CN110635770A - 一种由电源开关控制输入放大器信号回路通断的采样保持器 - Google Patents

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Abstract

一种由电源开关控制输入放大器信号回路通断的采样保持器，该采样保持器由一个输入放大器、一个采样电阻和一个输出放大器构成，在输入放大器的电源回路上，有一个或多个被时钟脉冲控制通断的电源开关，电源开关控制了该输入放大器电源回路的通断，从而控制了该输入放大器是处于放大状态还是失电状态，从而控制了该输入放大器信号回路的通断，进而控制了对采样电容的充放电和信号保持。当时钟脉冲的高电平到来时电源开关导通，输入放大器的信号回路处于导通状态，采样电容通过信号回路对输入信号进行采样；当时钟脉冲的低电平到来时电源开关关断，输入放大器的信号回路处于关断状态，采样电容与外部绝缘而处于信号保持状态。

Description

一种由电源开关控制输入放大器信号回路通断的采样保持器
发明领域：本发明是一种采样保持器，属于电子电路领域。
首先根据说明书附图给出几个约定
●集成运算放大器简称为放大器，其中，(A1)～(A4)为输入放大器，(B1)～(B4)为输出放大器。
●(K1)～(K4)为电子开关，电子开关包括三极管、场效应管和开关电路，其中，(K1)和(K2)处于采样电容充放电回路上，负责采样电容的“采样/保持”状态的变换，称为采样电子开关，简称采样开关，而(K3)和(K4)处于输入放大器的电源回路上，是控制输入放大器电源“通/断”的电子开关，称为电源电子开关，简称电源开关。
●当时钟脉冲(CLK)高电平到来时，电子开关导通；当时钟脉冲(CLK)低电平到来时，电子开关关断。
技术背景：
目前的采样保持器有很多类型，主流的有串联型采样保持器和反馈型采样保持器。
串联型采样保持器(图1)，输入放大器(A1)和输出放大器(B1)都被连接成电压跟随器，(A1)用于提高输入电阻，(B1)用于减小输出电阻。当时钟脉冲(CLK)高电平到来时，采样开关(K1)导通，采样电容(C1)对输入信号(Vin)进行采样，当时钟脉冲(CLK)低电平到来时，采样开关(K1)关断，采样电容(C1)对采样后的信号进行保持，(B1)的输出信号(Vout)等于(C1)的保持信号。
反馈型采样保持器(图2)，输入放大器(A2)和输出放大器(B2)被连接成大的闭环电路，采样电容(C2)连接在(B2)的反相端和输出端之间，可以提高充放电速度。当时钟脉冲(CLK)高电平到来时，采样开关(K2)导通，采样电容(C2)对输入信号(Vin)进行采样，当时钟脉冲(CLK)低电平到来时，采样开关(K2)关断，采样电容(C2)对采样后的信号进行保持，(B2)的输出信号(Vout)等于(C2)的保持信号。
本发明的内容：
一种由电源开关控制输入放大器信号回路通断的采样保持器，简称电源开关式采样保持器。
该采样保持器由一个输入放大器、一个采样电阻和一个输出放大器构成，在输入放大器的电源回路上，有一个或多个被时钟脉冲控制通断的电源开关，电源开关控制了该输入放大器电源回路的通断，从而控制了该输入放大器是处于放大状态还是失电状态，从而控制了该输入放大器信号回路的通断，进而控制了对采样电容的充放电和信号保持；
当时钟脉冲的高电平到来时电源开关导通，该输入放大器处于放大状态，即该输入放大器的信号回路处于导通状态，采样电容通过信号回路对输入信号进行采样；当时钟脉冲的低电平到来时电源开关关断，该输入放大器处于失电状态，即该输入放大器的信号回路处于关断状态，使采样电容回路处于关断的状态，即，采样电容与外部绝缘而处于信号保持状态，输出放大器的输出信号等于采样电容的保持信号。
实施例
实施例1：串联型电源开关式采样保持器(图3)。
输入放大器(A3)和输出放大器(B3)都被连接成电压跟随器，输入放大器(A3)的输出点连接到输出放大器(B3)的同相端，一个采样电容(C3)连接在输出放大器(B3)的同相端与电源地(GND)之间；在输入放大器(A3)的电源回路上，有一个或多个电源开关(K3)，时钟脉冲(CLK)控制电源开关(K3)的通断；
当时钟脉冲(CLK)高电平到来时，电源开关(K3)导通，使输入放大器(A3)处于放大状态，这时，该输入放大器的信号回路处于“导通”状态，采样电容(C3)通过信号回路对输入信号进行采样；
当时钟脉冲(CLK)低电平到来时，电源开关(K3)截止，输入放大器(A3)处于失电状态，这时，该输入放大器的信号回路处于“关断”的状态，因为运算放大器的输入端是“虚断”，所以采样电容(C3)与外部呈绝缘状态，采样电容(C3)上的电荷量被固定，采样电容(C3)处于信号保持状态，输出放大器(B3)的输出信号Vout跟随于采样电容(C3)的保持信号。
实施例2：反馈型电源开关式采样保持器(图4)。
输入放大器(A4)为开环状态，其输出点连接到输出放大器(B4)的反相端，输出放大器(B4)的输出点连接到输入放大器(A4)的同相端，两个放大器共同构成一个大的负反馈闭环回路，一个采样电容(C4)连接在输出放大器(B4)的输出点与反相端之间；在输入放大器(A4)的电源回路上，有一个或多个电源开关(K4)，时钟脉冲(CLK)控制电源开关(K4)的通断；
当时钟脉冲CLK高电平到来时，电源开关(K4)导通，使输入放大器(A4)处于放大状态，该输入放大器的信号回路处于“导通”状态，采样电容(C4)通过信号回路对输入信号进行采样；
当时钟脉冲CLK低电平到来时，电源开关(K4)截止，输入放大器(A4)处于失电状态，即该输入放大器的信号回路处于“关断”的状态，因为运算放大器的输入端是“虚断”，所以采样电容(C4)与外部呈绝缘状态，采样电容(C4)上的电荷量被固定，采样电容(C4)处于信号保持状态，输出放大器(B4)的输出信号Vout就是采样电容(C4)的保持信号。
实施例3：零损模拟开关(LSK)，简称零损开关。
图5中的虚线框框住的放大器(Ak)和电源开关(K5)(K6)构成一个零损开关(LSK)，放大器(Ak)被连接成电压跟随器，在放大器(Ak)的电源回路上，有两个电源开关(K5)和(K6)，由控制字(J1)控制电源开关(K5)的通断，由控制字(J2)控制电源开关(K6)的通断；当(K5)和(K6)有一个关断时，输出电压VO与输入电压Vin之间为高阻态；当(K5)和(K6)都导通时，放大器(Ak)处于电压跟随器状态，它的输出电压VO等于它的输入电压Vin，形成信号电压零损耗，用它替换传统电路中的模拟开关，可以消除开关误差；
如果将(K5)和(K6)连通，用时钟脉冲CLK控制电源开关(K5)和(K6)的通断，就形成了零损采样开关，取代传统的串联型采样保持器(图1)中的采样开关(K1)和反馈型采样保持器(图2)中的采样开关(K2)，可以消除开关误差。
实施例4：单边电源开关的零损开关
在实施例3零损模拟开关(LSK)中，将电源开关(K5)和(K6)去掉一个，只保留一个。
附图说明
图1——串联型采样保持器
图2——反馈型采样保持器
图3——串联型电源开关式采样保持器
图4——反馈型电源开关式采样保持器
在图1至图4中，(A1)～(A4)为输入放大器；(B1)～(B4)为输出放大器；(+VP)为电源正极；(-VN)为电源负极；(GND)为电源地；(Vin)为输入信号；(Vout)为输出信号；(K1)和(K2)为采样电子开关，简称采样开关；(K3)和(K4)为电源电子开关，简称电源开关；(C1)～(C4)为采样电容；(CLK)为时钟脉冲；
图5——零损模拟开关(LSK)
(Ak)为放大器，被连接成电压跟随器；虚线框框住的放大器(Ak)和电源开关(K5)(K6)构成一个零损开关(LSK)，(K5)和(K6)为电源开关，(J1)和(J2)为控制字，(VO)为输出电压，(Vin)为输入电压。

Claims (5)

1.一种由电源开关控制输入放大器信号回路通断的采样保持器，简称电源开关式采样保持器，该采样保持器由一个输入放大器、一个采样电阻和一个输出放大器构成，在输入放大器的电源回路上，有一个或多个被时钟脉冲控制通断的电源开关，电源开关控制了该输入放大器电源回路的通断，从而控制了该输入放大器是处于放大状态还是失电状态，从而控制了该输入放大器信号回路的通断，进而控制了对采样电容的充放电和信号保持；
当时钟脉冲的高电平到来时电源开关导通，该输入放大器处于放大状态，即该输入放大器的信号回路处于导通状态，采样电容通过信号回路对输入信号进行采样；当时钟脉冲的低电平到来时电源开关关断，该输入放大器处于失电状态，即该输入放大器的信号回路处于关断状态，使采样电容回路处于关断的状态，即，采样电容与外部绝缘而处于信号保持状态，输出放大器的输出信号等于采样电容的保持信号。
2.根据权利要求1所述的电源开关式采样保持器，其进一步的特征是：串联型电源开关式采样保持器(图3)，
输入放大器(A3)和输出放大器(B3)都被连接成电压跟随器，输入放大器(A3)的输出点连接到输出放大器(B3)的同相端，一个采样电容(C3)连接在输出放大器(B3)的同相端与电源地(GND)之间；在输入放大器(A3)的电源回路上，有一个或多个电源开关(K3)，时钟脉冲(CLK)控制电源开关(K3)的通断；
当时钟脉冲(CLK)高电平到来时，电源开关(K3)导通，使输入放大器(A3)处于放大状态，这时，该输入放大器的信号回路处于“导通”状态，采样电容(C3)通过信号回路对输入信号进行采样；
当时钟脉冲(CLK)低电平到来时，电源开关(K3)截止，输入放大器(A3)处于失电状态，这时，该输入放大器的信号回路处于“关断”的状态，因为运算放大器的输入端是“虚断”，所以采样电容(C3)与外部呈绝缘状态，采样电容(C3)上的电荷量被固定，采样电容(C3)处于信号保持状态，输出放大器(B3)的输出信号Vout跟随于采样电容(C3)的保持信号。
3.根据权利要求1所述的电源开关式采样保持器，其进一步的特征是：反馈型电源开关式采样保持器(图4)，
输入放大器(A4)为开环状态，其输出点连接到输出放大器(B4)的反相端，输出放大器(B4)的输出点连接到输入放大器(A4)的同相端，两个放大器共同构成一个大的负反馈闭环回路，一个采样电容(C4)连接在输出放大器(B4)的输出点与反相端之间；在输入放大器(A4)的电源回路上，有一个或多个电源开关(K4)，时钟脉冲(CLK)控制电源开关(K4)的通断；
当时钟脉冲CLK高电平到来时，电源开关(K4)导通，使输入放大器(A4)处于放大状态，该输入放大器的信号回路处于“导通”状态，采样电容(C4)通过信号回路对输入信号进行采样；
当时钟脉冲CLK低电平到来时，电源开关(K4)截止，输入放大器(A4)处于失电状态，即该输入放大器的信号回路处于“关断”的状态，因为运算放大器的输入端是“虚断”，所以采样电容(C4)与外部呈绝缘状态，采样电容(C4)上的电荷量被固定，采样电容(C4)处于信号保持状态，输出放大器(B4)的输出信号Vout就是采样电容(C4)的保持信号。
4.根据权利要求1所述的电源开关式采样保持器，其进一步的特征是：一种零损模拟开关(LSK)，简称零损开关，图5中的虚线框框住的放大器(Ak)和电源开关(K5)(K6)构成一个零损开关(LSK)，放大器(Ak)被连接成电压跟随器，在放大器(Ak)的电源回路上，有两个电源开关(K5)和(K6)，由控制字(J1)控制电源开关(K5)的通断，由控制字(J2)控制电源开关(K6)的通断；当(K5)和(K6)有一个关断时，输出电压V0与输入电压Vin之间为高阻态；当(K5)和(K6)都导通时，放大器(Ak)处于电压跟随器状态，它的输出电压V0等于它的输入电压Vin，形成信号电压零损耗，用它替换传统电路中的模拟开关，可以消除开关误差；
如果将(K5)和(K6)连通，用时钟脉冲CLK控制电源开关(K5)和(K6)的通断，就形成了零损采样开关，取代传统的串联型采样保持器(图1)中的采样开关(K1)和反馈型采样保持器(图2)中的采样开关(K2)，可以消除开关误差。
5.根据权利要求1所述的电源开关式采样保持器，其进一步的特征是：单边电源开关的零损开关，将电源开关只保留一个。
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