Muestreo y retención

En electrónica, un circuito de muestreo y retención (también conocido como muestreo y seguimiento) es un dispositivo analógico que muestrea (captura, toma) el voltaje de una señal analógica que varía continuamente y retiene (bloquea, congela) su valor a un nivel constante durante un período mínimo de tiempo específico. Los circuitos de muestreo y retención y los detectores de picos relacionados son los dispositivos de memoria analógica elementales. Normalmente se utilizan en convertidores de analógico a digital para eliminar variaciones en la señal de entrada que pueden corromper el proceso de conversión. También se utilizan en música electrónica, por ejemplo, para impartir una calidad aleatoria a las notas tocadas sucesivamente.

Un circuito típico de muestreo y retención almacena carga eléctrica en un capacitor y contiene al menos un dispositivo de conmutación como un interruptor FET (transistor de efecto de campo) y normalmente un amplificador operacional. Para muestrear la señal de entrada, el interruptor conecta el condensador a la salida de un amplificador buffer. El amplificador buffer carga o descarga el capacitor de modo que el voltaje a través del capacitor sea prácticamente igual o proporcional al voltaje de entrada. En modo de espera, el interruptor desconecta el condensador del buffer. El capacitor se descarga invariablemente por sus propias corrientes de fuga y corrientes de carga útiles, lo que hace que el circuito sea inherentemente volátil, pero la pérdida de voltaje (caída de voltaje) dentro de un tiempo de retención específico permanece dentro de un margen de error aceptable para todas menos las aplicaciones más exigentes.

Propósito

Los circuitos de muestreo y retención se utilizan en sistemas lineales. En algunos tipos de convertidores de analógico a digital (ADC), la entrada se compara con un voltaje generado internamente desde un convertidor de digital a analógico (DAC). El circuito prueba una serie de valores y deja de convertir una vez que los voltajes son iguales, dentro de un margen de error definido. Si se permitiera que el valor de entrada cambiara durante este proceso de comparación, la conversión resultante sería inexacta y posiblemente no estaría relacionada con el valor de entrada real. Estos convertidores de aproximación sucesiva incorporarán a menudo circuitos internos de muestreo y retención. Además, los circuitos de muestreo y retención se utilizan a menudo cuando es necesario medir varias muestras al mismo tiempo. Cada valor se muestrea y se mantiene mediante un reloj de muestra común.

Para prácticamente todas las pantallas de matriz activa de cristal líquido comerciales basadas en células LC electroópticas TN, IPS o VA (excluidos los fenómenos biestables), cada píxel representa un pequeño condensador, que debe ser cargado periódicamente a un nivel correspondiente al valor de escala de grises (contraste) deseado para un elemento de imagen. Para mantener el nivel durante un ciclo de escaneo (período de fotograma), se conecta un condensador eléctrico adicional en paralelo a cada píxel LC para mantener mejor el voltaje. Un interruptor FET de película delgada está diseñado para seleccionar un píxel LC particular y cargar la información de la imagen para él. A diferencia de un S/H en la electrónica general, no hay ningún amplificador operacional de salida ni señal eléctrica AO. En cambio, la carga en los condensadores de retención controla la deformación de las moléculas de LC y, por tanto, el efecto óptico como salida. La invención de este concepto y su implementación en la tecnología de película delgada han sido galardonadas con la Medalla IEEE Jun-ichi Nishizawa.

Durante un ciclo de escaneo, la imagen no sigue la señal de entrada. Esto no permite que el ojo se actualice y puede generar desenfoque durante las secuencias de movimiento; además, la transición es visible entre fotogramas porque la luz de fondo está constantemente iluminada, lo que aumenta el desenfoque de movimiento de la pantalla.

Los circuitos de muestreo y retención también se encuentran con frecuencia en los sintetizadores, ya sea como un módulo discreto o como un componente integral. Se utilizan para tomar muestras periódicas de una señal entrante, normalmente como fuente de modulación para otros componentes del sintetizador. Cuando se conecta un circuito de muestreo y retención a un generador de ruido blanco, el resultado es una secuencia de valores aleatorios que, dependiendo de la amplitud de la modulación, se pueden utilizar para proporcionar variaciones sutiles en una señal o tonos aleatorios muy variables.

Implementación

Para mantener el voltaje de entrada lo más estable posible, es esencial que el capacitor tenga una fuga muy baja y que no esté cargado en ningún grado significativo que requiera una impedancia de entrada muy alta.