サンプルアンドホールド

電子工学において、サンプルアンドホールド（サンプルアンドフォローとも呼ばれる）回路は、連続的に変化するアナログ信号の電圧をサンプリング（キャプチャ、取得）し、指定された最小期間、その値を一定のレベルで保持（ロック、フリーズ）するアナログデバイスです。サンプルアンドホールド回路と関連するピーク検出器は、基本的なアナログメモリデバイスです。これらは通常、アナログ-デジタルコンバーターで使用され、変換プロセスを台無しにする可能性のある入力信号の変動を排除します。^[1]これらは、たとえば連続して演奏される音にランダムな品質を与えるために、電子音楽でも使用されます。

典型的なサンプルアンドホールド回路は、コンデンサに電荷を蓄え、 FET（電界効果トランジスタ）スイッチなどのスイッチングデバイスが少なくとも1つと、通常はオペアンプが1つ含まれています。^{[2]入力信号をサンプリングするために、スイッチはコンデンサを}バッファアンプの出力に接続します。バッファアンプは、コンデンサの両端の電圧が入力電圧と実質的に等しくなるか、比例するように、コンデンサを充電または放電します。ホールドモードでは、スイッチはコンデンサをバッファから切断します。コンデンサは、自身のリーク電流と有効な負荷電流によって常に放電されるため、回路は本質的に揮発性ですが、指定されたホールド時間内の電圧損失（電圧降下）は、最も要求の厳しいアプリケーションを除いて、許容可能な誤差範囲内にとどまります。

サンプル アンド ホールド回路は線形システムで使用されます。一部の種類のアナログ - デジタル コンバーター(ADC) では、入力がデジタル - アナログ コンバーター(DAC) から内部的に生成された電圧と比較されます。回路は一連の値を試し、定義されたエラー マージン内で電圧が等しくなると変換を停止します。この比較プロセス中に入力値の変更が許可されると、変換結果が不正確になり、実際の入力値と関係がなくなる可能性があります。このような逐次比較コンバーターには、多くの場合、内部にサンプル アンド ホールド回路が組み込まれています。さらに、サンプル アンド ホールド回路は、複数のサンプルを同時に測定する必要がある場合にもよく使用されます。各値は、共通のサンプル クロックを使用してサンプリングされ、保持されます。

TN、IPS、またはVA電気光学LCセル（双安定現象を除く）に基づく市販の液晶 アクティブマトリックスディスプレイのほとんどすべてにおいて、各ピクセルは小さなコンデンサを表し、画素に必要なグレースケール値（コントラスト）に対応するレベルまで定期的に充電する必要があります。スキャンサイクル（フレーム期間）中にレベルを維持するために、電圧をより適切に保持するために、各LCピクセルに並列に追加の電気コンデンサが接続されています。薄膜FETスイッチは、特定のLCピクセルを選択し、その画像情報を充電するためにアドレス指定されます。一般的な電子機器のS/Hとは異なり、出力オペアンプと電気信号AOはありません。代わりに、ホールドコンデンサの電荷がLC分子の変形を制御し、それによって出力としての光学効果を制御します。この概念の発明と薄膜技術への実装は、IEEE西沢潤一メダルで表彰されました。^[3]

スキャンサイクル中、画像は入力信号に追従しません。これにより目がリフレッシュできず、モーションシーケンス中にぼやけが発生する可能性があります。また、バックライトが常に点灯しているため、フレーム間の遷移が目に見えるため、ディスプレイのモーションブラーが増加します。^{[4] [5]}

サンプルアンドホールド回路は、シンセサイザーに個別モジュールまたは一体型コンポーネントとしてよく見られます。これらは、入力信号の周期的なサンプルを取得するために使用され、通常はシンセサイザーの他のコンポーネントの変調源として使用されます。サンプルアンドホールド回路をホワイトノイズジェネレータに接続すると、ランダムな値のシーケンスが生成されます。これは、変調の振幅に応じて、信号に微妙な変化を加えたり、ランダムなトーンを大きく変化させたりするために使用できます。^[6]

入力電圧を可能な限り安定させるには、コンデンサの漏れ電流が非常に低く、非常に高い入力インピーダンスを必要とするほど負荷がかからないことが不可欠です。

• アナログ信号から離散時間間隔へのコンバータ

• ポール・ホロウィッツ、ウィンフィールド・ヒル（2001年版）。『エレクトロニクスの芸術』ケンブリッジ大学出版局。ISBN 0-521-37095-7。 
• アラン・P・キーフォーバー、デヴィッド・パシュケ（2007）。デジタルオーディオの基礎。 AR Editions, Inc. ISBN 0-89579-611-2。 
• Analog Devices 21 ページのチュートリアル「サンプル アンド ホールド アンプ」 http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-090.pdf
• Ndjountche, Tertulien (2011)。CMOS アナログ集積回路: 高速かつ電力効率の高い設計。米国フロリダ州ボカラトン: CRC Press。p. 925。ISBN 978-1-4398-5491-4。
• モノリシック サンプル アンド ホールド アンプのアプリケーション - Intersil