Investigación de muestreo y retención

Los circuitos de muestreo y retención se utilizan para muestrear una señal analógica en un instante dado y mantener el valor de la muestra durante tanto tiempo como sea necesario. Los instantes de muestreo y el tiempo de retención están determinados por una señal lógica de control, y el intervalo de retención depende de la aplicación a la que se destine el circuito. Por ejemplo, en los filtros digitales las muestras deben ser mantenidas durante el tiempo suficiente para que tenga lugar la conversión de analógica a digital.

La mayoría de los circuitos de muestreo y retención utilizan un condensador para mantener la tensión de muestra. El interruptor controlado electrónicamente es el medio para cargar rápidamente el condensador hasta la tensión de muestra y luego suprimir la entrada de manera que el condensador pueda retener la tensión deseada. Tal circuito está representado en la Figura 1-1a, en la que V A es la fuente analógica y R g su impedancia interna. Las formas de onda ideales están representadas en la Figura 1b. El interruptor está cerrado mientras la forma de onda lógica de control v c está en nivel alto y, en el supuesto de que la constante de tiempo R g C sea muy pequeña, la tensión de salida seguirá muy estrechamente a la tensión de entrada y será igual a ella en el instante en que el circuito lógico de control esté a nivel bajo, abriendo el interruptor. Durante el intervalo de retención, mientras la señal de control está en nivel bajo, el interruptor está abierto y el condensador C mantendrá el último valor de la entrada. Idealmente la salida se mantendrá constante en ese valor durante todo el intervalo de retención. 

 En la práctica, los interruptores electrónicos y los condensadores no son perfectos y presentan discrepancias respecto a los valores o estados ideales. Entre las especificaciones más importantes están las de tiempo de apertura y tiempo de adquisición. Se puede explicar lo que es el tiempo de apertura haciendo referencia a la Figura 2 en la cual vemos que dicho tiempo es el máximo retardo entre el instante en que la lógica de control ordena al interruptor que se abra y el instante en que realmente ocurre la apertura. El tiempo de apertura de un sistema determina esencialmente el tipo de interruptor que se debe utilizar. Si este tiempo es del orden de milisegundos, S puede ser un relé. Con interruptores FET los tiempos de apertura son normalmente de 50 a 100 ns, mientras que con interruptores con diodo muy rápidos el tiempo de apertura es mucho menor de 1 ns. A consecuencia del tiempo de apertura hay una incertidumbre en el ritmo o cadencia de muestreo que puede degradar las prestaciones del sistema. Se suele seleccionar un interruptor cuyo tiempo de apertura sea mucho menor que la inversa del ritmo de muestreo. Como el circuito de salida es capacitivo, tarda un cierto tiempo antes de que la tensión del condensador (salida) sea idéntica a la entrada. El tiempo de adquisición (Figura 1-3) es el intervalo más corto transcurrido desde que se da la orden de muestra hasta que se puede dar la orden de retención y se obtenga como resultado una tensión de salida que sea aproximadamente la tensión de entrada con la exactitud necesaria. El caso más desfavorable ocurre cuando la entrada es una función escalón cuya amplitud es igual a la máxima excursión de tensión cresta a cresta del circuito. En el circuito de la Figura 1a, la velocidad con que la salida puede seguir a tal entrada depende de las características de la fuente de señal v A. Considerando el efecto de la impedancia de fuente R g, v o será una función exponencial con constante de tiempo R g C, y para que v o no difiera más de 0,01 por 100 de la entrada en el instante requerido el tiempo necesario es, aproximadamente, 9 R g C. Además, la fuente de señal debe ser capaz de suministrar la corriente de carga requerida por el condensador C. Usualmente, entre la entrada analógica y el interruptor se intercala un operacional seguidor de tensión para conseguir que R g sea muy pequeña.

En la práctica, la conmutación en modo seguimiento al de retención no es instantáneo. Si se da el comando de retención mientras el circuito está en el modo de seguimiento, entonces el circuito permanecerá en el modo de seguimiento por un momento antes de reaccionar ante el comando de retención. El intervalo de tiempo durante el cual la conmutación tiene lugar (esto es, el intervalo de tiempo cuando la amplitud medida es incierta) se denomina tiempo de abertura.

El voltaje de salida durante el modo de retención puede decrecer ligeramente. La caída del modo de retención se puede reducir mediante el uso de un amplificador de aislamiento de salida con una impedancia de entrada alta. Dicho amplificador de aislamiento de salida debe tener una corriente de polarización muy baja. La operación de muestreo y retención está controlada por un reloj.

Referencia 

CIRCUITOS DE MUESTREO Y RETENCIÓN (SAMPLE & HOLD) - PDF Free Download. (s. f.). Le proporcionamos las herramientas cómodas y gratuitas para publicar y compartir la información. https://docplayer.es/14913006-Circuitos-de-muestreo-y-retencion-sample-hold.html