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巧用采樣和保持電路，確保ADC精度
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原標(biāo)題：巧用采樣和保持電路，確保ADC精度
采樣和保持（S&H）或跟蹤和保持（T&H）電路在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的精度保證中扮演著重要角色。以下是對(duì)如何巧用這些電路來(lái)確保ADC精度的詳細(xì)解釋：
一、S&H/T&H電路的工作原理
功能描述
采樣和保持（S&H）或跟蹤和保持（T&H）電路位于輸入抗混疊低通濾波器和ADC之間，它們的主要功能是在ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，使輸入電壓保持恒定，從而最小化電壓偏差。
電路組成
S&H/T&H電路通常由快速開(kāi)關(guān)、儲(chǔ)能電容器以及可能的運(yùn)算放大器組成。開(kāi)關(guān)用于在采樣和保持模式之間切換，電容器則用于存儲(chǔ)采樣到的電壓值，而運(yùn)算放大器可能用于緩沖和放大信號(hào)。
工作模式
跟蹤模式：在此模式下，電路跟蹤輸入信號(hào)的變化。對(duì)于S&H電路，跟蹤時(shí)間相對(duì)較短；而對(duì)于T&H電路，跟蹤時(shí)間則較長(zhǎng)。
保持模式：一旦接收到采樣信號(hào)，電路切換到保持模式，此時(shí)電容器保持采樣到的電壓值不變，直到ADC完成轉(zhuǎn)換。
二、S&H/T&H電路在ADC精度保證中的作用
消除幅度偏差
當(dāng)非直流信號(hào)施加到ADC的輸入時(shí)，其幅度會(huì)不斷變化。而ADC的轉(zhuǎn)換過(guò)程需要一定的時(shí)間間隔，在這段時(shí)間內(nèi)，輸入信號(hào)的幅度可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致幅度偏差。S&H/T&H電路通過(guò)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持輸入電壓恒定，從而消除了這種幅度偏差。
提高采樣精度
通過(guò)使用高質(zhì)量的電容器和快速開(kāi)關(guān)，S&H/T&H電路能夠?qū)崿F(xiàn)快速且準(zhǔn)確的采樣。此外，一些先進(jìn)的S&H IC還采用了bi-FET技術(shù)等技術(shù)來(lái)提高直流精度和降低電壓降，從而進(jìn)一步提高采樣精度。
減少噪聲和干擾
S&H/T&H電路還可以在一定程度上減少噪聲和干擾對(duì)ADC精度的影響。通過(guò)在采樣前對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻帶限制（使用抗混疊低通濾波器），并在采樣過(guò)程中保持電壓恒定，可以降低噪聲和干擾對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響。
三、如何選擇合適的S&H/T&H電路
考慮應(yīng)用需求
根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的S&H/T&H電路。例如，對(duì)于需要差分輸入的應(yīng)用，可以選擇具有差分采樣功能的S&H IC。
關(guān)注性能指標(biāo)
在選擇S&H/T&H電路時(shí)，需要關(guān)注其性能指標(biāo)，如采樣時(shí)間、建立時(shí)間、孔徑時(shí)間、幅度下降等。這些指標(biāo)將直接影響ADC的采樣精度和轉(zhuǎn)換速度。
考慮電路配置和封裝
根據(jù)電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和空間限制，選擇合適的電路配置和封裝形式。例如，一些S&H IC提供了多個(gè)通道，可以在單個(gè)IC封裝中容納多個(gè)S&H電路，從而簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)并提高集成度。
四、實(shí)際應(yīng)用案例
光學(xué)線路傳輸應(yīng)用
在光學(xué)線路傳輸應(yīng)用中，S&H電路可以用于猝發(fā)模式接收信號(hào)強(qiáng)度指標(biāo)（RSSI）測(cè)量。通過(guò)差分采樣和保持輸入信號(hào)，可以準(zhǔn)確地測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度并降低噪聲干擾。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用
許多ADC在其集成封裝中都集成了S&H或T&H電路。例如，Texas Instruments的ADC121S021CIMFX就是一個(gè)具有內(nèi)置T&H的12位逐次逼近寄存器（SAR）ADC。這種集成化的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)并提高了性能。
綜上所述，通過(guò)巧妙地使用采樣和保持（S&H）或跟蹤和保持（T&H）電路，可以有效地確保ADC的精度。在選擇和使用這些電路時(shí)，需要充分考慮應(yīng)用需求、性能指標(biāo)以及電路配置和封裝等因素。
責(zé)任編輯：David
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