ADC（Analog-to-Digital Converter，模數(shù)轉(zhuǎn)換器）采樣保持電路是ADC轉(zhuǎn)換過程中的一個(gè)重要組成部分，其工作原理和技術(shù)指標(biāo)對(duì)于確保ADC轉(zhuǎn)換的精度和可靠性至關(guān)重要。以下是對(duì)ADC采樣保持電路工作原理和技術(shù)指標(biāo)的詳細(xì)闡述。

一、ADC采樣保持電路的工作原理

ADC采樣保持電路，又稱為采樣保持放大器（Sample and Hold Amplifier，簡稱S/H），主要作用是在ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，保持輸入模擬信號(hào)的電平值在一段時(shí)間內(nèi)基本不變，以確保轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性。其工作原理可以概括為兩個(gè)階段：采樣階段和保持階段。

1. 采樣階段

在采樣階段，采樣保持電路的開關(guān)（通常是模擬開關(guān)）處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許輸入模擬信號(hào)通過開關(guān)進(jìn)入保持電容。此時(shí)，電容開始充電，其充電速度取決于電容的容值、開關(guān)的導(dǎo)通電阻以及輸入信號(hào)的幅度和頻率。如果電容值較小，電容可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成充電，使得輸出信號(hào)能夠緊密跟隨輸入信號(hào)的變化。在這個(gè)階段，采樣保持電路的輸出信號(hào)基本上與輸入信號(hào)保持一致。

N溝道MOS管T作為采樣開關(guān)用。當(dāng)控制信號(hào)比為高電平時(shí)，T導(dǎo)通，輸入信號(hào)VL經(jīng)電阻Ri和T向電容Ch充電。若取Ri=Rf則充電結(jié)束后Vo=-Vi=VC。當(dāng)控制信號(hào)返回低電平，T截止。由于Ch無放電回路，所以Vo的數(shù)值被保存下來。缺點(diǎn)：采樣過程中需要通過Ri和T向Ch充電，所以使采樣速度受到了限制。同時(shí),Ri的數(shù)值又不允許取得很小，否則會(huì)進(jìn)一步降低采樣電路的輸入電阻。

2. 保持階段

當(dāng)采樣階段結(jié)束后，采樣保持電路的開關(guān)斷開，此時(shí)電容與輸入信號(hào)隔離，開始進(jìn)入保持階段。由于開關(guān)的斷開以及集成運(yùn)放（通常作為信號(hào)跟隨器使用）的輸入端呈高阻狀態(tài)，電容的放電變得非常緩慢。因此，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸出信號(hào)也會(huì)保持為斷開瞬間的信號(hào)電平值，直到下一次采樣開始。這樣，就為ADC提供了足夠的時(shí)間來完成模數(shù)轉(zhuǎn)換過程，而無需擔(dān)心輸入信號(hào)的變化對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果的影響。

二、ADC采樣保持電路的技術(shù)指標(biāo)

ADC采樣保持電路的技術(shù)指標(biāo)是衡量其性能優(yōu)劣的重要依據(jù)，主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 偏移電壓（Offset Voltage）

偏移電壓是指在采樣模式下，當(dāng)輸入端電壓為零時(shí)，輸出端的輸出電壓值。偏移電壓的存在會(huì)引入額外的誤差，影響ADC的轉(zhuǎn)換精度。因此，為了保證ADC能夠準(zhǔn)確地采樣，偏移電壓的值應(yīng)當(dāng)盡可能小，并滿足系統(tǒng)對(duì)精度的要求。

2. 最大變化頻率（Maximum Frequency of Change）

最大變化頻率是指在采樣模式下，輸出電壓能夠跟隨輸入信號(hào)變化的最高頻率。這個(gè)頻率值受到保持電容容值大小的影響。如果電容容值較小，電容的充電時(shí)間就較短，能夠較好地跟蹤變化頻率較高的信號(hào)；反之，如果電容容值較大，電容的充電時(shí)間就較長，可能無法及時(shí)跟蹤高頻信號(hào)的變化。因此，在選擇保持電容的容值時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景綜合考慮。

3. 降壓速率（Droop Rate）

降壓速率是指在保持模式下，輸出端的輸出電壓值隨輸入時(shí)間變化的速率。降壓速率越小，說明電容在保持狀態(tài)下的放電越慢，輸出信號(hào)的穩(wěn)定性越好。然而，過小的降壓速率也可能導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，影響實(shí)時(shí)性。因此，在設(shè)計(jì)采樣保持電路時(shí)，需要權(quán)衡降壓速率和響應(yīng)速度之間的關(guān)系。

4. 饋通衰減量（Feedthrough Attenuation）

饋通衰減量是指在保持模式下，輸入信號(hào)的電壓值到經(jīng)過采樣保持電路后，在輸出端輸出時(shí)的減少量。饋通衰減量越小，說明電路對(duì)輸入信號(hào)的衰減越小，輸出信號(hào)的保真度越高。為了使ADC能夠準(zhǔn)確地采樣出信號(hào)，饋通衰減量應(yīng)小于ADC的最低有效位（LSB）的1/2。

5. 采樣時(shí)間（Sampling Time）

采樣時(shí)間是指當(dāng)電路由保持狀態(tài)切換為采樣狀態(tài)時(shí)，獲取輸入信號(hào)電壓值所需的最大時(shí)間。采樣時(shí)間越短，說明電路對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度越快。然而，過短的采樣時(shí)間也可能導(dǎo)致采樣結(jié)果不穩(wěn)定或引入噪聲。因此，在設(shè)置采樣時(shí)間時(shí)，需要根據(jù)ADC的轉(zhuǎn)換速率和輸入信號(hào)的穩(wěn)定性綜合考慮。

6. 孔徑延時(shí)（Aperture Delay）

孔徑延時(shí)是指當(dāng)電路由采樣狀態(tài)變?yōu)楸３譅顟B(tài)時(shí)，電容由充電開始到電壓穩(wěn)定所經(jīng)歷的時(shí)間。孔徑延時(shí)是一個(gè)十分重要的技術(shù)指標(biāo)，它直接影響著采樣的速率和精確度。較短的孔徑延時(shí)意味著電路能夠更快地進(jìn)入保持狀態(tài)并穩(wěn)定輸出電壓值，從而提高采樣精度和響應(yīng)速度。

三、結(jié)論

ADC采樣保持電路作為ADC轉(zhuǎn)換過程中的關(guān)鍵組成部分，其工作原理和技術(shù)指標(biāo)對(duì)于確保ADC轉(zhuǎn)換的精度和可靠性至關(guān)重要。通過合理設(shè)計(jì)采樣保持電路的參數(shù)和結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化其性能并滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。同時(shí)，隨著半導(dǎo)體工藝和集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，未來ADC采樣保持電路的性能將得到進(jìn)一步提升和完善。