采樣" style="color: blue; text-decoration: underline" title="采樣">采樣與保持放大器" style="color: blue; text-decoration: underline" title="保持放大器">保持放大器對模擬電壓執行采樣與保持，直到ADC數字化。完善的采樣電路一直保持某個電壓，直到完成數字化。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，由此產生誤差。放大器中的偏移電壓會導致靜態加法誤差。而且會發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向保持狀態的過渡中，這一過渡是由于寄生電荷向保持電容器轉移引起的。
采樣與保持放大器用模擬開關把信號連接到保持電容器。當開關閉合時，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，當開關電阻很高時，采樣電容器一直保持電壓，直到ADC把它數字化。在從低開關電阻向高開關電阻過渡期間，寄生電荷的注入（主要是從開關的柵極向保持電容器注入）不斷給電容器充電，直到開關的控制電壓達到穩定的邏輯電平。注入的電荷在電容器產生誤差電壓。在保持期間也許會出現一些額外誤差。放大器中的泄漏電流及偏置電流與開關和電容器中的數十皮安泄漏電流結合在一起，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?VOUT和?V/OUT分別是D和1–D的輸出壓差，VSTAT是選定的基準輸入電壓值的穩定輸出壓差，D是占空比，VINJ是電壓基底，VDROPPEAK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，當采樣開關持續接通時，你可以測量VSTAT電壓，它是真正的DC電壓。VOUT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結束時的假設壓降。
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重復率fREP。在最優重復率上升時，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–VSTAT)/(VOUT–VSTAT)≈3。以下方程可求出最優重復率的最大值：fREP≤(0.01/4)×1/(tON–tOFF)，其中tON和OFF分別是接通時間和關斷時間。該方程確保采樣與保持放大器的內部模擬開關的接通時間和關斷時間值之差，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（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。在此情況下，重復率可以是V/OUT–VSTAT≤1/10×VINMAX時的頻率值，其中VINMAX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，并且脈沖發生器中的邏輯電路的電源電壓為3.3V。在ADG1213的內部開關的25%、75%和100%占空比數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（CH=2 nF）的殘留有效電荷注入值QINJ等于CH×VINJ。該值為負，并且不超過–75 fC。以下方程定義了2.5V輸入電壓范圍內的電荷注入差值：ΔQIINJ=QINJ(2.5V)–QINJ(0V)，并得出–6.7 fC值。以下方程在重復率為160 Hz時，根據獲得的壓降峰值確定了殘留有效泄漏電流：ILEAK=CH×VDROPPEAK×fREP，其中ILEAK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，使用數字伏特計來測量采樣與保持放大器的輸出與輸入壓差。
參考文獻
“Low Capacitance, Low Charge Injection, ±15 V/+12 V iCMOSTM Quad SPST Switches,” Analog Devices Inc, 2005.