S/H 电路非线性

接线图 2023年08月04日 21:31 385 admin

要了解 S/H 非线性，请考虑图 5 中所示的简单 S/H 电路。 S/H 电路示例。

S/H 电路非线性第1张

图 5. S/H 电路示例。
该基本 S/H 由采样开关 S1 和保持电容器(Chold )组成，用于存储采集的样本。
电路操作由两种模式组成：采样（或采集模式）和保持模式。在采样模式下，开关打开，电容器电压跟踪输入。在采样瞬间，开关关闭并断开 Chold与输入的连接。这将启动保持模式，其中电容器保持采集的样本。
在实际应用中，我们不可能有一个零电阻的理想开关。为了强调这一点，上图明确显示了开关电阻 R switch。开关电阻的热噪声是高分辨率奈奎斯特速率 ADC 的主要噪声来源。为了解决这个问题，保持电容器的值通常选择得足够大，以限制带宽，从而限制系统的噪声。然而，有限的带宽意味着S/H的输出无法立即达到其最终值。这是由 RC 网络的时间常数决定的，该时间常数由 \(\tau = R_{switch}C_{hold}\) 给出。
S/H 电路非线性第2张图 6 显示了 S/H 操作一个周期的示例波形。

S/H 电路非线性第3张

S/H 电路操作一个周期的示例波形。
图 6. S/H 电路操作一个周期的示例波形。
S/H 需要一些时间（如图中的“采集时间”所示）才能稳定在最终值周围的指定误差范围内。采集时间过后，S/H 能够以较小的误差跟踪输入。采集时间取决于 R switch、Chold的值和最大允许误差。此外，采集时间对 ADC 的最大采样率设置了上限。实际上，开关电阻不是恒定的，并且可以随着输入电平而变化。R开关对输入的依赖性可能会导致输入相关的相移，从而导致谐波失真。图 7 显示了 R switch 随输入电平增加而增加的情况的示例波形。

Rswitch 随着输入电平增加而增加时的示例波形。
图 7. R switch 随输入电平增加而增加时的示例波形。图片由B. Razavi提供
请注意，此相移（或非线性）随频率而变化。例如，在远小于 RC 网络极点的频率下，我们的相移为零，并且 R开关的微小变化对线性度的影响可以忽略不计。然而，随着频率的增加，相移变得越来越显着。
值得一提的是，R开关随输入的变化只是 S/H 非线性的一个来源。开关的依赖于输入的电荷注入以及依赖于输入的采样时刻等机制是导致 S/H 非线性的其他现象。后一种机制是指开关关闭的时刻可以随输入电平而变化。

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