信號采樣與存儲電路

㈠ 數字存儲示波器的原理

數字存儲示波器有別於一般的模擬示波器，它是將採集到的模擬電壓信號轉換為數字信號，由內部微機進行分析、處理、存儲、顯示或列印等操作。這類示波器通常具有程式控制和遙控能力，通過GPIB介面還可將數據傳輸到計算機等外部設備進行分析處理。其工作過程一般分為存儲和顯示兩個階段。在存儲階段，首先對被測模擬信號進行采樣和量化，經A/D轉換器轉換成數字信號後，依次存入RAM中，當采樣頻率足夠高時，就可以實現信號的不失真存儲。當需要觀察這些信息時，只要以合適的頻率把這些信息從存儲器RAM中按原順序取出，經D/A轉換和LPE濾波後送至示波器就可以觀察的還原後的波形。
普通模擬示波器 CRT 上的 P31 熒光物質的余輝時間小於 1ms。在有些情況下，使用 P7 熒光物質的 CRT 能給出大約 300ms 的余輝時間。只要有信號照射熒光物質，CRT 就將不斷顯示信號波形。而當信號去掉以後使用 P31 材料的 CRT 上的掃跡迅速變暗，而使用 P7 材料的 CRT 上的掃跡停留時間稍長一些。那麼，如果信號在一秒鍾內只有幾次，或者信號的周期僅為數秒，甚至信號只猝發一次，那又將會怎麼樣呢？在這種情況下，使用我們上面介紹過的模擬示波器幾乎乃至於完全不能觀察到這些信號。所謂數字存儲就是在示波器中以數字編碼的形式來貯存信號。當信號進入數字存儲示波器，或稱 DSO 以後，在信號到達CRT 的偏轉電路之前（圖1），示波器將按一定的時間間隔對信號電壓進行采樣。然後用一個模/數變換器（ADC）對這些采樣值進行變換從而生成代表每一個采樣電壓的二進制字。這個過程稱為數字化。獲得的二進制數值貯存在存儲器中。對輸入信號進行采樣的速率稱為采樣速率。采樣速率由采樣時鍾控制。對於一般使用情況來說，采樣速率的范圍從每秒 20 兆次（20MS/s）到 200MS/s。存儲器中貯存的數據用來在示波器的屏幕上重建信號波形。所以，在DSO中的輸入信號接頭和示波器 CRT 之間的電路不只是僅有模擬電路。輸入信號的波形在 CRT 上獲得顯示之前先要存貯到存儲器中，我們在示波器屏幕上看到的波形總是由所採集到數據重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的直接波形顯示。

㈡ 采樣保持器中存儲電容的作用

可以將電容分為四類： 第一類： AC耦合電容。主要用於Ghz信號的交流耦合。 第二類： 退耦電容。主要用於保持濾除高速電路板的電源或地的雜訊。 第三類： 有源或無源RC濾波或選頻網路中用到的電容。 第四類： 模擬積分器和采樣保持電路中用到的電容。 電容重要分布參數的有三個：ESR、ESL、EPR。其中最重要的是ESR、ESL，實際在分析電容模型的時候一般只用RLC簡化模型，即分析電容的C、ESR、ESL。 1、等效串聯電阻ESR RESR ：電容器的等效串聯電阻是由電容器的引腳電阻與電容器兩個極板的等效電阻相串聯構成的。當有大的交流電流通過電容器，RESR使電容器消耗能量(從而產生損耗)。這對射頻電路和載有高波紋電流的電源去耦電容器會造成嚴重後果。但對精密高阻抗、小信號模擬電路不會有很大的影響。RESR 最低的電容器是雲母電容器和薄膜電容器。 2、等效串聯電感ESL，LESL ：電容器的等效串聯電感是由電容器的引腳電感與電容器兩個極板的等效電感串聯構成的。像RESR 一樣，LESL 在射頻或高頻工作環境下也會出現嚴重問題，雖然精密電路本身在直流或低頻條件下正常工作。其原因是用於精密模擬電路中的晶體管在過渡頻率(transition frequencies)擴展到幾百兆赫或幾吉赫的情況下，仍具有增益，可以放大電感值很低的諧振信號。這就是在高頻情況下對這種電路的電源端要進行適當去耦的主要原因。 3、等效並聯電阻EPR RL ：就是我們通常所說的電容器泄漏電阻，在交流耦合應用、存儲應用(例如模擬積分器和采樣保持器)以及當電容器用於高阻抗電路時，RL 是一項重要參數，理想電容器中的電荷應該只隨外部電流變化。然而實際電容器中的RL 使電荷以RC時間常數決定的速率緩慢泄漏。 選擇電容標準是： 1、盡可能低的ESR電容。 2、盡可能高的電容的諧振頻率值。 電解電容器(比如：鉭電容器和鋁電解電容器)的容量很大，由於其隔離電阻低，就是等效並聯電阻EPR很小，所以漏電流非常大 (典型值5〜20nA/μF)，因此它不適合用於存儲和耦合。電解電容比較適合用於電源的旁路電容，用於穩定電源的供電。最適合用於交流耦合及電荷存儲的電容器是聚四氟乙烯電容器和其它聚脂型(聚丙烯、聚苯乙烯等)電容器。單片陶瓷電容器比較適合用於高頻電路的退耦電容

采樣是對連續變化的模擬信號定時測量,抽取樣值.通過采樣,一個在時間上連續變化的模擬信號就轉換為隨時間變化的脈沖信號.

為了便於量化和編碼,需要將每次采樣取得的樣值暫存,保持不變,直到下一個采樣脈沖的到來

簡單的說就是實現模數轉換時的必須的抽樣-保持電路 稱為采樣保持器.

按這個標准 如果不需要實現模數轉換 處理模擬信號的電路 在輸入端不需要采樣保持器.

如果信號源提供的為模擬信號 信號處理電路時數字電路 那麼輸入介面就必須要這個了.

(2)信號采樣與存儲電路擴展閱讀：

S/H 有兩種工作方式，一種是采樣方式，另一種是保持方式。在采樣方式中，采樣-保持器的輸出跟隨模擬量輸入電壓變化。在保持狀態時，采樣-保持器的輸出將保持在命令發出時刻的模擬量輸入值，直到保持命令撤銷(即再度接到采樣命令) 時為止。

此時，采樣一保持器的輸出重新跟蹤輸入信號變化，直到下一個保持命令到來時為止。

采樣保持電路由模擬開關、存儲元件和緩沖放大器A組成。在采樣時刻，加到模擬開關上的數字信號為低電平，此時模擬開關被接通，使存儲元件（通常是電容器）兩端的電壓UB隨被采樣信號UA變化。當采樣間隔終止時，D變為高電平,模擬開關斷開,UB則保持在斷開瞬間的值不變。

緩沖放大器的作用是放大采樣信號，它在電路中的連接方式有兩種基本類型：一種是將信號先放大再存儲，另一是先存儲再放大。

對理想的采樣保持電路，要求開關沒有偏移並能隨控制信號快速動作，斷開的阻抗要無限大，同時還要求存儲元件的電壓能無延遲地跟蹤模擬信號的電壓，並可在任意長的時間內保持數值不變。

通常，采樣保持器與采樣器、放大器和模數轉換器一起構成模擬量輸入通道,用於工業過程計算機系統或數據採集系統。現場信號（如溫度、壓力、流量、物位、機械量和成分量等被測參數）經過信號處理（標度變換、信號隔離、信號濾波等）送入采樣器。

在控制器控制下對信號進行分時巡迴和多路切換選擇，然後經放大器和采樣保持電路再送入模數轉換器，轉換成計算機能接受的二進制數碼。