高速采樣保持放大器AD781

摘要：AD781是Analog Devices公司生產(chǎn)的快速采樣保持放大器，它具有采樣時(shí)間短、下降速度慢、保持誤差小、功耗低、功能齊備、體積小等優(yōu)點(diǎn)，十分適用于高速AD轉(zhuǎn)換器的前端電路。本文介紹了采樣保持放大器AD781的性能參數(shù)及應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：AD781 采樣保持放大器 AD轉(zhuǎn)換器

1 概述

AD781是一種集成的快速采樣保持放大器（SHA）。它的最大采樣時(shí)間為700ns，且在全部溫度范圍內(nèi)變化不超過(guò)0.01%。經(jīng)測(cè)試指定的總諧波失真和信噪比失真均是在保持狀態(tài)下得到的。它采用自校舍正結(jié)構(gòu)，具有極小的保持模式誤差，因而精度很高。同時(shí)，它無(wú)需外接元件與外部調(diào)整。AD781采樣低功耗八腳小型DIP封裝，非常適用于高度布局電路。

AD781能在700ns時(shí)間內(nèi)跟蹤輸入信號(hào)并達(dá)到滿(mǎn)量程，其保持誤差僅為0.01μV/μs，并具有很好的線(xiàn)性和優(yōu)良的直流和動(dòng)態(tài)性能。因此，AD781也非常適合12bit和14bit高速采樣保持放大器。AD781采用Analog Devices BiMOS工藝生產(chǎn)，它是把高性能低噪聲的雙極性電路與低功率的CMOS技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)出的一種準(zhǔn)確、高速、低功率的SAH器件。

AD781規(guī)定了三種溫度范圍，J級(jí)為0～+70℃，A級(jí)為-40～-85℃，S級(jí)為55～+125℃。J級(jí)和A級(jí)采用8腳塑料DIP封裝，S級(jí)采用8腳小型封裝。其主要特點(diǎn)：

●快速采樣時(shí)間為700ns，低孔徑75ps，在全量程范圍內(nèi)具有很低的保持誤差；

●下降速度為0.01μv/μs，具有內(nèi)部補(bǔ)償電路，保持誤差很小；

●功耗低（典型95mW），功能齊備，體積?。?/p>

●無(wú)需外接元件與外部調(diào)整；

●適用于任何快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的前端電路；

●保持電路誤差恒定，與輸入無(wú)關(guān)；

2 功能及參數(shù)

2.1 主要功能

AD781是一種完整的采樣保持放大器，它內(nèi)含保持電容，無(wú)需外接元件與外部調(diào)整。能在700ns內(nèi)完成高速采樣并得到12bit精度。其輸入輸出信號(hào)均是以COMMON端為對(duì)比端的單端信號(hào)。AD781采用包括自校正結(jié)構(gòu)的專(zhuān)利電路設(shè)計(jì)，并通過(guò)補(bǔ)償采樣誤差和偏移誤差來(lái)使其在接受保持指令后能夠自動(dòng)校正向部誤差。AD781并不提供放大功能，但在保持狀態(tài)下，可準(zhǔn)確保持其輸入值。AD781的內(nèi)部功能和引腳排列如圖1所示。

2.2 極限參數(shù)

AD781的主要極限參數(shù)如表1所列。

表1 AD781的極限參數(shù)

3 應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 動(dòng)態(tài)性能

AD781采樣保持放大器在精度和速度方面十分適用于12bit AD轉(zhuǎn)換器。它具有快速的采樣和保持建立時(shí)間，并有良好的驅(qū)動(dòng)能力，因此AD781適用于快速、高精度的AD應(yīng)用場(chǎng)合。它的快速采樣性能在多通道的采集系統(tǒng)中可以提供高通過(guò)率。需要指出的是，對(duì)10V的階躍采樣，它在600ns內(nèi)完成。圖2所示為建立精度與采樣時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。

接到保持指令后，保持建立時(shí)間會(huì)確定采樣時(shí)間，它與輸出要求的精度相對(duì)慶。AD781的建立時(shí)間極短，因此在多種情況下，可以用一個(gè)命令同時(shí)啟動(dòng)AD781和AD轉(zhuǎn)換器，從而避免了啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的延時(shí)。

3.2 保持模式的輸出

保持模式偏移主要決定于AD781的DC精度，它是最終輸出電壓與給出保持指令時(shí)的輸入電壓之差。保佳模式偏移是由內(nèi)部模擬開(kāi)關(guān)對(duì)保持電所引起的。規(guī)定在零輸入條件下的偏移為名義保持偏移。當(dāng)輸入信號(hào)在-5V～+5V范圍內(nèi)時(shí)，采樣誤差與保持值是非線(xiàn)性的。參數(shù)圖3.

有些應(yīng)用要求零點(diǎn)偏移為零，這時(shí)只要一個(gè)可調(diào)偏移的放大器以能使AD轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸入無(wú)偏移。在指定的溫度范圍內(nèi)，偏移電壓變化小于0.5V。

3.3 電源退耦和接地

作為任何高速、高保真采樣系統(tǒng)，電源電壓都必須是穩(wěn)定的，并且沒(méi)有高頻噪聲。AD781的應(yīng)能提供暫態(tài)電流。為達(dá)到指定精度和動(dòng)態(tài)性能，必須在正電源引腳與COMMON之間和負(fù)電源引腳與COMMON之間各接一退耦電容，通常選用0.1μF的陶瓷電容器。

AD781在與多數(shù)轉(zhuǎn)換器連用時(shí)并沒(méi)有引出獨(dú)立的模擬接地和數(shù)字接地端，COMMON端是唯一接地端，它是輸入采樣電壓與輸出保持電壓的參考端，也是數(shù)字接地端的返回路線(xiàn)。它用一根單獨(dú)導(dǎo)線(xiàn)與AD轉(zhuǎn)換器的獨(dú)立接地端相連，又因?yàn)槟５嘏c應(yīng)連在數(shù)字地上，通常把它接在AD轉(zhuǎn)換模擬地端，具體電路接法如圖4所示。

3.4 噪聲

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路時(shí)要考慮到噪聲源對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)精度的影響。驅(qū)動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器的SHA也會(huì)產(chǎn)生噪聲并影響驅(qū)動(dòng)效果。AD781的噪聲可以歸結(jié)到總體輸出噪聲，它包括采樣帶寬噪聲和帶寬限制噪聲?？傮w輸出噪聲是直流采樣的不確定度與保持噪聲之和。

3.5 模擬輸入驅(qū)動(dòng)

為得到最佳性能應(yīng)該用一個(gè)低阻抗信號(hào)源來(lái)驅(qū)動(dòng)AD781的模擬輸入，這樣可以減小模擬端與數(shù)字端的交叉干擾，從而提高采樣精度。高阻抗（>5kΩ）的信號(hào)源相對(duì)地會(huì)提高交叉干擾的水平。當(dāng)信號(hào)源阻抗較大時(shí)，以需要在AD781前接一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行緩沖，如AD711。

3.6 高頻采樣

孔徑波紋和失真一直是限制SHA高頻性能的重要因素，孔徑波紋調(diào)制了保持指令的相位并在采樣模擬輸入時(shí)產(chǎn)生明顯的噪聲，而波紋的幅值與引入信號(hào)的頻率有關(guān)。高頻采親的精度受噪聲和失真的限制，并與頻率的分辨率成正比。

4 AD781與AD674的接口電路

圖5是利用高線(xiàn)性、低孔徑波紋的AD781和12bit高速AD轉(zhuǎn)換器AD674組成的數(shù)據(jù)采樣電路。圖中的信號(hào)作為AD674的轉(zhuǎn)換命令，同時(shí)又可作為AD781的采樣命令。