使用IC采样保持放大器

采样保持(S/H)功能是数据采集和模数转换过程的基础。 S/H放大器电路有两种不同的基本工作状态。在第一种状态下，对输入信号采样，同时传送到输出端（采样）。在第二种状态下，保持最后一个采样值（保持），直到再次对输入采样。在大多数应用中， S/H用作数据采集系统中模数转换器的“前端” 。这样使用时， S/H主要用于在执行模数转换所需的时间段内，让模拟输入电压电平保持恒定不变。
具体来说， S/H是数据转换系统必须具备的系统功能模块，所用的模数转换器在进行转换期间，必须提供恒定且准确的模拟输入。逐次逼近类型模数转换器就是这种用法的一个示例。理想情况下， S/H会在接到HOLD命令之前“冻结”最后的瞬时输入电压，并将该电压原样提供给模数转换器，随后由模数转换器将该电压转换成相应的数字字。实际上，在实施S/H的过程中会涉及许多误差因素。所以，本应用笔记将探讨这些基本考量因素，以及具有代表性的器件拓扑和应用。
S/H放大器的基本操作
图1显示了S/H的一些基本信息，图1a是基本的S/H电路结构。图中显示，待数字化的模拟输入信号直接传输至电子开关S1 。根据S1的状态，该信号将传输至保持电容CH ，或者被拦截。开关S1的状态由S/H控制线控制，该控制线是一个数字输入。
当S1关闭时，传输至CH的输入信号由A1缓存。该信号也可能传输至S/H输出端（本次讨论不考虑低通滤波器可能造成的影响）。如果在输入变化（与交流波形一样）期间， S1保持连接一段时间，则该操作也可称为跟踪；也就是说，任何输入变化都会传输至输出。

a.基本的S/H电路，由开关、保持电容和缓冲放大器组成

b.S/H波形，显示被采样的输入（顶部）、S/H控制（中间）和S/H输出（底部）
图1.S/H基本信息
当S1打开时，最后的输入电压值作为电荷保留在CH上；也就是保持电压不变。 A1继续读取该电压，直到进入下一个采样周期。图1b通过输入、输出和控制波形展示了此操作。 S/H电路用于实现各种信号处理功能；不仅可用于实现模数接口，还可用于实现更通用的模拟存储器功能，例如自稳零型放大器。
图1b中所示的S/H工作波形几乎是理想波形，假设开关、跟踪、保持特性和负载/源抗扰性均是理想状态。但实际上，在该器件的各个状态（四个状态）下，都存在S/H误差。这些状态包括：
(1)保持采样转换
(2)采样间隔
(3)采样保持转换
(4)保持间隔
采样/跟踪保持放大器
很明显，这些误差对很多应用可能非常重要，对于高精度应用（>10位，或精度为0.1%或更低）则全部都很重要。具体的定义和说明如下文所述。
保持采样转换误差
当器件从保持状态切换至采样状态时，这些误差与时间间隔相关。由于自最后一次采样电压之后，输入可能发生了很大变化（例如，可能是满量程），因此S/H必须重新获取输入信号，并再次在其额定精度范围内稳定下来。如图2所示。
采集时间是S/H在收到采样命令后采集并跟踪输入信号所需的时间。通常指定为满量程电平变化（-10V至+10V ，反之亦然），因为这代表了获取任意电平信号所需时间的最坏情况。输出必须假设所需的电平在额定误差范围内，与转换或采样所需的精度水平一致。例如，可能是0.01%或0.1% 。图2a所示为保持采样采集波形。