采用SHA实际上改善了ADC的速度，使ADC在捕捉瞬间像SHA的孔径时间一样快。配用SHA之后，其最高可数字化的信号频率受SHA孔径时间的不定性限制。对一个正弦波形的同一点进行采样，采样不定度将等于孔径时间不定度。因此可数字化的最高频率为：
fmax=1/2M+1πTAV(Hz)
其中：TAV为孔径时间不定性。如TAV为1ns，一个12位系统可处理的最高频率为383kHz。由孔径时间不定性带来的采样误差往往并不是带采样的数据系统的限制因素。
采样定理表明，一个有限带宽的信号可以在某个采样率下重建而不丧失信息。该采样率至少应两倍于最高信号频率。这意味着，带采样的数据系统必须在速率至少为两倍信号频率的情况下采样，转换和采集下一个点。因此最高输入频率：
fmax=1/2(TCONV+TACQ+TAP)(Hz)
其中：TACQ为SHA采集时间，TAP为最大孔径时间(包括晃动)，TCONV为ADC转换时间。对一个35μs的ADC采用2.5μs的SHA(TAP一般忽略不计)，意味着最高信号频率为13.3kHz。
正常工作的采样保持电路的能力主要决定于保持电容。这个电容的选择要求综合保持步长、获得时间以及下垂率等因素。当把SHA用于高速数据采集时，电容也将影响内部驱动电流。应该挑选低泄漏的电容，还要注意到保持电容的绝缘吸收也会影响采集工作。在一个快速电压变化后，一个聚脂薄膜电容可能回降达0.2%。具有较好特性的电容有聚苯乙烯、聚四氟乙烯等。
AD582是AD公司生产的采样保持电路，内部含有一个高性能的运算放大器、一个低漏流的模拟开关及一个积分放大器，保持电容外接。
CH可小至100pF，当精度要求较高(±0.01%)且与12bitADC配合时，为了降低直通耦合作用、下降率误差等，CH应取1000pF。
4.4.2采样保持电路在数据采集系统中的应用
在多路模拟量输入的数据采集系统中，MUX、SHA有如下几种配置方案。
第一种是在一个模拟多路开关MUX与一个公共ADC之间，使用一个公共的采样保持电路SHA；第二种是多路开关MUX的每个通道前均有它自己专用的采样保持电路。
显然，目前已广泛使用在多路数据采集系统中。如果需要还可以通过扩展多路开关来增加数据采集的通道数。每个通道的采集时间由多路开关的开关时间、采样保持电路的采集时间与建立时间、ADC的转换时间以及测量放大器的建立时间等决定。当SHA采样保持一个通道后，MUX可以立即转去处理下一通道的信号。整个采集系统可以采用扫描或随机选择方式来工作。以上两种方案各有优缺点，工程上都采用，甚至采用两种方案相结合的方法。
由寄存器REG将微机经缓冲器发送的数据记忆下来，不但保证了与DAC转换相一致的精度，可以不产生附加的漂移误差，同时也不再需要用软件去不断刷新数据。
若数字化耗费一定时间，则必须使用低泄漏的采样保持电路。如一个10路采集系统，每个通道的处理时间要耗用20μs，则到最后一个通道的模拟信号完成数字化共需要180μs。若系统使用一个10位ADC，采样保持电路必须保证在取样180μs后，保持电路的损失仍在1/1024以内。此时，为解决较高的采集速度与较低的泄放速率，可以考虑使用级连的采样保持电路。
此时，第一个SHA用于在要求时间内很快检测模拟信号，而第二个SHA接在第一个SHA的输出端，用来检测与保持这个第一个SHA的稳定信号。第二个SHA可以用较长的时间来检测第一个SHA提供的电压，但由于第二个SHA使用了大电容，输出的泄放速率将很低。
4.5A/D转换器接口设计
模拟量经多路开关和采样/保持后，必须把模拟量变成数字量才能送入计算机，完成上述转换任务的器件称作模拟/数字转换器，简称A/D转换器或ADC。
随着大规模集成电路的发展，目前已经生产出各式各样的A/D转换器，以满足数据采集系统设计的需要。如普通型A/D转换器ADC0801(8位)、ADC7570(10位)、ADC1210(12位)；高性能的A/D转换器MOD1205、AD578、ADC1131等等。
此外，为使用方便，有些A/D转换器内部还带有可编程放大器、多路开关、三态输出锁存器等。如ADC0809内部有8路多路开关，AD363不但有16通道(或双8通道)多路开关，而且还有放大器、采样保持器及12位A/D转换器，还有专门供数字显示、可直接输出BCD码的A/D转换器，如AD7555等。这些A/D转换器是计算机与外部设备进行信息转换的桥梁。
4.5.1A/D转换器的主要技术指标
在系统设计时，选用A/D转换器之前，设计者首先要考虑的问题是：
(1)模拟输入电压的量程是多大？能测量的最小信号是多少(分辨率)？
(2)线性误差是多少？
(3)每完成一次转换需要多少时间？
(4)电源的变化对转换精度有什么影响？
(5)对输入信号有什么要求？是否需要预处理？
所有这些问题都是设计者亟需解决的问题，所以我们把A/D转换器的几个主要技术指标作一简单的介绍。
1.精度
A/D转换器的精度分为绝对精度和相对精度两种。
(1)绝对精度：在一个A/D转换器中，任何数码所对应的实际模拟电压与其理想的电压值之差并非是一个常数。我们把这个差的最大值定为绝对精度。对ADC而言，可以在每一阶梯的水平中心点进行测量，它包括所有的误差，也包括量化误差。
(2)相对精度：它与绝对精度相似，所不同的是把这个最大偏差表示为满刻度模拟电压的百分数，或者用二进制来表示相对应的数字量，它通常不包括被用户消除的刻度误差。
2.转换时间
A/D转换器完成一次转换所需时间叫做转换时间。
资料中给出的这一指标是最长转换时间的典型值。在选择器件时，要根据应用的需要和价格来考虑这一指标，有时还要考虑数据传输过程中转换器件的工作特点。例如有的器件虽然转换时间较长，但是对控制信号有闩锁功能，所以在整个转换时间内不需要外部硬件来支持它的工作，微机和其他硬件可以在完成转换以前先去处理别的事件而不必等待；而有的器件虽然转换时间不算太长，但是在整个转换时间内必须由外部硬件提供连续的控制信号，因而要求微机处于等待状态，AD570就属于这种类型的器件。
3.分辨率
分辨率是A/D转换器对微小输入量变化的敏感程度，即二进制数的末位变化1所需要的最小输入电压对满量程之比称为分辨率。分辨率越高，转换时输入量微小变化的反应越灵敏，通常用数字量的位数表示。分辨率为8位，表示它可以对满刻度值的1/28=1/256的变化量做出反应。对于N位的A/D转换器，其分辨率为：
分辨率=1/2N满刻度值
实际上等于ILSB。
4.电源灵敏度
当电源电压变化时，将使A/D转换器的输出发生变化。这种变化的实际作用相当于A/D转换器输入量的变化，从而产生误差。通常A/D转换器对电源变化的灵敏度用相当于同样变化的模拟输入值的百分数来表示。例如，电源灵敏度为0.05%/%US时，其含义是电源电压变化为电源电压US的1%时，相当于引入0.05%的模拟输入值的变化。
4.5.2与单片机接口考虑
要成功地将ADC与单片机接口，需要考虑几个因素：电源要求、逻辑兼容性、定时参数、外围硬件及数据格式。
4.5.2.1电源要求
由于一个标准单片机应用系统通常配置了RS232C接口，因此系统可提供+5V和±12V电源。然而，大多数早期的ADC都需要±15V(±5%)的供电电源，可见微机芯片的供电与数据采集器件的供电是不兼容的。但是新近开发的一些ADC产品在+12V~+15V的范围内都可正常工作，它们与+12V或+15V电源兼容。
4.5.2.2逻辑兼容性
单片机系统要求输入/输出信号与TTL电平兼容。绝大多数ADC的逻辑电平与TTL电平兼容。需要注意的是，有些产品还提供与CMOS电平兼容的输出/输入信号。当电源电压为+5V时，其数字输入与TTL电平兼容；当电源电压为+10V~+15V时，其数字输入与COMS电平兼容。因此在进行系统设计时，应将逻辑兼容性作为一个因素加以考虑。
4.5.2.3定时参数
在设计ADC与单片机接口电路时，特别要注意器件定时参数的极限值。系统控制信号的脉冲宽度、建立时间、保持时间应满足器件的定时要求。此外，还要考虑到温漂以及电源电压的波动对定时的影响，对于不使用的引脚应当置成相应的逻辑电平。
4.5.2.4外围硬件
为了使ADC能够与单片机接口，常常需要增加一些外围硬件电路，如译码器、锁存器等。
4.5.2.5数据格式
由于MCS51单片机的数据总线为八位的，因此可与八位ADC直接接口，当与更高分辨率的器件接口时，欲转换的数据分两次传送。单片机系统可采用两种数据格式：向左对齐数据格式和向右对齐数据格式。
串行数据格式为远距离数据传输提供了方便。在较为复杂的系统中，串行数据格式可减少连线并允许更多的信息在总线上传送。此外，串行数据采集器件通常引脚少，可减小印制电路板的体积。需要注意的是，所有串行数据采集器件均需要一个时钟(由外部或内部产生)，用以选通数据输入/输出。
4.5.3抑制系统误差的方法
由ADC和微机系统组合在一起的模拟数据采集系统，是模拟电路和数字电路混合使用的典型系统。在这种系统中，不但要防止市电频率的感应噪声，还必须想方设法防止数字电路对模拟电路的噪声干扰，这也是抑制系统误差来源的关键。
模拟电路的干扰噪声源有：来自输入部分的干扰；来自交流电源的干扰；来自地线的干扰；来自直流电源的干扰；来自空中电磁辐射的干扰等。因此，防止干扰噪声的主要方法有：
电路结构、电路的排列和布线、地线的布线以及电源去耦、屏蔽、隔离等。
4.5.3.1电路结构
就电路结构来说，问题往往出在输入部分。当外部输入到系统内的模拟信号很微弱时，自然可以认为信号是被淹没在市电频率噪声(交流声)中。因此，在用单端输入形式取得的模拟信号中，信号仍照样淹没在噪声中。为了从噪声中提取信号，必须消除噪声，用差分放大器即可实现这一目的。
差分放大器的共模抑制比(CMRR)可以做得很大，利用这一特性，就可以把市电频率噪声当作共模噪声加以消除。
4.5.3.2电路的排列布线、地线布线和电源去耦
在电路排列方面，模拟电路和模拟电路集中装在一起，数字电路和数字电路集中装在一起。模拟电路之间的连接应注意信号的流向，还要尽量缩短其连接线。必须避免模拟电路与数字电路混合走线。此外，模拟电路和数字电路间的连线应避免迂回交叠，要尽量使其接近直线。
处理微弱电平模拟信号的电路，其地线的布置尤为重要，原则上是一点接地并接触良好。微弱电平电路的地和高电平电路的地绝不能在同一点，因为高电平电路的地将会给微弱电平电路带来极大的误差。
电源线和地线之间加上旁路电容，即所谓电源去耦法，其目的是降低电源的阻抗。它不但防止了模拟电路的自振和噪声干扰，而且改善了暂态特性。而改善暂态特性、防止误动作和自振也是数字电路不可缺少的。
4.5.3.3隔离和屏蔽
所谓隔离，就是用变压器或光电耦合器把模拟电路和数字电路、模拟电路的低电平放大部分和高电平放大部分在电气上隔离开来。
采用隔离法可以有效地防止各种信号交换所带来的恶劣影响，如防止数字电路对模拟电路的噪声干扰；市电频率噪声和尖峰噪声对低电平放大部分的感应干扰；高电平放大部分对低电平放大部分的干扰等。
隔离的方法有好几种，有只用变压器的，也有用变压器和光电耦合法组合而成的。即使能隔离信号，但若不能对隔离电路供给电源，也是毫无用途的，因为这样的电路不能工作。
因此，系统中必须采用相互隔离的电源。
隔离电源采用变压器，与数字系统间的信号交换用光电耦合器。
对于逐次比较型的ADC，在进行隔离时，其ADC一般采用串行输出而不用并行输出，以便减少隔离用光电耦合器的数量。因此应选择具有内部时钟和串行数据输出的ADC。
如用串行数据输出，则与ADC的接口信号只需如下四种：ADC起动信号(START)、时钟信号(CLK)、串行数据输出信号(SO)和转换结束信号(EOC)。除ADC的接口信号外，还要有多路转换器的通道选择信号。隔离后可减少市电频率噪声和数字系统噪声的干扰，把隔离的部分，特别是从多路转换器到ADC的部分放在屏蔽盒里进行屏蔽，则抗噪声效果将会更好。
