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模拟基础知识：采样和保持电路如何工作并确保 ADC 精度
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2022-11-24
时见栖鸦
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将来自“真实”世界的模拟信号转换为可以上游处理的数字信号是电子系统的一项基本功能，从录音到物联网 (IoT)、工业物联网 (IIoT)，以及现在的物联网 (AIoT) 的人工智能 (AI)。但是，要有效且高效地执行它，需要对经常被忽视的基本原则和步骤有一定程度的理解。将来自“真实”世界的模拟信号转换为可以上游处理的数字信号是电子系统的一项基本功能，从录音到物联网 (IoT)、工业物联网 (IIoT)，以及现在的物联网 (AIoT) 的人工智能 (AI)。但是，要有效且高效地执行它，需要对经常被忽视的基本原则和步骤有一定程度的理解。例如，考虑到应用于模数转换器 (ADC) 输入的典型模拟信号正在连续改变幅度，并且在转换结束时比开始时？这种幅度变化或偏斜会导致严重的错误，尤其是对于需要更多时间来转换信号的高分辨率 ADC。设计师面临的挑战是理解并消除这种错误来源。例如，考虑到应用于模数转换器 (ADC) 输入的典型模拟信号正在连续改变幅度，并且在转换结束时比开始时？这种幅度变化或偏斜会导致严重的错误，尤其是对于需要更多时间来转换信号的高分辨率 ADC。设计师面临的挑战是理解并消除这种错误来源。本文介绍了如何使用 ADC 的采样保持 (S&H) 或跟踪保持 (T&H) 电路来防止幅度偏差。S&H（或 T&H）执行输入的真实采样，并在输入抗混叠低通滤波器和 ADC 之间运行。本文讨论了 S&H IC 的特性和选择标准，并着眼于具有集成 S&H 的 ADC。用于说明目的的示例设备来自本文介绍了如何使用 ADC 的采样保持 (S&H) 或跟踪保持 (T&H) 电路来防止幅度偏差。S&H（或 T&H）执行输入的真实采样，并在输入抗混叠低通滤波器和 ADC 之间运行。本文讨论了 S&H IC 的特性和选择标准，并着眼于具有集成 S&H 的 ADC。用于说明目的的示例设备来自Texas InstrumentsTexas Instruments、、Maxim IntegratedMaxim Integrated和 Analog Devices，针对不同的应用具有不同的特性。和 Analog Devices，针对不同的应用具有不同的特性。采样保持在 ADC 中的作用采样保持在 ADC 中的作用当非直流信号施加到 ADC 的输入端时，它会连续改变幅度。然而，模数转换过程需要一段有限的时间间隔，因此在这段时间内，ADC 输入的幅度将会发生变化（图 1）。正是这种幅度偏移导致了潜在的严重错误。当非直流信号施加到 ADC 的输入端时，它会连续改变幅度。然而，模数转换过程需要一段有限的时间间隔，因此在这段时间内，ADC 输入的幅度将会发生变化（图 1）。正是这种幅度偏移导致了潜在的严重错误。图 1：由于数字化期间信号幅度变化（底部），具有变化输入信号的 ADC 会出现幅度误差（顶部）。（图片来源：Digi-Key Electronics）图 1：由于数字化期间信号幅度变化（底部），具有变化输入信号的 ADC 会出现幅度误差（顶部）。（图片来源：Digi-Key Electronics）防止 ADC 中的幅度偏移是在转换过程中对信号进行采样并保持固定幅度的问题。这是使用 ADC 的 S&H 或 T&H 电路实现的（图 2）。
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