信号采样系统基本原理(二)

注意：log2 以2为底代表是oct倍频程， 若是log以10为底，代表是dec十倍频程。
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3 过采样
过采样是使用远大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行采样。设采样频率为fs， 若将采样频率提高到K×fs，K称为过采样比率，并且K>1。在这种采样的数字信号中，由 于量化比特数没有改变，故总的量化噪声功率也不变，但这时量化噪声的频谱分布发生了 变化，即将原来均匀分布在0 ~ fs/2频带内的量化噪声分散到了0 ~ Kfs/2的频带上。下图 表示的是过采样时的量化噪声功率谱。
上图显示奈奎斯特频率点所需状 态，其中混叠成分与输入信号相交于 所需动态范围以下的一点。 下图显示较高频率动态范围受到 混叠成分限制的状况，这种状况将导 致较高频率时的整体信噪比降低，而 且混叠带外信号音或谐波可能会引起 失真。
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抗混叠滤波器的选择
现在我们知道，对于给定模拟输入带宽fa，抗混叠滤波器的要求不仅与采样速率fs有 关，而且与所需的系统动态范围相关。 目前只讨论混叠对动态范围的限制，另外ADC的量化噪声及其他非线性因素的线制也 会对动态范围造成影响。 下面的经验法则对于滤波器的选择过于严格，但其原理是有效的，并且可以调整以适 合实际的系统要求。
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2 信号采样系统的信号链路 动态图解傅立叶变换
在执行模数转换前，模拟信号通常会通过某种信号调理电路，执行 放大、滤波、衰减等功能。如果模拟信号的来源是温度、压力、流速或 力，则需要适当的传感器，将物理量转换为电压或电流。
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模拟信号的离散采样
连续模拟数据必须以离散的时间间隔ts采 样，该时间间隔必须精心选择，确保采样数据 能精确描述原始模拟信号。很显然，采样速率 越高，模拟信号的数字表示就越精确，若采样 速率较慢，模拟信号的关键信息将因得不到采 样而丢失，即满足不了采样定理的要求。
分贝
dBFS、dBm、dBW
-3dB、0dB dB/oct、dB/dec
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分贝（decibel）
分贝（decibel）是量度两个相同单位之数量比例的单位。
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AV (dB) = 20 log ( Vo / Vi )
AI (dB) = 20 log ( Io / Ii ) AP (dB) = 10 log ( Po / Pi )
信号采样系统基本原理（二）
信号采样系统基百度文库原理（二）
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信号采样系统中常用的几个单位 信号采样系统的信号链路 过采样 动态范围（DR）与信噪比（SNR） 数据采样系统的分类 静态数据采样系统的关键技术指标 动态数据采样系统的关键技术指标
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1 信号采样系统中常用的几个单位 动态图解傅立叶变换
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dBFS、dBm 、dBW
dBFS：以满刻度的量值为0dB(最大值)，常用于各种特性曲线上， 表示的是输入值相对于满量程值的大小，是一个相对值。 计算公式为：20log（输入值/满量程值） 比如一般在计算系统信噪比时，输入信号幅度一般都为-0.5dBFS， 相当于输入信号为满量程的94.4%。 dBW与dBm一样，是表示功率绝对值的单位（ dBW以1W功率为基准， dBm是以1mW为基准） dBm（分贝毫瓦），计算公式为：10log（功率值/1mW） dBW（分贝瓦） ，计算公式为：10log（功率值/1W）
电压放大倍数
电流放大倍数 功率放大倍数
使用分贝（dB）有两个好处：其一读写、计算方便。如多级放大器的总放大倍数为 各级放大倍数相乘，用分贝则可改用相加。其二能如实地反映人对声音的感觉。实践证明， 声音的分贝数增加或减少一倍，人耳听觉响度也提高或降低一倍。即人耳听觉与声音功率 分贝数成正比。例如蚊子叫声与大炮响声相差 100万倍，但人的感觉仅有60倍的差异，而 100万倍恰是60dB。 例如，当电功率从0.1瓦增长到1.1瓦时，听到的声音就响了很多；而从1瓦增强到2瓦 时，响度就差不太多；再从10瓦增强到11瓦时，没有人能听出响度的差别来。如果用功率 的绝对值表示都是1瓦，而用增益表示分别为10.4dB，3dB和0.4dB，这就能比较一致地反 映出人耳听到的响度差别了。
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如果采样点与正弦波之间的关系协调不当， 导致刚好在零交越处对正弦波进行采样（而不 是图中所示的峰值处），则会丢失关于该正弦 波的所有信息。
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混叠对动态范围的频域效应
ADC之前必须放置抗混叠滤波器，它在fs/2及以上频率必须有足够 的阻带衰减，以防止不需要的带内混叠。 混叠也可能源自不在奈奎斯特带宽范围之内的基本信号的谐波，或 者源自ADC输入端的未滤波宽带噪声。
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-3dB、0dB
当保持输入信号的幅度不变，改变频率使输出信号降至最大值的 0.707倍，即用频响特性来表述即为-3dB点处即为截止频率，它是用来 说明频率特性指标的一个特殊频率。 -3dB也叫半功率点或截止频率点，这时功率是正常时的一半，电压 或电流是正常时的0.707。 0dB表示输出与输入或两个比较信号一样大，比如dBFS、dBm等。
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抗混叠滤波器设计实例
比如一个信号fa带宽为3KHz，采样速率为12KHz，要求60dB的动态范围，通过
计算可得出需要一个10阶的模拟滤波器，在实践中，设计8阶以上的滤波器非常困难，设
计12阶以上的模拟滤波器几乎是不可能的，除非是经验丰富的滤波器设计人员，而且未考 虑滤波器的相位特性以及带内纹波要求，如果加上这些参数，抗混叠滤波器的设计工作将 令人望而生畏。
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dB/oct、dB/dec
dB/oct：每倍频程 dB/dec：每十倍频程 这两个单位都是用来描述滤波器过渡带的衰减率的，前者是按照频 率增加2倍时，过渡带衰减的程度进行计算，后者是按照频率增加10倍 时，过渡带衰减的程度进行计算。 如6阶有源滤波器的衰减率是36dB/oct或120dB/dec，表示的物理意 义是一样的，只是单位不同。