dsd13-gos / dsd-17=dacs and adcs / 07. Схемы выборки – хранения
.docЛекция 7. Схемы выборки – хранения.
Одним из основных элементов АЦП является устройство выборки – хранения. Устройство (схема) выборки – хранения (УВХ) предназначено для запоминания мгновенного значения аналогового сигнала и его хранения в течение времени необходимого для его дальнейшего преобразования. Различают две основные фазы работы УВХ:
– фаза выборки – фаза, в течение которой осуществляется зарядка емкости хранения до величины входного сигнала и отслеживание входного сигнала на емкости хранения с заданной точностью;
– фаза хранения – фаза, в течение которой хранится (и повторяется на выходе) напряжение на емкости, полученное на момент поступления команды хранения.
При этом в фазе выборки выход УВХ может либо повторять значение входного напряжения (T/H схема (*)) (рис. 7.1, б) либо выдавать значение с предыдущей фазы хранения (рис. 7.1, a).
Рис. 7.1. Основные фазы работы УВХ
В табл. 7.1 приведена совокупность возможных причин возникновения погрешности в УВХ. Степень проявления тех или иных причин в основном зависит от используемого схемотехнического решения.
Т а б л и ц а 7.1. Возможные причины погрешности УВХ
|
Причина |
Вид неидеальности |
Примечание
|
|
1 |
2 |
3 |
|
Инжекция заряда из управляющего ключа в конденсатор хранения |
Смещение напряжения на конденсаторе хранения при переходе в режим хранения |
В основном определяет параметр – «ошибка управления» (рис. 7.2) |
|
Зависимость инжектируемого заряда в емкость хранения от величины входного напряжения и напряжения исток – подложка |
Изменение коэффициента передачи; нелинейные искажения выходного сигнала |
В основном определяет параметр – «нелинейные искажения в фазе хранения»
|
|
Токи утечки управляющих ключей, связанных с конденсатором хранения |
Изменение выходного напряжения во времени в фазе хранения |
В основном определяет параметр – «дрейф выходного напряжения в фазе хранения» (рис. 7.2) |
|
Конечная скорость нарастания сигнала на емкости хранения из–за конструктивных особенностей элементов (например, конечности скорости нарастания ОУ) |
Существенная ошибка на конденсаторе хранения при быстро изменяющемся входном сигнале большой амплитуды |
В основном определяет параметр – «максимальная скорость изменения входного сигнала» |
|
Конечная полоса пропускания в фазе выборки тракта от входа УВХ до конденсатора хранения |
Ошибка на конденсаторе хранения на малом сигнале высокой частоты |
В основном определяет параметр – «полоса пропускания малого сигнала» |
|
Конечное время нарастания (спада) управляющих сигналов на ключе связанном с конденсатором хранения (рис. 7.3) |
Неопределенность момента перехода в режим хранения; нелинейные искажения выходного сигнала в фазе хранения. |
В основном определяет параметры : «апертурная задержка», «апертурная неопределенность», «нелинейные искажения в фазе хранения» |
|
Дрожание (неопределенность во времени) подачи команды хранения (рис. 7.4) |
Ошибка выборки |
В основном определяет параметр – «апертурная неопределенность» |
Р
ис.
7.2. Основные составляющие времени выборки
и погрешности УВХ
Рис. 7.3. Влияние конечного времени нарастания управляющих сигналов
Рис. 7.4. К определению апертурной неопределённости
Примеры схемотехнических решений УВХ
УВХ может содержать или не содержать петлю обратной связи в цепи заряда конденсатора хранения. УВХ с петлей обратной связи при прочих равных условиях, как правило, обладают меньшей погрешностью, однако и большим временем выборки по сравнению с УВХ без петли обратной связи.
На рис. 7.5 – 7.9 приведены различные варианты УВХ.
Рис. 7.5. Простейший УВХ
Рис. 7.6. УВХ с петлёй ООС и цепями компенсации инжекции заряда
Рис. 7.7. УВХ без ООС с компенсацией инжекции заряда
Рис. 7.8. Инвертирующий УВХ с резистивным входом и петлёй ОС
Рис. 7.9. УВХ Миллера