
过采样技术一般分三步:
1、高速(相对于输入信号频谱)采样模拟信号
2、数字过采样低通滤波
3、抽取数字序列。
采用这项技术,既保留了输入信号的较完整信息,降低了对输入 信号频谱的要求,又可以提高采样子系统的精度。
1、过采样降低对模拟抗混叠滤波器的限制
在采样过程中首要的问题是采样频率的选择,Nyquist采样定理指出:若连续信号x(t)是有限带宽的,其频谱的最高频率为fc,对x(t)采样时,若保证采样频率fs≥2fc,那么,就可由采样信号恢复出x(t)。在实际对x(t)作采样时,首先要了解x(t)的最高截止频率fc,以确定应选取的采样频率fs。若x(t)不是有限带宽的,在采样前应使用抗混叠(anti-aliasing)滤波器对x(t)作模拟滤波,以去掉f>fc的高频成分。
因此,在AD转换前就需要模拟低通滤波器具有尖锐的滚降特性,来限制模拟信号的频谱。一个理想的滤波器应能让所有低于fs/2的频率通过,而完全阻隔掉所有大于fs/2的频率。通常,滤波器和采样频率的选择是将我们感兴趣的频带限制在DC和fs/2之间。
2、过采样提高信噪比
经模拟滤波后,模拟信号被采样并转换成数字值,因为数字域仅包含有限的字长,若要用它来表示连续信号,就要引入量化误差,最大量化误差为±0.5LSB。因为一个N位的ADC的输入范围被分成2N个离散的数值,每一个数值由一个N位的二进制数表示,所以,ADC的输入范围和字长N是最大量化误差的一个直接表示,也是分辨率的一个直接表示。代表数字值的字长决定了信噪比,因此通过增加信噪比可以增加转换的分辨率。加入三角波信号可提高信噪比(详见TI公司的资料:Oversampling Techniques Using theTMS320C24x Family,June 1998)。
如果输入信号在两个量化步长q1与q0之间,则它将被量化成q1或q0。当增加一个适当的三角波信号,并高速采样,将会量化出一系列的q1与q0,这两个值出现的比例就代表了此输入信号在两个量化步长之间的相对位置。要应用这种方法得到比较好的效果,三角波信号的幅度必须为(n+0.5)LSB,其中,n=0,1,2,...。