到溫度與淨漏電流之間的關係。使用FET輸入緩衝器時，溫度每上升10°C，偏置電流翻倍。

 

實際上，中等溫度下S/H中電壓的典型下降率接近1µV/µs
，算suan的de上shang很hen小xiao的de誤wu差cha。在zai計ji算suan最zui高gao溫wen度du下xia的de最zui大da偏pian置zhi電dian流liu時shi，這zhe種zhong情qing況kuang可ke能neng並bing非fei一yi直zhi保bao持chi不bu變bian。可ke以yi計ji算suan最zui高gao預yu期qi溫wen度du下xia的de漏lou電dian流liu，以yi確que定ding最zui差cha的de電dian壓ya下xia降jiang率lv。

 

饋通是在保持（關閉）狀態下
，通過S/H開關的交流信號泄漏導致的模擬誤差。與S/Hpianyiyiyang，tajibenshangyoukaiguandianrongyinqi
，danyehuishoudaobujuxiangguandianrongouhedeyingxiang。youyukaiguandianronghebaochidianrongkeyigouchengfenyaqi，kuitonghuisuibaochidianrongzengdaerjiangdi，jiuxiangyajiangheS/H偏移一樣。饋通的影響如圖6所示。

 

饋通一般由高頻率下（例如10kHz）的滿量程峰峰正弦輸入指定。在良好的S/H中，它一般達到80dB（或更高）。這相當於0.01%（或更低）的饋通誤差。如果S/H是在多路複用器之後，該多路複用器能夠在保持狀態下選擇高電平，且可能因信號饋通導致誤差，那麼此參數非常重要。

 

圖6.饋通誤差電壓（頂部），S/H控製（底部）

 

電介質吸收

 

對於一些常見的電容類型，電介質不會在充電/放電周期後完全釋放所有電能。這種現象導致的結果是：在保持模式持續一段時間後，存儲電壓出現誤差。可以使用某些電介質，尤其是薄膜來最大限度降低這種影響。應使用指定的低DA電介質，例如聚四氟乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯。注意，在使用外部CH
，或者是使用外部CH來增強內部CH的S/H中，都需要考慮DA。

 

漂移和噪聲

 

與采樣模式下的S/H相比，保持模式下的S/H具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(de)漂(piao)移(yi)特(te)性(xing)。在(zai)保(bao)持(chi)模(mo)式(shi)下(xia)
，輸(shu)出(chu)端(duan)隻(zhi)有(you)輸(shu)出(chu)緩(huan)衝(chong)放(fang)大(da)器(qi)的(de)漂(piao)移(yi)。在(zai)采(cai)樣(yang)模(mo)式(shi)下(xia)，可(ke)能(neng)隻(zhi)有(you)輸(shu)出(chu)放(fang)大(da)器(qi)的(de)漂(piao)移(yi)，也(ye)可(ke)能(neng)是(shi)兩(liang)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)串(chuan)聯(lian)產(chan)生(sheng)漂(piao)移(yi)。

 

tongchang


，baochimoshixiahecaiyangmoshixiadepiaoyitexingbutongmeiyoushenmeweihai。zhuanhuantongchangzaijiweimiaoneiwancheng
，cishiyouwendubianhuadaozhidepiaoyiwuchashangbushiwenti。dangbaochishijianyihuxunchangdechangshi，zexukaolvzhezhongwucha。

 

噪聲則是另一種情況。例如
，處於保持模式時，可以考慮圖7中的S/H類型2和3。如果輸出放大器的噪聲過大
，則會在保持期間顯示，並隨所需信號一起數字化。如果此噪聲很高，且轉換器的線性度並不低於1/2LSB，則某些代碼會因噪聲調製而出錯。

 

MOSFET輸入緩衝器輸入電流極低
，因而會用於一些S/H中。遺憾的是，這些緩衝器類型通常具有相對較高的輸入電壓噪聲
，這會限製某些應用的整體精度。JFET的輸入電流不會像MOSFET那麼低，但其噪聲電壓明顯更低。

 

S/H設計類型

 

如今有大量S/H設she備bei可ke用yong。除chu了le非fei常chang高gao的de性xing能neng限xian製zhi外wai，大da部bu分fen都dou采cai用yong幾ji大da類lei設she計ji拓tuo撲pu。以yi下xia部bu分fen介jie紹shao這zhe些xie設she計ji拓tuo撲pu，並bing針zhen對dui每mei種zhong拓tuo撲pu展zhan開kai簡jian單dan討tao論lun。了le解jie不bu同tong的de電dian路lu類lei型xing有you助zhu於yu針zhen對dui給gei定ding應ying用yong選xuan擇ze合he適shi的deS/H。

 

與圖1a中的基本電路一樣，圖7a中的電路也是實際S/H放大器類型。其中

，A1、CH和開關的運行方式與之前所述的一樣，但還添加了輸入級緩衝器A2。

 

圖7a.開環，級聯跟隨器S/H（類型1）

 

增加緩衝器可以提高CH的充電電流。這樣可在不加載信號源的情況下，提供更快的采集速度。在這種S/H類型中
，兩個放大器都必須具有高壓擺率、快速建立時間、低失調電壓和低漂移才能獲得最佳精度，因為這些誤差會累加。A1應該是一個FET輸入器件，以最大限度減少CH負載，但對於A2卻並非如此。這種S/H類型往往適用於高速采集。

 

圖7b所示S/H配置的優點是，在采樣模式下，兩個放大器周圍都返回了一個整體反饋環路。所以，在采樣狀態下
，A1的de誤wu差cha達da到dao最zui小xiao，雖sui然ran它ta們men還hai是shi會hui在zai保bao持chi狀zhuang態tai中zhong顯xian示shi。此ci電dian路lu的de精jing度du可ke能neng更geng高gao，但dan是shi因yin為wei多duo級ji環huan路lu動dong態tai結jie構gou，其qi整zheng體ti建jian立li特te性xing可ke能neng有you所suo降jiang低di。

 

圖7b.閉環，跟隨器輸出S/H（類型2）

 

注意
，在這種類型的S/H連接中
，可以將輸入級接線，這樣(+)和(-)輸入端都可以連接外部選項，不過並非所有類型都能這樣做。憑借這種靈活性，S/H可以連接為（整體）反相或同相類型的S/H。應用電阻可能可用
，也可能不可用。

 

圖7c中的第三個電路也在兩個運算放大器周圍連接反饋環路
，在這一點上，它具有與7b類似的優勢。在這種情況下，開關在A1的虛地輸入端工作，CH則是輸出放大器級周圍的積分電容。

 

圖7c.閉環
，積分輸出S/H（類型3）

 

注意，在這種類型的S/H連接中，輸入級的(+)和(-)輸入端也可按之前所述的方法使用。所以
，這種類型可以連接為（整體）反相或同相類型的S/H。

 

S/H應用

 

實施采用現代化模數器件和S/H器件的轉換係統並不是一件容易的事
，但其采用的硬件功能多樣，將會大有助益。圖8a所示的12位獨立模數轉換器 + S/H轉換係統是一個連接示例
，可以按圖示輕鬆實現
，也可以根據其他比例等輕鬆更改。

 

此電路使用一個AD585 S/H，在同相單位增益模式下連接，保持激活。該模數轉換器為AD574A，連接用於實現單極0至+ 10V範圍

，其係統增益和偏置校準分別由R2和R1設置。AD574的狀態輸出驅動AD585 A1的輸入
，以實現盡可能低的S/H偏移。這需要在TTL級中進行反轉。

 

如圖所示，轉換由轉換信號發起
，並從下降沿開始
，狀態線路隨之進入高電平狀態，S/H進入保持狀態。對於12位轉換，AD574A需要35µs（最大值）來執行轉換。由狀態低電平信號表示轉換結束。

 

所示的模數轉換器微調校準可改變係統增益和偏置
，足以應對/H和模數誤差。

 

該係統的最大吞吐時間由三個因素決定
，如下所示。分別是：模數轉換時間
、S/H孔徑延遲和采樣時間。轉換時間為：

 

 

各時間分別為35µs + 35ns + 3µs
，或者總計38.035µs。還可以計算最大吞吐頻率，以此時間的倒數表示：

 

 

該頻率假設每個周期隻有一個樣本；為了滿足奈奎斯特準則要求的每周期2個數據點，將頻率減半。（還需要注意的是
，在S/H之前的任何額外的建立時間也可能需要考慮，使用時可包括IA和/或多路複用器。）

 

圖8a.帶S/H的獨立12位單極性模數轉換器

 

在帶有S/H放大器的高速逐次逼近模數轉換應用中，潛在誤差源是來自模數轉換器的回退誤差。逐次逼近模數轉換器表示S/H的動態負載，而轉換周期開始時的MSB負載會因為非零S/H輸出阻抗，在模數轉換器輸入電壓（S/H輸出）上產生瞬變。如果S/H阻抗在高頻率下不夠低，回退誤差可能會超過LSB。

 

要解決這個問題，需要使用具有低阻抗輸出級的S/H
，或具有高反饋的S/H
，以實現低回退誤差。如果阻抗足夠低
，可以使動態電壓誤差忽略不計
，那麼模數轉換器負載不會引發問題。AD585輸出級用於實現低動態輸出阻抗，以最小化此誤差。圖8b所示為轉換期間AD585輸出驅動AD574A的放大照片，可說明這一點。注意，MSB開關點上的負向瞬態誤差在持續時間內低而短。

 

圖 8b.AD585 S/H放大器的輸出驅動AD574A，MSB轉換

 

對於既需要快速采集時間，也需要低下降率的應用
，可以使用級聯S/H同時滿足這些相互衝突的性能參數。圖9所示的是這樣一個電路
，1和2控製線的驅動方式如時序圖所示。基本理念是
，級聯的第一個S/H在第二個達到額定精度之前快速獲取輸入。然後
，第一個S/H進入保持狀態，第二個繼續獲取第一個（快速）S/H的輸出端上出現的“輸入”。由於這構成了輸入信號的串聯路徑
，因此兩個S/H的誤差會加在一起。

 

該電路使用兩個串聯的AD585

，第一個通常配置用於實現快速采集。使用AD585的內部電容，該級將實現1mV/ms（最大）壓降率。該級進行5µs（1信號的寬度）采樣。第二個S/H對第一個的輸出進行500µs（或2的寬度）采樣。在這500µs期間，第一級的輸出電壓會下降，最高達0.5mV。這一般是HOLD2寬度（單位：ms）乘以1 mV/ms。

 

第二個AD585使用一個0.01µF外部CH，它會最大限度降低此級的電壓降幅，降低100倍（第二級和第一級CH的比率）。之後
，整個電路的有效壓降變為0.5mV（第一級），加上0.01 mV/ms（第二級）。第二級的保持間隔達幾十ms，所以
，此級聯S/H的淨壓降接近500µs間隔的壓降，在本例中為0.5mV。

 

當然，此方案作出的取舍是：整zheng體ti信xin號hao吞tun吐tu量liang降jiang低di。實shi際ji上shang
，因yin為wei該gai應ying用yong本ben就jiu打da算suan與yu速su度du較jiao慢man的de模mo數shu轉zhuan換huan器qi配pei合he使shi用yong，所suo以yi這zhe種zhong取qu舍she可ke能neng隻zhi會hui造zao成cheng很hen小xiao或huo根gen本ben不bu會hui造zao成cheng影ying響xiang。此ci外wai
，如ru果guo多duo路lu複fu用yong器qi之zhi前qian使shi用yong了le多duo個ge級ji聯lianS/H

，此方案可能非常有用
，即使很少對單個頻道采樣也能保持較高的整體吞吐率。注意，就此級聯的孔徑時間而言，有效fmax仍由兩個S/H中的第一個決定。本示例所示是同相單位增益S/H。原則上
，任一（或兩個）S/H都可以使用其他比例。

 

對於布局
，用戶需要遵循一些重要的通用實用規則。隻要使用外部CH，就需要注意使用保護走線將與引腳7相關的PC走線包圍起來。應將其連接至模擬地，連接此引腳的導線越短越好。外部CH應該是低DA型電容，其外部箔片連接至S/H輸出（引腳8）。還請注意，許多S/H應用可能永遠不需要使用外部CH或引腳7。在這種情況下，可以沿封裝附近切割引線

，將拾取線路剪至最短。

 

圖9.環路壓降級聯S/H

 

 

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