أخذ العينات والاحتفاظ بها

في مجال الإلكترونيات ، تُعرف دائرة أخذ العينات والاحتفاظ (أو دائرة أخذ العينات والمتابعة) بأنها جهاز تناظري يقوم بأخذ عينات من جهد إشارة تناظرية متغيرة باستمرار ، ثم يثبت قيمتها عند مستوى ثابت لفترة زمنية محددة. تُعد دوائر أخذ العينات والاحتفاظ، بالإضافة إلى كاشفات الذروة المرتبطة بها، من أجهزة الذاكرة التناظرية الأساسية . وتُستخدم عادةً في محولات الإشارة التناظرية إلى الرقمية للتخلص من التغيرات في إشارة الإدخال التي قد تُؤثر سلبًا على عملية التحويل. ^{[ 1 ]} كما تُستخدم أيضًا في الموسيقى الإلكترونية، على سبيل المثال لإضفاء طابع عشوائي على النوتات الموسيقية المتتالية.

تقوم دائرة أخذ العينات والاحتفاظ النموذجية بتخزين الشحنة الكهربائية في مكثف، وتحتوي على جهاز تبديل واحد على الأقل، مثل مفتاح ترانزستور تأثير المجال (FET)، ومضخم عمليات واحد عادةً . ^{[ 2 ]} لأخذ عينة من إشارة الدخل، يقوم المفتاح بتوصيل المكثف بمخرج مضخم عازل . يقوم المضخم العازل بشحن المكثف أو تفريغه بحيث يكون الجهد عبر المكثف مساويًا عمليًا لجهد الدخل أو متناسبًا معه. في وضع الاحتفاظ، يفصل المفتاح المكثف عن المضخم العازل. يتم تفريغ المكثف دائمًا بواسطة تيارات التسريب الخاصة به وتيارات الحمل المفيدة، مما يجعل الدائرة متقلبة بطبيعتها ، ولكن يظل فقدان الجهد ( انخفاض الجهد ) خلال فترة الاحتفاظ المحددة ضمن هامش خطأ مقبول لجميع التطبيقات باستثناء التطبيقات الأكثر تطلبًا.

تُستخدم دوائر أخذ العينات والاحتفاظ بها في الأنظمة الخطية. في بعض أنواع محولات التناظرية إلى الرقمية (ADCs)، تتم مقارنة المدخل بجهد مُوَلَّد داخليًا من محول رقمي إلى تناظري (DAC). تُجرِّب الدائرة سلسلة من القيم وتتوقف عن التحويل بمجرد تساوي الجهود، ضمن هامش خطأ مُحدَّد. إذا سُمح لقيمة المدخل بالتغير أثناء عملية المقارنة هذه، فسيكون التحويل الناتج غير دقيق، وربما لا يمت بصلة إلى قيمة المدخل الحقيقية. غالبًا ما تتضمن محولات التقريب المتتالي هذه دوائر أخذ عينات واحتفاظ داخلية. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم دوائر أخذ العينات والاحتفاظ بها عند الحاجة إلى قياس عينات متعددة في الوقت نفسه. تُؤخذ عينة من كل قيمة وتُحتفظ بها، باستخدام ساعة أخذ عينات مشتركة.

في جميع شاشات العرض التجارية تقريبًا، التي تعتمد على خلايا بلورية سائلة كهروضوئية من نوع TN أو IPS أو VA (باستثناء ظاهرة الاستقرار الثنائي)، يُمثل كل بكسل مكثفًا صغيرًا، يجب شحنه دوريًا إلى مستوى يُطابق قيمة تدرج الرمادي (التباين) المطلوبة لعنصر الصورة. وللحفاظ على هذا المستوى خلال دورة المسح (فترة الإطار)، يُوصل مكثف كهربائي إضافي بالتوازي مع كل بكسل بلوري سائل لتحسين تثبيت الجهد. ويُستخدم مفتاح FET ذو طبقة رقيقة لاختيار بكسل بلوري سائل معين وشحن معلومات الصورة الخاصة به. وعلى عكس دائرة المسح والاحتفاظ في الإلكترونيات التقليدية، لا يوجد مُضخّم تشغيلي للإخراج ولا إشارة كهربائية. بدلًا من ذلك، تتحكم الشحنة على مكثفات التثبيت في تشوه جزيئات البلورات السائلة، وبالتالي التأثير البصري الناتج. وقد حاز ابتكار هذا المفهوم وتطبيقه في تقنية الأغشية الرقيقة على ميدالية جون-إيتشي نيشيزاوا من معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) . ^{[ 3 ]}

أثناء دورة المسح، لا تتبع الصورة إشارة الإدخال. هذا لا يسمح للعين بالتجدد، وقد يؤدي إلى تشويش أثناء مشاهد الحركة، كما أن الانتقال بين الإطارات يكون مرئيًا لأن الإضاءة الخلفية مضاءة باستمرار، مما يزيد من تشويش الحركة في الشاشة . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

تُستخدم دوائر أخذ العينات والاحتفاظ بها بكثرة في أجهزة المزج الموسيقي ، إما كوحدة منفصلة أو كمكون متكامل. وتُستخدم هذه الدوائر لأخذ عينات دورية من الإشارة الواردة، وعادةً ما تُستخدم كمصدر لتعديل مكونات أخرى في جهاز المزج. عند توصيل دائرة أخذ العينات والاحتفاظ بها بمولد ضوضاء بيضاء، ينتج عنها سلسلة من القيم العشوائية، والتي -بحسب سعة التعديل- يمكن استخدامها لتوفير اختلافات طفيفة في الإشارة أو نغمات عشوائية متغيرة بشكل كبير. ^{[ 6 ]}

للحفاظ على استقرار جهد الإدخال قدر الإمكان، من الضروري أن يكون للمكثف تسريب منخفض للغاية ، وألا يتم تحميله بدرجة كبيرة مما يستدعي مقاومة إدخال عالية للغاية .

• محول الإشارة التناظرية إلى فاصل زمني منفصل

• بول هورويتز، وينفيلد هيل (طبعة 2001). فن الإلكترونيات . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-37095-7.
• آلان ب. كيفوفر، ديفيد باتشكي (2007). أساسيات الصوت الرقمي . AR Editions, Inc. ISBN 0-89579-611-2.
• دليل تعليمي من ٢١ صفحة من شركة Analog Devices بعنوان "مضخمات أخذ العينات والاحتفاظ بها" http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-090.pdf مؤرشف بتاريخ ٢٠ مارس ٢٠١٢ على موقع Wayback Machine
• ندجونتشي، تيرتولين (2011). الدوائر المتكاملة التناظرية بتقنية CMOS: تصميم عالي السرعة وفعال من حيث استهلاك الطاقة . بوكا راتون، فلوريدا، الولايات المتحدة الأمريكية: مطبعة CRC. ص  925. ISBN 978-1-4398-5491-4أُرشف من المصدر الأصلي بتاريخ 15 أكتوبر 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أغسطس 2011 .
• تطبيقات مكبرات أخذ العينات والاحتفاظ المتكاملة - إنترسيل