高速采樣保持放大器AD781

摘要：AD781是Analog Devices公司生產的快速采樣保持放大器，它具有采樣時間短、下降速度慢、保持誤差小、功耗低、功能齊備、體積小等優點，十分適用于高速AD轉換器的前端電路。本文介紹了采樣保持放大器AD781的性能參數及應用電路。

關鍵詞：AD781 采樣保持放大器 AD轉換器

1 概述

AD781是一種集成的快速采樣保持放大器（SHA）。它的最大采樣時間為700ns，且在全部溫度范圍內變化不超過0.01%。經測試指定的總諧波失真和信噪比失真均是在保持狀態下得到的。它采用自校舍正結構，具有極小的保持模式誤差，因而精度很高。同時，它無需外接元件與外部調整。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時間內跟蹤輸入信號并達到滿量程，其保持誤差僅為0.01μV/μs，并具有很好的線性和優良的直流和動態性能。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，它是把高性能低噪聲的雙極性電路與低功率的CMOS技術相結合生產出的一種準確、高速、低功率的SAH器件。

AD781規定了三種溫度范圍，J級為0～+70℃，A級為-40～-85℃，S級為55～+125℃。J級和A級采用8腳塑料DIP封裝，S級采用8腳小型封裝。其主要特點：

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

●下降速度為0.01μv/μs，具有內部補償電路，保持誤差很小；

●功耗低（典型95mW），功能齊備，體積小；

●無需外接元件與外部調整；

●適用于任何快速模數轉換器的前端電路；

●保持電路誤差恒定，與輸入無關；

2 功能及參數

2.1 主要功能

AD781是一種完整的采樣保持放大器，它內含保持電容，無需外接元件與外部調整。能在700ns內完成高速采樣并得到12bit精度。其輸入輸出信號均是以COMMON端為對比端的單端信號。AD781采用包括自校正結構的專利電路設計，并通過補償采樣誤差和偏移誤差來使其在接受保持指令后能夠自動校正向部誤差。AD781并不提供放大功能，但在保持狀態下，可準確保持其輸入值。AD781的內部功能和引腳排列如圖1所示。

2.2 極限參數

AD781的主要極限參數如表1所列。

表1 AD781的極限參數

3 應用設計

3.1 動態性能

AD781采樣保持放大器在精度和速度方面十分適用于12bit AD轉換器。它具有快速的采樣和保持建立時間，并有良好的驅動能力，因此AD781適用于快速、高精度的AD應用場合。它的快速采樣性能在多通道的采集系統中可以提供高通過率。需要指出的是，對10V的階躍采樣，它在600ns內完成。圖2所示為建立精度與采樣時間的關系曲線。

接到保持指令后，保持建立時間會確定采樣時間，它與輸出要求的精度相對慶。AD781的建立時間極短，因此在多種情況下，可以用一個命令同時啟動AD781和AD轉換器，從而避免了啟動轉換的延時。

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的輸入電壓之差。保佳模式偏移是由內部模擬開關對保持電所引起的。規定在零輸入條件下的偏移為名義保持偏移。當輸入信號在-5V～+5V范圍內時，采樣誤差與保持值是非線性的。參數圖3.

有些應用要求零點偏移為零，這時只要一個可調偏移的放大器以能使AD轉換器的實際輸入無偏移。在指定的溫度范圍內，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，電源電壓都必須是穩定的，并且沒有高頻噪聲。AD781的應能提供暫態電流。為達到指定精度和動態性能，必須在正電源引腳與COMMON之間和負電源引腳與COMMON之間各接一退耦電容，通常選用0.1μF的陶瓷電容器。

AD781在與多數轉換器連用時并沒有引出獨立的模擬接地和數字接地端，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，也是數字接地端的返回路線。它用一根單獨導線與AD轉換器的獨立接地端相連，又因為模地與應連在數字地上，通常把它接在AD轉換模擬地端，具體電路接法如圖4所示。

3.4 噪聲

設計數據轉換電路時要考慮到噪聲源對數據采集系統精度的影響。驅動AD轉換器的SHA也會產生噪聲并影響驅動效果。AD781的噪聲可以歸結到總體輸出噪聲，它包括采樣帶寬噪聲和帶寬限制噪聲。總體輸出噪聲是直流采樣的不確定度與保持噪聲之和。

3.5 模擬輸入驅動

為得到最佳性能應該用一個低阻抗信號源來驅動AD781的模擬輸入，這樣可以減小模擬端與數字端的交叉干擾，從而提高采樣精度。高阻抗（>5kΩ）的信號源相對地會提高交叉干擾的水平。當信號源阻抗較大時，以需要在AD781前接一個運算放大器進行緩沖，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，孔徑波紋調制了保持指令的相位并在采樣模擬輸入時產生明顯的噪聲，而波紋的幅值與引入信號的頻率有關。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是利用高線性、低孔徑波紋的AD781和12bit高速AD轉換器AD674組成的數據采樣電路。圖中的信號作為AD674的轉換命令，同時又可作為AD781的采樣命令。