9.2.3.2 Принцип дії, схема й основні параметри пвз
Робота ПВЗ основана на принципі фіксації миттєвого значення вхідного сигналу Uвх(t), що змінюється в часі, на час, необхідний для наступного перетворення в АЦП. ПВЗ має два режими роботи: вибірки і зберігання. У режимі вибірки (спостереження) вихідний сигнал ПВЗ із максимально можливою швидкістю досягає значення вхідного сигналу Uвх(t) і потім слідкує за ним доти, поки не прийде команда на зберігання. З цього моменту ПВЗ буде зберігати (запам'ятовувати) на виході миттєве значення вхідного сигналу. Через те, що ПВЗ запам'ятовує вхідний сигнал АЦП у момент часу, який точно визначається командою зберігання, апертурна похибка АЦП істотно знижується і визначається в основному апертурним часом ПВЗ – максимальним часом від моменту подачі команди на зберігання до моменту початку переходу схеми в даний режим. Апертурний час ПВЗ визначається кінцевим часом переключення ключа, що входить до складу ПВЗ, при переході схеми від вибірки до зберігання.
Схема найпростішого ПВЗ показана на рисунку 9.17.
Розмикання
і замикання ключа визначається командним
сигналом, що надходить від таймера. Коли
ключ замкнути,
вихідний сигнал ПВЗ
змінюється відповідно до вхідного
сигналу
.
Коли ключ розімкнути, значення вихідного сигналу визначається напругою на конденсаторі.
На рисунку 9.18 показані типові сигнали на вході і виході найпростішого ПВЗ у припущенні, що опір джерела RS дорівнює нулю. Часовий інтервал, протягом якого ключ замкнутий, - час вибірки р. На практиці опір RS відрізняється від нуля, і конденсатор буде заряджатися відповідно до вхідного сигналу з постійною часу RS*С. Більш того, потрібен кінцевий час на відпрацьовування командних сигналів.
Тому вихідний сигнал ПВЗ може істотно відрізнятися від ідеального, що визначається недосконалістю пристрою і його похибками.
На рисунку 9.19 показані типові вхідний і вихідний сигнали реального ПВЗ.
На вихідний сигнал ПВЗ впливають часові затримки і неідеальність фіксації. Основні параметри процесів, показаних на рисунку 9.19, можуть бути визначені в такий спосіб.
Час
вибірки (Та)
- визначається інтервалом від моменту
надходження команди на вибірку до
моменту, коли вихідний сигнал стане
рівним вхідному з деякою похибкою
(звичайно
1 %).
Апертурний
час (Тр)
- інтервал від моменту надходження
команди на фіксацію до моменту, коли
ключ розімкнеться. Воно визначається
часом спрацьовування перемикаючої
схеми усередині ПВЗ.
Для одного ПВЗ
цей час непостійний,
і звичайно в технічних даних вказується
його середнє значення. Апертурний час
типового ПВЗ
може мати значення
10
нс.
Час встановлення (ТS) - період, необхідний для згасання коливань до деякої величини (обумовленою припустимою похибкою). При переході до режиму фіксації виникає перехідний процес, обумовлений реактивними елементами в схемах цифрової логіки. Час установлення для типового ПВЗ може бути від декількох наносекунд до декількох мікросекунд, у залежності від необхідної точності.
Спад сигналу - повільне зменшення вихідної напруги ПВЗ через струми витоку перемикача і буферного підсилювача протягом часу фіксації.
Спад сигналу може бути істотно зменшений, якщо на виході ПВЗ включити буферний підсилювач з високим вхідним опором. Аналогічно, можна включити буферний підсилювач на вході ПВЗ для узгодження його з джерелом вхідного сигналу. ПВЗ із буферними підсилювачами на вході і виході показано на рисунку 9.20.
Рисунок
9.20
У цифрових системах операції вибірки і зберігання періодично ініціюються таймерами. На рисунку 9.21 показані процеси, що протікають в ПВЗ при постійній частоті керуючих імпульсів. Час між командними сигналами називається періодом квантування Т.
Рисунок
9.21