CN106230440A - 一种可调的采样保持电路及其采样保持方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可调的采样保持电路，其特征在于：包括输入调压电路、积分采样电路和电压跟随电路，所述输入调压电路的输出端通过第一开关K1连接积分采样电路的输入端，所述积分采样电路的输出端通过第二开关K2连接电压跟随电路的输入端，由所述积分采样电路和电压跟随电路分别完成输入电压的采样和采样电压的保持。本发明的一种可调的采样保持电路，由两级运放电路分别完成输入电压的采样和保持，形成第一级的积分采样电路完成输入电压的采样，采样精度高；形成第二级的电压跟随电路对采样电压进行保持，输出电阻小，保持电压的降压速率小，使得输出电压更加稳定，整个电路结构简单，易于实现、易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种采样保持电路，具体涉及一种可调的采样保持电路及其采样保持方法。
背景技术
采样保持电路，又称为采样/保持器。当对模拟信号进行A/D转换时，需要一定的转换时间，在这个时间内，模拟信号要保持不变，这样才能保证转换精度，采样保持电路即为实现这种功能的电路。
随着模拟/数字转换的应用范围不断扩展，作为对于整体转换性能有极大影响的采样/保持电路面临着越来越高的要求，高精度、高速度、高线性度都成为设计的重要指标，同时还要考虑批量生产的一致性和可靠性，保证质量。而传统的采样保持电路要么精度无法保证，要么结构过于复杂，无法满足设计需要或批量生产要求；即便设计的采样保持电路满足所有要求，电路通常比较复杂，而且对所用元器件的要求非常高，系统参数匹配要求高，不利于调试。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可调的采样保持电路，由两级运放电路分别完成输入电压的采样和保持，电压采样可调，采样精度高，保压电压压降速率小，使得输出更加稳定，电路结构简单，易于实现。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种可调的采样保持电路，其特征在于：包括输入调压电路、积分采样电路和电压跟随电路，所述输入调压电路的输出端通过第一开关K1连接积分采样电路的输入端，所述积分采样电路的输出端通过第二开关K2连接电压跟随电路的输入端，由所述积分采样电路和电压跟随电路分别完成输入电压的采样和采样电压的保持。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述输入调压电路，其包括可调电阻R1，可调电阻R1一端接入输入端、另一端连接第一开关K1；
-所述积分采样电路，其包括运算放大器一U1、采样电容C1、复位开关S，输入调压电路通过第一开关K1连接运算放大器一U1的反相输入端，采样电容C1和复位开关S并联后的一端连接运算放大器一U1的反相输入端，另一端连接运算放大器一U1的输出端，运算放大器一U1的同相输入端接地；
-所述电压跟随电路，其包括运算放大器二U2、保持电容C2，运算放大器一U1的输出端通过第二开关K2连接运算放大器二U2的反相输入端，保持电容C2的一端接地，另一端接运算放大器二U2的同相输入端，运算放大器二U2的输出端连接运算放大器二U2的反相输入端。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述输入调压电路还包括电阻R2，电阻R2和可调电阻R1串联。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括所述第一开关K1、第二开关K2和复位开关S均为模拟开关。
为达到上述目的，本发明的另一技术方案如下：一种基于权利要求1-4任一项可调采样保持电路的采样保持方法,其特征在于：由所述积分采样电路完成输入电压Ui的采样，由所述电压跟随电路完成采样电压Um的保持，获得稳定的转换输出电压Uo。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括通过控制第一开关K1和第二开关K2的时序来完成输入电压的采样、保持。
本发明的一个较佳实施例中，进一步包括包括以下步骤，
校准：将基准电压CAL接入作为输入电压，调节可调电阻R1使Uo＝Ui，以消除输入电压在传递过程中的损失，随后将正常输入电压接入；
初始化：复位开关S闭合，采样电容C1短路放电，完成初始化；
电压采样：复位开关S断开，第一开关K1闭合，开始电压采用，控制第一开关K1的闭合时间，持续至采样电压Um等于输入电压Ui时断开第一开关K1，完成电压采样；
采样电压保持：闭合第二开关K2，采样电压Um经过一定时间稳定后，采样电压传递到保持电容C2上，断开第二开关K2，完成采样电压保持。
本发明的有益效果是：
其一、本发明的一种可调的采样保持电路，由两级运放电路分别完成输入电压的采样和保持，形成第一级的积分采样电路完成输入电压的采样，采样精度高；形成第二级的电压跟随电路对采样电压进行保持，输出电阻小，保持电压的降压速率小，使得输出电压更加稳定，整个电路结构简单，易于实现、易于控制。
其二、优化设计的输入调整电路可以调节积分采样电路的充电电流，使得采样电压可调，以此利于采样精度的进一步提高；
其三、本发明的一种采样保持方法，通过控制模拟开关的时序就可以确保采样保持电路的正常工作，易于实现、易于控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例的电路原理图；
图2是本发明第二实施例的时序图。
其中：10-输入调压电路，20-积分采样电路，30-电压跟随电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例中公开了一种可调的采样保持电路，包括输入调压电路10、积分采样电路20和电压跟随电路30，所述输入调压电路10的输出端通过第一开关K1连接积分采样电路20的输入端，所述积分采样电路20的输出端通过第二开关K2连接电压跟随电路30的输入端，由所述积分采样电路20和电压跟随电路30分别完成输入电压的采样和采样电压的保持。
各电路的具体结构如下：
所述输入调压电路10包括可调电阻R1，可调电阻R1一端接入输入端、另一端连接第一开关K1；
本发明的积分采样电路20的设计来源于反相积分器的原理，反相积分器的功能是完成积分运算，即即输出电压与输入电压的积分成正比，当输入电压稳定时，上时可简化为：由此可知输出电压相对于时间成线性关系，在一定时间内，即使电容、或者电路中其它元器件的误差对输出产生影响，都可以通过R的调节，使输出电压与输入电压保持报读一致，保证采样的精度。(此处紧为阐述反相积分器的原理，当中涉及到的Uo、Ui并非权利要求书当中的Uo、Ui)。
基于此，本发明的积分采样电路20形成一个反相积分器，包括运算放大器一U1、采样电容C1、复位开关S，输入调压电路通过第一开关K1连接运算放大器一U1的反相输入端，采样电容C1和复位开关S并联后的一端连接运算放大器一U1的反相输入端，另一端连接运算放大器一U1的输出端，运算放大器一U1的同相输入端接地。
所述电压跟随电路30包括运算放大器二U2、保持电容C2，运算放大器一U1的输出端通过第二开关K2连接运算放大器二U2的反相输入端，保持电容C2的一端接地，另一端接运算放大器二U2的同相输入端，运算放大器二U2的输出端连接运算放大器二U2的反相输入端。采样电压经过电压跟随电路30进行保持，输出电阻小，保持电压的降压速率小，使得输出电压更加稳定。
可调电阻R1，即为电阻值可以调节的电阻，通过设置可调电阻R1可以调节积分采样电路20的充电电流，使得采样电压可控，利于进一步提高积分采样电路20的采样精度，使用时，在高频场合，增大充电电流，缩短采样时间；低频场合，减小充电电流，采样时间增加。本发明与可调电阻R1串联一起形成输入调压电路10的还设有电阻R2，起到分压限流作用。
本发明的第一开关K1、第二开关K2和复位开关S均为模拟开关，模拟开关易于时序控制。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种基于上述采样保持电路的采样保持方法，由所述积分采样电路20完成输入电压Ui的采样，由所述电压跟随电路30完成采样电压Um的保持，获得稳定的转换输出电压Uo，通过控制第一开关K1和第二开关K2的时序来完成输入电压的采样、保持。
具体包括以下步骤：
校准：将基准电压CAL接入作为输入电压，调节可调电阻R1使Uo＝Ui，以消除输入电压在传递过程中的损失，随后将正常输入电压接入；
初始化：复位开关S闭合，采样电容C1短路放电，完成初始化；
电压采样：复位开关S断开，第一开关K1闭合，开始电压采用，控制第一开关K1的闭合时间，持续至采样电压Um等于输入电压Ui时断开第一开关K1，完成电压采样；由于积分作用，采样电容C1上的电压随时间开始线性变化，即式中Δt为第一开关K1闭合时间，为可调电阻R1在电路中的电阻值，当Um＝Ui时，断开第一开关K1。
采样电压保持：闭合第二开关K2，采样电压Um经过一定时间稳定后，采样电压传递到保持电容C2上，断开第二开关K2，最终Uo跟随运算放大器二U2的正向输入端，Uo＝Um＝Ui，完成采样电压保持。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种可调的采样保持电路，其特征在于：包括输入调压电路、积分采样电路和电压跟随电路，所述输入调压电路的输出端通过第一开关(K1)连接积分采样电路的输入端，所述积分采样电路的输出端通过第二开关(K2)连接电压跟随电路的输入端，由所述积分采样电路和电压跟随电路分别完成输入电压的采样和采样电压的保持。
2.根据权利要求1所述的一种可调的采样保持电路，其特征在于：
-所述输入调压电路，其包括可调电阻(R1)，可调电阻(R1)一端接入输入端、另一端连接第一开关(K1)；
-所述积分采样电路，其包括运算放大器一(U1)、采样电容(C1)、复位开关(S)，输入调压电路通过第一开关(K1)连接运算放大器一(U1)的反相输入端，采样电容(C1)和复位开关(S)并联后的一端连接运算放大器一(U1)的反相输入端，另一端连接运算放大器一(U1)的输出端(Um)，运算放大器一(U1)的同相输入端接地；
-所述电压跟随电路，其包括运算放大器二(U2)、保持电容(C2)，运算放大器一(U1)的输出端通过第二开关(K2)连接运算放大器二(U2)的反相输入端，保持电容(C2)的一端接地，另一端接运算放大器二(U2)的同相输入端，运算放大器二(U2)的输出端连接运算放大器二(U2)的反相输入端。
3.根据权利要求2所述的一种可调的采样保持电路，其特征在于：所述输入调压电路还包括电阻(R2)，电阻(R2)和可调电阻(R1)串联。
4.根据权利要求2所述的一种可调的采样保持电路，其特征在于：所述第一开关(K1)、第二开关(K2)和复位开关(S)均为模拟开关。
5.一种基于权利要求1-4任一项可调采样保持电路的采样保持方法,其特征在于：由所述积分采样电路完成输入电压Ui的采样，由所述电压跟随电路完成采样电压Um的保持，获得稳定的转换输出电压Uo。
6.根据权利要求5所述的一种采样保持方法，其特征在于：通过控制第一开关(K1)和第二开关(K2)的时序来完成输入电压的采样、保持。
7.根据权利要求6所述的一种采样保持方法，其特征在于：包括以下步骤，
校准：将基准电压CAL接入作为输入电压，调节可调电阻(R1)使Uo＝Ui，以消除输入电压在传递过程中的损失，随后将正常输入电压接入；
初始化：复位开关(S)闭合，采样电容(C1)短路放电，完成初始化；
电压采样：复位开关(S)断开，第一开关(K1)闭合，开始电压采用，控制第一开关(K1)的闭合时间，持续至采样电压Um等于输入电压Ui时断开第一开关(K1)，完成电压采样；
采样电压保持：闭合第二开关(K2)，采样电压Um经过一定时间稳定后，采样电压传递到保持电容(C2)上，断开第二开关(K2)，完成采样电压保持。
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