高速采样保持放大器AD781

    摘要：AD781是Analog Devices公司生产的快速采样保持放大器，它具有采样时间短、下降速度慢、保持误差小、功耗低、功能齐备、体积小等优点，十分适用于高速AD转换器的前端电路。本文介绍了采样保持放大器AD781的性能参数及应用电路。

    关键词：AD781 采样保持放大器 AD转换器

1 概述

AD781是一种集成的快速采样保持放大器（SHA）。它的最大采样时间为700ns，且在全部温度范围内变化不超过0.01%。经测试指定的总谐波失真和信噪比失真均是在保持状态下得到的。它采用自校舍正结构，具有极小的保持模式误差，因而精度很高。同时，它无需外接元件与外部调整。AD781采样低功耗八脚小型DIP封装，非常适用于高度布局电路。

AD781能在700ns时间内跟踪输入信号并达到满量程，其保持误差仅为0.01μV/μs，并具有很好的线性和优良的直流和动态性能。因此，AD781也非常适合12bit和14bit高速采样保持放大器。AD781采用Analog Devices BiMOS工艺生产，它是把高性能低噪声的双极性电路与低功率的CMOS技术相结合生产出的一种准确、高速、低功率的SAH器件。

AD781规定了三种温度范围，J级为0～+70℃，A级为-40～-85℃，S级为55～+125℃。J级和A级采用8脚塑料DIP封装，S级采用8脚小型封装。其主要特点：

●快速采样时间为700ns，低孔径75ps，在全量程范围内具有很低的保持误差；

●下降速度为0.01μv/μs，具有内部补偿电路，保持误差很小；

●功耗低（典型95mW），功能齐备，体积小；

●无需外接元件与外部调整；

●适用于任何快速模数转换器的前端电路；

●保持电路误差恒定，与输入无关；

2 功能及参数

2.1 主要功能

AD781是一种完整的采样保持放大器，它内含保持电容，无需外接元件与外部调整。能在700ns内完成高速采样并得到12bit精度。其输入输出信号均是以COMMON端为对比端的单端信号。AD781采用包括自校正结构的专利电路设计，并通过补偿采样误差和偏移误差来使其在接受保持指令后能够自动校正向部误差。AD781并不提供放大功能，但在保持状态下，可准确保持其输入值。AD781的内部功能和引脚排列如图1所示。

2.2 极限参数

AD781的主要极限参数如表1所列。

表1 AD781的极限参数

3 应用设计

3.1 动态性能

AD781采样保持放大器在精度和速度方面十分适用于12bit AD转换器。它具有快速的采样和保持建立时间，并有良好的驱动能力，因此AD781适用于快速、高精度的AD应用场合。它的快速采样性能在多通道的采集系统中可以提供高通过率。需要指出的是，对10V的阶跃采样，它在600ns内完成。图2所示为建立精度与采样时间的关系曲线。

接到保持指令后，保持建立时间会确定采样时间，它与输出要求的精度相对庆。AD781的建立时间极短，因此在多种情况下，可以用一个命令同时启动AD781和AD转换器，从而避免了启动转换的延时。

3.2 保持模式的输出

保持模式偏移主要决定于AD781的DC精度，它是最终输出电压与给出保持指令时的输入电压之差。保佳模式偏移是由内部模拟开关对保持电所引起的。规定在零输入条件下的偏移为名义保持偏移。当输入信号在-5V～+5V范围内时，采样误差与保持值是非线性的。参数图3.

有些应用要求零点偏移为零，这时只要一个可调偏移的放大器以能使AD转换器的实际输入无偏移。在指定的温度范围内，偏移电压变化小于0.5V。

3.3 电源退耦和接地

作为任何高速、高保真采样系统，电源电压都必须是稳定的，并且没有高频噪声。AD781的应能提供暂态电流。为达到指定精度和动态性能，必须在正电源引脚与COMMON之间和负电源引脚与COMMON之间各接一退耦电容，通常选用0.1μF的陶瓷电容器。

AD781在与多数转换器连用时并没有引出独立的模拟接地和数字接地端，COMMON端是唯一接地端，它是输入采样电压与输出保持电压的参考端，也是数字接地端的返回路线。它用一根单独导线与AD转换器的独立接地端相连，又因为模地与应连在数字地上，通常把它接在AD转换模拟地端，具体电路接法如图4所示。

3.4 噪声

设计数据转换电路时要考虑到噪声源对数据采集系统精度的影响。驱动AD转换器的SHA也会产生噪声并影响驱动效果。AD781的噪声可以归结到总体输出噪声，它包括采样带宽噪声和带宽限制噪声。总体输出噪声是直流采样的不确定度与保持噪声之和。

3.5 模拟输入驱动

为得到最佳性能应该用一个低阻抗信号源来驱动AD781的模拟输入，这样可以减小模拟端与数字端的交叉干扰，从而提高采样精度。高阻抗（>5kΩ）的信号源相对地会提高交叉干扰的水平。当信号源阻抗较大时，以需要在AD781前接一个运算放大器进行缓冲，如AD711。

3.6 高频采样

孔径波纹和失真一直是限制SHA高频性能的重要因素，孔径波纹调制了保持指令的相位并在采样模拟输入时产生明显的噪声，而波纹的幅值与引入信号的频率有关。高频采亲的精度受噪声和失真的限制，并与频率的分辨率成正比。

4 AD781与AD674的接口电路

图5是利用高线性、低孔径波纹的AD781和12bit高速AD转换器AD674组成的数据采样电路。图中的信号作为AD674的转换命令，同时又可作为AD781的采样命令。