[发明专利]一种采样保持器及采样保持方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及模拟数字信号处理，具体涉及一种采样保持器及采样保持方法。

【背景技术】

采样保持电路(采样保持器)又称为采样保持放大器。当对模拟信号进行模拟/数字转换时，需要一定的转换时间，在这个转换时间内，模拟信号要保持基本不变，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。

图1a所示为一种传统采样保持电路，其中的电容Cs既是采样电容，又是保持电容。在处于采样相(采样时间)时，开关控制运算放大器的输入和输出短接，两输入也同时短接，与外部信号连接的开关导通，电容此时采样外部信号电平。随后使输入输出短接的开关先断掉，接着连通两输入的开关断掉，电容上存储的电平不再受外部信号影响。在保持相(保持时间)时将电容直接连接到输出端，输出建立。这种方式建立时间短，但仅能实现一倍放大。

图1b所示为另一种传统采样保持电路，其中一组的两个电容Cs是采样电容，而另一组的两个电容Cf是保持电容。在采样相时，采样相时钟控制开关将运算放大器的输入和输出短接，两输入也同时短接以产生共模地电平，与外部信号连接的开关导通，两组电容此时同时采样外部信号电平。随后使输入输出短接的开关先断掉，接着连通两输入的开关断掉，电容上  存储的电平不再受外部信号影响，同时采样电容和保持电容的采样端不再连接在一起。在保持相时，采样电容电荷被置为零，同时保持电容接到输出端，产生电荷转移并建立输出电平。这种结构能实现大于一倍的放大，但建立时间因为受到电荷转移影响而相对较长。

由于应用需求的提升，作为对于整体性能影响极大的采样保持电路模块面临苛刻的设计要求，高速度，高精度，高线性度，大的动态范围，低电压电源供电和低功耗都成为设计的重要指标。而这些性能很大程度上又取决于运算放大器，最终的结果就是运算放大器的设计参数要求极高，增益带宽积，压摆率，输出电压范围和功耗等参数的高指标使得设计变得困难。而且在流片过程中一旦出现偏差，对性能的影响极大。

对传统的采样保持电路的苛刻的整体性能指标要求决定了运算放大器本身的高标准，这种情况下，运算放大器需要同时满足高增益、高速度、大输出范围等等因素的要求。而总的说来，为了达到这些设计目标，在运算放大器设计上代价很大，困难不小。因此，需要寻求新的解决方案。

【发明内容】

本发明的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种采样保持器及采样保持方法，能够利用现有简单运算放大器模块来实现采样保持电路中，对运放苛刻的高增益、高速度、大输出范围以及高精度与可靠性要求的满足。

为实现上述目的，本发明提供一种采样保持器，其特征在于：包括第一级采样保持电路和第二级采样保持电路，所述第一级采样保持电路的输入正、负端接入外部信号，所述第一级采样保持电路的输出正、负端耦合到所述第二级采样保持电路的输入正、负端，所述第一级采样保持电路具有实现低于一倍数放大的第一级运算放大器，所述第二级采样保持电路具有实现高于一倍数放大的第二级运算放大器，外部信号经由所述第一、二级采样保持电路相配合的采样、保持以及放大作用后，从所述第二级采样保持电路的输出正、负端输出。

所述第一级采样保持电路的输出正、负端分别与所述第二级采样保持电路的输入正、负端直接连接，所述第二级采样保持电路的输入正、负端之间串接有开关器件。

所述第一级采样保持电路还包括第一正采样电容、第一负采样电容、第一正保持电容以及第一负保持电容；

所述第一正采样电容的一端以可控通断的方式与所述第一级采样保持电路的第一输入端、所述第一级运算放大器的第一输出端耦合，另一端与所述第一级运算放大器的第一输入端耦合并经所述第一正保持电容与所述第一级运算放大器的第一输出端耦合；

所述第一负采样电容的一端以可控通断的方式与所述第一级采样保持电路的第二输入端、所述第一级运算放大器的第二输出端耦合，另一端与所述第一级运算放大器的第二输入端耦合并经所述第一负保持电容与所述第一级运算放大器的第二输出端耦合；

所述第一正、负保持电容的两端可控制短接。

所述第一级运算放大器的第一、第二输入端通过开关器件跨接。

所述第二级采样保持电路还包括第二正采样电容、第二负采样电容、第二正保持电容以及第二负保持电容；