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模擬基礎(chǔ)知識(shí)：采樣和保持電路如何工作并確保 ADC 精度

1946866 2022-11-24 | pdf | 283.49KB | 次下載 | 2積分

資料介紹

將來自“真實(shí)”世界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以上游處理的數(shù)字信號(hào)是電子系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，從錄音到物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)，以及現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng) (AIoT) 的人工智能 (AI)。但是，要有效且高效地執(zhí)行它，需要對(duì)經(jīng)常被忽視的基本原則和步驟有一定程度的理解。將來自“真實(shí)”世界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以上游處理的數(shù)字信號(hào)是電子系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能，從錄音到物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)，以及現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng) (AIoT) 的人工智能 (AI)。但是，要有效且高效地執(zhí)行它，需要對(duì)經(jīng)常被忽視的基本原則和步驟有一定程度的理解。例如，考慮到應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 輸入的典型模擬信號(hào)正在連續(xù)改變幅度，并且在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)比開始時(shí)？這種幅度變化或偏斜會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤，尤其是對(duì)于需要更多時(shí)間來轉(zhuǎn)換信號(hào)的高分辨率 ADC。設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是理解并消除這種錯(cuò)誤來源。例如，考慮到應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 輸入的典型模擬信號(hào)正在連續(xù)改變幅度，并且在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)比開始時(shí)？這種幅度變化或偏斜會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的錯(cuò)誤，尤其是對(duì)于需要更多時(shí)間來轉(zhuǎn)換信號(hào)的高分辨率 ADC。設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)是理解并消除這種錯(cuò)誤來源。本文介紹了如何使用 ADC 的采樣保持 (S&H) 或跟蹤保持 (T&H) 電路來防止幅度偏差。S&H（或 T&H）執(zhí)行輸入的真實(shí)采樣，并在輸入抗混疊低通濾波器和 ADC 之間運(yùn)行。本文討論了 S&H IC 的特性和選擇標(biāo)準(zhǔn)，并著眼于具有集成 S&H 的 ADC。用于說明目的的示例設(shè)備來自本文介紹了如何使用 ADC 的采樣保持 (S&H) 或跟蹤保持 (T&H) 電路來防止幅度偏差。S&H（或 T&H）執(zhí)行輸入的真實(shí)采樣，并在輸入抗混疊低通濾波器和 ADC 之間運(yùn)行。本文討論了 S&H IC 的特性和選擇標(biāo)準(zhǔn)，并著眼于具有集成 S&H 的 ADC。用于說明目的的示例設(shè)備來自Texas InstrumentsTexas Instruments、、Maxim IntegratedMaxim Integrated和 Analog Devices，針對(duì)不同的應(yīng)用具有不同的特性。和 Analog Devices，針對(duì)不同的應(yīng)用具有不同的特性。采樣保持在 ADC 中的作用采樣保持在 ADC 中的作用當(dāng)非直流信號(hào)施加到 ADC 的輸入端時(shí)，它會(huì)連續(xù)改變幅度。然而，模數(shù)轉(zhuǎn)換過程需要一段有限的時(shí)間間隔，因此在這段時(shí)間內(nèi)，ADC 輸入的幅度將會(huì)發(fā)生變化（圖 1）。正是這種幅度偏移導(dǎo)致了潛在的嚴(yán)重錯(cuò)誤。當(dāng)非直流信號(hào)施加到 ADC 的輸入端時(shí)，它會(huì)連續(xù)改變幅度。然而，模數(shù)轉(zhuǎn)換過程需要一段有限的時(shí)間間隔，因此在這段時(shí)間內(nèi)，ADC 輸入的幅度將會(huì)發(fā)生變化（圖 1）。正是這種幅度偏移導(dǎo)致了潛在的嚴(yán)重錯(cuò)誤。圖 1：由于數(shù)字化期間信號(hào)幅度變化（底部），具有變化輸入信號(hào)的 ADC 會(huì)出現(xiàn)幅度誤差（頂部）。（圖片來源：Digi-Key Electronics）圖 1：由于數(shù)字化期間信號(hào)幅度變化（底部），具有變化輸入信號(hào)的 ADC 會(huì)出現(xiàn)幅度誤差（頂部）。（圖片來源：Digi-Key Electronics）防止 ADC 中的幅度偏移是在轉(zhuǎn)換過程中對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣并保持固定幅度的問題。這是使用 ADC 的 S&H 或 T&H 電路實(shí)現(xiàn)的（圖 2）。