采样保持电路

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1、一、采样保持电路的引入在A/D转换期间，为了使输入信号不变，保持在开始转换时的值，通常要采用一个采样保持电路。对于MCS-96单片机的A/D转换器，启动转换实际上是把采样开关接通，进行采样，过一段时间后，开关断开，采样电路进入保持模式，才是A/D真正开始转换二、采样保持电路的原理A/D转换需要一定时间，在转换过程中，如果送给ADC的模拟量发生变化，则不能保证精度。为此，在ADC前加入采样保持电路，如图下所示。采样保持电路有两种工作状态：采样状态和保持状态。1、采样状态：控制开关K闭合，输出跟随输入变化。2、保持状态：控制开关K断开，由保持电容C维持该电路的输出不变。运算放大器A2

2、：典型的跟随器接法。输入阻抗：高阻。保持状态（K分）下Ch放电小，保持电压不变。输出阻抗：小。采样保持电路的负载能力大。运算放大器A1：K闭合时为跟随器。（不关心K断开的情况）。输入阻抗：高阻。对输入信号的负载能力要求小。输出阻抗：小。采样状态时，Ch上的电压快速跟随输入变化。控制开关K：由接口电路控制。三、采样采样脉冲的频率由下图可知,采样脉冲的频率ｆｓ(ｆｓ=1/Tｓ)越高,采样越密,采样值越多,采样信号的包络线越接近输入信号的波形.假设输入信号的最高频率为ｆｍ,则根据采样定理知:当采样频率ｆｓ＞2ｆｍ时,采样信号可正确反映输入信号。通常对直流或缓变低频信号进行采样时可不用采

3、样保持电路。。三、加入S/H后模／数转换控制过程　　加入S/H后，整个模/数转换过程如下图所示。1、CPU经接口电路使K闭合（启动采样）。2、CPU经接口电路使K断开（保持）。（*）3、CPU向ADC发出启动转换信号（转换或称量化）。（*）4、查询A/D转换完成否，或使用中断方式。5、读取转换后的数字。6、在实际硬件设计中，一般第②、③步设计为用一条指令完成。四、多路转换模拟开关1、原理　由于计算机在任一时刻只能接收一路模拟量信号的采集输入，当有多路模拟量信号时需通过模拟转换开关，按一定顺序选取其中一路进行采集。一般多路转换开关（AMUX）有2n个输入端，N个控制选择端，一个控制

4、端。对N个控制选择端（即地址）进行译码，选中某一个开关闭合。AUMX的一般性能要求是开关通导电阻小，断开电阻无穷大，转换速度快等。　在由于需要处理多路模拟量输入/输出时，可以使用一个ADC/DAC，而用MUX切换各路信号。2、常用的MUX：AD7501、AD7503：多路输入、一路输出（用于A/D）。·CD4051、CD4052：双向。多路输入、一路输出（用于A/D），或一路输入、多路输出（用于D/A）。　　需要采样保持电路，取决于模拟信号的变化频率和A/D转换时间，通常对直流或缓变低频信号进行采样时可不用采样保持 实际系统中，是否需要采样保持电路，取决于模拟信号的变化频率和A/

5、D转换时间。五、采样定理采样定理是1928年由美国电信工程师H.奈奎斯特首先提出来的。1、采样定理的概念采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据，采样定理:模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般取2.56-4倍的信号最大频率。2、信号混叠如果不能满足上述采样条件，采样后信号的频率就会重叠，即高于采样频率一半的频率成分将被重建成低于采样频率一半的信号。这种频谱的重叠导致的失真称为混叠，而重建出来的信号称为原信号的混叠替身

6、，因为这两个信号有同样的样本值。3、解决信号混叠的方法⑴提高采样频率，使之达到最高信号频率的两倍以上；⑵引入低通滤波器或提高低通滤波器的参数；该低通滤波器通常称为抗混叠滤波器抗混叠滤波器可限制信号的带宽，使之满足采样定理的条件。从理论上来说，这是可行的，但是在实际情况中是不可能做到的。因为滤波器不可能完全滤除奈奎斯特频率之上的信号，所以，采样定理要求的带宽之外总有一些“小的”能量。不过抗混叠滤波器可使这些能量足够小，以至可忽略不计。4、有限带宽信号采样和混叠的数学分析⑴有限带宽信号首先从有限带宽信号开始讨论。这样做取决于数学和物理两个方面的因素，下文将进行阐述。如果某个信号在某个

7、频点(截止频率)以外的频谱幅度均为零，那么这一信号称为有限带宽信号。图1中的g(f)即是这样的信号，大于频点a的频率频谱幅度为零。在这种情况下，a也是这个基带信号的带宽(BW)。(由于频率为负没有物理意义，因此基带信号的带宽仅被定义为正频率。)图1.信号g(f)的频谱接下来对g(f)进行采样。我们可以利用数学形式表示该操作，即g(f)乘以一个时间间隔为T的冲激函数序列。通过将g(f)与冲激函数相乘，我们得到对应于冲激函数发生时刻的g(f)值，其它任何时间的乘积都为零。这类似于以f