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[疑难问答]

为什么过采样率每提高4倍可以提高ADC 1bit的有效分辨率?

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abotomson|  楼主 | 2023-10-21 17:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
AD, ADC, dc
分辨率是ADC的重要参数之一,它和精度是两个不同的量,精度描述的是离散结果的准确性,而分辨率描述的是ADC能够分辨的最小信号,为1LSB。
换言之,分辨率高的ADC能区分出更小的信号,但其转化的结果准确性受精度限制。
一个8bit ADC,可分辨出256种电平,当输入范围是2.56V时,1LSB即为10mV。受分辨率限制,ADC输出值和实际值之间存在误差。
下图是量化误差的示意图,对于变化小于1LSB的信号,ADC是无法区分出来的,输入和输出此时的误差即为量化误差。
量化噪声的简化数学模型如下,
e(t)=st, -q/2s < t < +q/2s
根据输入信号、ADC分辨率和量化误差的关系,我们可以推导出一条重要的SNR计算公式。
下面就是经典的ADC SNR计算公式。
SNR = 6.02N + 1.76dB
DC至fs/2带宽范围
如果使用数字滤波来滤除带宽BW以外的噪声成分,则等式中还要包括一个校正系数
或者写作
BW是信号带宽,FS是采样率,OSR=Fs/(2*BW)就是过采样率。
我们所说的过采样率每提高4倍,可以提高ADC 1bit的有效分辨率就是根据上面的公式来的,
为什么“过采样率每提高4倍,可以提高ADC 1bit的有效分辨率”?
举个栗子 :
当过采样率OSR为1时,
当过采样率OSR为4时,
对比公式1和公式2,只有红色框部分不同,即过采样带来的SNR收益和增加分辨率N是可以转化等效的。
额外增加的位数N+:
N+=10log(OSR)/6.02,
当OSR=1,4,16,,,,时,N+=1,2,3,,,,,
这就是通常所说的,过采样率每增加4倍,可以提高1bit分辨率的原因。

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沙发
tpgf| | 2023-11-7 17:25 | 只看该作者
算起来这个代价还是非常高的

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板凳
guanjiaer| | 2023-11-8 08:34 | 只看该作者
这个就是纯粹的理论分析了

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地板
木木guainv| | 2023-11-8 09:39 | 只看该作者
过采样是使用大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行采样

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xiaoqizi| | 2023-11-8 12:30 | 只看该作者
按照信号处理方面的知识(奈奎斯特定理),为了提取一个截止上限频率为 f 的信号,则必须用一个至少为 2f 的抽样信号才能实现

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renzheshengui| | 2023-11-8 16:35 | 只看该作者
奈奎斯特定理的前提是截止上限频率为 f ,如果在 f 之上还有频率成分存在,则这一高频成分会干扰到对低频信号的采样结果

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7
wakayi| | 2023-11-8 18:00 | 只看该作者
如果将采样率定为 96000Hz,则相应的可以正确还原出 48000Hz 以下的信号。这时,24000Hz 以内的信号采样精度就会高得多

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