[发明专利]采样保持设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于采样信号的方法和设备。

背景技术

通常，数据采集系统执行模拟域和数字域之间的转换。典型地，这种转换是通过在瞬时对输入信号进行采样，然后对其进行保持，同时进行模拟到数字的转换过程来执行的。理想化的采样保持操作获取信号值的瞬时“快照”。这样的输入信号的样本会包含被加到信号值的瞬时噪声值。这会影响从模拟到数字域的转换的准确性。为了减少噪声的影响，众所周知的是取信号的多个样本，数字化每个样本并找到其算术平均值。但是这样需要相应更快的模数转换器。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种采样保持设备，包括：

第一采样装置，用于在第一采样周期期间对第一输入信号进行采样，并在第一采样周期完成后保持所述第一输入信号的第一样本；

第二采样装置，用于在第二(即不同于第一)采样周期期间对第一输入信号进行采样，并在第二采样周期完成后保持所述第一输入信号的第二样本；以及

其中第一和第二采样装置还用于在第一输出周期期间将第一和第二样本输出到组合装置。

这样，可以设置多个采样装置，亦即有效单独的采样保持电路，以在不同的时间点获得输入信号的多个样本，然后设置所述采样保持电路以便以这样的方式同时输出它们的采样值：导出平均采样值的模拟表示。在设备仅取第一和第二样本的情况下，平均值位于第一和第二个值之间。但是也可以看到，由于比例因数的引入，所述“平均值”也可以仅通过将第一和第二个值相加到一起而形成。在这种情况下，根据定义，第一和第二个值的和将是所述平均值的两倍。然后模拟表示可以通过模数转换器被转换到数字域，该模数转换器不必与现有技术中所需的相应转换器一样快，在现有技术中，有多个样本被获取并且被数字化，然后在数字域中被平均。

有利的是，每个采样装置包括与多个电子控制开关相关联的采样电容器。

考虑在采样装置之内并且与电容器相关联的开关，有利的是，可以被认为是“采样开关”的第一开关用于在所述电容器的采样期间将该电容器的第一极板连接到输入信号线，但在其它情况下将所述电容器的第一极板与输入信号线隔离。第一输出开关用于在第一输出周期期间将所述电容器的第一极板连接到第一输出节点，但在其它情况下将电容器的第一极板与第一输出节点隔离。在本发明的一些实施例中仅需要这两个开关，并且所述电容器的第二极板可以永久地连接到参考或接地轨。但是在本发明的优选实施例中还提供了另外两个开关。可以被认为是“参考”开关的第三开关，用于在所述采样开关将电容器的第一极板连接到信号输入线期间选择性地将该电容器的第二极板连接到接地或参考线，但在其它情况下将电容器的第二极板与接地或参考线隔离。第二输出开关可以仅在第一输出周期期间选择性地将电容器的第二极板连接到第二输出节点，而在其它情况下使电容器的第二极板与第二输出节点隔离。

在具有N个采样装置的实施例中，所述N个采样装置用1到N指示，并且布置用于获取信号的N个样本，然后在第一采样周期中，所述第一采样装置的采样开关和参考开关被闭合(置于低阻抗状态)，使得通过第一采样装置的电容器对输入信号进行采样。在第一采样周期结束时，所述第一采样装置的采样开关和参考开关被断开(置于高阻抗状态)，使得采样信号被保持在所述电容器上。在第二采样周期期间，所述第二采样装置的采样和参考开关被闭合，以将输入信号采样到第二采样块的电容器上。然后在第二采样周期结束时这些开关被断开，以保持所述采样信号。该过程可以被重复，直到所有N个采样装置均已对信号采样为止。

优选地所述采样周期是离散的。但是所述采样周期可以“重叠”。

优选地，在本发明的第一实施例中，第一和第二(以及任何另外的)采样装置中的电容器在第一输出周期期间被并联连接，使得所述电容器之间电荷的重新分布使第一输出节点处的电压成为第一信号的采样值的平均值。

优选地，所述电容器具有预定误差容限之内的相同的值。尽管制造商可以从能够经由电子开关选择性地连接在一起的多个电容器当中选择建立每个电容器，但是为了简单起见，可以认为所述电容器是单个实体。所述电容器可以有不同的尺寸，以便可以选择电容器的组合来实现标称目标尺寸。典型地，所述电容器可以进行二进制加权(基数＝2)或所述电容器可以用小于2的基数加权，从而给出电容器加权方案中的冗余，以克服由制造公差产生的变化。