用電路對采樣與保持放大器進行測試

　　采樣與保持放大器對模擬電壓執(zhí)行采樣與保持，直到ADC數(shù)字化。完善的采樣電路一直保持某個電壓，直到完成數(shù)字化。因此，放大器的輸出與它的輸入相同。但真實情況中，采樣與保持放大器可能會使電壓升高或降低，由此產(chǎn)生誤差。放大器中的偏移電壓會導致靜態(tài)加法誤差。而且會發(fā)生一種特定的加法誤差，即所謂的電壓基底(voltage pedestal)，它的起源是在從采樣狀態(tài)向保持狀態(tài)的過渡中，這一過渡是由于寄生電荷向保持電容器轉(zhuǎn)移引起的。

　　采樣與保持放大器用模擬開關(guān)把信號連接到保持電容器。當開關(guān)閉合時，電阻很低，因此電容器充電，達到被采樣的輸入電壓。在保持期間，當開關(guān)電阻很高時，采樣電容器一直保持電壓，直到ADC把它數(shù)字化。在從低開關(guān)電阻向高開關(guān)電阻過渡期間，寄生電荷的注入（主要是從開關(guān)的柵極向保持電容器注入）不斷給電容器充電，直到開關(guān)的控制電壓達到穩(wěn)定的邏輯電平。注入的電荷在電容器產(chǎn)生誤差電壓。在保持期間也許會出現(xiàn)一些額外誤差。放大器中的泄漏電流及偏置電流與開關(guān)和電容器中的數(shù)十皮安泄漏電流結(jié)合在一起，導致電容器在保持期間充電或放電。

　　如果應用占空比為D和1–D的邏輯控制信號，你就能測量平均輸出壓差[?VOUT ]=[ VOUT – VIN ]，如以下方程所示：

　　其中?V_OUT和?V_/OUT分別是D和1–D的輸出壓差，V_STAT是選定的基準輸入電壓值的穩(wěn)定輸出壓差，D是占空比，V_INJ是電壓基底，V_DROPPEAK是壓降峰值。圖1表明方程中的電壓如何隨時間變化。如果你應用占空比為25%的互補控制波形，你就能測量采樣與保持放大器輸出電壓的另一個DC分量。最后，當采樣開關(guān)持續(xù)接通時，你可以測量V_STAT電壓，它是真正的DC電壓。V_OUT和V_/OUT包含一個波形，它疊加在選定的基準電壓值上。因此，你應該用某個阻值（比方說10 kΩ）的串聯(lián)電阻器測量這些電壓的均值。

圖1，采樣與保持放大器的保持電容器由于泄漏電流、偏置電流以及電壓階躍而出現(xiàn)壓降，導致放大器的輸出與輸入壓差。

　　把電壓基底（一個簡單的矩形波形）乘以占空比，就得到均值。相比之下，壓降波形看起來是一個鋸齒。它的均值增加到占空比平方的一半。壓降峰值表示樣本/HOLD邏輯控制波形的整個周期T結(jié)束時的假設(shè)壓降。

　　你可用前述方程來求電壓基底值和壓降峰值。75%占空比是一個很方便的值。下列方程對該占空比有效：

　　你必須找出邏輯控制信號的最優(yōu)重復率f_REP。在最優(yōu)重復率上升時，來自輸入端的輸出壓差幾乎純粹是由DC電壓偏移加上電壓基底導致的：(V_/OUT–V_STAT)/(V_OUT–V_STAT)≈3。以下方程可求出最優(yōu)重復率的最大值：f_REP≤(0.01/4)×1/(t_ON–t_OFF)，其中t_ON和_OFF分別是接通時間和關(guān)斷時間。該方程確保采樣與保持放大器的內(nèi)部模擬開關(guān)的接通時間和關(guān)斷時間值之差，對精確的25%和75%占空比準確度的影響不會超過1%。

　　如果你為某種高性能模擬開關(guān)（比如Analog Devices公司的ADG1213）求解該方程，你獲得的重復率不會超過33 kHz。壓降導致的差值在較低的重復率時占優(yōu)。在此情況下，重復率可以是V_/OUT–V_STAT≤1/10×V_INMAX時的頻率值，其中V_INMAX是最大輸入電壓范圍。確定重復率下限的最佳方法是做實驗。

　　某個受測的采樣與保持放大器使用圖2中的電路，使用的電源電壓為–1V，漏極至漏極電壓為5V，并且脈沖發(fā)生器中的邏輯電路的電源電壓為3.3V。在ADG1213的內(nèi)部開關(guān)的25%、75%和100%占空比數(shù)值處的兩組測量值控制著使用的0V和2.5V輸入電壓。你將在1.762 kHz重復率位置測量輸出壓差（約為–0.0366 mV）和基底電壓（約為–0.0333 mV）。進入保持電容器（C_H=2 nF）的殘留有效電荷注入值QINJ等于CH×V_INJ。該值為負，并且不超過–75 fC。以下方程定義了2.5V輸入電壓范圍內(nèi)的電荷注入差值：ΔQI_INJ=Q_INJ(2.5V)–Q_INJ(0V)，并得出–6.7 fC值。以下方程在重復率為160 Hz時，根據(jù)獲得的壓降峰值確定了殘留有效泄漏電流：I_LEAK=C_H×V_DROPPEAK×f_REP，其中I_LEAK是泄漏電流。0V輸入電壓時的泄漏電流約為17 pA，2.5V輸入電壓時的泄漏電流約為–17 pA。

圖2，使用數(shù)字伏特計來測量采樣與保持放大器的輸出與輸入壓差。